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Renewables in residential development. An integrated GIS-based multicriteria planning approach for decentralized micro renewable energy production in new settlement development in Italy, Germany and UK. A case study of the eastern metropolitan area of Cagliari, Sardinia, Italy

Palmas, Claudia (2011) Renewables in residential development. An integrated GIS-based multicriteria planning approach for decentralized micro renewable energy production in new settlement development in Italy, Germany and UK. A case study of the eastern metropolitan area of Cagliari, Sardinia, Italy. [Doctoral Thesis]

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Abstract

In recent years there has been an increasing interest in using alternative and renewable energy sources to heat or power homes. Micro-renewable generation involves energy production on a small scale (e.g. via wind, solar, biomass and geothermal sources) to supply low-consumption buildings. Such technology can help ensure security of supply and promote sustainable development, but knowledge is still lacking about how to best integrate it into housing developments in order to optimize energy efficiency, environmental concerns and other criteria for new settlements. This thesis illustrates an approach for the integration of micro-renewable technologies into the planning of new housing developments according to principles of sustainability. The underlying requirements were that not only the energy potential of the landscape should be taken into account, but also environmental concerns and the preferences of (urban, spatial) planners as to settlement locations. Spatial variations in energy potential were evaluated by adapting existing methods in the literature and expert interviews, as well as testing the methodology using GIS data for study areas in Italy and Germany. This resulted in maps showing the energy potential for each renewable resource. General (not spatially explicit) preferences of planners regarding the location and planning of housing developments with micro-renewables were identified through a survey of over 100 respondents. This survey involved pairwise comparisons of relevant factors, which were then translated using the Analytical Hierarchy Process into relative weights. Subsequently these weights were applied to factor maps in a GIS via a weighted linear combination method to generate spatially explicit outputs for the eastern metropolitan area of Cagliari, Sardinia. One map represented suitable areas for new settlements and a second one the preferred locations for micro renewable technologies. These maps were then overlaid with the technical assessment of energy potential to identify areas with the highest integrated suitability for new energy efficient settlements. Such sets of maps can support decision-making about sustainable energy efficient housing development and indicate areas with conflicting demands, as well as sites with specialized qualities or those with the highest synergy potential. The study showed that the eastern metropolitan area of Cagliari has a very high potential for the installation of micro renewable power plants. The method proposed can be an effective tool for planners to simulate new residential areas evaluating energy potentials, to track changes and to reach out the best solution. According to expert preferences there were identified many alternatives for future housing development, which can be integrated at the beginning of the planning process of land use plans or development plans. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Die Nutzung von alternativen und erneuerbarer Energiequellen für die Strom- und Wärmeerzeugung hat seit einigen Jahren eine hohe Bedeutung erlangt. Speziell die Mikroenergieerzeugung (z.B. über Wind, Sonne, Biomasse und Geothermie) dient in diesem Zusammenhang der energieeffizienten Ausrüstung von Gebäuden. Einerseits können solche Technologien dazu beitragen, Versorgungssicherheit zu gewährleisten und eine nachhaltige Entwicklung zu fördern. Anderseits fehlt noch das Wissen, wie man Mikrotechnologien am besten in Siedlungen integrieren kann, um die Energieeffizienz zu optimieren und gleichzeitig andere Umweltbelange und siedlungsplanerische Kriterien zu berücksichtigen. Die vorgelegte Arbeit zeigt einen Ansatz für die Integration von Mikrotechnologien aus erneuerbare Energien in die Planung von Neubaugebieten unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten auf. Zugrunde liegende Anforderungen waren nicht nur die Berücksichtigung des Energiepotenziales und Umweltbelangen, sondern auch die Beachtung der Präferenzen von (Stadt-, Raum-) Planer für die Identifizierung neuer Siedlungsstandorte. Räumliche Unterschiede der Energiepotenziale wurden durch die Anpassung bestehender Methoden identifiziert. Als Grundlage dafür dienten Literaturanalysen und Experteninterviews sowie eine Sichtung verfügbarer Grundlagendaten. Die Methodik wurde auf Flächen in Italien und Deutschland mit Hilfe von GIS-Daten angewendet. Dies führte zur Entwicklung von Karten, die das Energiepotenzial für jede erneuerbare Ressource zeigen. Allgemeine (nicht räumlich explizite) Präferenzen der Planer zu Standort und Planung von Wohnsiedlungen mit Mikrotechnologien wurden durch eine Befragung von über 100 Teilnehmern ermittelt. Diese Umfrage verwendete paarweise Vergleiche der relevanten Faktoren, die dann durch die Analytical Hierarchy Process in relative Gewichtungen umgewandelt wurden. Anschließend wurden diese Gewichtungen in Faktorkarten eingesetzt, um mittels einer GIS-Analyse raumkonkrete Ergebnisse über eine gewichtete Linearkombination am Beispiel des östlichen Stadtgebiets von Cagliari, Sardinien zu generieren. Eine Karte zeigt die geeigneten Flächen für neue Siedlungen und eine zweite der bevorzugten Standorte für erneuerbare Mikrotechnologien. Diese Karten wurden mit der technischen Bewertung der Energiepotenzialen überlagert um Gebiete mit der höchsten integrierten Eignung für neue energieeffiziente Siedlungen zu identifizieren. Solche Sätze von Karten können Entscheidungsfindung über nachhaltige energieeffiziente Siedlungsentwicklung unterstützen und sie zeigen Bereiche mit widersprüchlichen Anforderungen, sowie Standorte mit spezialisierten Eigenschaften oder diejenige mit dem höchsten Synergiepotenzial. Im Ergebnis zeigte sich für das Fallbeispiel, dass das östliche Stadtgebiet von Cagliari ein sehr hohes Potenzial für die Installation von Mikro regenerativen Kraftwerken hat. Die vorgeschlagene Methode kann als wirksames Instrument für Planer zur Simulierung von neuen Wohngebieten bei der Bewertung von Energiepotenzialen dienen, um Änderungen zu verfolgen und die beste Lösung zu erreichen. Die Expertenpräferenzen lassen viele Alternativen für zukünftige Siedlungsentwicklung erkennen, die ausreichend Spielraum für die Optimierung auch unter Energieffizienzgesichtpunkten in Siedlungsplanungsprozesses von Entwicklungs- oder Flächennutzungsplänen integriert werden können.

Item Type:Doctoral Thesis
Note:In co-tutela con la Leibniz Universität di Hannover
Date:03 March 2011
Tutor:Abis, Emanuela, von Haaren, Christina
PhD classes:Ciclo 23 > Ingegneria del territorio
Coordinator:Querzoli, Giorgio
Institution:Universita' degli Studi di Cagliari
Divisions:Dipartimenti (fino a dicembre 2011) > Dipartimento di Ingegneria del territorio
Subjects:Area 08 - Ingegneria civile e Architettura > ICAR/20 Tecnica e pianificazione urbanistica
Uncontrolled Keywords:Micro renewable generation
ID Code:631
Deposited On:01 Apr 2011 13:33

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