Οικονομοτεχνικό πλαίσιο ανάπτυξης πλωτών ανεμογεννητριών σε απομακρυσμένες περιοχές

Abstract

The present Ph.D dissertation deals with the offshore suitability evaluation for floating wind turbine siting. The case study was the suitability evaluation of the Aegean Sea. The aim of this study is the investigation of all aspects of the problem, by analyzing their interactions and finally developing a direct, flexible and reliable Multi-Criteria Decision Support Framework, which will take into account the values and perspectives of various participants, and will allow the creation of sustainable units harmoniously integrated into natural and man-made environment. The methodological approach in this dissertation is based on the methodological tools that Geoinformatics offers through Geographic Information Systems (GIS). In summary, the methodology could be described as a Spatial Multi-Criteria Analysis in GIS Environment. At the first stage, the spatial and non-spatial data are collected and organized. Initially, the possibility of siting is investigated based on simple criteria defined by the Law. With implementation of Binary Logic, a binary (true/false) map of sites that meet or not the specific criteria is created (Exclusion Map). In the same time, the hierarchical structure of the multi criteria problem is determined. A three levels hierarchical structure is chosen as the suitable approach, in which the first level is the final goal, the second level is the evaluation criteria, and the third level is the alternatives. A set of economic, technical, social, environmental and spatial evaluation criteria are used in order to identify the optimal locations based on international literature. The next step is based on homogenization and quantification of the evaluation criteria. At this stage, data on quantitative and qualitative classification scales are transformed into an common ordinal scale. The pair-wise comparison method in the context of the Analytic Hierarchy Process (AHP) is applied to estimate the criteria weights in order to establish their relative importance in site evaluation. The main feature of this method is the reduced level of subjective factor. With the implementation of Weighted Overlay, the suitability of each alternative option, in spatial reference unit level is calculated and evaluated (Evaluation Map). At the final stage, the Suitability Map, and consequently the Overall Suitability Index (OSI) results from arithmetic operation between the aforementioned cartographic results. The specific process revealed two sites as optimum, with Overall Suitability Index (7), and twenty sites with OSI (6) as equally suitable, having however more drawbacks but within acceptable levels. Next stage, is the economic evaluation of the sites with the higher Overall Suitability Index. Net Present Value, Internal Rate of Return, Payback Period, and Livelised Cost of Energy are calculated and differentiated at each site through spatially dependent variables. Result of this process, is the rating of optimal sites, and consequently the spatial display of economic information, based on Net Present Value. Finally, a Sensitivity Analysis on the weights of the criteria is also carried out, revealing that each evaluation criterion has important influence in a site suitability assessment. Consequently, the choice of the evaluation criteria and their weighting is a very important step in a siting methodological framework.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την αξιολόγηση της καταλληλότητας του υπεράκτιου θαλάσσιου χώρου για τη χωροθέτηση ανεμογεννήτριας με πλωτή δομή έδρασης. Μελέτη περίπτωσης, είναι η αξιολόγηση της καταλληλότητας του υπεράκτιου θαλάσσιου χώρου του Αιγαίου. Στόχος της μελέτης, είναι η διερεύνηση, όλων των παραμέτρων του προβλήματος, η ανάλυση των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων και τελικά η διαμόρφωση ενός άμεσου, ευέλικτου και αξιόπιστου πολυκριτηριακού μεθοδολογικού πλαισίου λήψης απόφασης, το οποίο θα λαμβάνει υπόψη τις αξίες και τις προοπτικές ποικίλων συμμετεχόντων, και θα επιτρέπει τη δημιουργία αφενός βιώσιμων εγκαταστάσεων και αφετέρου αρμονικά ενταγμένων στο φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον. Η μεθοδολογική προσέγγιση που ακολουθείται στην παρούσα διατριβή, βασίζεται στα μεθοδολογικά εργαλεία που προσφέρει η Γεωπληροφορική, μέσω των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ). Συνοπτικά, η προτεινόμενη μεθοδολογική προσέγγιση θα μπορούσε να αποδοθεί ως Μεθοδολογία Χωρικής Πολυκριτηριακής Ανάλυσης σε περιβάλλον ΓΣΠ (Spatial Multi-Criteria Analysis in GIS Environment).Αρχικό στάδιο είναι η συλλογή και η οργάνωση των απαραίτητων χωρικών και μη χωρικών δεδομένων. Αρχικά διερευνάται η δυνατότητα χωροθέτησης, βάσει απλών κριτηρίων τα οποία καθορίζονται βάσει της νομοθεσίας. Με την εφαρμογή της Δυαδικής Λογικής προκύπτει ένας δυαδικός (true/false) χάρτης των τοποθεσιών που πληρούν ή δεν πληρούν τα συγκεκριμένα κριτήρια (Χάρτης Αποκλεισμού). Παράλληλα κατασκευάζεται η ιεραρχική δομή (δενδρόγραμμα) του πολυκριτηριακού προβλήματος. Επιλέγεται η ιεραρχική δομή τριών επιπέδων σύμφωνα με την οποία στο πρώτο επίπεδο βρίσκεται ο τελικός στόχος, στο δεύτερο επίπεδο βρίσκονται τα κριτήρια αξιολόγησης, και στο τρίτο επίπεδο οι εναλλακτικές επιλογές. Ένα σύνολο τεχνοοικονομικών, κοινωνικών, περιβαλλοντικών και χωροταξικών κριτηρίων αξιολόγησης, χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των βέλτιστων τοποθεσιών, βάση της διεθνούς βιβλιογραφίας. Το επόμενο βήμα σχετίζεται με την ομογενοποίηση και την ποσοτικοποίηση των κριτηρίων αξιολόγησης. Στο στάδιο αυτό, δεδομένα σε ποσοτικές και ποιοτικές κλίμακες ταξινόμησης μετατρέπονται σε μια ενιαία τακτική κλίμακα. Η μέθοδος της σύγκρισης ανά ζεύγη (pairwise comparisons) στο πλαίσιο της Διαδικασίας της Αναλυτικής Ιεράρχησης χρησιμοποιείται για την εκτίμηση των συντελεστών στάθμισης των κριτηρίων αξιολόγησης, προκειμένου να καθοριστεί η επιρροή τους στην αξιολόγηση του χώρου. Κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου αυτής είναι ο μειωμένος βαθμός του υποκειμενικού παράγοντα. Με την εφαρμογή της Σταθμισμένης Χαρτογραφικής Επικάλυψης (Weighted Overlay) υπολογίζεται και αξιολογείται η καταλληλότητα κάθε εναλλακτικής επιλογής σε επίπεδο χωρικής μονάδας αναφοράς (Χάρτης Αξιολόγησης). Σε τελικό στάδιο, ο Χάρτης Καταλληλότητας και κατά συνέπεια ο Συνολικός Δείκτης Καταλληλότητας (Overall Suitability Index/OSI) κάθε εναλλακτικής, προκύπτει από τη διενέργεια αριθμητικής πράξης μεταξύ των προαναφερθέντων ψηφιδωτών χαρτογραφικών αποτελεσμάτων. Το αποτέλεσμα της συγκεκριμένης διαδικασίας ανέδειξε δύο τοποθεσίες ως πλέον βέλτιστες με συνολικό δείκτη καταλληλότητας (Δ.Κ) (7), και είκοσι τοποθεσίες με Δ.Κ. (6) ως εξίσου κατάλληλες, έχοντας εντούτοις περισσότερα μειονεκτήματα αλλά εντός των αποδεκτών επιπέδων. Επόμενο στάδιο 5 είναι η οικονομική αξιολόγηση των τοποθεσιών με τον μεγαλύτερο συνολικό Δ.Κ. Η Καθαρά Παρούσα Αξία (Net Present Value), ο Εσωτερικός Βαθμός απόδοσης του έργου (Internal Rate of Return), η Απλή περίοδος αποπληρωμής (Payback period) και το Ανηγμένο Κόστος Ηλεκτρικής Ενέργειας (Livelised Cost of Energy), υπολογίζονται και διαφοροποιούνται σε κάθε τοποθεσία μέσω των χωρικά εξαρτώμενων μεταβλητών. Αποτέλεσμα της διαδικασίας είναι η κατάταξη των βέλτιστων τοποθεσιών και κατ’ επέκταση η χωρική αποτύπωση και απεικόνιση της οικονομικής πληροφορίας, βάσει Καθαράς Παρούσας Αξίας. Τέλος, εκτελείται Ανάλυση Ευαισθησίας στα σχετικά βάρη των κριτηρίων αξιολόγησης δείχνοντας ότι κάθε κριτήριο ασκεί σημαντική επιρροή στην αξιολόγηση της καταλληλότητας μιας τοποθεσίας. Συνεπώς η επιλογή των κριτηρίων και η στάθμιση τους, αποτελεί ένα ιδιαίτερα σημαντικό στάδιο σε ένα μεθοδολογικό πλαίσιο χωροθέτησης.