Ο αγροτικός τομέας αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα οικονομικής και κοινωνικής συνοχής στην Ελλάδα, τόσο σε εθνικό όσο και σε περιφερειακό επίπεδο. Είναι ένας τομέας με μεγάλα περιθώρια αναπτύξεως, διότι η χώρα μας κατέχει σημαντικά συγκριτικά πλεονεκτήματα για την ανάπτυξή του. Για την ανάπτυξη του αγροτικού τομέα ακρογωνιαίο λίθο αποτελεί η οργανωμένη διαχείριση των καλλιεργειών. Ο κύριος παράγοντας για την ανάπτυξη των καλλιεργειών είναι η άρδευσή τους, και ακόμη περισσότερο ο βέλτιστος τρόπος άρδευσης. Σημαντικό ρόλο παίζει η εκπαίδευση των καλλιεργητών στην εξοικονόμηση νερού, για παράδειγμα σχετικά με τις ανάγκες σε χρόνο άρδευσης, τη ρύθμιση της ποσότητας νερού ανάλογα με το είδος της καλλιέργειας. Στην Ελληνική πραγματικότητα σε πολλές περιοχές δεν υφίσταται υποδομή της ΔΕΗ, και αυτός είναι ένας από τους βασικούς λόγους για τον οποίο οι καλλιεργητές χρησιμοποιούν πατροπαράδοτους τρόπους για την άρδευση, όπως τα αυλάκια, οι λεκάνες και διαδικασίες που στηρίζονται στη χρήση πετρελαίου. Οι συγκεκριμένοι τρόποι έχουν αρνητικές περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις. Σκοπός αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι οικονομοτεχνικής αξιολόγησης συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την άρδευση γεωργικών εκτάσεων στο Θεσσαλικό κάμπο με τη χρήση φωτοβολταϊκών στοιχείων ή συστήματος Βιομάζας, σε μία περιοχή στην οποία δεν είναι συνδεδεμένη με το δίκτυο της ΔΕΗ. Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει µία γενική αναφορά στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), στην ανάπτυξή τους και η χρήση τους στον Ευρωπαϊκό Χώρο. Σε δεύτερο στάδιο παρουσιάζονται πληροφορίες για την ηλιακή ενέργεια και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, σχετικά µε την κατασκευή, τη λειτουργία και τις εφαρμογές τους. Το τρίτο στάδιο αναπτύσσεται η έννοια της Βιομάζας, οι επιπτώσεις και οι προοπτικές της. Στο τέταρτο στάδιο γίνεται αναφορά στους τρόπους άρδευσης γεωργικών εκτάσεων και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών. Το πέμπτο στάδιο αναφέρεται στη μεθοδολογία αξιολόγησης συστημάτων άρδευσης με την χρήση φωτοβολταϊκών και με τη χρήση συστήματος Βιομάζας. Στη συνέχεια ακολουθεί η παρουσίαση του προβλήματος, η πιλοτική εφαρμογή με τη χρήση διαφόρων παραδοχών και τα αποτελέσματα αυτών. Στο τέλος παραθέτονται τα συμπεράσματα. / The agricultural sector constitute an important factor for the economic and social cohesion of Greece, both at national and regional level. It is a sector, which has great growth margins, because our country holds major comparative advantages for development. The rational crop management is the cornerstone of agricultural sector. The optimal way of irrigation influence the crop growth. Grower have to be educated so as understand the importance to save water in the procedure of irrigation, for example how often they have to irrigate their crops, the amount of water considering the type of crop, et all.. In the Greek reality there are areas that have no electric power supply by the grid system, and this is one of the main reasons why irrigation is achieved using traditional ways such as furrows, basins and by fuel powered individual pumps. These ways have negative environmental and economic consequences. The aim of this graduate diploma thesis is the study of the financial and technical assessment of renewable energy systems for the irrigation of agriculture areas in Thessaly (Greece) using photovoltaic (PV) elements or biomass system, in an area which is not connected to the grid. In the first stage of the dissertation are presented a general introduction to the Renewable Energy Sources (RES), their development and their use in the European Area. In a second stage we proceed with the solar energy systems and the PV elements (construction, operation, applications and cost).. The third stage are mentioned the system of biomass, the impacts and prospects. Following we refer to the ways of farmland irrigation and their advantages/disadvantages. The whole irrigation problem is examined and alternative solutions are proposed. Finally, the results are presented and conclusions are drawn.

Η συνεχής αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης, η μη ορθολογική χρήση της ενέργειας, η διαρκής εξάρτηση από ορυκτές ενεργειακές πηγές, έχουν δημιουργήσει έντονα περιβαλλοντικά, οικονομικά, πολιτικά και κοινωνικά προβλήματα τις τελευταίες δεκαετίες σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό, εθνικό, αλλά και ατομικό επίπεδο. Το ευρύ φάσμα αυτών των προβλημάτων αποτέλεσε πολλές φορές την αφορμή προβληματισμού της διεθνούς κοινότητας σχετικά με το πρότυπο ανάπτυξης που ακολουθείται και τη χάραξη πολιτικής που θα μπορεί να εξυπηρετεί με επάρκεια και δικαιοσύνη τις σημερινές και μελλοντικές ανάγκες του ανθρώπου. Η ανάγκη για ενεργειακή αυτάρκεια και απεξάρτηση των κρατών από εισαγόμενα καύσιμα, ιδίως από χώρες με ασταθείς πολιτικές και κοινωνικές καταστάσεις, καθώς και η ανάγκη για αποκεντρωμένη ανάπτυξη και τόνωση της τοπικής απασχόλησης ενισχύει την αντίληψη για αλλαγή και κυρίως βελτίωση του σημερινού παγκόσμιου ενεργειακού σκηνικού. Η Κύπρος ακολουθώντας τις οδηγίες και τους κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχει κάνει την τελευταία δεκαετία σημαντικά βήματα στην αξιοποίηση των ΑΠΕ τα οποία όμως δεν μπορούν σε καμιά περίπτωση να θεωρηθούν επαρκή, δεδομένων των σημερινών ενεργειακών αναγκών. Πολλά δημόσια κτίρια του νησιού καταναλώνουν υπέρογκα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας που επιβαρύνουν οικονομικά το κράτος. Ένα από αυτά είναι και το Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Το τεράστιο μέγεθος του κτιρίου αλλά και η αδιάκοπη λειτουργία των ιατρικών μηχανημάτων οδηγούν σε ένα τεράστιο φορτίο το οποίο πρέπει να ικανοποιείται καθημερινώς. Σε αυτό το πλαίσιο, αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η κατάθεση μιας ολοκληρωμένης πρότασης για την εγκατάσταση ΑΠΕ στο Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Για το σκοπό αυτό μελετάμε τρείς διαφορετικές περιπτώσεις. Η πρώτη αφορά ένα Φ/Β σύστημα διασυνδεδεμένο με το δίκτυο. Η δεύτερη ένα υβριδικό σύστημα διασυνδεμένο στο δίκτυο ενώ στη τελευταία περίπτωση εξετάζεται η ενεργειακή αυτονομία του κτιρίου. Πολλές είναι εκείνες οι προσπάθειες και έρευνες που έχουν καταβληθεί στον τομέα της ενεργειακής αυτονομίας περιοχών αλλά και κτιρίων με μεγάλη ή μικρότερη επιτυχία, δίνοντας, όμως, πάντα το στίγμα των σημερινών επιταγών που επιβάλλονται από την ανάγκη της κοινωνίας για “καθαρότερες” ενεργειακές μορφές, μικρότερη εξάρτηση από εισαγόμενες πηγές ενέργειας και συστήματα ηλεκτροπαραγωγής με περισσότερη αξιοπιστία. Ο σχεδιασμός και η βελτιστοποίηση αυτών των συστημάτων, τα οποία μπορούν και συνδυάζουν περισσότερες από μία μορφές ενέργειας, είναι το στοίχημα των σημερινών επιστημονικών και τεχνολογικών ερευνών. Σήμερα, ο βέλτιστος συνδυασμός των αυτόνομων υβριδικών ενεργειακών συστημάτων μπορεί να επιτευχθεί μέσω πιθανοτικών, επαναληπτικών, γραφικών ή πολυκριτηριακών τεχνικών, ενώ μέσω της αξιοποίησης των οικονομικών δεικτών (Καθαρή Παρούσα Αξία, Εσωτερικός Βαθμός Απόδοσης, Ανάλυση Κύκλου Ζωής κλπ) επιτυγχάνεται η οικονομοτεχνική αξιολόγηση των συστημάτων αυτών. Τα τελευταία χρόνια, δεν είναι λίγα τα λογισμικά που έχουν αναπτυχθεί προκειμένου να βοηθούν στο σχεδιασμό, στην τεχνική και οικονομική αξιολόγηση, ή και ακόμα στην αριστοποίησή των ενεργειακών επενδύσεων. Λογισμικά, όπως το EnergyPLAN, το energyPRO, το H2RES, το TRNSYS16, το RETScreen, το PV*SOL και το HOMER, χρησιμοποιούνται ως εργαλεία σχεδιασμού, τεχνικοοικονομικής και περιβαλλοντικής αξιολόγησης ενεργειακών συστημάτων, τα οποία συνδυάζουν μία ή και περισσότερες μορφές ενέργειας και βρίσκονται συνδεδεμένα ή μη στο κεντρικό δίκτυο. Στην περίπτωση της πρότασης της εν λόγω εργασίας χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά HOMER και PV*SOL. Με το πρώτο εργαλείο ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να συνδυάσει πηγές ενέργειας, όπως οι Α/Γ, τα Φ/Β, τα υδροηλεκτρικά, οι κυψέλες υδρογόνου, οι ντιζελογεννήτριες, με μέγεθος που αυτός επιθυμεί, και έπειτα από πλήθος προσομοιώσεων να επιλέξει το σύστημα με τα καλύτερα για αυτόν τεχνικά, οικονομικά και περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά. Από την άλλη, το PV*SOL αποτελεί ένα εργαλείο με το οποίο ο χρήστης μπορεί να σχεδιάσει πλήρως ένα Φ/Β σύστημα συμπεριλαμβανομένου και του κτιρίου ή της περιοχής εγκατάστασης λαμβάνοντας υπόψη κύριους παράγοντες, όπως η σκίαση, που επηρεάζουν την απόδοση του συστήματος. Βέβαια, η ανάλυση ευαισθησίας σε παραμέτρους των συστημάτων, όπως τα αρχικά κόστη, το ύψος δανεισμού, το επιτόκιο δανεισμού, η περίοδος χρέους και άλλα, μπορούν να διαμορφώσουν πλήθος συσχετισμών που να επιτρέπουν την οικονομική βιωσιμότητα συστημάτων ηλεκτρικής παραγωγής, τα οποία με μια πρώτη ανάγνωση μοιάζουν μη εφικτά και οικονομικά μη συμφέροντα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της συγκεκριμένης διαπίστωσης, που απορρέει από την ανάλυση ευαισθησίας, είναι πως το ύψος των οικονομικών κινήτρων, όπως οι επιδοτήσεις και τα χαμηλότοκα δάνεια, μπορούν να δώσουν ώθηση στην ανάπτυξη συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού από ΑΠΕ, ακόμα και με αποκλειστική χρήση αυτών. Όλα τα παραπάνω αναλύονται διεξοδικά σε όλη την έκταση της παρούσας εργασίας, αναλύοντας το πρόβλημα τεχνοοικονομικής μελέτης για εγκατάσταση ΑΠΕ στο Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Συγκεκριμένα, το Κεφάλαιο 1 αποτελεί μια αναφορά στο σημερινό ενεργειακό πρόβλημα, πως αυτό έχει προσεγγισθεί σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο και τις προσπάθειες που γίνονται προκειμένου να αντιμετωπισθεί με αποτελεσματικότητα. Αναφορά γίνεται ταυτόχρονα και στην ενεργειακή κατάσταση στην οποία βρίσκεται η Κύπρος. Το Κεφάλαιο 2 περιγράφει πως οι πολιτικές που ακολουθούνται σήμερα συνάδουν με τις Οδηγίες και τους Κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης για ανατροπή του σύγχρονου ενεργειακού σκηνικού. Ο κύριος σχολιασμός πραγματοποιείται επί των πολιτικών που σχετίζονται με την προώθηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και πως αυτές μπορούν σήμερα να εγγυηθούν την ενεργειακή αυτονομία, την ασφάλεια στον ενεργειακό εφοδιασμό και την προστασία του περιβάλλοντος. Στο Κεφάλαιο 3 αναφέρονται οι βασικές τεχνολογίες και τα χαρακτηριστικά των ΑΠΕ που συμμετέχουν στη δημιουργία των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας που προτείνονται για το Νοσοκομείο Λεμεσού. Συγκεκριμένα, περιγράφονται τα δομικά χαρακτηριστικά των Φ/Β συστημάτων, των ανεμογεννητριών, των αντιστροφέων αλλά και ντιζελογεννητριών, ενώ πραγματοποιείται μια πρώτη προσέγγιση στην παγκόσμια και κυπριακή ενεργειακή αγορά. Το Κεφάλαιο 4 αποτελεί το σημείο στο οποίο περιγράφεται αναλυτικά η περιοχή μελέτης, οι κλιματολογικές της συνθήκες, ενώ παράλληλα, γίνεται και μια εισαγωγή στα συστήματα που είναι διασυνδεδεμένα με το δίκτυο και τις συνθήκες που πρέπει να πληρούν. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά της νεοεισαχθείς για τα κυπριακά δρόμενα μεθόδου, της τεχνολογίας Συμψηφισμού Μετρήσεων (Net-Metering). Τέλος γίνεται αναφορά για τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα και τις χρήσεις τους. Στο Κεφάλαιο 5 πραγματοποιείται η τεχνοοικονομική μελέτη εγκατάστασης Φ/Β συστήματος στην οροφή του Νοσοκομείου. Συγκεκριμένα σε πρώτη φάση παρουσιάζονται λεπτομερώς τα βήματα για μια ολοκληρωμένη μελέτη. Στη συνέχεια προβάλλονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης που αφορούν τα κύρια χαρακτηριστικά του συστήματος, όπως η ονομαστική ισχύς, το Καθαρό Παρόν Κόστος, η απόδοση κλπ. Επεκτείνοντας την αρχική μελέτη, στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η εξομοίωση ενός υβριδικού συστήματος διασυνδεδεμένου στο δίκτυο, στο οποίο εκτός από Φ/Β πλαίσια έχουμε συμπεριλάβει και Α/Γ. Σε δεύτερη φάση μελετάμε ένα σύστημα αυτοπαραγωγής. Για τις δύο αυτές μελέτες χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό HOMER. Τέλος στο Κεφάλαιο 7, συμπυκνώνονται όλα τα συμπεράσματα και οι παρατηρήσεις των τεχνοοικονομικών και περιβαλλοντικών αξιολογήσεων των συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού, ενώ παράλληλα γίνεται μια σύγκριση σχετικά με τη πιο συμφέρουσα πρόταση με κριτήριο τη μικρότερη αρχική επένδυση με το μεγαλύτερο δυνατό κέρδος. Έχοντας πάντα ως πρωταρχικό στόχο τα κριτήρια αυτά καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η ιδανικότερη λύση είναι η περίπτωση του διασυνδεδεμένου υβριδικού συστήματος, η οποία αποφέρει το μεγαλύτερο κέρδος, μειώνοντας παράλληλα τις εκπομπές ρύπων, αφού χρησιμοποιεί αποκλειστικά ανανεώσιμες πηγές. Στη συνέχεια παρατίθενται κάποιες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα και σε άλλα κτίρια, οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν στην ανατροπή του σημερινού ενεργειακού προβλήματος του νησιού. / The continuous increase in energy consumption, the irrational use of energy, the continuous dependence on fossil energy sources, have generated intense environmental, economic, political and social problems in recent decades at global, European, national, and individual level. The wide range of these problems has often given rise reflection of the international community about the development model followed and policy that can serve with competence and fairness of current and future human needs. The need for energy self-sufficiency and independence of states from imported fuels, particularly from countries with unstable political and social situations, the need for decentralized development and boost local employment reinforces the perception of change and especially improving the current global energy scene. Cyprus, following the guidelines and European Union regulations, has made important steps in the development of renewable sources the last decade, but which may in no case be considered sufficient, given the current energy needs. Many public buildings on the island consume huge amounts of electricity that cost the state. One of them is the Limassol General Hospital. The sheer size of the building and the uninterrupted operation of medical equipment lead to a huge load which must be met daily. In this context, the subject of this thesis is the submission of a complete proposal for installing RES in Limassol General Hospital. For this purpose we study three different cases. The first concerns a PV system connected to the grid. The second a hybrid system interconnected to the grid while in the last case the energy autonomy of the building is considered. Many are those efforts and research have been made in the field of energy autonomy areas and buildings, some with large success and some with less, giving, however, always the mark of current requirements imposed by society's need for "cleaner" forms of energy, less dependence on imported energy sources and power systems with more reliability. The design and optimization of these systems, which can combine more than one form of energy, is the bet of the current scientific and technological research. Today, the optimal combination of autonomous hybrid energy systems can be achieved through probabilistic, repetitive, graphics or multicriteria techniques, and through the use of financial indicators (NPV, IRR, LCA etc.) achieve the financial and evaluation systems thereof. In recent years, there are few software have been developed to assist in the design, technical and economic evaluation, or even in the optimization of energy investments. Software like EnergyPLAN, the energyPRO, the H2RES, the TRNSYS16, the RETScreen, the PV*SOL and HOMER, used as planning tools, logistical and environmental evaluation of energy systems, which combine one or more forms of energy and are connected or not in the grid. In the case of the proposal of this thesis the software HOMER and PV*SOL were used. In the first software, the user is able to combine energy sources, such as WT, the PV, hydroelectric, hydrogen cells, the diesel generators, size he desires, and then a plurality of simulations to select the system the best for this technical, economic and environmental characteristics. On the other hand, PV*SOL is a tool with which the user can fully design a PV system, including the building or installation area taking into account key factors, such as shading, affecting system performance. Of course, the sensitivity analysis on parameters of systems, including initial costs, the loan amount, the interest rate, the debt term and others, can form correlations that allow the economic viability of the electrical power system, which at first they look not practicably and economically profitable. A typical example of this verification, resulting from the sensitivity analysis, is that the level of financial incentives, such as grants and soft loans, may give impetus to the development of electricity production from RES systems, even with exclusive use. All the above discussed thoroughly throughout this work, analyzing a techno-economic study for installing RES in Limassol General Hospital. Specifically, Chapter 1 is a reference to the current energy problem that has approximated at global, European and national levels and what efforts are made to address effectively. Reference is made simultaneously in the energy situation of the Cyprus. Chapter 2 describes how the policies pursued today are in line with the Directives and EU Regulations for the overthrow of modern energy scene. The main commentary is based on the policies related to the promotion of renewable energy and how they can now guarantee energy independence, the security of energy supply and environmental protection. Chapter 3 sets out the key technologies and characteristics of RES involved in the installation of hybrid power systems proposed for Limassol Hospital. Specifically, the structural characteristics of PV panels, WT, inverters and diesel generators are described, while making a first approach to the global and Cypriot energy market. In Chapter 4 details of the study area and the climatic conditions are pointed out, while an introduction to the systems which are interconnected through the network and the conditions that must prerequisite, is made. Followed by a reference of the newly introduced, for Cyprus standards, method of Net-Metering. Finally reference to the autonomous hybrid systems and their uses, is made. In Chapter 5 the techno-economic study of PV system installation on the roof of the hospital is carried out. Initially the steps for a comprehensive study are detailed. Then the results of the simulation on the main features of the system, such as rated power, the Net Present Cost, performance etc are viewed. Extending the initial study, in Chapter 6, in addition to PV panels we included WT, leading to a hybrid system connected to the grid. In the second phase a self-fed system is proposed. For these studies we used the HOMER software. Finally, in Chapter 7, all the conclusions and observations of the techno-economic and environmental assessments of power generation systems are concentrated, while the most advantageous proposal in terms of lower initial investment with the greatest possible profit is searched. Having as primary objective that criteria we conclude that the ideal solution is the case of interconnected hybrid system, which offers the most profit while reducing emissions, since it uses only renewable sources. Some proposals for further research and other buildings, which can help to reverse the current energy problem on the island, are suggested.

L’objectif de ces travaux est de développer une méthode d’aide à la conception des réseaux de chaleur urbains (RCU). Cette méthode utilise un modèle de type MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming) pour l’optimisation simultanée de la configuration et du dimensionnement d’un RCU. Aux variables continues pour l’aide au dimensionnement (température, vitesse, diamètre, aire des échangeurs), s’ajoutent des variables binaires aidant à définir la configuration du réseau (maillage et choix des technologies). La fonction objectif à minimiser est le coût total (capex et opex), qui est soumise à un ensemble de contraintes non linéaires (p. ex. pertes thermiques et de charge, bilans). La méthode développée dans ce manuscrit offre la possibilité de connecter en cascade des consommateurs n’ayant pas les mêmes besoins en température, et de réaliser des réseaux bouclés (une canalisation par tranchée). Elle permet aussi de choisir : les consommateurs à connecter au RCU, le ou les sites de production ainsi que le type de technologie utilisée. Enfin la bonne prise en compte de la physique permet de choisir le meilleur compromis entre pertes thermiques et pertes de charge, sur une large gamme de température. Cette formulation permet donc d’optimiser des réseaux de 4éme génération et de démontrer la rentabilité de l’intégration d’EnR&R sur le long terme (30 ans). Un premier travail est réalisé afin de proposer une méthodologie de résolution en plusieurs étapes permettant l’obtention de l’optimum global. Différents cas d’études académiques sont utilisés pour présenter les intérêts multiples de cette formulation. Enfin la comparaison avec un réseau existant a permis de démontrer la cohérence des résultats du modèle et a servi de base pour l’optimisation d’un cas d’étude de grande dimension. Plusieurs études de sensibilité post-optimale sont réalisées afin de démontrer l’intérêt de cet outil pour l’aide à la conception initiale ou l’extension de RCU existants. / The aim of this thesis is to develop a method that provides design assistance for District Heating Network (DHN). This tool allows simultaneously the optimization of the configuration and its sizing, thanks to an MINLP formulation (Mixed Integer Non-Linear Programming). Binary variables help to choose the optimal configuration (network layout and technologies of production), whereas continuous variables help DHN sizing (temperature, diameter, velocity, heat exchanger area, thermal generating capacity …). The objective function to minimize is the total cost (capex and opex), subjected to numerous nonlinear constraints (e.g. thermal losses, pressure drop, energy balance).This method enables to design temperature cascade between consumers, when consumer temperature requirements are different, and also looped network (only one pipe in one trench). It helps also the decision to connect (or not) consumers to the main network and also the location(s) and type(s) of the heating plant. Moreover, the arbitrage between heat losses and pressure drops is taken into account thanks to physical considerations (non-linear equations). Eventually, it is possible to design 4th generation DHN and prove their financial profitability over the long terms (30 years). First a multi-step resolution strategy is proposed to ensure finding global optimum of the complex MINLP problem. Then academic study cases are analyzed to underline the numerous assets of the formulation. Finally, the optimal design compared to an existing DHN ensures the consistency of the method and allows to build a study case at a wider scale, which can be solved thanks to the comprehensive strategy developed. The design assistance method is available for initial design as well as for extension of existing DHN.

Nowadays, Renewable Energy Sources (RES) are attracting more and more interest. Thus, many countries aim to increase the share of green energy and have to face with several challenges (e.g., balancing, storage, pricing). In this paper, we address the balancing challenge and present the MIRABEL project which aims to prototype an Energy Data Management System (EDMS) which takes benefit of flexibilities to efficiently balance energy demand and supply. The EDMS consists of millions of heterogeneous nodes that each incorporates advanced components (e.g., aggregation, forecasting, scheduling, negotiation). We describe each of these components and their interaction. Preliminary experimental results confirm the feasibility of our EDMS.

Renewable Energy Sources (RES) are the most promising resources of energy production for everyday life. Therefore, the precise combination of RES based technologies into hybrid systems could provide the solution to several energy problems facing the planet. The motivation of the present research study is the total understanding of the prevailing phenomena by using RES equipment in several projects. This thesis will focus on standalone hybrid RES based systems. By presenting the RES systems the necessity of buffering systems will become apparent as the most crucial parts of off-grid systems. Therefore, the most well-established buffering technologies will be analytically presented in order to be subsequently embodied into the simulated RES applications. Following the above theoretical approach of RES based equipment and hybrid systems in general, this thesis will focus on a more applied research study comprising the energetic and economical simulation and optimization of a RES based stand alone system that is already installed in Leicestershire, UK. Based on local meteorological data, an optimization strategy has been developed to identify the most economical and efficient scenarios for electricity generation to cover the desirable load on an annual basis. Furthermore, the environmentally-friendly character of the system was highly concerned with emissions reduction; therefore the capability of an off-grid system was also investigated. The feasibility of RES based systems for electricity supply will then be presented for four different Greek Islands. Three specific typical loads have been selected to be covered and the grid connection was considered optional. Up to this point the simulation and optimization procedures were applied by using the HOMER software tool in order to investigate the most suitable well-established platform in the world. After the theoretical research study on the most well-known platform of HOMER an innovative optimization theory based on the energy part of a hybrid system will be presented in order to select the most efficient system according to the desired requirements and the location of a RES based project. This thesis will then focus on the design and operation of an autonomous hybrid system under real-life meteorological conditions which is capable of simulating several loads assumed to cover the electricity demands of small buildings. The specific hybrid system embodies technologies that use photovoltaic and wind energy in combination with an electrochemical storage bank. Experiments on the coverage of annual loads regarding a typical house, a typical country house and a small company were also performed to prove the feasibility of the stand-alone system. The same established RES project was then simulated on a yearly basis using the HOMER software platform to determine real-time results. The above analysis revealed that HOMER software cannot successfully simulate the operation of such a system, therefore the design of a new mathematical model to produce results similar to those of the experimental process was considered essential based on a new optimization strategy. / Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) αποτελούν τις πιο πολλά υποσχόμενες πηγές στον τομέα της παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας μέσα στην ανθρώπινη καθημερινότητα. Έτσι ο ακριβής συνδυασμός των ΑΠΕ σε υβριδικά συστήματα θα μπορούσε να αποτελέσει τη λύση στο μεγάλο ενεργειακό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο πλανήτης τα τελευταία χρόνια και όσο περνάει ο καιρός αυτό φαίνεται να διογκώνεται. Το κίνητρο για την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής στηρίζεται στην ανάγκη για απόλυτη κατανόηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα κατά τη χρήση των ΑΠΕ σε διάφορα συστήματα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μέσα από αυτή την έρευνα θα φανεί πως οι καιρικές συνθήκες επηρεάζουν τη συμπεριφορά ενός υβριδικού συστήματος και σε ποιό ποσοστό. Ακόμα περιμένουμε να γίνει φανερό το πόσο σημαντική είναι η σωστή επιλογή των τεχνολογιών σύμφωνα με τις ηλεκτρικές ανάγκες που πρέπει να καλυφθούν από ένα εγκατεστημένο σύστημα. Στη συνέχεια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε κάτω από ποιες συνθήκες ένα αυτόνομο υβριδικό σύστημα μπορεί να είναι εφικτό καθώς και πόσο ακριβή αποτελέσματα μπορούν αν δώσουν τα θεωρητικά μαθηματικά μοντέλα επάνω στην πρόβλεψη της λειτουργίας ενός συστήματος. Τέλος, παρουσιάστηκε πως μπορεί να ενισχυθεί ο οικολογικός χαρακτήρας ενός συστήματος ενώ την ίδια στιγμή αποκαλύφθηκε η κύρια αδυναμία του κατά τη λειτουργία καθώς και πως αυτή μπορεί να λυθεί με τη χρήση καινοτόμων συσκευών για την αποθήκευση ενέργειας. Μέσω της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποδείχθηκε πως ένα υβριδικό σύστημα υποστηριζόμενο από ΑΠΕ μπορεί να μετατραπεί σε εντελώς αυτόνομο με ενισχυμένο τον οικολογικό του χαρακτήρα και με την οικονομική και ενεργειακή βιωσιμότητά του να κυμαίνεται σε υψηλά επίπεδα. Το παραπάνω συμπέρασμα προέκυψε μέσω θεωρητικών αλλά και πειραματικών προσομοιώσεων διάφορων υβριδικών μονάδων. Αυτό αποτελεί ίσως το πιο ενθαρρυντικό στοιχείο για πλήρη αξιοποίηση των ΑΠΕ προκειμένου να καλυφθούν οι παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες με τρόπους εντελώς φιλικούς προς το περιβάλλον στο άμεσο μέλλον.

Τις τελευταίες δεκαετίες, υπό το πρίσμα της βιώσιμης ανάπτυξης, παρατηρείται μια στροφή προς τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) και ταυτόχρονη μείωση της χρήσης συμβατικών καυσίμων, ως διέξοδο στην αντιμετώπιση των περιβαλλοντικών προβλημάτων όπως της κλιματικής αλλαγής. Η αποτίμηση, σε νομισματικούς όρους, της διείσδυσης των ΑΠΕ στο ενεργειακό μίγμα, πραγματοποιείται μέσα από τεχνικές μη αγοραίας εκτίμησης. Ο κύριος σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αποτύπωση σε νομισματικές μονάδες, της προθυμίας πληρωμής των νοικοκυριών για καταβολή επιπρόσθετου χρηματικού ποσού για την υλοποίηση επενδύσεων με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ. Ιδιαίτερα, είναι η εξέταση της συσχέτισης των κοινωνικοοικονομικών χαρακτηριστικών, της ενεργειακής συμπεριφοράς και της κοινωνικής αποδοχής της τοπικής κοινωνίας για έργα εκμετάλλευσης ΑΠΕ, με την επιθυμία οικονομικής συνεισφοράς για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας προερχόμενης από ΑΠΕ αλλά και με την πραγματική καταβολή χρηματικού ποσού στο δίμηνο λογαριασμό της ΔΕΗ, μέσα από τεχνικές μη αγοραίας εκτίμησης. Η ενεργειακή συμπεριφορά και η προθυμία πληρωμής, εξετάζεται με τη μέθοδο της υποθετικής ή εξαρτημένης αξιολόγησης που εφαρμόζεται στη παρούσα διατριβή εκτιμώντας σε ένα υποθετικό σενάριο, με χρήση ερωτηματολογίου, εκφρασμένες προτιμήσεις του κοινού, ποσοτικοποιώντας ουσιαστικά μη νομισματικές αξίες. Το δειγματοληπτικό πλαίσιο περιορίστηκε στο νομό Αιτωλοακαρνανίας. Η τελική επιλογή των νοικοκυριών έγινε με μίξη δειγματοληψίας ευκολίας και δειγματοληψίας χιονοστιβάδας. Από τον Ιανουάριο έως τον Απρίλιο 2012, διανεμήθηκαν ερωτηματολόγια σε 280 νοικοκυριά εκ των οποίων επεστράφησαν συμπληρωμένα 201. Από την ανάλυση προκύπτει ότι είναι περισσότερο ενημερωμένοι για την ηλιακή ενέργεια και έπονται η αιολική, η βιομάζα και η υδροηλεκτρική. Επίσης, εκφράζουν θετική άποψη στο ενδεχόμενο υλοποίησης έργων εκμετάλλευσης ΑΠΕ και πιστεύουν ότι μελλοντικά θα καταλαμβάνουν μεγάλο μερίδιο στο ενεργειακό μίγμα. Το κόστος κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για τα νοικοκυριά, υπολογίζεται περίπου στα 301-400 ευρώ ανά δίμηνο λογαριασμό της ΔΕΗ. Οι λιγότεροι από τους μισούς ερωτηθέντες είναι διατεθειμένοι να δώσουν έως 10 ευρώ επιπρόσθετα, για χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ ενώ, υψηλό ποσοστό ερωτηθέντων εμφανίζεται μη διατεθειμένο να πληρώσει επιπρόσθετα λόγω έλλειψης χρημάτων. Παράλληλα, μια μερίδα είναι διατεθειμένη να προχωρήσει σε μείωση των εξόδων της κυρίως στο τομέα της ψυχαγωγίας, ώστε να εξοικονομήσει χρήματα για να επωμιστεί το επιπρόσθετο κόστος. Εξήχθησαν κύριες συνιστώσες από ομοειδείς ομάδες μεταβλητών όπως η ενημέρωση του κοινού για τις επιμέρους μορφές ΑΠΕ, ο μελλοντικός ρόλος των διαφόρων μορφών στο ενεργειακό μίγμα, οι συνέπειες επενδύσεων με χρήση ΑΠΕ, τα ενδεχόμενα εμπόδια κατά την υλοποίηση, τα μέτρα επίλυσης τους. Από την ανάλυση συστάδων διαπιστώνεται ότι το κοινό ομαδοποιείται σε δύο συστάδες. Το δείγμα που ανήκει στη πρώτη συστάδα είναι μεγαλύτερης ηλικίας, όχι τόσο μορφωμένο και οικονομικά ασθενέστερο. Το δείγμα της δεύτερης συστάδας είναι νεαρής ηλικίας, πιο μορφωμένο και οικονομικά πιο ισχυρό. Μετά από πολλαπλή παλινδρόμηση η συμμετοχή σε συστάδα δεν αποτέλεσε στατιστικά σημαντική μεταβλητή. Το μοντέλο παλινδρόμησης της προθυμίας πληρωμής έδειξε ότι παράμετροι όπως της ηλικίας, του αριθμού των μελών της οικογένειας και της κύριας συνιστώσας που αφορά στην ενημέρωση του κοινού ως προς τις επιμέρους μορφές ενέργειας ήταν σημαντικές. Παρατηρείται ότι όσο αυξάνεται ο αριθμός των μελών της οικογένειας, η ηλικία καθώς και η ενημέρωσή σε συγκεκριμένες μορφές ΑΠΕ, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατά μέσο όρο καταβολή χρηματικού ποσού στο δίμηνο λογαριασμό της ΔΕΗ και τόσο αυξάνεται και η προθυμία τους για πληρωμή επιπρόσθετου ποσού για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που βασίζεται σε ΑΠΕ. Επιπρόσθετα, όσο αφορά στο κατά μέσο όρο εισόδημα των νοικοκυριών έχει μικρή θετική επίδραση ως προς τη πληρωμή του λογαριασμού της ΔΕΗ και πολύ αρνητική ως προς την προθυμία επιπρόσθετου χρηματικού ποσού. Τέλος, η συμμετοχή σε περιβαλλοντικές δράσεις εμφανίζει μικρή θετική επίδραση για πληρωμή στο λογαριασμό της ΔΕΗ αλλά αρνητική στη προθυμία πληρωμής. Το κοινό υποστηρίζει πως η ύπαρξη επενδύσεων ΑΠΕ θα έχει σε γενικές γραμμές, θετικές συνέπειες στην ευρύτερη περιοχή και πως η τοπική κοινωνία θα έχει θετική στάση αν ξεπεραστούν τα εμπόδια και ληφθούν συγκεκριμένα μέτρα όπως οικονομικά κίνητρα. Τα αποτελέσματα των μοντέλων πολλαπλής παλινδρόμησης συγκρίθηκαν και με ανάλυση κανονικοποιημένης συσχέτισης. Για περαιτέρω διερεύνηση προτείνεται η εξέταση άλλων υποθετικών σεναρίων και άλλων μορφών πληρωμής. / In the last decades, under the spectrum of sustainable development, a turn to the Renewable Energy Sources (RES) is observed and parallel reduction of the use of conventional fuels, as a way out to the confrontation of environmental problems such as climate change. The evaluation, in economic terms, of the penetration of RES in the energy mix, is realized through techniques of non market valuation. The main purpose of the present research is the evaluation in economic units of households Willingness to Pay (WTP) to deposit an additional amount of money to make investments in order to produce electric power from RES. Especially, it is the examination of correlation of socioeconomics characteristics, energy behavior and social acceptance of the local community for projects using renewable energy, with the willingness of economic contribution for the electricity production deriving from RES but also with the real deposit amount of money to a bi-monthly electricity bill, through techniques of non market valuation. The energy behavior and the WTP are examined by Contingent Valuation Method (CVM) which is applied in the present, appreciating a hypothetical scenario, with the use of a questionnaire, expressed preferences of the public, giving quantity essentially to non market values. The target framework is limited in the Aitoloakarnania County. The final choice of the households was made by a mix of convenience sampling and snowball sampling. From January until April 2012, were distributed questionnaires to 280 households from which 201 were returned completed. From the analysis is inferred that it is more informative about the solar energy and wind, biomass and hydroelectric follow. It is also expressed positive view in case of making projects of exploitation RES and believed that in the future they will occupy a great share in the energy mix. The cost of consumption of electric power for households is estimated about €301-400 per a bi-monthly electricity bill. Fewer than half of the respondents are available to pay €10 more, for the electric power from RES, whereas a high percentage appears not to be available to pay more because of lack of money. At the same time, a group of consumers is available to have a reduction in the expenses in the sector of entertainment in order to save money for facing the additional cost. Principal components from identical groups have been extracted such as the awareness of the public about the partial forms of RES, the future role of the different forms in the energy mix, the consequences of investments by using RES, the following obstacles during the implementation and the measures of solving them. Cluster analysis identified that the public is grouped in two clusters. The sample which belongs to the first cluster is of older age, not so educated and economically weaker. The sample of the second cluster is of a younger age, more educated and financially more powerful. It is noted that after a multiple regression analysis, the participation in cluster did not constitute statistically important variable. The model of regression of WTP showed that parameters such as age, family members and the principal component which concerns the public awareness as concerning the partial forms of energy were important. It is obvious that as the number of family members is increasing, the age as well as the awareness in specific forms of RES, so grater is the average deposit of the amount of money in the bi-monthly electricity bill and the WTP is increasing in order to pay the additional amount for the production of electric power which is based on RES. In additional, the average income of the households has a small positive influence in regard with the payment of the electricity bill and very negative as concerning the willingness of additional amount of money. The public supports that the existence of RES investments will have generally positive consequences in the broad area that the local society will have positive stance if some obstacles are overcome and take certain measures such as financial motives. Finally, the results of multiple regression models were compared with the canonical correlation analysis. For further research is proposed the examination of other hypothetical scenarios and of other forms of payment.