Μοντελοποίηση της αξιοποίησης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με την χρήση μηχανικής μάθησης και μαθηματικών εργαλείων
Authors: Ξενιτίδης Κλεάνθης 
Published: March 2024

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχει αυξηθεί κατά πολύ μεγάλο βαθμό τα τελευταία χρόνια. Οι λόγοι για τους οποίους τα κράτη έχουν στραφεί προς αυτή τη μορφή ενέργειας είναι κυρίως περιβαλλοντικοί, οικονομικοί και ασφάλειας. Η βελτιστοποίηση της απόδοσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων που αυτές επιφέρουν επηρεάζονται από πολλούς παράγοντες και εξαρτώνται κυρίως από τα χαρακτηριστικά της τοποθεσίας εγκατάστασης. Ιδιαίτερα, τα κριτήρια που επηρεάζουν τη χωροθέτηση των αιολικών πάρκων διαχωρίζονται από τη βιβλιογραφία σε τρεις κατηγορίες, περιβαλλοντικά, οικονομικά και κοινωνικά. Η πλειοψηφία των ερευνών που έχουν μελετήσει το συγκεκριμένο αντικείμενο αναζητά την ισορροπία μεταξύ των τριών αυτών κατηγοριών καθορίζοντας επιμέρους κριτήρια στα οποία αντιστοιχεί ένας συντελεστής βαρύτητας. Μία τέτοια προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένα συμπεράσματα ή σε συμπεράσματα τα οποία δεν μπορούν να γενικευτούν και να εφαρμοστούν σε περιοχές με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνεται μία μεθοδολογία χωροθέτησης αιολικών πάρκων σύμφωνα με την οποία δεν απαιτείται ο καθορισμός συντελεστών βαρύτητας για κάθε κριτήριο. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω τεχνικών και μεθόδων της μηχανικής μάθησης, όπως είναι η συσταδοποίηση και τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα. Η περιοχή μελέτης είναι το σύνολο της Ελληνικής Επικράτειας, καθώς η γεωμορφολογία της και οι ιδιαίτερες μετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν την αναδεικνύουν σε μία από τις καταλληλότερες περιοχές για εγκατάσταση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας παγκοσμίως. Ανακτήθηκαν οι τοποθεσίες των ήδη εγκατεστημένων ανεμογεννητριών και για κάθε μία υπολογίστηκαν εννέα χαρακτηριστικά τα οποία σύμφωνα με την εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση που πραγματοποιήθηκε θεωρούνται τα πιο σημαντικά κριτήρια. Αρχικά πραγματοποιήθηκε συσταδοποίηση στις τοποθεσίες των ανεμογεννητριών, η οποία βασίζεται στα αντικείμενα της υπολογιστικής γεωμετρίας και της θεωρίας γράφων. Τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας οδηγούν σε σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με τα χαρακτηριστικά των περιοχών όπου υπάρχουν εγκατεστημένες ανεμογεννήτριες, καθώς επίσης και στον τρόπο με τον οποίο αυτές οι περιοχές έχουν επηρεαστεί από τις εν λόγω επενδύσεις. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο συναρτήσεων ακτινικής βάσης, το οποίο εκπαιδεύεται μέσω των χαρακτηριστικών των περιοχών με εγκατεστημένες ανεμογεννήτριες, ώστε στη συνέχεια να αξιολογήσει νέες τοποθεσίες πιθανές για εγκατάσταση και λειτουργία αιολικών πάρκων. Το τεχνητό νευρωνικό δίκτυο εκμεταλλεύεται τη συσταδοποίηση των ανεμογεννητριών και ταξινομεί τις νέες τοποθεσίες στις συστάδες που έχουν προκύψει.Τέλος γίνεται προσθήκη του δείκτη κατακερματισμού τοπίου με σκοπό τον αποκλεισμό των περιοχών οι οποίες δεν έχουν επηρεαστεί από εξωγενείς παρεμβάσεις. Επίσης οι προστατευόμενες περιοχές (καταφύγια άγριας ζωής, υδροβιότοποι, περιοχές Natura κλπ) έχουν εξαιρεθεί από τις πιθανές τοποθεσίες, για περιβαλλοντικούς λόγους. Μέσα από τις δύο αυτές προσθήκες επιτυγχάνεται η αύξηση της αποδοχής της κοινής γνώμης σχετικά με την εγκατάσταση και τη λειτουργία των ανεμογεννητριών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα βρέθηκε ότι οι τοποθεσίες των ανεμογεννητριών στην Ελλάδα μπορούν να διαχωριστούν σε τέσσερις ομάδες με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Οι νέες τοποθεσίες αξιολογήθηκαν για την καταλληλότητά τους και ταξινομήθηκαν σύμφωνα με αυτές τις τέσσερις κατηγορίες. Στη συνέχεια εξαιρέθηκαν όσες τοποθεσίες παρουσιάζουν “Χαμηλό” ή “Πολύ χαμηλό” δείκτη κατακερματισμού τοπίου. Συνεπώς έχουν αξιολογηθεί πιθανές τοποθεσίες για εγκατάσταση αιολικών πάρκων στην Ελληνική Επικράτεια, αντλώντας πληροφορίες από τα χαρακτηριστικά των ήδη εγκατεστημένων ανεμογεννητριών. Βασικό χαρακτηριστικό της μεθοδολογίας είναι η δυνατότητα επαναπροσδιορισμού των ευρημάτων σε περίπτωση διάθεσης νέων δεδομένων ή νέων χαρακτηριστικών. Τέλος, δίνεται δυνατότητα εφαρμογής σε διαφορετικού τύπου ανανεώσιμες πηγές, όπως είναι τα φωτοβολταϊκά ή τα υπεράκτια αιολικά πάρκα.