MODEL OCENY PRZYDATNOŚCI TERENU DLA ENERGETYKI WIATROWEJ W WARUNKACH NIEPEWNOŚCI

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKWE LITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 2015 Sera: RGANIZACJA I ZARZĄDZANIE z. 86 Nr kol Dorota GAWRŃSKA oltechnka Śląska Wydzał rganzacj Zarządzana dorota.gawronska@polsl.pl MDEL CENY RZYDATNŚCI TERENU DLA ENERGETYKI WIATRWEJ W WARUNKACH NIEEWNŚCI Streszczene. W artykule przedstawono model oceny terenów rozpatrywanych pod kątem rozwoju energetyk watrowej. Na podstawe zalet, jak wad analzowanego terenu zbudowano strukturę kryterów podkryterów z uwzględnenem ch ważnośc na poszczególnych pozomach. Słowa kluczowe: energetyka watrowa, uwarunkowana terenu, odnawalne źródła energ, nepewność, lczby rozmyte. MDEL ASSESSMENT F USEFULNESS F AREA FR WIND ENERGY IN THE CNDITINS F UNCERTAINTY Summary. In the artcle s presented a model for the evaluaton of stes under consderaton for the development of wnd energy. n the bass of the crtera characterzng the advantages and dsadvantages analyzed area bult of crtera and sub-crtera wth regard to the valdty of the crtera at each level. Keywords: wnd power lay of the land, renewable energy sources, uncertanty, fuzzy numbers. 1. Wstęp becne energetyka śwatowa opera sę w głównej merze na eksploatacj palw kopalnych takch jak: węgel, gaz zemny, ropa naftowa, uran 235. roblem, jak wynka z korzystana z tych palw jest ch ogranczona lość oraz zagrożene dla równowag ekologcznej na Zem, stąd koneczność poszukwana nowych źródeł energ.

2 278 D. Gawrońska Aktualne wykorzystywane są różne odnawalne źródła energ: słońce, cepło Zem, wody powerzchnowe, watr, bomasa, ognwa palwowe, wodór czy odpady komunalne [4]. Zmerza sę do optymalnego wykorzystana lokalnych zasobów energ w zależnośc od możlwośc poszczególnych regonów. Energetyka watrowa jest jedną z najszybcej rozwjających sę metod wykorzystana odnawalnych źródeł energ 20-30% roczne. Moc elektrown watrowych wybudowanych do 2000 roku wynosła 18 GW, a do 2014 roku wzrosła do 370 GW. W 2014 roku elektrowne watrowe dostarczyły 706 TWh, co stanow 3% śwatowego zapotrzebowana na energę elektryczną [14]. Rozwój energetyk watrowej uzależnony jest od welu czynnków: prawnych (wynkających z prawa regonalnego, krajowego mędzynarodowego), przyrodnczych, społecznych technczno-ekonomcznych [11], stąd przy ocene rozpatrywanych terenów pod rozwój energetyk watrowej, pownny być uwzględnone powyższe krytera. Celem pracy jest przedstawene modelu oceny terenów, uwzględnającego stotne krytera oceny, ch poszczególny wpływ na pozom wartośc oceny terenu określene tych terenów, które w najwyższym stopnu wpsują sę w realzację założeń rozwoju energetyk watrowej. 2. Krytera oceny terenu Na podstawe czynnków uzależnających rozwój energetyk stworzono zbór kryterów podkryterów, które tworzą strukturę welokryteralną z podzałem na pozomy: 1) prawne 1.1) zgodność z prawem regonalnym, 1.2) zgodność z prawem krajowym, 1.3) zgodność z prawem mędzynarodowym 2) przyrodncze 2.1) fzjografczne, 2.2) ekologczne, 2.3) zasobowo-użytkowe (zachowane: funkcj zasobów naturalnych, walorów krajobrazowych, potencjału botycznego) 3) społeczne 3.1) zachowane walorów kulturowych, 3.2) aspekty wzualne, 3.3) dopuszczające normy hałasu, 3.4) zachowane potencjału turystyczno-rekreacyjnego

3 Model oceny przydatnośc terenu 279 4) technczno-ekonomcznych 4.1) dostępność sec elektroenergetycznej odległość elektrown watrowej od ln energetycznej lub głównych punktów zaslana, 4.2. dostępność komunkacyjna odległość od sec transportowej, 4.3. opłacalność nwestycj. Ze względu na charakter możlwośc regonu struktura kryterów podkryterów może być zmodyfkowana zgodne z regonalnym warunkam rozwoju energetyk watrowej. oneważ wartośc ocen względem poszczególnych kryterów są zróżncowane oraz trudne do określena, w zwązku z planowaną przyszłoścą rozwoju energetyk watrowej w danym rejone, węc przyjęto zmenne rozmyte, które umożlwają nterpretację różnych oraz nepewnych wartośc. 3. Zmenne rozmyte W artykule do reprezentacj nepewnych wartośc zastosowano w artykule lczby rozmyte [3], które pozwalają określć ne tylko w pełn możlwe wartośc danej wartośc całkem nemożlwe, ale także wartośc możlwe w różnych stopnach [10]. Lczby te opsane są przez trzy parametry m,,. arametr m jest lczbą rzeczywstą zwaną wartoścą średną, a α, β są odpowedno rozrzutem lewostronnym prawostronnym. Funkcja przynależnośc lczby typu LR określona jest następującym wzorem: Funkcje L R to funkcje odnesena, opsane wzorem (2): m x L dla x m ( x) 1 dla x m. (1) A x m R dla x m 0 dla x m L ( x) R( x) 1 x dla m x m. (2) 0 dla x m oneważ ocena terenu określona jest jako pozom spełnena w przedzale możlwych wartośc, węc oceny określane są jako przedzały wyrażające nepewność ([m-α,m] oraz [m,m+ β]). peracje na lczbach rozmytych typu LR będą określane jako operacje na tych trzech parametrach ( m,, ) [12]. Ze względu na różne współczynnk ważnośc poszczególnych kryterów podkryterów, uwzględnono oceny ważone kryterów.

4 280 D. Gawrońska 4. Struktura herarchczna kryterów opsanych zmennym rozmytym Na podstawe struktury herarchcznej, opsanej w pkt. 2. pracy, przyjęto następujące oznaczena ocen terenów jako lczby rozmyte w ramach poszczególnych kryterów: 1) prawne, określone charakterystyczną trójką m,, ) (ocena kryterum ozomu 1 g ) ( 1.1) zgodność z prawem regonalnym ocena kryterum ozomu 2 gj : RE, ( mre,, ) RE RE 1.2) zgodność z prawem krajowym ocena kryterum ozomu 2 gj : K, ( mk,, ) K K 1.3) zgodność z prawem mędzynarodowym ocena kryterum ozomu 2 gj : M, ( mm,, ) M M 2) przyrodncze RZ, określone charakterystyczną trójką mrz, RZ, RZ ) (ocena kryterum ozomu 1 g ) 2.1) fzjografczne ocena kryterum ozomu 2 gj : F, m,, ) ( ( F F F 2.2) ekologczne ocena kryterum ozomu 2 gj : E, m,, ) ( E E E 2.3) zasobowo-użytkowe (zachowane funkcj zasobów naturalnych, zachowane walorów krajobrazowych, zachowane potencjału botycznego) ocena kryterum ozomu 2 : ZS, m,, ) gj ( ZS ZS ZS 3) społeczne S, określone charakterystyczną trójką ms, S, S ) (ocena kryterum ozomu 1 g ) ( 3.1) zachowane walorów kulturowych ocena kryterum ozomu 2 gj : WK, ( mwk,, ) WK WK 3.2) aspekty wzualne ocena kryterum ozomu 2 gj : AW, m,, ) ( ZW AW AW 3.3) zachowane potencjału turystyczno-rekreacyjnego ocena kryterum ozomu 2 gj : TR m,, ), ( TR TR TR 3.3) dopuszczające normy hałasu ocena kryterum ozomu 2 gj : H, m,, ) ( H H H 3.4) ryzyko zastnena: efektu mgotana oraz rzucana cena, emsj promenowana elektromagnetycznego, emtowana pulsującego śwatła w nocy ocena kryterum ozomu 2 : R, m,, ) gj ( R R R

5 Model oceny przydatnośc terenu 281 4) technczne T, określone charakterystyczną trójką mt, T, T ) (ocena kryterum ozomu 1 g ) ( 4.1) dostępność sec elektroenergetycznej odległośc elektrown watrowej od ln energetycznej lub głównych punktów zaslana ocena kryterum ozomu 2 DSE m,, ), ( DSE DSE DSE gj : 4.2) dostępność komunkacyjna odległość od sec transportowej ocena kryterum ozomu 2 : DK, m,, ) gj ( DK DK DK 4.3) opłacalność nwestycj ocena kryterum ozomu 2 gj : I, m,, ). ( I I I Z uwag na fakt uwzględnana ważnośc poszczególnych kryterów podkryterów, wprowadzono zmenne opsujące ch ważnośc. Ważność grup kryterów ozomu 1, (krytera prawne, przyrodncze, społeczne, technczne), określone przez zespół ocenający, dana jest w postac zmennej Vg (g-kryterum ozomu 1). Zakłada sę, że ważnośc kryterów są określone na przedzale [0,1], co jest zwązane z warunkem, że suma wag kryterów mus wynosć 1. G g1 V 1. (3) g Ważność kryterów ozomu 2 (podkrytera kryterów ozomu 1) dana jest w postac zmennej V (g-kryterum ozomu 1, j-kryterum ozomu 2). odobne jak w przypadku gj kryterów ozomu 1, ważnośc kryterów są określone na przedzale [0,1] suma wag kryterów mus wynosć 1. J j1 V 1. (4) gj ceny terenów są ocenam punktowym, gdze zespół ocenający określa maksymalną lczbę punktów w ramach danego kryterum oraz przedzał wartośc, wyrażający nepewnośc. Na podstawe przedstawonej struktury kryterów oraz przyjętych zmennych rozmytych, opsujących oceny terenów ocen wag kryterów można przedstawć model welokryteralnej oceny terenów. 5. Model welokryteralnej oceny terenów W nnejszym artykule zakłada sę, że tereny T rozważane pod nwestycję w energetykę watrową należą do skończonego zboru:

6 282 D. Gawrońska T { T1, T2,..., T,..., TI }, 1,..., M (5) ceny terenów względem poszczególnych kryterów podkryterów przedstawane są przez zespół ocenający jako przedzały nepewnośc przykładowo dla kryterum prawnego: [ m, m ]; zgodne ze wzorem: m to ustalona wartość (najbardzej oczekwana) bądź średna lczona m m m, (6) 2 oneważ wartośc ocen terenów względem poszczególnych kryterów traktowane są jako stopeń spełnena przez -ty teren pewnego stanu dealnego w grancach danego kryterum, węc należy dokonać normowana wartośc tych ocen. rzykładowo, dla kryterum prawnego (ozom 1) wzory opsujące normowane przedstawone są następująco: ˆ mˆ, (7) max ( m ) m, (8) max ( m ) ˆ (9) max ( m ) o dokonanu normowana zmenne ˆ, mˆ ˆ są nowym, obowązującym zmennym m,,. Na podstawe określonych unormowanych ocen względem kryterów ozomu 2 w dalszej kolejnośc można określć ważone oceny łączne terenów względem kryterum ozomu 1, jako sumę ważoną ocen w ramach danej grupy kryterów. 1. cena łączna w ramach kryterum prawnego: V11 RE V12 K V13 M. (10) V V V 2. cena łączna w ramach kryterum przyrodnczego: RZ 3. cena łączna w ramach kryterum społecznego: S V21 F V22 E V23 ZS. (11) V V V V31 WK V32 TR V33 H V34 T. (12) V V V V 4. cena łączna w ramach kryterum techncznego: V41 DSE V42 DK V43 I T. (13) V V V

7 Model oceny przydatnośc terenu 283 o określenu ocen rozmytych względem poszczególnych podkryterów, należy dokonać ponownego normowana ocen, zgodne z przykładem podanym we wzorach (7), (8),(9). o unormowanu ocen łącznych w ramach kryterów ozomu 1, można wyznaczyć ocenę globalną terenu G, uwzględnającą wszystke krytera ozomu 1: G V1 V2 RZ V3 S V4 T. (14) V V V V 1 2 Na podstawe przedstawonego algorytmu każdy teren opsany jest lczbą rozmytą względem kryterum globalnego. W dalszej kolejnośc należy określć wartośc rzeczywste ocen. W nnejszym artykule zastosowaną metodą jest metoda środka cężkośc, przypsująca lczbe rozmytej wartość rzeczywstą: 3 4 G 3m G G G G( ). (15) 3 Na podstawe określonych rzeczywstych ocen rozpatrywanych terenów pod nwestycję w energetykę watrową można dokonać analzy porównawczej otrzymanych wynków. Im wększa wartość oceny, tym wyższą ocenę otrzymuje dany teren. 6. odsumowane Aktualne można zaobserwować szybko rozwjające sę nwestycje zwązane z wykorzystanem odnawalnych źródeł energ, w tym energetyk watrowej. W nnejszym artykule zaproponowano model oceny terenów rozpatrywanych pod rozwój energetyk watrowej. kreślono krytera oceny, stworzono strukturę herarchczną opsujące zmenne określające oceny terenów. Model ten umożlwa wyodrębnene terenów najlepej wpsanych w spełnena kryterów. Bblografa 1. Chojcan J.: Zbory rozmyte ch zastosowane. Wyd. oltechnk Śląskej, Glwce Drankow D., Hellendoorn H., Renfrank M.: Wprowadzene do sterowana rozmytego. WNT, Warszawa Dubos D., rade H.: Fuzzy set and systems theory and applcatons. Academc ress, New York Gumuła S., Knap T., Strzelczyk., Szczerba Z: Energetyka watrowa, Uczelnane Wydawnctwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków Kacprzyk J.: Weloetapowe sterowane rozmyte. WNT, Warszawa 2001.

8 284 D. Gawrońska 6. Kacprzyk J.: Zbory rozmyte w analze systemowej. WN, Warszawa Kstowsk M.: Regonalny model zrównoważonego rozwoju ochrony środowska olsk a stratege rozwoju województw, Boguck Wydawnctwo Naukowe, Gdańsk-oznań Koścck B., Sławńska M.: Energetyka a ochrona środowska naturalnego w skal globalnej lokalnej, Wydawnctwo Weś Jutra, Warszawa Kucowsk J., Laudyn D., rzekwas M.: Energetyka a ochrona środowska, Wydawnctwa Naukowo-Technczne, Warszawa Łachwa A.: Rozmyty śwat zborów, lczb, relacj, faktów, reguł decyzj. AW Ext, Warszawa Neckowsk K., Kstowsk M.: Uwarunkowana perspektywy rozwoju energetyk watrowej na przykładze strefy pobrzeży wód przybrzeżnych województwa pomorskego. Fundacja Rozwoju Unwersytetu Gdańskego, Gdańsk egat A.: Modelowane sterowane rozmyte. AW Ext, Warszawa Rutkowsk L.: Metody technk sztucznej ntelgencj. WN, Warszawa Abstract ne of the most mportant sectors of the natonal economy s energy. Currently rapdly growng nvestments related to the use of renewable energy sources, ncludng wnd power. n ths bass, they carred out the analyss capabltes assocated wth the development of wnd power n varous regons of the country. Ths artcle presents the algorthm for assessment of stes under consderaton for the development of wnd energy. n ths bass, we can defne those areas whch, due to legal, natural, socal, techncal best to pursue these goals.