Εφαρμογή τηλεπισκόπισης και GIS για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Περίπτωση Αιολικής ενέργειας στα ΗΑΕ

Από RemoteSensing Wiki

Πρότυπος τίτλος: Application of Remote Sensing and GIS for Renewable Energy: Case of Wind Energy in UAE

Συγγραφέας: Yagoub M. M.

Πηγή

Εισαγωγή

Έχουν διεξαχθεί διάφορες προσπάθειες σε όλο τον κόσμο ώστε να ενσωματώσουν τη χρήση της τηλεπισκόπισης και GIS στις μελέτες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στη παρούσα εργασία έχει γίνει μια προσπάθεια εφαρμογής των δύο προαναφερθέντων εργαλείων στην περιοχή των ΗΑΕ. Γενικά, συνίσταται η χρήση δορυφόρων για να συμπληρωθούν τα επίγεια δεδομένα ειδικά στις παραθαλάσσιες περιοχές. Η δύναμη της δορυφορικής τηλεπισκόπισης είναι ο πλούτος των δεδομένων, η επαναλαμβανόμενη κάλυψη, η προσβασιμότητα σε απρόσιτες περιοχές και η διαθεσιμότητα των δεδομένων σε ψηφιακή μορφή ώστε να μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν στο GIS. Στόχος αυτής της μελέτης είναι ο προσδιορισμός κατάλληλων περιοχών για την παραγωγή αιολικής ενέργειας στα ΗΑΕ χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπισης και ανάλυση GIS. Η ανάλυση βασίζεται στη δημιουργία βάσεων δεδομένων για μετεωρολογικούς σταθμούς και παράγοντες που επηρεάζουν την αιολική ενέργεια όπως τα αστικά κέντρα, τις γραμμές μεταφοράς ενέργειας καθώς και τον τύπο χρήσης γης και κλίσης. Τα στοιχεία που απαιτήθηκαν για τη μελέτη συγκεντρώθηκαν από διάφορες κυβερνητικές υπηρεσίες όπως το Εθνικό Κέντρο Μετεωρολογίας όπου προσέφερε τα δεδομένα αέρα για την περίοδο 2004-2007. Επίσης οι εικόνες υψηλής ανάλυσης εδάφους αγοράστηκαν από ιδιωτικές εταιρείες ενώ άλλες χαμηλότερης ανάλυσης όπως IRS και ΤΜ ελήφθησαν από το Διαστημικό Κέντρο Αναγνώρισης των ΗΑΕ και την ιστοσελίδα το US Geological Survey.

Μεθοδολογία

Δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων που περιείχε εικόνες με μηνιαία μετεωρολογικά δεδομένα, υψόμετρο, χάρτες χρήσης γης και κέντρα ενεργειακής ζήτησης όπως πόλεις και χωριά. Άλλα δεδομένα περιλάμβαναν δρόμους, αεροδρόμια, δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, φάρμες, λιμάνια, διυλιστήρια αλλά και φυσικές, πολιτισμικές προστατευμένες περιοχές. Ο κύριος παράγοντας για την επιλογή των κατάλληλων θέσεων ήταν η ταχύτητα του ανέμου διότι είναι η πηγή της αιολικής ενέργειας. Τα δεδομένα ανέμου εισάγονται σε περιβάλλον GIS και συνδυάζονται με τα δεδομένα χρήσης γης ώστε να προσδιοριστούν οι κατάλληλες περιοχές για παραγωγή αιολικής ενέργειας χρησιμοποιώντας ανάλυση πολλαπλών κριτηρίων. Τα κριτήρια έλαβαν υπόψη την ταχύτητα του ανέμου, την τοπογραφία, την κλίση, τις εποχιακές αλλαγές, τις χρήσεις γης, την εγγύτητα σε αστικές και γεωργικές περιοχές, τα λιμάνια, τα διυλιστήρια και τα αεροδρόμια. Στους παρακάτω πίνακες 1 και 2 μπορούμε να δούμε μια σύνοψη της ταχύτητας και της ισχύος του ανέμου σε όλους του σταθμούς. Από τους 34 μετεωρολογικούς σταθμούς οι 9 είχαν μέση μηνιαία ταχύτητα ανέμου η οποία ξεπέρασε τα 4m/s για την περίοδο 2004-2007. Από αυτούς 7 σταθμοί βρίσκονται στη Δυτική περιοχή του Άμπου Ντάμπι, 1 στο Γκάντουατ (μεταξύ Άμπου Ντάμπι και Ντουμπάι) και 1 στο Αλ Αίν. Αυτό δείχνει ότι θα χρειαστεί πιο λεπτομερή ανάλυση για τη Δυτική περιοχή του Άμπου Ντάμπι. Τέλος η μέση ισχύ για τον Ιανουάριο στους σταθμούς αυτούς βρέθηκε να είναι 64 και για τον Ιούλιο 61. Αυτό δείχνει ότι η εποχιακή αλλαγή δεν έχει σημαντική επιρροή στην αιολική ενέργεια.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα παρέχουν λεπτομερή ανάλυση σχετικά με τις επιπτώσεις του υψομέτρου, την διακύμανση της ταχύτητας και της ισχύος του ανέμου.

1) Ταχύτητα ανέμου και ενέργεια

Η ταχύτητα ανέμου αναμενόταν να ήταν υψηλή κατά μήκος των ανατολικών παράκτιων περιοχών λόγω αυξημένου υψομέτρου. Παρόλο αυτά μέσα από την συγκεκριμένη μελέτη παρατηρήθηκαν χαμηλές τιμές ταχύτητας ανέμου κατά μήκος των ανατολικών ακτών. Αυτό οφείλεται σε ένα πρόβλημα των δεδομένων επειδή επηρεάζονται έντονα από χερσαίους σταθμούς μέτρησης που τοποθετούνται σε προστατευμένες περιοχές, έτσι οι μετρήσεις του ανέμου μπορεί να μην αντιπροσωπεύει τις πραγματικές μετρήσεις ταχύτητας ανέμου.

2) Περιφερειακή ταξινόμηση της ταχύτητας και της ισχύος του ανέμου

Για να υπάρχει μια πιο προσεκτική κατανομή της ταχύτητας του ανέμου διαχωρίστηκαν τα ΗΑΕ σε τρεις κατηγορίες: υπεράκτια, παράκτια και χερσαίες περιοχή. Η ταξινόμηση βασίστηκε στην υπόθεση ότι κάθε μία από αυτές τις περιοχές έχει διαφορετική τραχύτητα επιφανείας και κατά συνέπεια διαφορετικά αιολικά συστήματα.

2.1) Υπεράκτιες περιοχές

Οι υπεράκτιες περιοχές αντιμετωπίζονται χωριστά επειδή έχουν χαμηλή τραχύτητα επιφανείας (χωρίς κτίρια ή τοπογραφία). Υπάρχουν περισσότερα από 200 νησιά των ΗΑΕ στον Αραβικό κόλπο όπου κάποια από αυτά γίνονται όλο και πιο ελκυστικά που σημαίνει ανάγκη ενέργειας. Η μελέτη έδειξε τη διαθεσιμότητα πιθανής αιολικής ενέργειας γύρω από τα νησιά. Στην εικόνα 1 μπορούμε να δούμε την ταχύτητα του ανέμου που κυμαίνεται μεταξύ 3,89 m/s και 4,44 m/s με μέση τιμή 4,07 m/s. Η αιολική ενέργεια κυμαίνεται μεταξύ 36 W/m2 και 53 W/m2 με μέσο όρο 42 W/m2 (εικόνα 2).

2.2) Παράκτιες περιοχές

Οι παράκτιες περιοχές των ΗΑΕ είναι οι πιο πυκνοκατοικημένες περιοχές. Σχεδόν το 70% του πληθυσμού των ΗΑΕ και κατά συνέπεια η πλειοψηφία των οικονομικών και κοινωνικών δραστηριοτήτων είναι κατά μήκος της ακτής, δηλαδή είναι η περιοχή με τη μεγαλύτερη ζήτηση ενέργειας. Οι παράκτιες περιοχές αυτής της μελέτης ορίζονται ως αυτές των 30 χιλιομέτρων εσωτερικά και υπεράκτια από την ακτογραμμή. Η υψηλότερη ταχύτητα ανέμου 5m/s και εντοπίζεται κυρίως στις βορειοδυτικές παράκτιες περιοχές του Άμπου Ντάμπι (εικόνα 1). Οι κύριες αιτίες μπορεί να είναι:

• Η πλευρά της θάλασσας που αντιμετωπίζει τις παράκτιες περιοχές του αραβικού κόλπου έχει χαμηλή τραχύτητα επιφάνειας. Οι παράκτιες περιοχές του δυτικού Αμπού Ντάμπι έχουν χαμηλή βλάστηση, κτίρια, τοπογραφία και υψόμετρο. Ως εκ τούτου, οι πιθανότητες της κίνησης του ανέμου στην ενδοχώρα είναι υψηλότερες από ότι σε περιοχές που έχουν μεγάλη τραχύτητα επιφάνειας όπως το Αμπού Ντάμπι, το Ντουμπάι και το Sharjah.

• Δεδομένου ότι η επικρατούσα κατεύθυνση του ανέμου στα ΗΑΕ είναι από το βορρά αναμένεται ότι οι περιοχές στα βόρεια και βορειοδυτικά των ΗΑΕ θα έχουν υψηλότερη ταχύτητα ανέμου.
• Η μεγάλη επιφάνεια του Αραβικού κόλπου που αντιμετωπίζει το Δυτικό Άμπου Ντάμπι σε αντίθεση με τη μικρή επιφάνεια που αντιμετωπίζει το Ντουμπάι και το σααα.
• Το ύψος ή το υψόμετρο της ιρανικής πλάκας μπορεί να επηρεάσει και την ταχύτητα του ανέμου.
• Λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του Αραβικού Κόλπου και της εσωτερικής ερήμου κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, το αεράκι της θάλασσας παράγει τοπική κυκλοφορία αέρα που μπορεί να φτάσει ταχύτητα έως και 5,8m/s. Η ταχύτητα ανέμου που παράγεται από το αεράκι του Κόλπου φθάνει στο μέγιστο της κατά τη διάρκεια της μέρας της ημέρας λόγω της μεγάλης διαφοράς μεταξύ της θερμοκρασίας της θάλασσας και της γης και των επακόλουθων διαφορών στην πίεση. Αυτό είναι προς όφελος της αιολικής ενέργειας, επειδή το μεγαλύτερο μέρος της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι κατά τη διάρκεια της ημέρας λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων (επιχειρήσεις, βιομηχανία, σχολεία κλπ.) και κυρίως στον κλιματισμό. Επομένως, η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας της ηλιακής ακτινοβολίας, της πίεσης και της κίνησης και της ταχύτητας του ανέμου πρέπει να αντιμετωπιστεί ως ενσωματωμένο ατμοσφαιρικό σύστημα που επηρεάζει την αιολική ενέργεια.

2.3) Χερσαίες περιοχές

Οι χερσαίες περιοχές βρίσκονται σε απόσταση 30 χιλιομέτρων από την ενδοχώρα. Υπάρχουν 17 σταθμοί εσωτερικής ναυσιπλοΐας και η ταχύτητα ανέμου στους σταθμούς αυτούς κυμαίνεται μεταξύ 2,2 m/s ως ελάχιστο και 4,4 m/s ως μέγιστο με μέσο όρο 3,36 m/s. Σε γενικές γραμμές, όλοι οι σταθμοί εσωτερικής ναυσιπλοΐας είχαν χαμηλές ταχύτητες ανέμου. Αυτό ήταν αναμενόμενο επειδή ο άνεμος μετακινείται από τον εσωτερικό κόλπο, χάνει την ισχύ του και αντιμετωπίζει μεγαλύτερη τραχύτητα της επιφάνειας λόγω των αμμολόφων, των δέντρων και των αστικών περιοχών. Η εξαίρεση για το Al Ain οφείλεται στο σχετικά υψηλό υψόμετρο αφού κυμαίνεται από 200 μέτρα στην πόλη και έως 1000 μέτρα πάνω από το επίπεδο της στάθμης της θάλασσας στο Hafer Mountain. 3) Δυτική περιοχή του Άμπου Ντάμπι

Οι βορειοδυτικές παράκτιες περιοχές του Άμπου Ντάμπι έχουν μεγάλες δυνατότητες για αιολική ενέργεια με ταχύτητα ανέμου στην περιοχή να υπερβαίνει τα 4 m/s. Ως εκ τούτου, δίνονται περισσότερες λεπτομέρειες . Οι λεπτομέρειες επικεντρώθηκαν στη σύνδεση του αιολικού δυναμικού με τα:

• Πληθυσμιακά κέντρα
• Υψόμετρο
• Δίκτυο ηλεκτρισμού
• Οδική πρόσβαση
• Υποδομές πετρελαίου και φυσικού αερίου
• Πηγές νερού
• Υδατικά σώματα
• Αεροδρόμια
• Διατηρητέους και ψυχαγωγικούς χώρους
• Ιστορικές χώροι και πολιτισμικές πηγές

Συμπερασματικά, η μέση μηνιαία ταχύτητα ανέμου στους κορυφαίους σταθμούς κυμαίνεται μεταξύ 4,17 m/s και 5,28 m/s. Η εκτιμώμενη αιολική ενέργεια κυμαίνεται μεταξύ 44 W/m2 και 90 W/m2 . Η χρονική και εποχιακή ανάλυση δείχνει ότι η αιολική ενέργεια κυμαίνεται μεταξύ 28 W/m2 και 127 W/m2 κατά τη διάρκεια του χειμώνα (Δεκέμβριος-Μάρτιος) και μεταξύ 42 W/m2 και 91 W/m2 κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού (Απρίλιος-Νοέμβριος).