Sustainable energy for all system design tools

The purpose of this thesis is to define a process and tools for the design of product-service system based on distributed renewable energies. The thesis is framed within the LeNSes project (the Learning Network for Sustainable energy systems, EU funded, Edulink II programme, 2013-2016, www.lenses.polimi.it), aimed at building and diffusing the new discipline of System Design for Sustainable Energy for All, based on promising models of Sustainable Product-Service System (S.PSS) and Distributed Renewable Energy (DRE). The research began with an extensive review conducted on the DRE existing tools and methods. This step has permitted the definition of the essential design processes; the existing MSDS, method for system design for sustainability (developed by the Lens project) has traced the path. The merger of them create a new promising design method; the MSDSes, the method for system design for sustainable energy for all. The MSDSes method aims to support and orient the entire process of system innovation development towards sustainability. Organized in stages processes and sub-processes, is characterised by a flexible modular structure so that it can easily be adapted to the specific needs of designers. The Design System Innovation for Sustainability (DIS) group of research of Politecnico di Milano has developed some Sustainable energy for all design orienting tools; integrating them within the method has highlighted some possible area of intervention. The second phase of this thesis has focused on the tools development, as results: Estimator of distributed renewable energy (E.DRE) load/need and production potential and DRE assessment form. The E.DRE is a worksheet tool developed to support the design of DRE system, in order to guide the evaluation of the energy demand and need of the system concept, to assess the best system configuration and estimation of energy production potential. The tool integrates some existing databases/websites that allow getting data required for the evaluation of the system proposed. E.DRE was developed within the lenses project, in collaboration with Design and System Innovation for Sustainability (DIS) of Politecnico di Milano. E.DRE was extensively tested during all its development process, during the System Design for Sustainable Energy for All (SD4SEA) pilot course held at the University of Nairobi, in May and during the course of System design for sustainability of Politecnico di Milano, in June. These tests have allowed to obtain a well-defined tool, ready to be used. To support the DRE design process, the DRE Assessment form has been created. This tool is a guided path that enables rapid assessment of renewable energy availability and potential for a specific country.

L’obiettivo di questa tesi è quello di definire un processo e i suoi strumenti per la progettazione di sistemi di prodotto e servizi basati sul modello delle energie rinnovabili distribuite. La tesi si insersce all’interno del progetto LeNSes (the Learning Network for Sustainable energy systems, EU funded, Edulink II programme, 2013-2016, www.lenses. polimi.it), volto alla creazione e diffusione di una nuova disciplina “System Design for Sustainable Energy for All” basata sui modelli promettenti di Sistemi di prodotto servizio sostenibili (S.PSS) e delle energie rinnovabili distribuite (DRE). La ricerca progettuale è iniziata con un’ampia revisione dei metodi e strumenti esistenti che riguardano le energie rinnovanili distribuite (DRE). Questa fase ha premesso la definizione dei passaggi fondamentali nel processo di progettazione. Il metodo MSDS (method for system design for sustainability) precedentemente sviluppato, all’interno del progetto LeNS, ha tracciato il precoso. La combinazione tra esso e i risultati di ricerca hanno portato alla definizione del MSDSes, method for system design for sustainable energy for all. Questo nuovo promettente metodo si pone l’obiettivo di supportare e orientare l’intero processo di progettazione innovativa di sistemi attraverso la sostenibilità. Il metodo è organizzato in fasi, processi e sotto-processi; ed è caratterizzato da una struttura flessibile e modulare, che si adatta facilmente ai bisogni specifici dei designers. La seconda fase di questa tesi si è focalizzata sullo sviluppo degli strumenti, ne sono risultati due strumenti:Estimator of distributed renewable energy (E.DRE) load/need and production potential e DRE assessment form. Il primo strumento, E.DRE, è un foglio di calcolo sviluppato per il supporto alla progettazione di sistemi di energia rinnovabile distribuita; al fine di valutare la richiesta energetica ed il bisogno energetico del sistema, di valutare la migliore configurazione del sistema e stimare la produzione potenziale. Lo strumento integra alcuni database e siti web esistenti che permettono di acquisire i dati necessari alla valutazione del sistema proposto ed inoltre è stato ampiamente testato durante tutta la fase del suo sviluppo; prima durante il corso pilota “System Design for Sustainable Energy for All (SD4SEA)” tenutosi all’Università di Nairobi, in maggio e poi durante il corso “System design for sustainability” del Politecnico di Milano,in giugno. Questi test hanno permesso lo sviluppo di uno strumento ben definito e pronto all’utilizzo. A supporto della progettazione di sistemi di energia rinnovabile distribuita è stato sviluppato anche lo strumento DRE assessment form. Questo strumento si presenta come un modolo che guida l’analisi della disponibilità di risorse rinnovabli in un determinato contesto (paese, nazione o regione.