[PENDING] πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE και του προγράμματος Qgis, μελέτη περίπτωσης στον Δήμο Πολυγύρου»

(1)

Σχολή Θετικών Επιστημών & Τεχνολογίας

Πρόγραμμα Σπουδών: Διαχείριση Τεχνικών Έργων, MSc

Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία

«Μεθοδολογία χωροθέτησης ανεμογεννητριών με τη χρήση της

πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE και του προγράμματος Qgis, μελέτη περίπτωσης στον Δήμο Πολυγύρου»

Grasso Nicola Aristotele

Επιβλέπων καθηγητής: Γεώργιος Αρετούλης

Πάτρα, 22/5/2022

(2)

Η παρούσα εργασία αποτελεί πνευματική ιδιοκτησία του φοιτητή («συγγραφέας/δημιουργός») που την εκπόνησε.

Στο πλαίσιο της πολιτικής ανοικτής πρόσβασης ο συγγραφέας/δημιουργός εκχωρεί στο ΕΑΠ, μη αποκλειστική άδεια χρήσης του δικαιώματος αναπαραγωγής, προσαρμογής, δημόσιου δανεισμού, παρουσίασης στο κοινό και ψηφιακής διάχυσής τους διεθνώς, σε ηλεκτρονική μορφή και σε οποιοδήποτε μέσο, για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς, άνευ ανταλλάγματος και για όλο το χρόνο διάρκειας των δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας. Η ανοικτή πρόσβαση στο πλήρες κείμενο για μελέτη και ανάγνωση δεν σημαίνει καθ’ οιονδήποτε τρόπο παραχώρηση δικαιωμάτων διανοητικής ιδιοκτησίας του συγγραφέα/δημιουργού, ούτε επιτρέπει την αναπαραγωγή, αναδημοσίευση, αντιγραφή, αποθήκευση, πώληση, εμπορική χρήση, μετάδοση, διανομή, έκδοση, εκτέλεση, «μεταφόρτωση» (downloading), «ανάρτηση» (uploading), μετάφραση, τροποποίηση με οποιονδήποτε τρόπο, τμηματικά ή περιληπτικά της εργασίας, χωρίς τη ρητή προηγούμενη έγγραφη συναίνεση του συγγραφέα/δημιουργού. Ο συγγραφέας/δημιουργός διατηρεί το σύνολο των ηθικών και περιουσιακών του δικαιωμάτων.

(3)

«Μεθοδολογία χωροθέτησης ανεμογεννητριών με τη χρήση της

πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE και του προγράμματος Qgis, μελέτη περίπτωσης στον Δήμο Πολυγύρου»

Grasso Nicola Aristotele

Επιτροπή Επίβλεψης Διπλωματικής Εργασίας Επιβλέπων Καθηγητής:

Γεώργιος Αρετούλης Μέλος ΣΕΠ ΕΑΠ

Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πολυτεχνική Σχολή

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

Συν-Επιβλέπων Καθηγητής:

Θωμάς Τσάλης Μηχανικός Περιβάλλοντος

Πάτρα, 22/5/2022

(4)

Διπλωματική εργασία iv

«Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τους γονείς μου για την αμέριστη στήριξη τους.

Επίσης θα ήθελα να εκφράσω τη βαθύτατη ευγνωμοσύνη μου στον επιβλέποντα καθηγητή μου, κ. Γεώργιο Αρετούλη, για την αμέριστη συμπαράσταση του, την ουσιαστική του βοήθεια καθώς και την άριστη καθοδήγηση του σε όλη αυτή την εργασία.»

(5)

Διπλωματική εργασία v

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την χωροθέτηση ανεμογεννητριών στην περιοχή του Δήμου Πολυγύρου. Ως εργαλεία για την εύρεση των κατάλληλων περιοχών που θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν ανεμογεννήτριες χρησιμοποιήθηκαν το πρόγραμμα QGIS και η μέθοδος πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE, με τη βοήθεια του προγράμματος Visual PROMETHEE. Αρχικά βάσει της ελληνικής νομοθεσίας και της διεθνούς βιβλιογραφίας και μέσω του προγράμματος QGIS αφαιρέθηκαν από το πολύγωνο του δήμου Πολυγύρου οι περιοχές στις οποίες δεν μπορούν να τοποθετηθούν ανεμογεννήτριες. Έπειτα οι περιοχές που απέμειναν και στις οποίες επιτρέπεται να χωροθετηθούν αιολικά πάρκα αξιολογήθηκαν βάσει πέντε κριτηρίων, τα οποία είναι:

• Το αιολικό δυναμικό

• Η απόσταση από δίκτυο ηλεκτρισμού υψηλής τάσης

• Η απόσταση από το οδικό δίκτυο (ασφαλτοστρωμένοι δρόμοι)

• Οι κλίσεις (που υπάρχουν σε κάθε προς αξιολόγηση περιοχή)

• Ο αριθμός των ανεμογεννητριών που μπορούν να εγκατασταθούν σε κάθε περιοχή προς αξιολόγηση

Έγιναν τρείς παραδοχές και τα κριτήρια αυτά έλαβαν βάρη πρώτον από το ερωτηματολόγιο που δόθηκε σε ειδικούς προς συμπλήρωση, δεύτερον από την εργασία των ((Spyridonidou &

Vagiona, 2020)) λαμβάνοντας υπόψιν και το βάρος του κριτηρίου ¨ αριθμός ανεμογεννητριών

¨ από το ερωτηματολόγιο (για το οποίο δεν υπάρχουν στοιχεία στην εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) και τρίτον συνδυάζοντας τα δυο προηγούμενα.

Στην πρώτη και την τρίτη περίπτωση ως καταλληλότερη για χωροθέτηση ανεμογεννητριών κρίθηκε η περιοχή 14 έκτασης 0,58 Km² ενώ στη δεύτερη περίπτωση ως καταλληλότερη κρίθηκε η περιοχή 13 έκτασης 0,39 Km²

Λέξεις κλειδιά : GIS, QGIS, PROMETHEE, Visual PROMETHEE, πολυκριτηριακή ανάλυση, αιολικό πάρκο, ανεμογεννήτρια

(6)

Διπλωματική εργασία vi

Abstract

The present dissertation deals with the problem of finding the most suitable areas to allocate wind turbines in the area of the Municipality of Polygyros. The QGIS program and the PROMETHEE multi-criteria analysis method (with the help of the Visual PROMETHEE program) were used as tools to find suitable areas for wind turbines. Initially, based on the Greek legislation and the international literature and through the use of the QGIS program, the areas in which wind turbines cannot be installed were removed from the polygon of the municipality of Polygyros. The remaining areas in which wind farms are allowed to be located were then evaluated based on five criteria, which are:

• The wind potential

• The distance from the high voltage electricity network

• The distance from the road network (asphalt roads)

• The Slopes (existing in each area to be evaluated)

• The number of wind turbines that can be installed in each area to be evaluated.

Three assumptions were made and these criteria were weighed from the questionnaire given to experts to be completed, from their work (Spyridonidou & Vagiona, 2020) taking into account the weight of the criterion ¨ number of wind turbines ¨ from the questionnaire (for which there is no data in their work (Spyridonidou & Vagiona, 2020) and finally weights were given combining the two previous ones. In the first and third case, the area 14 of 0.58 Km2 was deemed most suitable for wind turbines, while in the second case, the area 13 of 0.39 Km2 was deemed most suitable.

Key - words: GIS, QGIS, PROMETHEE, Visual PROMETHEE, Multicriteria decision analysis (MCDA), Wind farms, Wind turbines

(7)

Διπλωματική εργασία vii

Περιεχόμενα

Περίληψη ... v

Abstract ... vi

Κατάλογος εικόνων... xi

Κατάλογος πινάκων ... xvi

Πρόλογος ... xvii

1. Εισαγωγή ... 1

1.1 Αντικείμενο και στόχος της διπλωματικής εργασίας ... 3

1.2 Δομή της εργασίας ... 3

2. Αιολική ενέργεια, ανεμογεννήτριες και συναφείς έρευνες ... 5

2.1 Ο άνεμος και η χρήση του ιστορικά ... 5

2.2 Λειτουργία και μέρη μιας ανεμογεννήτριας ... 7

2.3 Χρήση της αιολικής ενέργειας - πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ... 9

2.4 Παράγοντες που επηρεάζουν τις ανεμογεννήτριες ... 13

2.5 Κατασκευή του αιολικού πάρκου. ... 17

2.6 Διεθνής έρευνα στο θέμα της χωροθέτησης αιολικών πάρκων ... 19

3. Πολυκριτηριακή ανάλυση και μέθοδος PROMETHEE ... 29

3.1 Εισαγωγή ... 29

3.2 Κυριότερες μέθοδοι πολυκριτηριακής ανάλυσης ... 29

3.3 Μέθοδος PROMETHEE ... 30

3.4 Λογισμικό Visual PROMETHEE ... 33

4. Μεθοδολογική προσέγγιση και δεδομένα μελέτης περίπτωσης ... 35

4.1 Μεθοδολογία ... 35

4.2 Περιοχή μελέτης ... 38

4.3 Κριτήρια αποκλεισμού ... 39

4.3.1 Χαμηλό αιολικό δυναμικό: ... 41

4.3.2 Απόσταση από αεροδρόμια : ... 43

(8)

Διπλωματική εργασία viii

4.3.3 Απόσταση από αρχαιολογικούς χώρους : ... 43

4.3.4 Απόσταση από οικισμούς : ... 44

4.3.5 Απόσταση από Μονές : ... 45

4.3.6 Απόσταση από οδικούς άξονες : ... 46

4.3.7 Απόσταση από γραμμές υψηλής τάσης : ... 47

4.3.8 Απόσταση από κεραίες : ... 49

4.3.9 Αγροτική γη υψηλής παραγωγικότητας : ... 50

4.3.10 Μονάδες εσταυλισμένης κτηνοτροφίας ... 51

4.3.11 Λατομεία και βιομηχανικές ζώνες : ... 51

4.3.12 ΠOTA (Περιοχές Οργανωμένης Τουριστικής Ανάπτυξης) : ... 53

4.3.13 ΠΕΡΠΟ (Περιοχή Ειδικά Ρυθμιζόμενης Πολεοδόμησης) : ... 54

4.3.14 Απόσταση από υγροβιότοπους : ... 55

4.3.15 Απόσταση από περιοχή Natura 2000 ... 56

4.3.16 ΚΑΖ (Καταφύγια Άγριας Ζωής) : ... 57

4.3.17 Απόσταση από δίκτυο ενέργειας : ... 58

4.3.18 Απόσταση από μεμονωμένη οικία : ... 58

4.3.19 Ακτές κολύμβησης : ... 59

4.3.20 Περιοχές ΖΕΠ ορνιθοπανίδας : ... 59

4.3.21 Κλίσεις : ... 60

4.3.22 Περιοχές προς αξιολόγηση ... 61

4.4 Κριτήρια αξιολόγησης ... 65

4.4.1 Αιολικό δυναμικό : ... 66

4.4.2 Απόσταση από δίκτυο ηλεκτρισμού υψηλής τάσης : ... 67

4.4.3 Απόσταση από οδικούς άξονες (ασφαλτωμένους δρόμους) : ... 68

4.4.4 Κλίσεις : ... 75

4.4.5 Αριθμός ανεμογεννητριών που μπορούν να τοποθετηθούν : ... 76

(9)

Διπλωματική εργασία ix

4.4.6 Συνδρομή ειδικών στον καθορισμό βαρών για κάθε κριτήριο ... 80

5. Εφαρμογή της Visual PROMETHEE για την ιεράρχη των κατάλληλων περιοχών όπου μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 82

5.1 Αξιολόγηση των κατάλληλων περιοχών για χωροθέτηση ανεμογεννητριών με βάση τα βάρη που προκύπτουν από το ερωτηματολόγιο ... 84

5.1.1 PROMETHEE rankings ... 86

5.1.2 PROMETHEE Diamond ... 87

5.1.3 PROMETHEE Table ... 88

5.1.4 PROMETHEE Gaia ... 89

5.1.5 Visual stability intervals ... 90

5.2 Αξιολόγηση των κατάλληλων περιοχών για χωροθέτηση ανεμογεννητριών με βάση τα βάρη από την εργασία των Spyridonidou & Vagiona (2020) επίσης θα συνυπολογιστεί το βάρος για το κριτήριο ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο. ... 95

5.3 Αξιολόγηση των κατάλληλων περιοχών για χωροθέτηση ανεμογεννητριών με βάση τα βάρη από την εργασία των Spyridonidou & Vagiona (2020) και το συμπληρωμένο ερωτηματολόγιο ... 107

6. Συμπεράσματα – περιορισμοί– μελλοντική εργασία – προτάσεις ... 120

6.1 Συμπεράσματα ... 120

(10)

Διπλωματική εργασία x

6.2 Περιορισμοί ... 123

6.3 Μελλοντική εργασία ... 123

6.4 Προτάσεις ... 124

7. Βιβλιογραφία ... 125

(11)

Διπλωματική εργασία xi

Κατάλογος εικόνων

Εικόνα 1: Δύναμη Κοριόλις. Ο θερμαινόμενος αέρας κινείται από τον Ισημερινό ευθεία προς τον πόλο (αριστερά). Εκτρέπεται προς τα δεξιά λόγω της δύναμης Κοριόλις (δεξιά), Πηγή:

(Anderson, 2020) ... 5 Εικόνα 2: Μέρη ανεμογεννήτριας , (Πηγή : www.energy.gov) ... 8 Εικόνα 3: αναταράξεις στην ροή του ανέμου που προκαλούνται από ένα εμπόδιο , (Πηγή : http://ele.aut.ac.ir/~wind/en/tour/wres/obst.htm) ... 14 Εικόνα 4: Μείωση της ταχύτητας του ανέμου πίσω από ένα εμπόδιο, (Πηγή : http://ele.aut.ac.ir/~wind/en/tour/wres/obst.htm) ... 15 Εικόνα 5: Φαινόμενο Wake , (Πηγή : http://ele.aut.ac.ir/~wind/en/tour/wres/wake.htm) ... 16 Εικόνα 6: Φαινόμενο Wake που προκαλείται από τη διάταξη των ανεμογεννητριών, (Πηγή : (Anderson, 2020)) ... 16 Εικόνα 7: Μεθοδολογία ... 38 Εικόνα 8: Δήμος Πολυγύρου ... 39 Εικόνα 9: Τεχνικά στοιχεία ανεμογεννήτριας ENERCON E-160 EP5 E3 (Πηγή : www.enercon.de) ... 40 Εικόνα 10: Ετήσια απόδοση ανεμογεννήτριας ENERCON E-160 EP5 E3 (Πηγή : www.enercon.de) ... 41 Εικόνα 11: Αιολικό δυναμικό Δήμου Πολυγύρου ... 42 Εικόνα 12: Αρχαία και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 44 Εικόνα 13: Οικισμοί και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 45 Εικόνα 14: Μονές και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 46 Εικόνα 15: Οδικά δίκτυα και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 47 Εικόνα 16: Χάρτης δικτύου υψηλής τάσης ΑΔΜΗΕ (Πηγή : https://www.admie.gr/systima/perigrafi/hartis-grammon) ... 48 Εικόνα 17: Δίκτυο υψηλής τάσης και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 49

(12)

Διπλωματική εργασία xii

Εικόνα 18: Γη υψηλής παραγωγικότητας και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν

μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 51

Εικόνα 19: Περιοχές μεταλλευτικού ενδιαφέροντος , λατομεία , μεταλλεία και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 52

Εικόνα 20: Βιομηχανικές ζώνες και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 53

Εικόνα 21: Περιοχές Οργανωμένης Τουριστικής Ανάπτυξης και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 54

Εικόνα 22: Περιοχές ΠΕΡΠΟ και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 55

Εικόνα 23: Ρέματα και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 56

Εικόνα 24: Ζώνη NATURA και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 57

Εικόνα 25: Καταφύγια Άγριας Ζωής και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 58

Εικόνα 26: Ακτές κολύμβησης και απόσταση ασφαλείας εντός της οποίας δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες ... 59

Εικόνα 27: Χάρτης κλίσεων ... 60

Εικόνα 28: Περιοχές προς αξιολόγηση χωρίς την αφαίρεση κεραιών , μεμονωμένων οικιών και κτηνοτροφικών μονάδων ... 61

Εικόνα 29: Θέσεις κεραιών , μεμονωμένων οικιών και κτηνοτροφικών μονάδων ... 62

Εικόνα 30: Περιοχές προς αξιολόγηση μετά την αφαίρεση κεραιών , μεμονωμένων κατοικιών και μονάδων κτηνοτροφίας ... 63

Εικόνα 31: Τελικές περιοχές προς αξιολόγηση ... 65

Εικόνα 32: Απόσταση περιοχής 1 από δίκτυο υψηλής τάσης και κύριο οδικό άξονα ... 69

Εικόνα 36: Απόσταση περιοχής 13 & 14 από δίκτυο υψηλής τάσης και κύριο οδικό άξονα . 73 Εικόνα 37: Απόσταση περιοχής 16 από δίκτυο υψηλής τάσης και κύριο οδικό άξονα ... 74

Εικόνα 39: Ενδεικτικές θέσεις ανεμογεννητριών περιοχών 1,9 και 17 ... 78

(13)

Διπλωματική εργασία xiii

Εικόνα 40: Ενδεικτικές θέσεις ανεμογεννητριών περιοχών 3,13,14 και 16 ... 79

Εικόνα 41: Ενδεικτικές θέσεις ανεμογεννητριών περιοχής 8 ... 80

Εικόνα 42: Νέο αρχείο Visual PROMETHEE ... 82

Εικόνα 43: Καρτέλα εισαγωγής των δεδομένων ... 83

Εικόνα 44: Εισαγωγή δεδομένων στο Visual PROMETHEE με τα βάρη όπως προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο ... 85

Εικόνα 45: Μερική κατάταξη (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 86

Εικόνα 46: Ολική κατάταξη (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 87

Εικόνα 47: PROMETHEE Diamond (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 88

Εικόνα 48: PROMETHEE Table (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 89

Εικόνα 49: PROMETHEE Gaia (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 90

Εικόνα 50: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Αιολικό Δυναμικό (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 91

Εικόνα 51: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Απόσταση ΑΔΜΗΕ (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 92

Εικόνα 52: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Απόσταση από δρόμους (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 93

Εικόνα 53: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου κλίση (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 94

Εικόνα 54: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Αριθμός Ανεμογεννητριών (λαμβάνοντας υπόψιν τις βαρύτητες που προέκυψαν από το ερωτηματολόγιο) ... 95

Εικόνα 55: Εισαγωγή δεδομένων στο Visual PROMETHEE (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 97

Εικόνα 56: Μερική κατάταξη (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 98

(14)

Διπλωματική εργασία xiv

Εικόνα 57: Ολική κατάταξη (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨

από το ερωτηματολόγιο ... 99 Εικόνα 58: PROMETHEE Diamond (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 100 Εικόνα 59: PROMETHEE Table (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 101 Εικόνα 60: PROMETHEE Gaia (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 102 Εικόνα 61: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Αιολικό Δυναμικό (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 103 Εικόνα 62: Ανάλυση ευαισθησίας κριτήριου απόσταση από ΑΔΜΗΕ (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 104 Εικόνα 63: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Απόσταση από δρόμους (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 105 Εικόνα 64: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου κλίση (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου

¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 106 Εικόνα 65: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Αριθμός ανεμογεννητριών (λαμβάνοντας υπόψιν τις βάρη που προέκυψαν από την εργασία των (Spyridonidou & Vagiona, 2020) + το βάρος του κριτηρίου ¨αριθμός ανεμογεννητριών¨ από το ερωτηματολόγιο ... 107 Εικόνα 66: Εισαγωγή δεδομένων στο Visual PROMETHEE (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou &

Vagiona, 2020)) ... 109 Εικόνα 67: Μερική κατάταξη (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 110

(15)

Διπλωματική εργασία xv

Εικόνα 68: Ολική κατάταξη (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 111 Εικόνα 69: PROMETHEE Diamond (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 112 Εικόνα 70: PROMETHEE Table (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 113 Εικόνα 71: PROMETHEE Gaia (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 114 Εικόνα 72: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Αιολικό Δυναμικό (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou &

Vagiona, 2020)) ... 115 Εικόνα 73: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Απόσταση ΑΔΜΗΕ (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou &

Vagiona, 2020)) ... 116 Εικόνα 74: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Απόσταση από δρόμους (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 117 Εικόνα 75: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Κλίση (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 118 Εικόνα 76: Ανάλυση ευαισθησίας κριτηρίου Αριθμός ανεμογεννητριών (με τα βάρη όπως προέκυψαν από τον συνδυασμό των βαρών του ερωτηματολογίου και της εργασίας των (Spyridonidou & Vagiona, 2020)) ... 119

(16)

Διπλωματική εργασία xvi

Κατάλογος πινάκων

Πίνακας 1: Εμβαδά περιοχών προς αξιολόγηση... 64

Πίνακας 2: Εμβαδά περιοχών προς αξιολόγηση που είναι ίσες ή μεγαλύτερες των 0,3Km2 . 64 Πίνακας 3: Μέση τιμή , μέγιστη και ελάχιστη τιμή έντασης ανέμου των περιοχών προς αξιολόγηση... 66

Πίνακας 4: Απόσταση των περιοχών προς αξιολόγηση από το δίκτυο υψηλής τάσης ΑΔΜΗΕ ... 68

Πίνακας 5: Απόσταση των περιοχών προς αξιολόγηση από κύριους οδικούς άξονες ... 69

Πίνακας 6: Μέση, μέγιστη και ελάχιστη κλίση των περιοχών προς αξιολόγηση ... 76

Πίνακας 7: Επικρατούσες διευθύνσεις ανέμων από τον μετεωρολογικό σταθμό Πολυγύρου το έτος 2021 ... 77

Πίνακας 8: Αριθμός ανεμογεννητριών που αντιστοιχούν σε κάθε περιοχή προς αξιολόγηση 77 Πίνακας 9: Βαθμολογία κριτηρίων ... 81

Πίνακας 10: Πίνακας στοιχείων προς εισαγωγή στο Visual PROMETHEE ... 84

Πίνακας 11: Υπολογισμός τελικού βάρους κάθε κριτηρίου ... 96

Πίνακας 12: Υπολογισμός τελικών βαρών για κάθε κριτήριο ... 108

(17)

Διπλωματική εργασία xvii

Πρόλογος

Ο πλανήτης αντιμετωπίζει ολοένα και περισσότερα προβλήματα από τις ανθρώπινες δραστηριότητές που αυξάνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αυτό έχει σαν συνέπεια το λιώσιμο των πάγων, την αύξηση της στάθμης της θάλασσας και την εκδήλωση περίεργων και έντονων καιρικών φαινομένων σε περιοχές που κανονικά δεν θα έπρεπε να εκδηλώνονται.

Πρόσφατα πραγματοποιήθηκε η συνδιάσκεψη για το κλίμα (31 Οκτωβρίου μέχρι της 12 Νοεμβρίου 2021) όπου και αποφασίστηκε από την πλειονότητα των χωρών που συμμετείχαν στο να περιορίσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Ο καλύτερος τρόπος για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος είναι η απεξάρτηση της ανθρωπότητας από τα ορυκτά καύσιμα που παράγουν τα αέρια του θερμοκηπίου, με την χρήση όλο και περισσότερων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η αιολική ενέργεια, με την χρήση ανεμογεννητριών, αποτελεί μια από αυτές τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες έχουν μεγάλη εξάπλωση στον ελλαδικό χώρο και σημαντική συμβολή στην παραγωγή ενέργειας.

(18)

Διπλωματική εργασία 1

1. Εισαγωγή

Η συζήτηση για τον αντίκτυπο που έχει η ανθρώπινη δραστηριότητα πάνω στο κλίμα του πλανήτη έχει ανοίξει εδώ και αρκετά χρόνια. Η βιομηχανική επανάσταση αποτέλεσε την απαρχή της ανάπτυξης της ανθρωπότητας και την διευκόλυνση της σε όλους σχεδόν τους τομείς της καθημερινότητας με τα προϊόντα που παράγονται. Προϊόντα όπως ο ηλεκτρισμός, που μας επιτρέπει να έχουμε φως και θέρμανση, αλλά και που δίνει την κινητήριο δύναμη στις βιομηχανίες για την παραγωγή οικιακών συσκευών, αυτοκίνητων, οικοδομικών μηχανημάτων, γεωργικών μηχανημάτων, αεροπλάνων κλπ. Πρόκειται για συσκευές που διευκολύνουν την καθημερινότητά μας αλλά και μηχανήματα που μας επιτρέπουν να μετακινούμαστε ταχύτατα από το ένα μέρος του πλανήτη σε ένα άλλο, μπορούν να μεταβάλλουν το ανάγλυφο της γης επιτρέποντας μας να κατασκευάσουμε πολύπλοκα και δύσκολα τεχνικά έργα, μας επιτρέπουν να έχουμε μια σταθερότητα στην αγροτική και κτηνοτροφική παραγωγή κλπ. Αυτήν η ανάπτυξη και ευημερία οφείλεται κατά κύριο λόγο στην καύση του λιγνίτη, του πετρελαίου και των παραγώγων του. Με την καύση αυτών των υλικών, είτε παράγουμε ρεύμα που θέτει σε κίνηση τις μηχανές στα εργοστάσια, είτε καίγονται σε μηχανές εσωτερικής καύσης και μας επιτρέπουν να κινηθούμε με τα αυτοκίνητα ή τα αεροπλάνα.

Σύντομα η ανθρωπότητα άρχισε να έρχεται σε επαφή με τις συνέπειες της καύσης των ορυκτών καυσίμων. Ρύπανση του αέρα και των υδάτων, λιώσιμο των πάγων στους πόλους, εμφάνιση του νέφους στα μεγάλα αστικά κέντρα και η εμφάνιση της όξινης βροχής ήταν μερικές από τις δυσάρεστες συνέπειες της βιομηχανικής επανάστασης. Η πιο σημαντική επίπτωση όμως είναι η αλλαγή στο κλίμα μέσω της αύξησης της παγκόσμιας θερμοκρασίας. Αυτή η αλλαγή του κλίματος έχει ως συνέπεια (του) να εκδηλώνονται ακραία και ασυνήθιστα καιρικά φαινόμενα σε διάφορα σημεία του πλανήτη. Πολύ έντονες βροχές (π.χ. βροχόπτωση δυο ημερών που αντιστοιχεί σε βροχόπτωση δυο μηνών), εκτεταμένοι καύσωνες τα καλοκαίρια, χιονοπτώσεις στη Σαχάρα, καύσωνας στη Σιβηρία. Τελευταία εμφανίστηκε το φαινόμενο του μεσογειακού τυφώνα που χτύπησε κυρίως την Σικελία και ευτυχώς η Ελλάδα απέφυγε τις δυσμενείς συνέπειες αυτού του φαινομένου καθώς είχε εξασθενήσει φτάνοντας στην δυτική Ελλάδα και την Κρήτη.

Μπορεί να λεχθεί ότι η δεκαετία του 1970 ήταν ορόσημο, ούτως ώστε να αρχίσουν οι πρώτες σκέψεις για την χρήση των εναλλακτικών πηγών ενέργειας (Anderson, 2020). Οι λόγοι για αυτό δεν ήταν τόσο περιβαλλοντικοί, αλλά γεωπολιτικοί. Οι γεωπολιτικές εντάσεις είχαν

(19)

Διπλωματική εργασία 2 προκαλέσει εμπάργκο στις πετρελαϊκές εξαγωγές από τις χώρες της Μέσης Ανατολής. Οι τιμές του πετρέλαιού, που παρέμεναν σταθερές από τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, ξαφνικά άρχισαν να ανεβαίνουν. Οι βιομηχανικές χώρες τότε κατάλαβαν το μέγεθος της ενεργειακής εξάρτησής τους από το πετρέλαιο και κατά συνέπεια από τις χώρες της Μέσης Ανατολής.

Εξαιτίας αυτής της κατάστασης στις 8 Νοεμβρίου του 1977 ο πρόεδρος των ΗΠΑ Τζίμι Κάρτερ απευθύνθηκε στο έθνος αναγνωρίζοντας την εξάρτηση των ΗΠΑ από το πετρέλαιο, προτρέποντας τον λαό να κάνει οικονομία, αλλά αναφέρθηκε και στο σχέδιο ανάπτυξης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (γινόταν για πρώτη φορά αναφορά στην ηλιακή και αιολική ενέργεια) σε εθνικό επίπεδο. Η ενεργειακή κρίση της δεκαετίας το 1970 έγινε αισθητή παγκόσμια και παρόμοιες πολιτικές εφαρμόστηκαν και αλλού. Όμως στις ΗΠΑ λόγω της εκτεταμένης χρήσης του πετρελαίου εφαρμόστηκαν πιο γρήγορα αυτές οι πολιτικές και σύντομα κατασκευάστηκαν τα πρώτα μεγάλα αιολικά πάρκα στην Καλιφόρνια (Anderson, 2020).

Την δεκαετία του 1990 έγιναν προσπάθειες για τον περιορισμό της αύξησης της παγκόσμιας θερμοκρασίας του πλανήτη. Οι Συνδιασκέψεις για το Κλίμα γενικά δεν μπόρεσαν να ανακόψουν την κλιματική αλλαγή. Οι ημερομηνίες σταθμοί για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής ήταν (www.europarl.europa.eu):

• 1992 Σύμβαση των Ηνωμένων Εθνών για την Κλιματική Αλλαγή

• Το 1997 πραγματοποιήθηκε η διάσκεψη του Κιότο

• Σύνοδος Κορυφής στην Κοπεγχάγη για το κλίμα το 2009

• 2012 Ντόχα (τροποποίηση του πρωτοκόλλου του Κιότο)

• Παρίσι 2015

Στις παραπάνω διασκέψεις τέθηκαν στόχοι για την μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου οι οποίοι κατά βάση δεν υλοποιήθηκαν.

Τις μέρες που συντάσσεται η παρούσα διπλωματική εργασία στη Γλασκόβη (31 Οκτωβρίου μέχρι της 12 Νοεμβρίου 2021) πραγματοποιείται η διάσκεψη για το κλίμα. Οι στόχοι που έχουν τεθεί είναι μηδενικοί ρύποι έως το 2050 και σταθεροποίησης της αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1,5 βαθμούς. Φαινόταν ότι δύσκολα θα επιτυγχάνονταν συμφωνία ανάμεσα στα 200 κράτη (έλαμπαν δια της απουσίας τους οι Πούτιν και Σι Ζιν Πινγκ με την Κίνα να είναι ο μεγαλύτερος ρυπαντής του πλανήτη μας) που συμμετείχαν, καθ’ ότι ο πλανήτης έχει φτάσει σε σημείο όπου απαιτούνται συγκεκριμένες δεσμεύσεις. Στη συνδιάσκεψη έγινε κοινώς

(20)

Διπλωματική εργασία 3 αποδεκτό ότι η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης πάνω από τον 1,5 στους 2 βαθμούς Κελσίου θα προκαλέσει κοινωνικές, περιβαλλοντικές και οικονομικές καταστροφές. Το αποτέλεσμα της συνόδου για το κλίμα ήταν ότι τα 153 κράτη που προκαλούν το 80% των παγκόσμιων εκπομπών αερίων που προκαλούν του φαινόμενο του θερμοκηπίου δεσμεύτηκαν να μειώσουν τις εκπομπές τους. Αν πραγματοποιηθούν οι μειώσεις (που) για τις οποίες έχουν δεσμευτεί οι χώρες, τότε η αύξηση της θερμοκρασίας θα διατηρηθεί κάτω από τους 2 βαθμούς Κελσίου και θα αναμένονται περεταίρω ενέργειες αλλά ο στόχος του 1,5 βαθμού Κελσίου θα είναι εφικτό να επιτευχθεί (ukcop26.org).

Στην Ελλάδα η κυβέρνηση φαίνεται αποφασισμένη να ακολουθήσει τις δεσμεύσεις της Ευρώπης να καταστεί η πρώτη κλιματικά ουδέτερη ήπειρος ως το 2050, με μεταβατικό ορόσημο το έτος 2030, όπου θα πρέπει να υπάρξει μείωση των εκπομπών ρύπων του θερμοκηπίου κατά 55%. Για να γίνει πράξη αυτό στην Ελλάδα θα επιδιωχθεί η μεγαλύτερη διείσδυση και ανάπτυξη των ΑΠΕ και η πλήρης απολιγνιτοποίηση της χώρας μέχρι το 2028 (ypen.gov.gr).

1.1 Αντικείμενο και στόχος της διπλωματικής εργασίας

Η χωροθέτηση αιολικών πάρκων είναι μια χωρικά πολύπλοκη διαδικασία καθώς από την μια πλευρά υπάρχουν εκτάσεις στις οποίες δεν επιτρέπεται η τοποθέτηση ανεμογεννητριών και από την άλλη πρέπει να γίνει αξιολόγηση των περιοχών για να αναδειχθούν αυτές που είναι πιο προσοδοφόρες από άποψη απόδοσης του αιολικού πάρκου, αλλά και που θα έχουν μειωμένα έξοδα κατασκευής. Η παρούσα διπλωματική εργασία εισάγει ένα ολοκληρωμένο σύστημα λήψης αποφάσεων χρησιμοποιώντας τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών (GIS) και το σύστημα πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE II για την χωροθέτηση ανεμογεννητριών σε έναν αραιοκατοικημένο δήμο της Χαλκιδικής, αυτόν του δήμου Πολυγύρου.

1.2 Δομή της εργασίας

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από 7 κεφάλαια που προσεγγίζουν το θέμα της χωροθέτησης ανεμογεννητριών στον Δήμο Πολυγύρου. Η διάρθρωση είναι η εξής:

• Το κεφάλαιο 1 περιλαμβάνει την εισαγωγή το αντικείμενο της εργασίας και την δομή της εργασίας

(21)

• Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται στοιχεία για την κίνηση του άνεμου και πώς αυτή παράγεται, την χρήση του ανέμου κατά την αρχαιότητα και πώς αναπτύχθηκαν οι πρώτες ανεμογεννήτριες. Αναλύονται τα μέρη από τα οποία αποτελείται μια ανεμογεννήτρια.

Παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της αιολικής ενέργειας, οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των ανεμογεννητριών και τις φάσεις κατασκευής τους. Επίσης παρουσιάζεται μια βιβλιογραφική επισκόπηση των μεθοδολογιών που ακολουθήθηκαν διεθνώς αλλά και στη χώρα μας, όσον αφορά το πρόβλημα της χωροθέτησης αιολικών πάρκων.

• Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται γενικά στοιχεία για την πολυκριτηριακή ανάλυση, αναφέρονται οι σημαντικότερες μέθοδοι αυτής, παρουσιάζεται η μέθοδος πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE και γίνεται μια ιστορική αναδρομή του πώς αναπτύχθηκε το λογισμικό Visual PROMETHEE.

• Στο κεφάλαιο 4 προτείνεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την αφαίρεση των τμημάτων που δεν μπορούν να χωροθετηθούν ανεμογεννήτριες (με τη χρήση του προγράμματος QGIS) και με βάση ποια κριτήρια θα γίνει η αξιολόγηση των τμημάτων που επιτρέπεται η τοποθέτηση ανεμογεννητριών.

• Στο κεφάλαιο 5 πραγματοποιείται η ιεράρχηση των περιοχών που κρίνονται κατάλληλες για χωροθέτηση ανεμογεννητριών, βάσει των κριτηρίων που επιλέχθηκαν στο κεφάλαιο 4. Η κατάταξη επιτυγχάνεται με τη χρήση της μεθόδου πολυκριτηριακής ανάλυσης PROMETHEE με την βοήθεια του προγράμματος Visual PROMETHEE.

• Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα, οι περιορισμοί και οι προτάσεις

• Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται η βιβλιογραφία

(22)

2. Αιολική ενέργεια, ανεμογεννήτριες και συναφείς έρευνες 2.1 Ο άνεμος και η χρήση του ιστορικά

Άνεμος είναι η αισθητή οριζόντια κίνηση του αέρα. Υπεύθυνη για αυτήν την κίνηση είναι η διαφορά θερμοκρασίας που έχει ο αέρας σε διαφορετικά σημεία της γης (SORENSEN, 1995).

Ουσιαστικά μπορούμε να πούμε ότι η αιολική ενέργεια είναι μια μορφή ηλιακής ενέργειας (Anderson, 2020). Η θερμότητα του ήλιου θερμαίνει τα μόρια της ατμόσφαιρας στα γεωγραφικά πλάτη που βρίσκονται πλησίον της περιοχής του ισημερινού, ενώ στους πόλους ο αέρας ψύχεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργούνται διαφορές βαρομετρικής πίεσης.

Ο μηχανισμός δημιουργίας του ανέμου λειτουργεί ως εξής: τα μόρια του θερμότερου αέρα διατάσσονται πιο αραιά και κατά συνέπεια η αέρια αυτή μάζα είναι ελαφρύτερη, έχοντας την τάση να ανέβει ψηλότερα, δημιουργώντας κενό, το οποίο έρχεται να καλύψει μια ψυχρότερη αέρια μάζα με μόρια διατεταγμένα πιο πυκνά. Η παραγωγή του ανέμου δεν είναι τόσο απλοϊκή όπως αναλύθηκε ανωτέρω, καθώς υπεισέρχονται και άλλοι παράγοντες, όπως η περιστροφή της γης και η τραχύτητα της επιφάνειάς της. Έτσι ο αέρας αποκλίνει από την πορεία του λόγω της δύναμης Coriolis, η δύναμη της οποίας εξαρτάται από παράγοντες όπως από την ταχύτητα του αέρα, τον ρυθμό περιστροφή της γης και το γεωγραφικό πλάτος στο σημείο παρατήρησης.

Έτσι ο άνεμος εκτρέπεται από την ευθεία του κίνηση προς τα δεξιά στο βόρειο ημισφαίριο και προς τα αριστερά στο νότιο (Anderson, 2020) (εικόνα 1).

Εικόνα 1: Δύναμη Κοριόλις. Ο θερμαινόμενος αέρας κινείται από τον Ισημερινό ευθεία προς τον πόλο (αριστερά).

Εκτρέπεται προς τα δεξιά λόγω της δύναμης Κοριόλις (δεξιά), Πηγή: (Anderson, 2020)

(23)

Διπλωματική εργασία 6 Η ενέργεια που προκύπτει από τον άνεμο ονομάζεται αιολική και είναι γνωστή από την αρχαιότητα. Μάλιστα, λόγω της σημασίας της είχε αποδοθεί στον αρχαίο ελληνικό θεό τον Αίολο. Αυτός ήταν ο φύλακας των ανέμων, τους είχε κλεισμένους μέσα στον ασκό του και τους απελευθέρωνε με εντολή του Δία. Η αναφορά σε αυτόν τον θεό είναι ιδιαίτερα γνωστή παγκοσμίως από το απόσπασμα της Ομήρου Οδύσσειας, όπου σε αυτήν ο Οδυσσέας ζητάει τη βοήθεια του θεού Αίολου, να ελευθερώσει ευνοϊκό άνεμο έτσι ώστε ο Οδυσσέας να φτάσει στην Ιθάκη.

Ο άνθρωπος, αντιλαμβανόμενος αυτήν την ενέργεια, την πρωτοχρησιμοποίησε για την ναυσιπλοΐα. Με βάση τις καταγραφές που υπάρχουν πιστεύεται ότι η χρήση αυτή του ανέμου ξεκίνησε από την κλειστή θάλασσα της Μεσογείου (SORENSEN, 1995). Ο Anderson (2020), αναφέρει ότι σύμφωνα με τον (Carter, 2006) στην Μεσοποταμία βρέθηκαν ιστιοπλοϊκά σκάφη που χρονολογούνται πριν από 7000 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι οι κάτοικοι της συγκεκριμένης περιοχής γνώριζαν την δύναμη του ανέμου. Δεν άργησαν λοιπόν να μεταφέρουν αυτή τη γνώση και στην στεριά. Φαίνεται (λοιπόν) ότι οι πρώτοι ανεμόμυλοι χρησιμοποιήθηκαν πρώτα στην Μεσοποταμία και την Περσία. Ο Anderson (2020), αναφέρει ότι σύμφωνα με τον (Dodge, 2014) έχουν βρεθεί ευρήματα που συνηγορούν σε αυτή την κατεύθυνση και χρονολογούνται περίπου στο 500–900 μ.Χ. Καταγραφές αναφέρουν ότι για πρώτη φορά στην Περσία η δύναμη του ανέμου αξιοποιήθηκε με τη χρήση ανεμόμυλων κάθετου άξονα, είτε για την μεταφορά νερού σε απομακρυσμένα σημεία από την πηγή, είτε για την άλεση σιτηρών (SORENSEN, 1995). Οι ανεμόμυλοι οριζόντιου άξονα πιθανολογείται ότι εισήχθησαν από τους σταυροφόρους στην Ευρώπη. Μπορεί κανείς να δει τέτοιο ανεμόμυλο που χρονολογείται από το 1300μ.Χ στην Κρήτη (Anderson, 2020). Γενικά μπορούμε να πούμε ότι έγινε εκτεταμένη χρήση των ανεμόμυλων στα νησιά της Ελλάδας λόγω του υψηλού αιολικού δυναμικού που παρουσιάζουν καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Αλλά και σε όλη την Ευρώπη έγινε εγκατάσταση ανεμόμυλων σε σημεία που έπνεαν ισχυροί άνεμοι. Η χρήση μεγάλων ανεμόμυλων άρχισε να μειώνεται στα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα με την έναρξη της βιομηχανικής επανάστασης και την επικράτηση των ορυκτών καυσίμων ως πηγών ενέργειας (αρχικά ο άνθρακας και μετέπειτα το πετρέλαιο). Ο άνθρακας ήταν φτηνός και είχε υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, πράγμα που χρειαζόταν για τις βιομηχανίες σιδήρου της εποχής.

Έτσι λοιπόν άρχισε να γίνεται η στροφή προς τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Όμως η χρήση της αιολικής ενέργειας δεν έπαψε να αξιοποιείται σε αγροτικές περιοχές. Στις ΗΠΑ

(24)

Διπλωματική εργασία 7 υπήρξε εξάπλωση αιολικών αντλιών που παρείχαν οικονομικά την άντληση του νερού για τους αγρότες (Anderson, 2020).

Η πρώτη ανεμογεννήτρια παρήχθη το 1887 από τον Σκοτσέζο James Blyth (Anderson, 2020).

Ήταν μια ανεμογεννήτρια κατακόρυφου άξονα με ρότορα 10m με υφασμάτινα πανιά. Η ανεμογεννήτρια παρήγαγε ρεύμα που το αποθήκευε σε μπαταρίες. Με αυτόν τον τρόπο ο Blyth ηλεκτροδοτούσε την οικία του. Δυστυχώς, το όλο εγχείρημα δεν είχε απήχηση.

Το 1925 οι Marcelleus και Joseph Jacobs (Carlin et al., 2003), άρχισαν να εργάζονται πάνω σε μια προσιτή, μικρού μεγέθους ανεμογεννήτρια η οποία θα φόρτιζε μια μπαταρία. Αυτό αποδείχθηκε ένα πολύ εμπορικά επιτυχές μοντέλο, το οποίο πούλησε χιλιάδες ανεμογεννήτριες των 32 και 110 DC στις αγροτικές περιοχές των Η.Π.Α. Η τεχνολογία αυτή άρχισε σιγά σιγά να φθίνει το 1937 καθώς το δίκτυο του εναλλασσόμενου ρεύματος άρχισε να εξαπλώνεται και στις μη αστικές περιοχές των Η.Π.Α. Χρειάστηκαν μερικά χρόνια μέχρι να λυθούν τα προβλήματα σύνδεσης των ανεμογεννητριών με το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος. Με την επίλυση των προβλημάτων στις αρχές δεκαετίας του 1970 άρχισαν να εμφανίζονται στην Ευρώπη και στις Η.Π.Α ανεμογεννήτριες συνδεδεμένες στο δίκτυο ηλεκτρισμού, επιτρέποντας στον ιδιοκτήτη κατοικίας ή τον αγρότη να παράγει τη δική του ηλεκτρική ενέργεια.

2.2 Λειτουργία και μέρη μιας ανεμογεννήτριας

Η αρχή λειτουργίας της ανεμογεννήτριας είναι απλή: η ενέργεια του άνεμου κινεί τα πτερύγια γύρω από έναν ρότορα. Αυτός με την σειρά του είναι συνδεδεμένος με έναν άξονα που κινεί τη γεννήτρια ώστε να παράγει ηλεκτρισμό.

Σύμφωνα με το www.energy.gov οι ανεμογεννήτριες αποτελούνται από τα εξής μέρη (εικόνα 2):

(25)

Εικόνα 2: Μέρη ανεμογεννήτριας , (Πηγή : www.energy.gov)

• Πτερύγια : Ανυψώνονται και περιστρέφονται προκαλώντας την περιστροφή του ρότορα

• Ρότορας : Οι λεπίδες και η πλήμνη σχηματίζουν τον ρότορα

• Άξονας χαμηλής ταχύτητας : Αυτός περιστρέφεται με ρυθμό 30 με 60 στροφές ανά λεπτό

• Κιβώτιο ταχυτήτων : Το κιβώτιο ταχυτήτων συνδέει τον άξονα χαμηλής ταχύτητας με τον άξονα υψηλής ταχύτητας επιτυγχάνοντας την αύξηση της περιστροφικής ταχύτητας από τις 30 με 60 στροφές ανά λεπτό σε 1.000 με 1.800 στροφές ανά λεπτό. Αυτή είναι και η συνήθης ταχύτητα λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας.

• Άξονας υψηλής ταχύτητας : Αυτός συνδέεται με την γεννήτρια

• Γεννήτρια : Αυτή παράγει τον ηλεκτρισμό

(26)

• Ανεμόμετρο : Είναι το σύστημα που μετράει την ταχύτητα του ανέμου και μεταδίδει τα δεδομένα στα συστήματα ελέγχου.

• Συστήματα ελέγχου : Αυτά θέτουν σε κίνηση την ανεμογεννήτρια σε ταχύτητες περίπου 13 χλμ./ώρα και σταματούν την κίνηση της όταν οι ταχύτητες υπερβαίνουν 88 χλμ./ώρα. Η διακοπή της κίνησης σε αυτές τις ταχύτητες γίνεται για την προστασία της ανεμογεννήτριας από βλάβες που μπορεί να προκληθούν από την υπερβολική περιστροφή που προκαλείται από τις μεγάλες ταχύτητες ανέμου.

• Σύστημα ελέγχου ταχύτητας ρότορα : Θέτει τις λεπίδες εκτός της ροής του ανέμου ώστε να ελεγχθεί η ταχύτητα του ρότορα. Αυτό γίνεται σε περιπτώσεις που είτε η ταχύτητα του ανέμου είναι πολύ χαμηλή για να παραχθεί ενέργεια είτε η ταχύτητα του ανέμου είναι πολύ υψηλή για την αποτροπή βλαβών.

• Φρένο : Είναι η συσκευή που φρενάρει την ταχύτητα του ρότορα. Υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη φρένων. Αυτά λειτουργούν φρενάροντας το ρότορα μηχανικά, ηλεκτρικά ή υδραυλικά.

• Ανεμοδείκτης : Μετράει την διεύθυνση του ανέμου και μέσω του συστήματος προσανατολισμού προσανατολίζει σωστά την ανεμογεννήτρια ούτως ώστε τα πτερύγια να κινηθούν από τη δύναμη του ανέμου.

• Σύστημα προσανατολισμού : Δέχεται τα δεδομένα από τον ανεμοδείκτη και προσανατολίζει σωστά την ανεμογεννήτρια σε σχέση με την κατεύθυνση του ανέμου.

• Κινητήρας συστήματος προσανατολισμού : Θέτει σε κίνηση το σύστημα προσανατολισμού.

• Πύργος : είναι η κατασκευή πάνω στην οποία στηρίζονται όλα τα συστήματα που προαναφέρθηκαν. Επίσης παρέχει πρόσβαση στο προσωπικό για την συντήρηση της ανεμογεννήτριας.

2.3 Χρήση της αιολικής ενέργειας - πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Σύμφωνα με το windustry.org μπορούν να εξαχθούν τεράστια ποσά ενέργειας αξιοποιώντας τον άνεμο, το 20% της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιεί ο πλανήτης θα μπορούσε να παραχθεί με αυτόν τον τρόπο. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης της αιολικής ενέργειας είναι (windustry.org):

Πλεονεκτήματα

(27)

Διπλωματική εργασία 10 1) Οικονομικά πλεονεκτήματα

• Δωρεάν ¨ καύσιμο ¨. Εν αντιθέσει με τις συμβατικές μορφές ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, τα οποία πρέπει να μεταφερθούν από τον τόπο εξόρυξής τους στον τόπο παραγωγής ενέργειας, η αιολική ενέργεια παράγεται στον τόπο παραγωγής του ανέμου.

Ο άνεμος είναι μια ενέργεια που δε χρειάζεται εξόρυξη και μεταφορά αφαιρώντας δύο ακριβά κόστη από τις μακροπρόθεσμες δαπάνες ενέργειας.

• Η αιολική ενέργεια συμβάλει στην σταθερότητα της τιμής της ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγόμενη ενέργεια από ορυκτά καύσιμα παρουσιάζει διακυμάνσεις λόγω του εξαιρετικά μεταβλητού κόστους εξόρυξης και μεταφοράς. Η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας μπορεί να συμβάλει στην σταθεροποίηση των τιμών της ηλεκτρικής ενέργειας λόγω του ότι το ¨καύσιμο¨ έχει σταθερή τιμή.

• Δημιουργεί νέες θέσεις εργασίας. Τα έργα αιολικής ενέργειας δημιουργούν νέες βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες θέσεις εργασίας. Οι σχετικές θέσεις εργασίας ποικίλλουν από μετεωρολόγους και επιθεωρητές έως δομικούς μηχανικούς, εργάτες συναρμολόγησης, δικηγόρους, τραπεζίτες και τεχνικούς. Η αιολική ενέργεια δημιουργεί 30% περισσότερες θέσεις εργασίας από ένα εργοστάσιο άνθρακα και 66% περισσότερες από ένα εργοστάσιο πυρηνικής ενέργειας ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας.

• Αναζωογονεί την οικονομία των αγροτικών περιοχών. Με την ανάπτυξη αιολικών πάρκων σε αγροτικές περιοχές οι τοπικές κοινωνίες μπορούν να έχουν πρόσθετα έσοδα ή οφέλη από την μείωση της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος.

2) Κοινωνικά πλεονεκτήματα

• Ενεργειακή ασφάλεια και εθνική ανεξαρτησία. Οι ανεμογεννήτριες διαφοροποιούν το ενεργειακό μας χαρτοφυλάκιο και μειώνουν την εξάρτησή μας από ξένα ορυκτά καύσιμα. Η αιολική ενέργεια είναι εγχώρια ηλεκτρική ενέργεια και μπορεί να βοηθήσει στον έλεγχο των αιχμών στο κόστος των ορυκτών καυσίμων. Επίσης η κατανομή αιολικών πάρκων σε διαφορετικά μέρη της χώρας μπορεί να εξασφαλίσει ηλεκτρική ενέργεια ακόμη και εάν ένας σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ορυκτά καύσιμα τεθεί εκτός λειτουργίας, λόγω βλάβης ή τρομοκρατικής επίθεσης.

• Δεν καταλαμβάνουν αρκετό χώρο. Εν αντιθέσει με τα φωτοβολταϊκά πάρκα που καταλαμβάνουν το σύνολο της έκτασης μιας περιοχής, οι ανεμογεννήτριες

(28)

Διπλωματική εργασία 11 καταλαμβάνουν μόνο τον χώρο που χρειάζονται για να θεμελιωθούν και έτσι ο

υπόλοιπος χώρος μπορεί να εκμεταλλευτεί είτε για γεωργική είτε για κτηνοτροφική χρήση.

3) Περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα

• Διατηρεί καθαρό το νερό και τον αέρα. Λόγω του ότι η αιολική ενέργεια είναι μια (αυτούσια) μορφή ενέργειας (δεν παράγεται μέσω καύσης ορυκτών καυσίμων) δεν παράγει μικροσωματίδα που συμβάλλουν στην μόλυνση των ποταμών, λιμνών, θαλασσών και του αέρα.

• Δεν παράγει αέρια του θερμοκηπίου. Οι ανεμογεννήτριες, κατά τη διάρκεια της παραγωγής ενέργειας δεν εκπέμπουν αέρια του θερμοκηπίου και άρα δεν συμβάλλουν στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Το μοναδικό μερίδιο που έχουν στην παραγωγή αερίων του θερμοκηπίου το οφείλουν στην κατασκευή τους από στο εργοστάσιο.

• Διατήρηση άλλων πόρων. Με την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας δεν υπάρχει λόγος για την εξόρυξη καυσίμων που αφήνουν καταστροφικό αποτύπωμα στο περιβάλλον της περιοχής εξόρυξης με την καταστροφή των εδαφών που συντελείται.

Με αποτέλεσμα αυτή η περιοχή να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλες χρήσεις.

Μειονεκ