Εξεργειακή και πολυκριτηριακή ανάλυση στη διαχείριση στερεών αποβλήτων με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Abstract

Ιn the present dissertation entitled "Exergy and Multicriteria Analysis in the Solid Waste Management Area with the use of Renewable Energy Sources" the mismatch between the energy supply quality levels and the end uses it was studied while at the same time it was investigated the practical applicability of energy analysis looking at energy recovery systems through the minimization of losses of combined energy production units. The ultimate objective was to investigate and exploit end use of electricity generating units and their use along with Renewable Energy Sources (RES) in order to increase efficiency. The innovation was that there was an attempt to evaluate the penetration extent of solid waste treatment technologies with energy recovery to the system, based on international experience, adapted to Greek data and more specifically by combining the use of these units with units of RES (and how the system is being “transformed” specifying use level). The application of multicriteria analysis, the examination of several "case studies" using a linear and integer programming, meeting electricity needs using RES were the basis for this research and study. The problem of Municipal Solid Waste (MSW) management in Greece has reached a critical point because of the incomplete national planning of the past. The contamination of air, soil contamination, surface and ground water, fires created a negative impact not only on health issues but also in other fields of human activity. The problem of solid waste management is even more acute in urban and suburban centers, where most of the population resides and greater amounts of MSW are produced. A long-term promising solution in many European countries is the thermal treatment of MSW producing at the same time electricity in specially designed units. Space saving and operation of such factories "in perpetuity" are the critical advantages of solutions like these. Among other, however, the anarchic design of renewable energy technologies distribution is certainly a hindrance towards the sustainable development of the Greek system. The ratio of installed capacity and the limits of installed capacity on each technology should be reviewed regularly and revised based on the implementation of new projects, and on the development of new technological applications. The main result of this study was that for the first time a multifactorial innovative tool was applied based on exergy analysis and linear programming which determined not only how to meet country energy needs using renewables with the best way, but also to identify exergoeconomically the size, the performance on energy recovery units from municipal solid wastes and the penetration rate into the system. The combined application of exergy and multicriteria analysis as a tool for rational energy management can be particularly useful in the production and use of electricity. Through the proposed methodology the country's energy system is being analyzed, the energy characteristics of each region and the best way to satisfy these needs based on low cost and high efficiency are being determined as well. The ultimate goal of this dissertation was to investigate whether it is necessary to look for unique solutions to combat the energy problem in Greece or if combined solutions can meet energy needs, based on exergy and multivariable analysis, combined with the pioneering study on the rate that each \RES can contribute.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή με τίτλο «Εξεργειακή και Πολυκριτηριακή Ανάλυση στη Διαχείριση Στερεών Αποβλήτων με τη Χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας» μελετήθηκε η αναντιστοιχία μεταξύ των ποιοτικών επιπέδων ενεργειακού εφοδιασμού και τελικής χρήσης και διερευνήθηκε επιτυχώς η πρακτική εφαρμογή της ενεργειακής ανάλυσης εξετάζοντας συστήματα αξιοποίησης ενέργειας μέσω της ελαχιστοποίησης των απωλειών συνδυασμένων μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Απώτερος σκοπός ήταν η διερεύνηση και η τελική αξιοποίηση μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και η αξιοποίησή τους παράλληλα με Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) με σκοπό την αύξηση της απόδοσης. Η καινοτομία, ήταν ότι έγινε μια προσπάθεια αξιολόγησης διείσδυσης στο σύστημα τεχνολογιών επεξεργασίας στερεών αποβλήτων με ανάκτηση ενέργειας, με βάση τη διεθνή εμπειρία, προσαρμοσμένη σε ελληνικά δεδομένα και πιο συγκεκριμένα συνδυάζοντας την χρήση αυτών των μονάδων με μονάδες ΑΠΕ (και πως αυτές «μεταμορφώνουν» το σύστημα καθορίζοντας και το βαθμό χρήσης τους). Η εφαρμογή πολυκριτηριακής ανάλυσης, των πολλών «μελετών περιπτώσεων», μέσω γραμμικού και ακέραιου προγραμματισμού το κυνήγι του σεναρίου της κάλυψης των αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια με κατεξοχήν Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας αποτέλεσαν τη βάση για την έρευνα και τη μελέτη αυτή. Το πρόβλημα της διαχείρισης των Αστικών Στερεών Απορριμμάτων (ΑΣΑ) στην Ελλάδα έχει φθάσει σε κρίσιμο σημείο, εξαιτίας των ατελών εθνικών σχεδιασμών του παρελθόντος. Η μόλυνση της ατμόσφαιρας, η μόλυνση του εδάφους, των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων, των πυρκαγιών που δημιουργούνται έχει αρνητικές επιπτώσεις όχι μόνο στην υγεία αλλά και σε άλλους τομείς ανθρώπινης δραστηριότητας. Το πρόβλημα της διαχείρισης ΑΣΑ παρουσιάζεται πολύ πιο έντονο στα αστικά και περιαστικά κέντρα, όπου κατοικεί το μεγαλύτερο μέρος των πληθυσμών και παράγεται το μεγαλύτερο ποσοστό των ΑΣΑ της Ελλάδας. Εκτός των άλλων όμως, ο άναρχος σχεδιασμός των ΑΠΕ που ακολουθείται στην κατανομή στον χρόνο τεχνολογιών Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας είναι ασφαλώς τροχοπέδη για την βιώσιμη ανάπτυξη του ελληνικού συστήματος. Η αναλογία της εγκατεστημένης ισχύος και τα όρια εγκατεστημένης ισχύος ανά τεχνολογία θα έπρεπε να επανεξετάζονται συχνά και να αναθεωρούνται ανάλογα με την πορεία υλοποίησης των έργων, την ανάπτυξη νέων τεχνολογικών εφαρμογών και την ανάπτυξη του εθνικού δικτύου. Το βασικό αποτέλεσμα της διατριβής είναι ότι για πρώτη φορά εφαρμόστηκε ένα καινοτόμο πολυπαραγοντικό εργαλείο βασισμένο στην εξεργειακή ανάλυση και στον γραμμικό προγραμματισμό που να καθορίζει όχι μόνο πως μπορούν να καλυφθούν οι ανάγκες της χώρας με το βέλτιστο δυνατό τρόπο από ΑΠΕ, αλλά και να προσδιορίσει εξεργοοικονομικά το μέγεθος, την απόδοση για την εφαρμογή μονάδων ανάκτησης ενέργειας αστικών στερεών απορριμμάτων και το βαθμό διείσδυσής τους στο σύστημα. Μέσω της προτεινόμενης μεθοδολογίας αναλύεται το ενεργειακό σύστημα της χώρας, προσδιορίζεται ο ενεργειακός χαρακτήρας της κάθε περιφέρειας, συγκεκριμενοποιούνται οι ενεργειακές ανάγκες, προσδιορίζεται ο βέλτιστος τρόπος κάλυψής τους με γνώμονα το χαμηλό κόστος και την υψηλή αποδοτικότητα.