Optimizing the Visual Impact of Onshore Wind Farms Upon the Landscapes – Comparing Recent Planning Approaches in China and Germany
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Ruhr-Universität Bochum Dissertation Submission to the Ruhr-Universität Bochum, Faculty of Geosciences For the degree of Doctor of natural sciences (Dr. rer. nat) Submitted by: Jinjin Guan. MLA Date of the oral examination: 16.07.2020 Examiners Dr. Thomas Held Prof. Dr. Harald Zepp Prof. Dr. Guotai Yan Prof. Dr. Wolfgang Friederich Prof. Dr. Harro Stolpe Keywords Onshore wind farm planning; landscape; landscape visual impact evaluation; energy transition; landscape visual perception; GIS; Germany; China. I Abstract In this thesis, an interdisciplinary Landscape Visual Impact Evaluation (LVIE) model has been established in order to solve the conflicts between onshore wind energy development and landscape protection. It aims to recognize, analyze, and evaluate the visual impact of onshore wind farms upon landscapes and put forward effective mitigation measures in planning procedures. Based on literature research and expert interviews, wind farm planning regimes, legislation, policies, planning procedures, and permission in Germany and China were compared with each other and evaluated concerning their respective advantages and disadvantages. Relevant theories of landscape evaluation have been researched and integrated into the LVIE model, including the landscape connotation, landscape aesthetics, visual perception, landscape functions, and existing evaluation methods. The evaluation principles, criteria, and quantitative indicators are appropriately organized in this model with a hierarchy structure. The potential factors that may influence the visual impact have been collected and categorized into three dimensions: landscape sensitivity, the visual impact of WTs, and viewer exposure. Detailed sub-indicators are also designed under these three topics for delicate evaluation. Required data are collected from official platforms and databases to ensure the reliability and repeatability of the evaluation process. Friedrich-Wilhelm Raiffeisen Wind Farm in Germany and Zhongying Wind Farm in China have been studied and compared through the LVIE model. The case studies are applied in GIS with digital landscape models. The evaluation results can be quantitatively calculated and visualized to provide definite and clear guidelines for planners and other stakeholders in decision-making. The results in the LVIE model have been validated through questionnaires and analysis of variance (ANOVA) in the Chinese case. The validation aims to verify whether the results of the LVIE model fit the real situations or not, and adjust the recommendations for planning implementation. Recommendations concerning the planning procedures, mitigation, and compensation measures, are proposed based on the evaluation results of the LVIE model for the optimization of the planning procedures of onshore wind farms. The evaluation results on the three dimensions complement existing forms of information in a meaningful manner that can be provided for various planning departments, in particular, strengthen cooperation between them. The comprehensive result of visual impact reveals that flexible buffer distance dependent on the visual impact degree is more suitable than fixed buffer distance in compact land use areas. A communal fund is recommended to manage and operate the compensation payment that can optimize public participation and local support. Finally, the limitations of the LVIE model are discussed and suggestions for future research in this area are developed. II Kurzfassung In dieser Dissertation wird ein interdisziplinäres Modell zur Bewertung der Auswirkungen auf das Landschaftsbild erarbeitet, welches die bestehenden Konflikte zwischen dem Ausbau der Windenergie an Land und dem Landschaftsschutz lösen soll. Ziel des Modells ist es, die Auswirkungen von anlandigen Windparks auf das Landschaftsbild zu erkennen, zu analysieren und zu bewerten. Anschließend werden Maßnahmen vorgestellt, welche diese Auswirkungen in Planungsverfahren wirksam minimieren sollen. Basierend auf einer Literaturrecherche und Experteninterviews wurden Windparkplanungssysteme, Gesetze, Richtlinien, Planungsverfahren und Genehmigungen in Deutschland und China miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile bewertet. Dabei wurden relevante Theorien der Landschaftsbildbewertung wie die Landschaftskonnotation, die Landschaftsästhetik, die visuelle Wahrnehmung, die Landschaftsfunktionen, und bereits vorhandene Bewertungsmethoden erforscht und in das LVIE-Modell integriert. Die Bewertungsgrundsätze, Kriterien und quantitativen Indikatoren sind in diesem Modell in der folgenden Hierarchiestruktur organisiert. Die Faktoren, die die visuelle Wirkung beeinflussen können wurden in die drei Dimensionen Landschaftsempfndlichkeit, visuelle Wirkung von Windkraftanlangen und Exposition des Betrachters eingeteilt. Für die weitere Auswertung dieser drei Dimensionen wurden detaillierte Teilindikatoren entwickelt. Um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Bewertungsprozesses sicherzustellen, wurden die erforderlichen Daten nur von offiziellen Plattformen und Datenbanken extrahiert. Für diese Arbeit wurden sowohl der Friedrich-Wilhelm Raiffeisen Windpark in Deutschland als auch der Zhongying Windpark in China untersucht und anhand des LVIE-Modells verglichen. Beide Fallstudien wurden in GIS mittels digitaler Landschaftsmodelle simuliert. Die Evaluationsergebnisse können quantitativ berechnet und visualisiert werden, um Planern und anderen Projektbeteiligten bei der Entscheidungsfindung eindeutige und klare Leitlinien zu liefern. Im Falle des Zhongying Windparks wurden die Ergebnisse des LVIE-Modells durch Fragebögen und Varianzanalysen validiert. Die Validierung überprüft ob die Ergebnisse des LVIE-Modells der tatsächlichen Situation entsprechen, und dient dazu, die daraus abgeleiteten Empfehlungen entsprechend anzupassen. Auf Grundlage der Evaluationsergebnisse des LVIE-Modells werden Empfehlungen zu Planungsverfahren, sowie zu Minderungs- und Ausgleichsmaßnahmen zur Optimierung der Planungsverfahren von anländigen Windparks vorgeschlagen. Die Evaluationsergebnisse anhand der drei Dimensionen ergänzen bereits bestehende Informationsformen sinnvoll, und können den verschiedenen Planungsabteilungen bereitgestellt werden um insbesondere die Zusammenarbeit untereinander zu stärken. Das umfassende Ergebnis bezüglich der visuellen Wirkung zeigt, dass eine flexible Festlegung von Pufferzonen in Abhängigkeit vom Grad der Auswirkungen auf das Landschaftsbild in kompakten Landnutzungsgebieten besser geeignet ist als ein fester Puffer. Es wird III empfohlen einen kommunalen Fonds aufzusetzen, um eine angemessene öffentliche Beteiligung zu ermöglichen und maximale lokale Zustimmung zu erreichen. Schlussendlich werden die Limitierungen des LVIE-Modells diskutiert und Vorschläge für zukünftige Forschung in diesem Gebiet erarbeitet. IV Declaration of Authorship I hereby declare that the thesis submitted is my own unaided and independent work. No unauthorized outside help was used. I have not used other than the declared sources, resources, or programs. I have explicitly marked all material that has been quoted either literally or by content from the sources used. Furthermore, I declare that the submitted electronic version of the thesis is identical to the written version. This thesis was not previously presented to and graded by another examination board and has not been published. The digital illustrations are processed based on the original data with correct citation. No commercial mediation or consultation was used in this thesis. Ich versichere an Eides statt, dass ich die eingereichte Dissertation selbstständig und ohne unzulässige fremde Hilfe verfasst, andere als die in ihr angegebene Literatur nicht benutzt und dass ich alle ganz oder annähernd übernommenen Textstellen sowie verwendete Grafiken, Tabellen und Auswertungsprogramme kenntlich gemacht habe. Außerdem versichere ich,dass die vorgelegte elektronische mit der schriftlichen Version der Dissertation übereinstimmt und die Abhandlung in dieser oder ähnlicher Form noch nicht anderweitig als Promotionsleistung vorgelegt und bewertet wurde. Digitale Abbildungen nur die originalen Daten enthalten Bildbearbeitung. Keine kommerzielle Vermittlung oder Beratung in Anspruch genommen wurde. Signed: Jinjin Guan Date: 14. April 2020 V Curriculum Vitae Personal Data Name Jinjin Guan Date of birth 08.01.1991 Institute Faculty of Geosciences, Geography Institute, Ruhr University Bochum Education Since 10/16 Faculty of Geosciences, Geography Institute, Ruhr University Bochum, Germany Ph.D. student, Supervisor: Dr. Thomas Held, Prof. Harald Zepp, Prof. Guotai Yan 09/13 – 06/16 Department of Landscape Architecture, Tongji University, Shanghai, China Master of Landscape Architecture, GPA: 88.14/100, Supervisor: Prof. Guotai Yan 09/09 – 06/13 Department of Landscape Architecture, Tongji University, Shanghai, China Bachelor of Science, College of Architecture and Urban Planning, GPA: 4.32/5.0 (88.15/100) Research Focuses Focuses: Landscape planning, Energy transition, Environmental impact assessment, Wind energy planning procedures, Renewable energy policies, Landscape visual impact evaluation, GIS analysis, Social acceptance of renewable energy. Title of Dissertation: Optimizing the visual impact of onshore wind farms upon the landscapes – Comparing recent planning approaches in China and Germany Publications 1.Jinjin Guan. Westerly breezes and easterly gales: A comparison of legal, policy and planning regimes governing onshore wind