Off-grid energy system optimization for a remote community in the Brazilian Amazon rainforest

The prospect of achieving universal access to reliable and sustainable energy services stands as one of the most pertinent challenges of the 21st century, embedded within the Sustainable Development Goals (SDGs), particularly in SDG 7 which aims to ensure universal access to affordable, reliable, sustainable, and modern energy systems. The concept of energy poverty, pervasive on a global scale, underscores the urgent need to guarantee equitable access to energy, especially in disadvantaged regions such as the community of Vila Alencar, situated within the Mamirauà Sustainable Reserve in the Amazon. This thesis, drawing from an analysis of Professor André Gimenes' doctoral thesis at the University of São Paulo, delves into the complex dynamics of energy access in rural areas, with a specific focus on the fragile ecosystem of the Brazilian Amazon forest. The optimization of the microgrid was conducted using MicrogridsPy, an open-source bottom-up optimization model developed on a Python library utilized for modeling optimization problems. Its primary objective is to provide an open-source approach to energy resizing and dispatching issues in remote microgrids, developed by the Department of SESAM at Politecnico di Milano. Through meticulous analysis, the study examines various scenarios to identify the optimal configuration, optimizing costs for the community while safeguarding the delicate Amazonian ecosystem. Structured into chapters, the thesis provides an overview of energy access challenges, alternative cold storage methods, and methodological frameworks for data collection and model adaptation. Particular attention is devoted to understanding the community's needs within the context of sustainable development, aiming to promote socio-economic progress and preserve environmental integrity.

La possibilità di un accesso universale a servizi energetici che siano affidabili e sostenibili rappresenta una delle sfide più rilevanti del XXI secolo, inserita all'interno degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDGs), in particolar modo nel SDG 7 che mira ad assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni. Il concetto di povertà energetica, globalmente diffusa, evidenzia l'urgente necessità di garantire un accesso equo all'energia, soprattutto in regioni svantaggiate come la comunità di Vila Alencar, situata nella Riserva Sostenibile di Mamirauà, nel cuore della foresta amazzonica brasiliana. Questa tesi, partendo da un’analisi della tesi di dottorato del Professor André Gimenes dell'Università di São Paulo, esplora le complesse dinamiche dell'accesso all'energia in zone rurali, con particolare attenzione al fragile ecosistema della foresta amazzonica brasiliana. L'ottimizzazione della micro grid è stata condotta utilizzando MicrogridsPy, un modello di ottimizzazione bottom-up open source sviluppato su una libreria Python utilizzata per modellare problemi di ottimizzazione, con l’obiettivo principale di offrire un approccio open source al problema del ridimensionamento e del dispacciamento dell'energia nelle microreti in remoto, sviluppata dal Dipartimento di SESAM del Politecnico di Milano. Attraverso un'analisi accurata, lo studio esamina vari scenari per identificare la configurazione ottimale, ottimizzando il costo per la comunità e la salvaguardia del fragile ecosistema amazzonico. Strutturata in capitoli, la tesi fornisce una panoramica delle sfide dell'accesso all'energia, metodi alternativi di cold storage e quadri metodologici per la raccolta dati e l'adattamento del modello. Particolare attenzione è rivolta alla comprensione dei bisogni della comunità nel contesto dello sviluppo sostenibile, con l'obiettivo di promuovere il progresso socio-economico e preservare l'integrità ambientale.