Ολοκληρωμένη και βιώσιμη χωροθέτηση των αιολικών και ηλιακών ενεργειακών έργων: ανάπτυξη και εφαρμογή εργαλείων αποκλεισμού και βελτιστοποίησης της χωροθέτησης

Abstract

Wind and solar energy are currently leading renewable energy sources in terms of total installed power capacity on global scale. Scientific research on site-selection procedures of wind and solar energy projects is of high importance, since it focuses on the determination of suitable installation sites, which contribute significantly to the realization of economic, technical, social and environmental sustainable renewable energy projects. This doctoral dissertation provides a direct analysis and assessment of existing site-selection procedures of wind and solar energy projects. Useful decision-making support tools and effective site-selection methodologies are created, which could improve the existing site-selection procedures and address the potential research gaps. Specifically, the present doctoral dissertation includes the following six main methodological stages: (1) systematic review and analysis of the existing site-selection procedures of wind (onshore and offshore) and solar (photovoltaics and concentrated solar power systems) energy projects (a total of 205 site-selection studies are reviewed and analysed in detail), (2) development and implementation of a decision-making support tool for determining the most suitable study areas of Greece for conducting thorough site-selection analyses for wind and solar energy projects, (3) primary data collection and analysis through the creation of systematic questionnaire surveys (participatory tools) for incorporating citizen perspectives and experts’ knowledge into the early or/and late stages of site-selection procedure, (4) development and implementation of innovative exclusion tools (development of geoprocessing algorithms in python code for the proper management of geographic information data) for the sustainable site-selection of wind and solar energy projects, verification of their reliability and analysis of citizen and experts’ participation into the site-selection procedure, (5) development and implementation of integrated optimization tools (formulation of mathematical equations and determination of Pareto optimal set solutions by applying the corresponding necessary algorithm) for the optimal site-selection of wind and solar energy projects, and (6) final configuration of the developed tools, of the conducted site-selection studies, of the results and of the concluding findings, which are derived from the present doctoral research. Useful tools and innovative methodologies are produced from this dissertation, which can improve the global site-selection applications and further enhance various and key thematic modules of site-selection issue. Lastly, important results and insights are derived from this dissertation, which can improve and inform the future site-selection studies.

Η αιολική και ηλιακή ενέργεια είναι σήμερα από τις κυρίαρχες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε όρους συνολικής εγκατεστημένης ισχύς σε παγκόσμιο επίπεδο. Η επιστημονική έρευνα στις διαδικασίες χωροθέτησης των αιολικών και ηλιακών έργων είναι υψηλής σημασίας, καθώς εστιάζει στον εντοπισμό περιοχών χωροθέτησης που συμβάλλουν σημαντικά στην τεχνική, οικονομική, κοινωνική και περιβαλλοντική βιωσιμότητα των ανανεώσιμων ενεργειακών έργων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιεί μία απευθείας ανάλυση και αξιολόγηση των υφιστάμενων διαδικασιών χωροθέτησης των αιολικών και ηλιακών έργων και δημιουργεί εργαλεία και μεθοδολογίες που θα μπορέσουν να βελτιώσουν τις υφιστάμενες διαδικασίες και να καλύψουν δυνητικά ερευνητικά κενά. Πιο συγκεκριμένα, η διδακτορική διατριβή αποτελείται από τα ακόλουθα έξι βασικά μεθοδολογικά στάδια: (1) βιβλιογραφική έρευνα και συστηματική ανασκόπηση των υφιστάμενων διαδικασιών χωροθέτησης των αιολικών (χερσαίων και υπεράκτιων) και ηλιακών (φωτοβολταϊκών και συστημάτων συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας) έργων (συνολικά 205 σχετικές επιστημονικές μελέτες διερευνήθηκαν ενδελεχώς), (2) ανάπτυξη και εφαρμογή εργαλείου υποστήριξης λήψης αποφάσεων για τον προσδιορισμό των καταλληλότερων περιοχών μελέτης της Ελλάδας με σκοπό την εκπόνηση λεπτομερών ερευνών χωροθέτησης αιολικών και ηλιακών έργων σε αυτές τις περιοχές, (3) συλλογή, επεξεργασία και ανάλυση πρωτογενών δεδομένων και πληροφοριών μέσω της δημιουργίας συστηματικών ερευνών ερωτηματολογίου (συμμετοχικά εργαλεία), για την ενσωμάτωση των προτιμήσεων και απαιτήσεων των πολιτών και της γνώμης και γνώσης των εμπειρογνωμόνων σε αρχικά ή/και προχωρημένα στάδια της διαδικασίας της χωροθέτησης, (4) ανάπτυξη και εφαρμογή καινοτόμων εργαλείων αποκλεισμού (ανάπτυξη αλγορίθμων γεώ-επεξεργασίας σε κώδικα Python για την ορθή διαχείριση και επεξεργασία των γεωγραφικών πληροφοριακών δεδομένων) για τη βιώσιμη χωροθέτηση των αιολικών και ηλιακών έργων, επιβεβαίωση της αξιοπιστίας των εργαλείων αποκλεισμού και ανάλυση του αντίκτυπου της συμμετοχής των πολιτών και των εμπειρογνωμόνων στη διαδικασία της χωροθέτησης, (5) ανάπτυξη και εφαρμογή ολοκληρωμένων εργαλείων βελτιστοποίησης (σχηματισμός μαθηματικών εξισώσεων και προσδιορισμός βέλτιστων κατά Pareto λύσεων χωροθέτησης μέσω εφαρμογής σχετικού αλγορίθμου) για τη βέλτιστη χωροθέτηση των αιολικών και των ηλιακών έργων, και (6) τελική διαμόρφωση των εργαλείων που αναπτύχθηκαν, των μελετών χωροθέτησης που εκπονήθηκαν και των αποτελεσμάτων και των πορισμάτων που εξάχθηκαν από την παρούσα διδακτορική έρευνα. Χρήσιμα εργαλεία και καινοτόμες μεθοδολογίες παράχθηκαν από την παρούσα διατριβή, τα οποία μπορούν να ενισχύσουν τις παγκόσμιες εφαρμογές χωροθέτησης και να βελτιώσουν περαιτέρω ποίκιλες και σημαντικές θεματικές ενότητες του ζητήματος της χωροθέτησης. Σημαντικά αποτελέσματα και ευρήματα εξάχθηκαν από την διδακτορική διατριβή, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν και να ενισχύσουν με χρήσιμες πληροφορίες και γνώση τις μελλοντικές μελέτες χωροθέτησης.