Spatial decision support system for offshore wind farm siting using geographic information systems, spatial analysis and optimization
Authors: Κατίκας Λουκάς 
Published: November 2022

Οι διαδικασίες του σχεδιασμού, της αξιολόγησης και της χωροθέτησης ενεργειακών έργων, και πιο συγκεκριμένα Θαλάσσιων Αιολικών Πάρκων (ΘΑΠ), χαρακτηρίζονται από αρκετά μεγάλη πολυπλοκότητα και αβεβαιότητα. Η συνεκτίμηση διαφορετικών μεταβλητών και παραμέτρων, τα αμφιλεγόμενα συμφέροντα και στόχοι αλλά και οι περιορισμοί που ανακύπτουν, απαιτούν την υλοποίηση αναλυτικών μοντέλων διαχείρισης και μηχανισμών υποστήριξης λήψης βέλτιστων αποφάσεων. Τα ήδη υπάρχοντα εργαλεία διαχείρισης επικεντρώνονται είτε σε επίπεδο χωροθέτησης χερσαίων ενεργειακών έργων είτε σε μοντέλα μικρής κλίμακας και με στοχευμένη λειτουργικότητα για συγκεκριμένες διεργασίες. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την απουσία μίας ολοκληρωμένης διαχείρισης του προβλήματος στο χώρο και το χρόνο κατά τα αρχικά στάδια του σχεδιασμού ενός ΘΑΠ. Παράλληλα, η εξέλιξη των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ) και των Γεωεπιστημών γενικότερα τις τελευταίες δύο δεκαετίες αποτέλεσε ένα σημαντικό παράγοντα για την ανάπτυξη εφαρμογών, εργαλείων και μοντέλων χωρικής ανάλυσης στοχευμένα για τη διαχείριση και επίλυση προβλημάτων χωροθέτησης και αξιολόγησης ενεργειακών έργων. Αποτέλεσμα όλων αυτών των διεργασιών ήταν και είναι η ολοένα αποτελεσματικότερη μοντελοποίηση και αξιολόγηση των φυσικών και μη διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον πλανήτη μας.Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην υλοποίηση ενός Συστήματος Υποστήριξης και Λήψης Χωρικών Αποφάσεων (ΣΥΛΧΑ), το SpOWNED-Opt (Spatial Optimization for Offshore WiNd Energy Development), για την χωροθέτηση ΘΑΠ, λαμβάνοντας υπόψιν ένα σύνολο χωρικών παραμέτρων και μεταβλητών. Προτεινόμενη περιοχή μελέτης αποτελεί το κεντρικό και Βόρειο Αιγαίο, δεδομένου τόσο του υψηλού αιολικού δυναμικού όσο και της γεωμορφολογικής του πολυπλοκότητας. Ο διαχωρισμός των υπο-μοντέλων του προτεινόμενου ΣΥΛΧΑ είναι πολύ-επίπεδος και εντοπίζεται σε τέσσερα διαφορετικά στάδια. Στο πρώτο στάδιο γίνεται η διαχείριση και η προ-επεξεργασία των δεδομένων ενώ παράλληλα αποτυπώνονται οι περιορισμοί αποκλεισμού με βάση τις αρχές του Θαλάσσιου Χωροταξικού Σχεδιασμού (ΘΧΣ) και του εθνικού νομοθετικού πλαισίου. Κατά το δεύτερο στάδιο γίνεται η συστηματική αξιολόγησητων οικονομικών δεδομένων για το ύψος της συνολικής επένδυσης αλλά, τα ετήσια κόστη λειτουργίας και συντήρησης αλλά και την απεγκατάσταση ενός ΘΑΠ, με τη σύνθεση αναλυτικών μοντέλων για κάθε μεταβλητή κόστους. Παράλληλα, με τη χρήση αλγόριθμων βέλτιστης χάραξης διαδρομών, βελτιστοποιούνται οι εκτιμήσεις για τα κόστη που συνδέονται με τον υπολογισμό αποστάσεων (ηλεκτρική διασύνδεση και κόστη εγκατάστασης, απεγκατάστασης και συντήρησης).Κατά το τρίτο στάδιο του ΣΥΛΧΑ γίνεται η αξιολόγηση και προσομοίωση των ανεμολογικών χαρακτηριστικών και της παραγόμενης ενέργειας, αξιοποιώντας δεδομένα μοντέλων αριθμητικής πρόγνωσης υψηλής ανάλυσης. Από την αξιολόγηση της πιθανοτικής συμπεριφοράς των χρονοσειρών ανέμου, της κυκλοστασιμότητας αλλά και της μακροχρόνιας αυτοσυσχέτισης των χρονοσειρών, γίνεται η στοχαστική σύνθεση χρονοσειρών ενέργειας συνεκτιμώντας την μεταβλητότητα της στο χώρο. Τέλος, το τέταρτο και τελευταίο στάδιο του ΣΥΛΧΑ αποτελείται από το χωρικό μοντέλο εύρεσης βέλτιστων περιοχών, βασιζόμενο στις δομές του ακέραιου μη-γραμμικού δυναμικού προγραμματισμού. Σκοπός είναι η αξιοποίηση των προηγούμενων αποτελεσμάτων προκειμένου να επιλεγούν μία ή περισσότερες βέλτιστες περιοχές για τη χωροθέτηση ΘΑΠ. Μέσα λοιπόν από ένα σύνολο εναλλακτικών σεναρίων, μπορούν να επιλεγούν οι βέλτιστες στρατηγικές για την χάραξη πολιτικής σε τοπικό και εθνικό επίπεδο με στόχο την βιώσιμη διείσδυση των ΑΠΕ στον ενεργειακό εθνικό σχεδιασμό.Η καινοτομία αλλά και ο τελικός στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η απόδοση: i) ενός ολιστικού εργαλείου ανάλυσης του χώρου που θα είναι εύκολα προσαρμόσιμο ως προς τα κριτήρια που εξετάζει, ii) η εξασφάλιση της επαναληπτικής διαδικασίας και ανάλυσης πολλαπλών εναλλακτικών σεναρίων για την λειτουργία των ΘΑΠ και iii) η συμπερίληψη όλων όσων προαναφέρθηκαν σε ένα εύχρηστο αλλά αποτελεσματικό γραφικό περιβάλλον που θα μπορεί να αξιοποιηθεί από τους αρμόδιους ενδιαφερόμενους φορείς αλλά και από την ερευνητική και ακαδημαϊκή κοινότητα.