Marine Renewable Energy Clustering in the Mediterranean Sea: The Case of PELAGOS Project

The main ideas presented in this work are an outcome of the Interreg MED project PELAGOS (Promoting innovative nEtworks and cLusters for mArine renewable energy synerGies in Mediterranean cOasts and iSlands). Since Blue Energy development is at its very beginning in the Mediterranean Sea, the aim of the paper is to present and discuss in depth the key-issues for a Marine Renewable Energy (MRE) cluster development in the Mediterranean and reveal its necessity for the commercial and sustainable development of Blue Energy in the area. This cluster is expected to stimulate the relevant Blue Energy sectors under the perspective of smart and sustainable growth. A healthy cluster is based on an efficient cluster policy. The main policy constituents (innovation, legislation and financial frameworks) are discussed taking into account the interrelated characteristics that are expected to specify the commercial development of MRE in the area. Key issues that can contribute to the establishment and acceleration of deployment of the related technological innovation are identified, and existent hindrances and challenges encountered in MRE sector are determined. The importance of solid financing instruments and strong collaborations among interested stakeholders is also highlighted for the viability of the MRE cluster. Finally, as an example of the cluster activities at a national level, the Greek Hub for Blue Energy is introduced. In this respect, aspects in terms of its structure and the services provided to its members are analyzed

Wave Analysis for Offshore Aquaculture Projects: A Case Study for the Eastern Mediterranean Sea

The investigation of wave climate is of primary concern for the successful implementation of offshore aquaculture systems as waves can cause significant loads on them. Up until now, site selection and design (or selection) of offshore cage system structures on extended sea areas do not seem to follow any specific guidelines. This paper presents a novel methodology for the identification of favorable sites for offshore aquaculture development in an extended sea area based on two important technical factors: (i) the detailed characterization of the wave climate, and (ii) the water depth. Long-term statistics of the significant wave height, peak wave period, and wave steepness are estimated on an annual and monthly temporal scale, along with variability measures. Extreme value analysis is applied to estimate the design values and associated return periods of the significant wave height; structures should be designed based on this data, to avoid partial or total failure. The Eastern Mediterranean Sea is selected as a case study, and long-term time series of wave spectral parameters from the ERA5 dataset are utilized. Based on the obtained results, the most favorable areas for offshore aquaculture installations have been identified

Probabilistic modelling of linear and directional wind and wave data with applications to the marine environment

Γενικά, το μετεωρολογικό και ωκεανογραφικό κλιματικό σύστημα δεν μπορεί να περιγραφεί λεπτομερώς λόγω της μη επαρκούς ή ελλιπούς γνώσης των φυσικών νόμων και των αναρίθμητων παραγόντων που επηρεάζουν τις αντίστοιχες συνιστώσες του και προκαλούν αστάθειες και μη-γραμμικότητες. Επομένως, η ανάγκη εισαγωγής πιθανοθεωρητικών εννοιών και στατιστικών μεθόδων είναι αναγκαία για την εν λόγω περιγραφή σε μια συγκεκριμένη περιοχή και χρονική περίοδο. Οι συνήθεις γραμμικές τυχαίες μεταβλητές που χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό των ανεμολογικών και κυματικών συνθηκών είναι η ταχύτητα του ανέμου, και το σημαντικό ύψος κύματος και η μέση περίοδος κύματος, αντίστοιχα. Παρόλα αυτά, η περιγραφή αυτή σήμερα θεωρείται αρκετά ελλιπής και για το λόγο αυτό, οι αντίστοιχες κατευθυντικές μεταβλητές (δηλ. η διεύθυνση ανέμου και κύματος) θα πρέπει επίσης να συμπεριλαμβάνονται για την ολοκληρωμένη περιγραφή του ανεμολογικού και κυματικού κλίματος. Η σημασία της κατευθυντικότητας έχει επισημανθεί από πρόσφατες μελέτες τόσο για τις θαλάσσιες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όσο και την παράκτια διάβρωση, που καθιστούν και τους δύο κύριους άξονες εφαρμογών της παρούσας διατριβής. Βασικός στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης, κατά το δυνατόν, προσέγγισης για την πιθανοθεωρητική μοντελοποίηση γραμμικών και κατευθυντικών μεταβλητών ανεμολογικών και κυματικών παραμέτρων. Παρόλο που η ανάπτυξη αυτή αφορά τις συγκεκριμένες παραμέτρους εντούτοις μπορεί εύκολα να καλύψει και οποιοδήποτε άλλο κατευθυντικό περιβαλλοντικό χαρακτηριστικό (π.χ., θαλάσσια ρεύματα). Για την επίτευξη αυτού του στόχου, η εργασία εκτείνεται σε ένα ευρύ φάσμα λιγότερο γνωστών πιθανοθεωρητικών προσεγγίσεων, όπως είναι τα διδιάστατα μοντέλα (παραμετρικά και μη παραμετρικά) γραμμικών και κατευθυντικών μεταβλητών, η παλινδρόμηση και διόρθωση κατευθυντικών μεταβλητών, η εκτίμηση ακραίων γεγονότων λαμβάνοντας υπόψη την κατευθυντικότητα ως συμμεταβλητή, κ.ά. Τα μαθηματικά εργαλεία και οι μεθοδολογίες που παρουσιάζονται, εστιάζονται σε συγκεκριμένες πτυχές του κλίματος που είναι είτε άγνωστες είτε εφαρμόζονται σπάνια. Επίσης, γενικά, ενώ αναφέρονται στη μακροπρόθεσμη κλίμακα, βρίσκουν εντούτοις εξίσου καλή εφαρμογή σε οποιαδήποτε χρονική κλίμακα. Επιπρόσθετα, η ανάλυση μπορεί εύκολα να επεκταθεί και σε άλλες συναφείς περιβαλλοντικές μεταβλητές, όπως είναι το παλιρροιακό εύρος (μεταξύ πλήμμης και ρηχίας), η θερμοκρασία και η πυκνότητα αέρα και νερού, η αλατότητα και η ηλιακή ακτινοβολία, καθώς και σε άλλα πεδία των γεωεπιστημών, όπως η μετεωρολογία, η γεωλογία, η γεωγραφία και η οικολογία. Η εκτίμηση και η πρόβλεψη των πεδίων της μεταφοράς ιζημάτων και των μεταβολών του θαλάσσιου πυθμένα λόγω της δράσης των κυμάτων αφορά ένα ακόμα ευρύ πεδίο εφαρμογών με ιδιαίτερο ενδιαφέρον και σε άμεση σχέση με τα ανωτέρω μαθηματικά εργαλεία που εξετάζονται. Οι μεταβαλλόμενες χρονικές κλίμακες μελέτης των κυματισμών, από την εκδήλωση καταιγιδικών συμβάντων μέσα σε κάποιες ώρες έως το τυπικό κυματικό κλίμα σε μια παράκτια περιοχή, έχουν ως αποτέλεσμα τη διαφορετική απόκριση των ιζημάτων στην παράκτια ζώνη. Για το λόγο αυτό, η μετακίνηση των ιζημάτων εξετάζεται i) λαμβάνοντας υπόψη μεμονωμένα καταιγιδικά φαινόμενα που εξελίσσονται σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα, και ii) την επαναλαμβανόμενη δράση των κυματισμών μέσα σε ένα έτος. Οι δύο ανωτέρω θεωρήσεις αποσκοπούν στην καλύτερη κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς ενός παράκτιου συστήματος, την αναγνώριση μοτίβων διάβρωσης/απόθεσης και την γρήγορη και αποδοτική πρόβλεψη αντίστοιχων μελλοντικών τάσεων. Όλες αυτές οι απόψεις είναι μεγάλης σπουδαιότητας κατά το σχεδιασμό και τη διαχείριση παράκτιων δραστηριοτήτων, εφόσον βέβαια υπάρχει αξιολόγηση της ικανότητας του μοντέλου αναφορικά με τις τάσεις που παρατηρούνται σε σύγκριση με την πραγματική κατάσταση

Expansion of the GPS network for the control of vertical displacements in the area of Neo Faliro - Moschato - Kalithea

143 σ.Οι επιφανειακές μετακινήσεις, που εκδηλώνονται συνήθως σε εδάφη με «ύποπτο» γεωλογικό υπόβαθρο, μπορούν να ανιχνευθούν και να προσδιοριστούν το μέγεθός τους και τα όρια εκδήλωσης του φαινομένου με Γεωδαιτική μεθοδολογία. Για το σκοπό αυτό, στην ευρύτερη περιοχή, ιδρύονται Γεωδαιτικά Δίκτυα Κατακορύφου Ελέγχου και γίνονται μετρήσεις με επίγειες ή δορυφορικές μεθόδους μεταξύ των κορυφών τους, σε διαδοχικές χρονικές στιγμές. Στη συνέχεια, προσδιορίζονται οι στατιστικά σημαντικές διαφορές των ορθομετρικών υψομέτρων των κορυφών του δικτύου με ορισμένη πιθανότητα, για το αντίστοιχο χρονικό διάστημα, εφόσον έχουν προσδιοριστεί τα γεωμετρικά υψόμετρα από το παγκόσμιο σύστημα γεωδαιτικού εντοπισμού (GPS) και είναι γνωστό ένα μοντέλο τοπικού γεωειδούς. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, που αφορά στο Δίκτυο GPS για την παρακολούθηση των καθιζήσεων της ευρύτερης περιοχής του Νέου Φαλήρου, του Μοσχάτου και της Καλλιθέας, παρουσιάζεται η ανάλυση για την ίδρυση, η μέτρηση των βάσεων μεταξύ των κορυφών του δικτύου, η συνόρθωση των παρατηρήσεων και η επίλυση του. Επίσης, προσδιορίζονται τα γεωμετρικά υψόμετρα και τα υψόμετρα γεωειδούς στις κορυφές του δικτύου ως προς το ελλειψοειδές GRS80. Τέλος, ελέγχεται η στατιστική σημαντικότητα των διαφορών των ορθομετρικών υψομέτρων τους (για επίπεδο εμπιστοσύνης 95%), που παρατηρήθηκαν στο χρονικό διάστημα 2002 – 2008 στην παραπάνω περιοχή και τα οποία προέκυψαν από Διπλή Γεωμετρική Χωροστάθμηση με κοντινές υψομετρικές αφετηρίες. Το Δίκτυο Ελέγχου GPS ιδρύθηκε για πρώτη φορά το Μάρτιο του 2002 για την παρακολούθηση επιφανειακών μετακινήσεων στην περιοχή του Νέου Φαλήρου, του Μοσχάτου και της Καλλιθέας με δορυφορικές μεθόδους. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί τη δεύτερη σειρά μετρήσεων, προκειμένου να ανιχνευθούν επιφανειακές μετακινήσεις με τη μέθοδο αυτή.Ground subsidences are usually detected above grounds with “suspect” geological background. Geodetic methodology is usually used in order to estimate their magnitude and the boundaries of the area where the phenomenon is observed. More specially, a Vertical Control Network is established in the wider area under consideration and the heights of the network points are determined using either conventional or GPS observations. Finally, the statistically significant differences of the orthometric heights of the network’s points are determined for a certain confidence level for the time interval between two successive measuring epochs, provided that the geometric heights have been estimated using GPS method. In this dissertation, the analysis for the establishment, the measurement of its elements and the adjustment of the GPS control network established in the area of New Faliro, Moschato and Kallithea of Attiki, Greece, is presented. Moreover, the geoidal and orthometric heights of the network’s points are estimated and the statistical significance of the orthometric heights differences is tested for a confidence level 95%, for the time interval 2002 – 2008, which were measured using Double Geometric Levelling with the nearby repers. This GPS Control Network was established on March 2002 in order to detect displacements in the wider area of New Faliro, Moschato and Kallithea. This dissertation constitutes the second epoch of this study for the estimation of the displacements using GPS observations. During this campaign, the network was extended with five new points in order to cover the whole area under consideration.Φλώρα Ε. Καραθανάσ

Comparative study of alternative regression methods and application to wind data

84 σ.Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Ναυτική και Θαλάσσια Τεχνολογία και Επιστήμη”Από τη μελέτη της σχετικής επιστημονικής και τεχνικής βιβλιογραφίας προκύπτει με σαφήνεια η αναγκαιότητα προσδιορισμού των πεδίων της ταχύτητας του ανέμου με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια, προκειμένου να επιτευχθεί ο ορθότερος σχεδιασμός ενός αιολικού πάρκου. Παρόλο που το αιολικό δυναμικό της Ελλάδας έχει μελετηθεί και έχει κριθεί κατάλληλο για τη δημιουργία θαλασσίων αιολικών πάρκων εν τούτοις ο σχεδιασμός τους βρίσκεται σε πολύ πρώιμο στάδιο. Σήμερα, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες πηγές ανεμολογικών δεδομένων, αναφορικά με μετρήσεις στη θάλασσα, είναι οι πλωτοί μετρητικοί σταθμοί, οι δορυφορικές μετρήσεις και τα αριθμητικά μοντέλα προσομοίωσης. Όμως, λόγω των σημαντικών αδυναμιών που εντοπίζεται σε καθεμία μέθοδο, για διαφορετικούς λόγους, καθίσταται απαραίτητη η συνδυαστική τους μεταχείριση. Προς τούτο, το πλέον κλασσικό μαθηματικό εργαλείο για την ανάδειξη των γραμμικών σχέσεων μεταξύ δεδομένων που προέρχονται από διαφορετικές πηγές είναι η κλασσική παλινδρόμηση. Ωστόσο, η μέθοδος αυτή θεωρείται υποπερίπτωση μιας γενικότερης κατηγορίας, της παλινδρόμησης με σφάλματα μετρήσεως στις μεταβλητές, η οποία θεωρεί ότι υπεισέρχονται σφάλματα τόσο στην ανεξάρτητη όσο και την εξαρτημένη μεταβλητή. Αυτή η υπόθεση δεν ισχύει για την απλή γραμμική παλινδρόμηση. Στην παρούσα εργασία, δίνεται έμφαση στην περιγραφή και εφαρμογή στατιστικών μεθόδων που λαμβάνουν με σαφήνεια υπόψη τις παρατηρήσεις που διαφέρουν από την πλειοψηφία των δεδομένων και ονομάζονται έκτροπες παρατηρήσεις. Οι παρατηρήσεις μπορεί να χαρακτηρίζονται ως έκτροπες για διαφορετικούς λόγους, ο συνηθέστερος των οποίων είναι τα σφάλματα κατά τη διαδικασία μέτρησης ή κατά τη διαδικασία μοντελοποίησης ενός φυσικού φαινομένου. Οι μέθοδοι αυτές είναι γνωστές στη βιβλιογραφία ως ανθεκτικές μέθοδοι παλινδρόμησης και χαρακτηρίζονται από προσαρμοστικότητα στην πληθώρα των δεδομένων με ταυτόχρονη αντιμετώπιση πλήθους έκτροπων παρατηρήσεων. Επιπρόσθετα, γίνεται σύγκριση μεταξύ των μεθόδων με τη βοήθεια στατιστικών δεικτών τόσο σε επίπεδο παλινδρόμησης όσο και σε επίπεδο ρύθμισης/διόρθωσης (calibration). Από όσο είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε, είναι η πρώτη φορά στη βιβλιογραφία που γίνεται μια τέτοιου είδους συστηματική ανάλυση και διερεύνηση των ανθεκτικών μεθόδων σε ένα τόσο βασικό φυσικό χαρακτηριστικό όπως είναι η ταχύτητα ανέμου. Αξιοσημείωτο, τέλος, είναι το γεγονός ότι άλλες μέθοδοι δίνουν τα "καλύτερα" αποτελέσματα στην παλινδρόμηση και άλλες στην διόρθωση.From the study of relevant scientific and technical literature, it clearly emerges the necessity of quantifying the wind speed fields with the highest possible accuracy in order to efficiently apply a sitting methodology of a wind park. Although the wind potential in Greece has been studied and has been deemed suitable for the construction of offshore wind parks, at the same time little progress has been made in the planning phase. Nowadays, the most frequently used wind data sources, as regards wind measurements at sea, are floating measurement stations (buoys), satellite measurements and numerical simulation models. But due to significant weaknesses detected in each method, for different reasons, it is required to combine them. To this effect, the most classic mathematical tool for highlighting linear relationships between data from different sources is the classical regression. However, this method is a subcase of a more general category, the so-called Error-In-Variables, which considers that there are measurement errors both in the independent and the dependent variable. This assumption does not apply to the simple linear regression. In this work, the emphasis is on the description and application of statistical methods that take clearly into consideration the observations that diverge from the bulk of the data and are called outliers. The observations may be characterized as outliers for various reasons, the most usual of which is the errors during the measurement process or during the process of modeling a physical phenomenon. These methods are known in the literature as robust regression methods and are characterized by the adaptability to the majority of the data while going through a large number of outliers. Furthermore, all the aforementioned methods are compared to each other concerning two levels, the regression as well as the calibration/correction relation. As far as we are aware, this is the first time in the literature that such a systematic analysis and examination of robust methods take place for a basic physical feature such as wind speed. Finally, noteworthy is the fact that other methods give the “best” results in regression and others in calibration.Φλώρα Ε. Καραθανάσ

Wave Analysis for Offshore Aquaculture Projects: A Case Study for the Eastern Mediterranean Sea

The investigation of wave climate is of primary concern for the successful implementation of offshore aquaculture systems as waves can cause significant loads on them. Up until now, site selection and design (or selection) of offshore cage system structures on extended sea areas do not seem to follow any specific guidelines. This paper presents a novel methodology for the identification of favorable sites for offshore aquaculture development in an extended sea area based on two important technical factors: (i) the detailed characterization of the wave climate, and (ii) the water depth. Long-term statistics of the significant wave height, peak wave period, and wave steepness are estimated on an annual and monthly temporal scale, along with variability measures. Extreme value analysis is applied to estimate the design values and associated return periods of the significant wave height; structures should be designed based on this data, to avoid partial or total failure. The Eastern Mediterranean Sea is selected as a case study, and long-term time series of wave spectral parameters from the ERA5 dataset are utilized. Based on the obtained results, the most favorable areas for offshore aquaculture installations have been identified

Offshore wind climate analysis and variability in the Mediterranean Sea

The long-term offshore wind characteristics in the Mediterranean Sea are assessed using the ERA-Interim dataset for the period 1979–2014. Three main aspects of the wind climate analysis are examined in detail; the spatio-temporal behaviour (including variability characteristics) of wind speed and direction for the annual and monthly time scale; the joint association of wind speed and direction for the annual and monthly time scale, and; the wind speed trends and wind direction changes. From this analysis, the systematic wind flow patterns are identified and the general features of the wind climatology patterns are revealed. The most typical examples of stable and intense regional winds are the Mistral (throughout the year) in the Gulf of Lion and the Etesians (during summer) in the Aegean Sea. High values of mean annual variability of wind speed occur over the western part of the basin (Balearic, Tyrrhenian and Ligurian sub-basins) as well as over the Adriatic and N Aegean Seas, and the E Levantine Basin. Moreover, the assessment of the joint association of wind speed and direction indicates that areas with high values of linear–circular correlation are the ones characterized by intense wind climate. As regards, long-term changes of wind speed and direction, the linear trend for the former and the angular distance for the latter variable are provided. The fastest increasing wind speed trends are observed in the Ionian, the N Tyrrhenian and N Adriatic Seas, the eastern part of the Algerian Basin up to Balearic Isl. and the western part of the S Levantine Basin while the fastest decreasing ones are observed offshore Monaco, the central Aegean and the E Alboran Seas and the N Levantine Basin. The highest values of angular variance and mean angular distances are depicted for the Ligurian, Balearic and Alboran Seas.JRC.E.1-Disaster Risk Managemen

Marine Renewable Energy in the Mediterranean Sea: Status and Perspectives

In this work, an extended overview of the marine renewable energy in the Mediterranean Sea is provided as regards current status, potential problems, challenges, and perspectives of development. An integrated and holistic approach is necessary for the economic viability and sustainability of marine renewable energy projects; this approach comprises three different frameworks, not always aligned, i.e., geotechnical/engineering, socio-economic, and environmental/ecological frameworks. In this context, the geomorphological, climatological, socio-economic, and environmental/ecological particularities of the Mediterranean basin are discussed, as they constitute key issues of the spatial context in which marine renewable energy projects are to be implemented. General guidelines for the sustainable development of marine renewable energy in the Mediterranean are also provided

Assessment of offshore wind power potential in the Aegean and Ionian<br> Seas based on high-resolution hindcast model results

In this study long-term wind data obtained from high-resolution hindcast simulations is used to analytically assess offshore wind power potential in the Aegean and Ionian Seas and provide wind climate and wind power potential characteristics at selected locations, where offshore wind farms are at the concept/planning phase. After ensuring the good model performance through detailed validation against buoy measurements, offshore wind speed and wind direction at 10 m above sea level are statistically analyzed on the annual and seasonal time scale. The spatial distribution of the mean wind speed and wind direction are provided in the appropriate time scales, along with the mean annual and the inter-annual variability; these statistical quantities are useful in the offshore wind energy sector as regards the preliminary identification of favorable sites for exploitation of offshore wind energy. Moreover, the offshore wind power potential and its variability are also estimated at 80 m height above sea level. The obtained results reveal that there are specific areas in the central and the eastern Aegean Sea that combine intense annual winds with low variability; the annual offshore wind power potential in these areas reach values close to 900 W/m2, suggesting that a detailed assessment of offshore wind energy would be worth noticing and could lead in attractive investments. Furthermore, as a rough estimate of the availability factor, the equiprobable contours of the event [4 m/s ≤ wind speed ≤ 25 m/s] are also estimated and presented. The selected lower and upper bounds of wind speed correspond to typical cut-in and cut-out wind speed thresholds, respectively, for commercial offshore wind turbines. Finally, for seven offshore wind farms that are at the concept/planning phase the main wind climate and wind power density characteristics are also provided