ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΕ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΜΕ ΣΚΟΠΟ ΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ ΚΑΙ ΤΗΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΑΝΙΔΑΣ

Abstract

Η αιολική ενέργεια παίζει καθοριστικό ρόλο στην παγκόσμια προσπάθεια για έναν πιο βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Παρότι προσφέρει πολλαπλά οφέλη, συνοδεύεται και από περιβαλλοντικές προκλήσεις, με πιο ανησυχητική τη σύγκρουση πτηνών με τους έλικες των ανεμογεννητριών. Αυτή η εργασία έχει ως στόχο να προτείνει μια λύση που θα μειώσει τις συγκρούσεις πτηνών, χωρίς να επηρεάσει δραματικά την παραγωγή ενέργειας. Η προσέγγιση που εξετάζεται είναι η προγραμματισμένη διακοπή λειτουργίας των ανεμογεννητριών σε χρονικές περιόδους όπου η δραστηριότητα των πτηνών είναι αυξημένη. Η ανάπτυξη του θέματος γίνεται σε εννέα Κεφάλαια. Στο πρώτο Κεφάλαιο αναλύεται η σημασία της αιολικής ενέργειας αλλά και το πρόβλημα που δημιουργείται με τις συγκρούσεις πτηνών. Παρουσιάζονται οι επιπτώσεις αυτών των συγκρούσεων τόσο στη βιοποικιλότητα όσο και στη δημόσια αντίληψη για την αιολική ενέργεια, καθώς και η ανάγκη για στρατηγικές μετριασμού του φαινομένου. Στο δεύτερο Κεφάλαιο, γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση των τεχνολογιών ανεμογεννητριών καθώς και των ήδη υπαρχόντων μέτρων για την αντιμετώπιση των συγκρούσεων πτηνών. Μελετώνται προηγούμενες έρευνες και στατιστικά δεδομένα, ενώ αξιολογούνται μέθοδοι όπως οπτικοί και ακουστικοί αποτρεπτικοί μηχανισμοί, καθώς και η ιδέα των προσωρινών διακοπών λειτουργίας των ανεμογεννητριών. Στο τρίτο Κεφάλαιο, περιγράφεται ο τρόπος συλλογής κα ανάλυσης των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία. Εξετάζονται διάφοροι παράγοντες όπως εποχιακοί κίνδυνοι, μεταναστευτικοί παράγοντες και η ημερήσια δραστηριότητα των πτηνών, με στόχο τον εντοπισμό των χρονικών περιόδων υψηλού κινδύνου για συγκρούσεις. Στην συνέχεια αναλύονται πραγματικές καταγραφές από αιολικά πάρκα, για να προσδιοριστούν τα κρίσιμα χρονικά διαστήματα κατά τα οποία η παύση λειτουργίας των ανεμογεννητριών θα μπορούσε να έχει τη μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Επιπλέον, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις με το λογισμικό ASHES λαμβάνοντας υπόψη τις ταχύτητες ανέμου κατά τις περιόδους καταγραφής όπου τα αποτελέσματα αξιολογούνται και καταγράφονται για τους υπολογισμούς μας. Στο τέταρτο Κεφάλαιο αναλύονται μαθηματικά μοντέλα και σενάρια λειτουργίας, όπως οι αρχικές συνθήκες, η αύξηση της ταχύτητας ανέμου, οι προγραμματισμένες ωριαίες και εποχιακές διακοπές. Η ανάλυση βασίζεται σε δεδομένα από την ανεμογεννήτρια NREL 5MW και στις προσομοιώσεις από το λογισμικό ASHES, υπολογίζοντας την ισχύ του ανέμου την παραγόμενη ισχύ και την παραγωγή ενέργειας. Υπολογίζονται τα έσοδα με βάση τις τιμές της Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας (ΡΑΕ), επιτρέποντας τη σύγκριση της απόδοσης κάθε σεναρίου. Στο πέμπτο Κεφάλαιο αναλύονται και συγκρίνονται τα αποτελέσματα των διαφορετικών σεναρίων λειτουργίας ανεμογεννητριών, εστιάζοντας στην εξισορρόπηση της παραγωγής ενέργειας, των οικονομικών αποδόσεων και της μείωσης των συγκρούσεων πτηνών. Εξετάζεται η επίδραση της αύξησης της ταχύτητας ανέμου, των χρονικών και εποχιακών διακοπών λειτουργίας, καθώς και οι μεταβολές στην ενεργειακή απόδοση και τα έσοδα. Μέσα από την ανάλυση των δεδομένων προσομοίωσης και των οικονομικών επιπτώσεων, αξιολογείται η αποδοτικότητα κάθε στρατηγικής, λαμβάνοντας υπόψη τις τιμές που ορίζει η Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ). Τα συμπεράσματα της έρευνας δείχνουν ότι η εφαρμογή διακοπών λειτουργίας κατά τις ώρες αιχμής της πτητικής δραστηριότητας και κατά τη διάρκεια των μεταναστευτικών περιόδων μπορεί να μειώσει σημαντικά τις συγκρούσεις πτηνών, χωρίς να προκαλεί σημαντικές απώλειες στην ενεργειακή παραγωγή.Η μελέτη αυτή συμβάλλει στην ανάπτυξη βιώσιμων πρακτικών που μπορούν να εφαρμοστούν ευρύτερα σ αιολικά πάρκα, επιτρέποντας την εξισορρόπηση της ανανεώσιμης ενέργειας με την προστασία της άγριας ζωής. Τα αποτελέσματα της έρευνας μπορούν να αξιοποιηθούν από υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, φορείς διαχείρισης αιολικών πάρκων και περιβαλλοντικές οργανώσεις, ώστε να διαμορφωθούν βέλτιστες πρακτικές που διασφαλίζουν τη συνύπαρξη της αιολικής ενέργειας με τη διατήρηση της βιοποικιλότητας. Abstract Wind energy plays a crucial role in the global effort towards a more sustainable and environmentally friendly method of electricity production. Although it offers multiple benefits, it is also accompanied by environmental challenges, with the most concerning being bird collisions with wind turbine blades. This study aims to propose a solution that reduces bird collisions without significantly affecting energy production. The approach examined is the scheduled shutdown of wind turbines during periods of increased bird activity. The development of the topic is structured into nine chapters. The first chapter analyses the significance of wind energy and the problem posed by bird collisions. The impacts of these collisions on biodiversity and public perception of wind energy are presented, along with the necessity for mitigation strategies. The second chapter provides a concise overview of wind turbine technologies and existing measures to address bird collisions. Previous studies and statistical data are reviewed, while various mitigation methods such as visual and acoustic deterrents, as well as the concept of temporary wind turbine shutdowns, are evaluated. The third chapter describes the data collection and analysis methods used in the study. Various factors such as seasonal risks, migratory patterns, and daily bird activity are examined to identify high-risk periods for collisions. Real-world recordings from wind farms are analysed to determine the critical timeframes during which turbine shutdowns could be most effective. Additionally, simulations using the ASHES software consider wind speeds during the recorded periods, and the results are evaluated and documented for calculations. The fourth chapter analyses mathematical models and operational scenarios, including initial conditions, increased wind speed, and scheduled hourly and seasonal shutdowns. The analysis is based on data from the NREL 5MW wind turbine and simulations conducted with the ASHES software, calculating wind power, generated power, and energy production. Revenues are calculated based on pricing set by the Regulatory Authority for Energy (RAE), allowing for a comparison of each scenario's efficiency. The fifth chapter analyses and compares the results of different wind turbine operation scenarios, focusing on balancing energy production, economic performance, and the reduction of bird collisions. The impact of increased wind speed, scheduled and seasonal shutdowns, as well as changes in energy efficiency and revenue, are examined. Through the analysis of simulation data and economic effects, the effectiveness of each strategy is evaluated while considering the pricing framework set by the Regulatory Authority for Energy (RAE). The conclusions of the study indicate that implementing shutdowns during peak bird activity hours and migration periods can significantly reduce bird collisions without causing substantial losses in energy production. This research contributes to the development of sustainable practices that can be widely applied in wind farms, allowing for a balance between renewable energy production and wildlife conservation. The findings of this study can be utilized by policymakers, wind farm operators, and environmental organizations to develop optimal practices that ensure the coexistence of wind energy with biodiversity conservation.