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

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 fà¼r die Strom- und Wà¤rmeerzeugung hat seit einigen Jahren eine hohe Bedeutung erlangt. Speziell die Mikroenergieerzeugung (z.B. à¼ber Wind, Sonne, Biomasse und Geothermie) dient in diesem Zusammenhang der energieeffizienten Ausrà¼stung von Gebà¤uden. Einerseits kà¶nnen solche Technologien dazu beitragen, Versorgungssicherheit zu gewà¤hrleisten und eine nachhaltige Entwicklung zu fà¶rdern. 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 berà¼cksichtigen. Die vorgelegte Arbeit zeigt einen Ansatz fà¼r die Integration von Mikrotechnologien aus erneuerbare Energien in die Planung von Neubaugebieten unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten auf. Zugrunde liegende Anforderungen waren nicht nur die Berà¼cksichtigung des Energiepotenziales und Umweltbelangen, sondern auch die Beachtung der Prà¤ferenzen von (Stadt-, Raum-) Planer fà¼r die Identifizierung neuer Siedlungsstandorte. Rà¤umliche Unterschiede der Energiepotenziale wurden durch die Anpassung bestehender Methoden identifiziert. Als Grundlage dafà¼r dienten Literaturanalysen und Experteninterviews sowie eine Sichtung verfà¼gbarer Grundlagendaten. Die Methodik wurde auf Flà¤chen in Italien und Deutschland mit Hilfe von GIS-Daten angewendet. Dies fà¼hrte zur Entwicklung von Karten, die das Energiepotenzial fà¼r jede erneuerbare Ressource zeigen. Allgemeine (nicht rà¤umlich explizite) Prà¤ferenzen der Planer zu Standort und Planung von Wohnsiedlungen mit Mikrotechnologien wurden durch eine Befragung von à¼ber 100 Teilnehmern ermittelt. Diese Umfrage verwendete paarweise Vergleiche der relevanten Faktoren, die dann durch die Analytical Hierarchy Process in relative Gewichtungen umgewandelt wurden. AnschlieàŸend wurden diese Gewichtungen in Faktorkarten eingesetzt, um mittels einer GIS-Analyse raumkonkrete Ergebnisse à¼ber eine gewichtete Linearkombination am Beispiel des à¶stlichen Stadtgebiets von Cagliari, Sardinien zu generieren. Eine Karte zeigt die geeigneten Flà¤chen fà¼r neue Siedlungen und eine zweite der bevorzugten Standorte fà¼r erneuerbare Mikrotechnologien. Diese Karten wurden mit der technischen Bewertung der Energiepotenzialen à¼berlagert um Gebiete mit der hà¶chsten integrierten Eignung fà¼r neue energieeffiziente Siedlungen zu identifizieren. Solche Sà¤tze von Karten kà¶nnen Entscheidungsfindung à¼ber nachhaltige energieeffiziente Siedlungsentwicklung unterstà¼tzen und sie zeigen Bereiche mit widersprà¼chlichen Anforderungen, sowie Standorte mit spezialisierten Eigenschaften oder diejenige mit dem hà¶chsten Synergiepotenzial. Im Ergebnis zeigte sich fà¼r das Fallbeispiel, dass das à¶stliche Stadtgebiet von Cagliari ein sehr hohes Potenzial fà¼r die Installation von Mikro regenerativen Kraftwerken hat. Die vorgeschlagene Methode kann als wirksames Instrument fà¼r Planer zur Simulierung von neuen Wohngebieten bei der Bewertung von Energiepotenzialen dienen, um à"nderungen zu verfolgen und die beste Là¶sung zu erreichen. Die Expertenprà¤ferenzen lassen viele Alternativen fà¼r zukà¼nftige Siedlungsentwicklung erkennen, die ausreichend Spielraum fà¼r die Optimierung auch unter Energieffizienzgesichtpunkten in Siedlungsplanungsprozesses von Entwicklungs- oder Flà¤chennutzungsplà¤nen integriert werden kà¶nnen.