Βέλτιστη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στις ορεινές περιοχές: η περίπτωση του Μετσόβου

Abstract

Through the doctoral thesis, a contribution in the specialised confrontation of the energy reality of mountainous areas, aiming at the sufficient and accessible economically cover of the energy needs of mountainous regions, is sought. The deep comprehension of the natural and social characteristics of mountains, the study of differentiation of energy loads in mountainous settlements, the integration of particular parameters of mountainous regions in the models of energy optimization and the formulation of alternative proposals for the energy market and the energy policy are essential steps in this direction. The work is structured in two parts. Part A is constituted by three chapters and has an introductive character. In Chapter 1 the interconnection between the energy sector and the mountainous space is presented. At the same time the basic natural and socio-economic characteristics of mountainous regions are sketched out. In Chapter 2 the principles and methods of energy planning are analyzed and its environmental and social aspects are presented in detail. In Chapter 3, because of the importance of the energy consumption of buildings in mountainous areas, the approach of degree-days energy analysis is presented. The main part of the thesis is elaborated in Part B, which is constituted by five chapters. In Chapter 4 the objective of the research and the methodology that was followed are analyzed. The determination of the altitude's effect on the configuration of energy needs and the way of including the characteristics of the energy identity of mountainous areas in the energy planning methodology are analyzed in Chapter 5. In Chapter 6 the energy data of the mountainous town of Metsovo, as well as the results of the energy optimization in the local energy system are presented. Moreover, the findings from two contingent valuation studies, for assessing the environmental benefits from developing renewable energy sources in the area, are analyzed. In Chapter 7 the results of energy optimization in a hypothetical settlement, which is placed in different altitudes, in order to study the influence of mountain characteristics in energy planning, are reported. The main conclusions of the thesis, its innovative elements and proposals for continuing the research (follow-up) are contained in Chapter 8. Finally, in the annex the meteorological data that were used for the documentation of energy loads' change in mountainous areas, the thermal images from residences in Metsovo and the questionnaires, which were used for conducting the contingent valuation studies, are contained. From the research it resulted that the characteristics of geography and socioeconomic environment of mountainous space be founded a particular energy identity for the mountainous regions. The parameter of altitude - the main characteristic of mountainous space - has the most decisive influence in forming energy needs in Greece and other areas with similar latitudinal range. Moreover, energy poverty proved to be a central social problem of mountainous regions that threatens their growth perspectives. Still, the internal relation between mountainous regions and renewable energy potential was emerged. The topography and the climatic conditions of mountainous areas result in higher renewable energy potential than in plain areas. The restructured local energy systems of mountainous settlements - with expanded use of renewable energy sources and energy saving techniques - were proved to have far better environmental and socioeconomic performance, in comparison with the current situation in Greece. More specifically, via feasible and economically viable solutions, mountainous areas can reduce their dependence on fossil fuels and effectively confront energy poverty. At the same time employment can be significantly reinforced. Energy saving techniques (through upgrading buildings' shells) and exploitation of biomass potential proved to have critical role in energy planning in mountainous settlements. The benefits from energy optimization in mountains are increased, in comparison with regions lying in lower altitude, because of the particularly increased energy loads in high altitudes. Finally, it resulted that the use of single-criterion optimization methods, with reduction of all criteria in monetary base, can effectively incorporate environmental and social aspects in the energy planning, while the use of alternative approaches of environmental valuation does not change the main trends of energy optimization. A systematic approach of the energy sector of mountainous regions has been realized through the doctoral thesis for first time. The determination of the energy identity of mountainous regions, the adaptation of energy planning methodologies to its characteristics and the investigation of its effects on the results of energy planning are essential conditions for forming specialized energy policy for the mountainous space.

Μέσω της διδακτορικής διατριβής επιδιώκεται η συμβολή στην εξειδικευμένη αντιμετώπιση της ενεργειακής πραγματικότητας του ορεινού χώρου με στόχο την επαρκή και προσιτή οικονομικά κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των ορεινών περιοχών. Στην κατεύθυνση αυτή είναι απαραίτητη η βαθιά κατανόηση των φυσικών και κοινωνικών χαρακτηριστικών των βουνών, η μελέτη της διαφοροποίησης των ενεργειακών φορτίων στους ορεινούς οικισμούς, η ένταξη των ιδιαίτερων παραμέτρων των ορεινών περιοχών στα μοντέλα ενεργειακής βελτιστοποίησης και η διατύπωση εναλλακτικών προτάσεων για την ενεργειακή αγορά και την ενεργειακή πολιτική, γενικότερα. Η εργασία διαρθρώνεται σε δύο μέρη. Το Μέρος Α' αποτελείται από τρία κεφάλαια (Κεφ.1 έως Κεφ. 3) και έχει εισαγωγικό χαρακτήρα. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται η διεπιφάνεια μεταξύ του ενεργειακού τομέα και του ορεινού χώρου. Παράλληλα σκιαγραφείται η εικόνα των βασικών φυσικών και κοινωνικοοικονομικών χαρακτηριστικών των ορεινών περιοχών. Στο Κεφάλαιο 2 αναλύονται οι αρχές και οι μέθοδοι του ενεργειακού σχεδιασμού και παρουσιάζονται ειδικότερα οι περιβαλλοντικές και κοινωνικές του προεκτάσεις. Στο Κεφάλαιο 3, λόγω της κρισιμότητας των ενεργειακών αναγκών του κτιριακού τομέα στα ορεινά, παρουσιάζεται η προσέγγιση της ενεργειακής ανάλυσης των κτιρίων μέσω της μεθόδου των βαθμοημερών. Η επεξεργασία του κυρίως κορμού της εργασίας γίνεται στο Μέρος Β', το οποίο αποτελείται από πέντε κεφάλαια (Κεφ. 4 έως Κεφ. 8). Στο Κεφάλαιο 4 αναφέρεται το αντικείμενο της εργασίας και αναλύεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την προσέγγιση του προβλήματος. Ο προσδιορισμός της επίδρασης του υψομέτρου στη διαμόρφωση των ενεργειακών αναγκών και ο τρόπος συμπερίληψης των χαρακτηριστικών της ενεργειακής ταυτότητας των ορεινών περιοχών αναλύονται στο Κεφάλαιο 5. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα ενεργειακά δεδομένα της ορεινής πόλης του Μετσόβου και κατόπιν τα αποτελέσματα του μοντέλου ενεργειακής βελτιστοποίησης στο ενεργειακό σύστημα του οικισμού. Επίσης, αναλύονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν μέσω δύο ερευνών αποτίμησης του περιβαλλοντικού οφέλους από την ενδεχόμενη ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην περιοχή. Στο Κεφάλαιο 7 αναφέρονται τα αποτελέσματα της ενεργειακής βελτιστοποίησης σε ένα θεωρητικό μοντέλο οικισμού, ο οποίος «τοποθετείται» σε διαφορετικά υψόμετρα, έτσι ώστε να ερευνηθούν τα χαρακτηριστικά της ορεινότητας στον ενεργειακό σχεδιασμό. Τα κυριότερα συμπεράσματα του συνόλου της διατριβής, τα στοιχεία καινοτομίας και οι προτάσεις συνέχισης της έρευνας (follow-up) περιέχονται στο Κεφάλαιο 8.Τέλος, στο παράρτημα περιέχονται τα μετεωρολογικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την τεκμηρίωση των μεταβολών των ενεργειακών φορτίων στα ορεινά, θερμοφωτογραφίες από κατοικίες του οικισμού του Μετσόβου και τα ερωτηματολόγια, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για τη διεξαγωγή των ερευνών περιβαλλοντικής οικονομίας. Από την έρευνα προέκυψε ότι τα χαρακτηριστικά της γεωγραφίας και του κοινωνικοοικονομικού περιβάλλοντος του ορεινού χώρου συνιστούν μια ιδιαίτερη ενεργειακή ταυτότητα για τις ορεινές περιοχές. Αναδείχθηκε ότι το υψόμετρο, το βασικό χαρακτηριστικό των ορεινών περιοχών, έχει κυρίαρχο ρόλο στη διαμόρφωση των ενεργειακών αναγκών στην Ελλάδα και σε περιοχές με ανάλογο εύρος γεωγραφικού πλάτους. Επιπλέον, η ενεργειακή φτώχεια αναδεικνύεται ως κεντρικό κοινωνικό πρόβλημα των ορεινών περιοχών που απειλεί τις προοπτικές ανάπτυξης τους. Ακόμη, τεκμηριώθηκε η εσωτερική σχέση μεταξύ των ορεινών περιοχών και του ανανεώσιμου ενεργειακού δυναμικού, το οποίο παρουσιάζεται αυξημένο σε αυτές λόγω της τοπογραφίας και των κλιματικών συνθηκών. Μέσω της αναδιάρθρωσης των τοπικών ενεργειακών συστημάτων των ορεινών οικισμών, με διεύρυνση της χρήσης των ανανεώσιμων πηγών και τηςεξοικονόμησης ενέργειας αποδείχθηκε ότι επιτυγχάνεται σημαντική βελτίωση τόσο των περιβαλλοντικών όσο και των κοινωνικοοικονομικών επιπτώσεων της ενεργειακής κατανάλωσης, σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση στον ελληνικό χώρο. Αναλυτικότερα, τεκμηριώθηκε ότι, μέσω εφικτών και οικονομικά βιώσιμων λύσεων, μπορεί να υπάρξει εκτεταμένη απεξάρτηση των ορεινών περιοχών από τα ορυκτά καύσιμα, η οποία συμβάλλει στην αποτελεσματική αντιμετώπιση της ενεργειακής φτώχειας και την τόνωση της απασχόλησης. Αποδείχθηκε ότι για τον ενεργειακό σχεδιασμό στις ορεινές περιοχές ιδιαίτερα κρίσιμος είναι ο ρόλος των τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας (μέσω αναβάθμισης των κτιριακών κελυφών) και της αξιοποίησης του δυναμικού βιομάζας. Τα οφέλη που προκύπτουν από την ενεργειακή βελτιστοποίηση στα ορεινά είναι αυξημένα, σε σχέση με τις περιοχές χαμηλότερου υψομέτρου, λόγω των ιδιαίτερα αυξημένων ενεργειακών φορτίων στα υψηλά υψόμετρα. Τέλος, προέκυψε ότι η χρήση μονοκριτήριων μεθόδων βελτιστοποίησης με αναγωγή όλων των κριτηρίων σε μονεταριστική βάση ενσωματώνει με αποτελεσματικό τρόπο περιβαλλοντικές και κοινωνικές συνιστώσες στον ενεργειακό σχεδιασμό, ενώ η χρήση εναλλακτικών προσεγγίσεων περιβαλλοντικής αποτίμησης δεν αλλοιώνει τον πυρήνα των αποτελεσμάτων. Μέσω της διδακτορικής διατριβής, για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε συστηματική προσέγγιση της ενεργειακής πραγματικότητας των ορεινών περιοχών. Ο προσδιορισμός της ενεργειακής ταυτότητας των ορεινών περιοχών, η προσαρμογή των μεθοδολογιών ενεργειακού σχεδιασμού σε αυτήν και η διερεύνηση της επίδρασης των χαρακτηριστικών της στον ενεργειακό σχεδιασμό συνιστούν απαραίτητες προϋποθέσεις για τη χάραξη εξειδικευμένης ενεργειακής πολιτικής για τον ορεινό χώρο.