Optimal site selection of wind power plants using geographic information systems and best worst method: A case study in İzmir
Coğrafi bilgi sistemleri ve en iyi-en kötü yöntemi kullanılarak rüzgar enerjisi santralleri için optimal yer seçimi: İzmir örneği
- Tez No: 755244
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TURAN ERDEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Dünya üzerindeki teknolojik gelişmeler sonucunda enerji, hem özel hem de kamusal anlamda günlük yaşamın ayrılmaz bir parçası haline gelmektedir. Bu enerji ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir ve yenilenemez olmak üzere iki tür enerji üretimi kullanılmaktadır. Yenilenemeyen enerji kaynakları fosil, kömür ve doğal gaz gibi kısıtlı kaynakları kullanmaktadır. Bu tür yakıtlar özünde sınırlı olarak, küresel ısınmaya ve doğa kirliliğine sebep olmakta, bu nedenle doğaya zarar vermektedir. Yenilenebilir olarak adlandırılan alternatif kaynaklar, enerji kaynağı olarak yenilenemeyen kaynakların yerini almaktadır. Bu kaynaklar çevre dostu ve sürdürülebilir enerji kaynaklarıdır. Bu çalışmada, Güneş, hidroelektrik ve jeotermal gibi tüm yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgar enerjisine odaklanılmaktadır. Rüzgar enerjisi, rüzgar enerjisi santrallerinin (RES) bir parçası olan rüzgar türbinleri tarafından üretilmektedir. Rüzgâr santralleri için yer seçimi, enerji verimliliğini maksimum duruma getirmek, çevresel etkiyi minimuma indirmek için önemli olmaktadır. Birçok unsur bu rüzgar santrallerinin vereceği verime etki etmektedir. Çalışma alanı olarak, büyük oranlarda elektrik enerjisi tüketen Türkiye'nin en kalabalık üçüncü şehri olan İzmir seçilmiştir. İzmir'in yüksek enerji potansiyeline sahip olması ve toplamda 1664 MW elektrik üreten 56 tane rüzgar enerjisi santraline ev sahipliği yapması bu çalışmanın sonuçlarının gerçek hayatla karşılaştırılmasına olanak sağlayıp, doğruluğunu ve uygunluğunu kontrol edilmesine olanak sağlayacaktır. Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS), 1980'lerde mekansal verileri otomatikleştirme, yönetme ve analiz etme konusunda benzersiz yetenekler sunan yeni bir bilgi işleme sistemi olarak ortaya çıkmıştır. Bir RES'in ne kadar iyi ve verimli performans göstereceğini ve enerji üreteceğini etkilediğinden, RES için yer seçiminde birçok kriter rol oynamaktadır. Yer seçimi problemini çözmek amacıyla CBS kullanılmaktadır. Belirlenen kriterler 'yer seçimi modeline dahil edilen değerlendirme kriterleri' ile 'model den hariç tutulan kriterler' olmak üzere iki sınıfa ayrılmıştır. Bu kriterlerin doğru bir şekilde belirlenebilmesi için literatür taraması yapılmıştır. Modelden hariç tutulan kriterler, WPP'nin üzerine inşa edilemeyeceği yerleri ve kriterleri içermektedir. Değerlendirme kriterleri ise RES'i inşa etmenin verimliliğini ve maliyetini etkileyen kriterleri içermektedir. Değerlendirme kriterleri; rüzgar hızı, yükseklik, eğim, yollara uzaklık ve enerji nakil hatlarına uzaklık olarak belirlenmiştir. İzmir'de eniyi lokasyonları belirlemek için Çok Kriterli Karar Verme yönteminden yararlanılmıştır. Çok Kriterli Karar Verme'nin (ÇKKV) genel amacı, karar vericinin (KV) bir çok kriter ve çeşitli kriter önceliklerinin mevcudiyeti altında, uygun alternatifler arasından“en iyi”alternatifi seçmesine yardımcı olmaktır. Literatür gözden geçirildikten sonra ÇKKV yöntemi olarak En İyi-En Kötü Yöntemi belirlenmiştir. En İyi-En Kötü Yöntemi, sonuçlara ulaşmak için ikili karşılaştırmayı kullanmaktadır. İyi yapılandırılmış ikili karşılaştırma sisteminin bir sonucu olarak daha tutarlı sonuçlara sahip olmaktadır. Literatürde geniş bir kullanım alanı olan AHY (Analitik Hiyerarşi Yöntemi) yerine En İyi-En Kötü Yöntemin seçilmesinde birçok faktör rol oynamıştır. En İyi-En Kötü Yöntemin Analitik Hiyerarşi Süreci'ne göre daha az ikili karşılaştırma kullanması, kesirli sayılar yerine tamamen tam sayılar kullanılarak uygulanması, ikili karşılaştırmaların Analitik Hiyerarşi Sürecine göre En İyi-En Kötü Yöntemi'nde daha tutarlı olması ve En İyi-En Kötü Yöntemi'nin Analitik Hiyerarşi Yöntemine göre daha güncel olması gibi faktörler En İyi-En Kötü yöntemin seçilmesinde rol oynamıştır. Daha sonra rüzgar santralleri için uygun yerlerin doğru bir şekilde belirlenmesi için kriterlerin optimal ağırlıkları belirlenmiştir. Ayrıca geliştirilen modelin duyarlılığını ve sağlamlığını test etmek için CBS kullanılarak kriter ağırlıklarının kombinasyonun dayalı bir duyarlılık analizi yapılmıştır. Yapılan bu analizler ile rüzgar santrallerinin en uygun yerlerinin bulunması için karar vericilere karar vermede yardım edecek modelin oluşturulmasına odaklanılmıştır. Çalışmada bu sonuçlara ulaşmak için izlenilen adımlar şu şekildedir: Uygunluk analizi yönteminin ve rüzgar enerjisi standartlarının literatür taraması ile belirlenmesi. Rüzgar santralleri için en uygun yerlerin belirlenebilmesi için kriterlerin seçilmesi. CBS ortamında veri toplama, hazırlama ve işleme. Hangi kriterlerin değerlendirme modeline veya uygun olmayan yerler modeline gireceğinin belirlenmesi. Kriterleri uygun olmayan yerler modeli içerisinde işleyerek uygun olmayan yerler haritasının hazırlanması. Uzman görüşleri yardımıyla en iyiden diğerlerine ve diğerlerinden en kötüye olan değerlendirme matrislerinin oluşturulması. En İyi En Kötü Yöntemi kullanılarak uzman değerlendirmesi ve girdisi ile kriter ağırlıklarının ve tutarlılık oranlarının belirlenmesi. Uzman görüşleri sayesinde hesaplanan ağırlıkların ortalaması alınarak nihai kriter ağırlıklarının belirlenmesi. CBS yazılımı içerisinde ağırlıklı toplama aracı kullanılarak uygunluk haritasının oluşturulması. Uygunluk analizi sonuçlarına göre rüzgar santralleri için önerilen yerlerin belirlenmesi ve nihai uygunluk haritasında gösterilmesi. Geliştirilen modelin hassasiyetini ve bütünlüğünü test etmek için CBS ortamında duyarlılık analizi yapılması. Rüzgar santrallerinin optimal lokasyonlarını belirlemede karar vericilere destek olacak sistemin değerlendirilmesi. Çalışmanın sonuçlarına ilişkin öneriler ve görüşlerin bildirilmesi. CBS bu çalışmada En İyi-En Kötü Yöntemi gibi güçlü bir çok kriterli karar verme yöntemi ile birleştirildiğinde uygun yerlerin analiz edilmesi ve görselleştirilmesi daha kolay ve verimli hale getirmektedir. Bu sürecin otomatikleştirilmesi, uygun yerlerin seçilmesi ve inşaat sürecinin hızlandırılması açısından yenilenebilir enerji sektöründe verimliliği büyük ölçüde artırmaktadır. Bu durum, rüzgar santralleri için uygun sahaları seçerken karar verme sürecini ve yenilenebilir enerji sektörünü büyük ölçüde iyileştirmektedir. Bu yer seçim sürecini rüzgar enerjisi için kullanmanın yanı sıra, uzmanlar bu süreci diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına uyarlayarak, kendi seçim kriterlerini belirleyerek, güneş enerjisi ve hidroelektrik gibi farklı yenilenebilir enerjilerde bu süreci kullanabilirler. Bu çalışma, ÇKKV yöntemi olarak En İyi-En Kötü Yöntemi'ni kullanarak RES için yer seçimine yeni bir bakış açısı sunmaktadır. CBS'nin yardımları ve bu çalışma ile kaynakların ve zamanın daha etkin kullanımı sağlanabilmekte, çevreye olan etki ve zararlar zamanla azaltılabilmektedir. Daha önce yapılan çalışmalar ve teknikler ışığında bu süreç, En İyi-En Kötü Yöntemi kullanarak bir yer seçim süreci nasıl olmalıdır sorusuna cevap vermiştir. Elde edilen sonuçlar güvenilir bir şekilde elde edilmiştir ve gerçek yaşamdaki duruma büyük ölçüde benzerlik göstermiştir.
Özet (Çeviri)
As the world and technology evolve, energy has become an integral part of everyday life in both private and public sense. To sustain this need for energy two types of energy generation are being used; non-renewable and renewable. Non-renewable energy uses such as fossils, coal and natural gas. These types of fuels in essence are finite, causing global warming and pollution and therefore destructive to the environment. Alternative resources called renewables are taking over as energy sources. They are environmentally friendly and sustainable energy sources. Out of all the renewable energy sources such as solar, hydropower and geothermal, this study focuses on wind power. Wind energy is harvested by wind turbines which are part of wind power plants (WPP). The location selection for wind power plants is important in order to maximize the efficiency and keep environmental impact at a minimum. Study area was chosen as İzmir, Turkey's third most populous city which uses a large amount of electrical energy. Geographic Information Systems (GIS) emerged in the 1980s as a new information processing system offering unique capabilities of automating, managing and analyzing spatial data. Many criteria play a role in determining these locations as they affect how well and efficiently a WPP will perform and generate energy. In order to utilize GIS to solve site selection problem these certain criteria has been determined which are split into two models; exclusion and evaluation model. Literature is reviewed in order to accurately and correctly determine these criteria. The exclusion model includes criteria and locations that WPP cannot be built upon. The evaluation model includes criteria that affect the efficiency and cost of building the WPP. The evaluation model includes the following criteria; wind speed, elevation, slope, distance to roads and distance to power transmission lines. Multi-Criteria Decision Making is utilized to determine the best locations in İzmir. The general objective of Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) is to assist the decision-maker (DM) in selecting the“best”alternative from the number of feasible choice alternatives under the presence of multiple choice criteria and diverse criterion alternatives. After reviewing the literature, the method for MCDM is determined to be Best Worst Method (BWM). Best Worst Method uses pairwise comparison in order to achieve results. It has more consistent results as a result of its well-structured pairwise comparison system. Then the optimal weights of the criteria for accurately determining the suitable locations for wind power plants were determined. Moreover, in order to test the sensitivity and robustness of the model developed, a sensitivity analysis is done based on the combination of the criterion weights by using GIS. With these analyses performed, it is focused on creating the model that supports decision-makers in decision-making for finding the optimal locations of wind power plants. The steps that are taken in order to achieve these results in this study are as follows: Definition of the problem / objective (determining the most suitable locations for wind power plants). Determining the method for suitability analysis and wind energy standards by literature review. Selecting the criteria for determining the optimal locations for wind power plants. Data collection, preparation and processing in the GIS environment. Determining which criteria fall into either the evaluation model orthe exclusion model. Preparing the exclusion map by processing the criteria within the exclusion model. Preparing best-to-others and others-to-worst matrices with the help of experts' opinions. Determining the criteria weights with their consistency ratios by expert valuation and input using BWM (Best Worst Method). Determining final criteria weights by taking the average of the calculated weights of experts' opinions. Using the Weighted Sum tool within the GIS software and generating the suitability map. Determining the suggested locations for wind power plants with respect to the results of the suitability analysis and representing it in the final suitability map. Conducting sensitivity analysis in GIS environment in order to test the sensitivity and integrity of the developed model. Evaluating the system that supports decision-makers in determining the optimal locations of wind power plants. Giving out opinions on results and suggestions with respect to the results of this study. GIS when combined with a powerful multi-criteria-decision-making method such as BWM in this study, it offers excellent visualization and analyzing capabilities. This improves decision-making process and the renewable energy sector when selecting suitable sites for wind power plants. This study offers a new perspective on site selection for WPP by using BWM as the MCDM method. With the help of this study and GIS, more effective utilization of resources and time can be achieved, impact and damage to the environment can be lessened.
Benzer Tezler
- İnsansız hava aracıyla sağlanan fotoğraflar, CBS ve PVSYSTkullanımı ile bina çatısına kurulacak güneş paneli için uygunluk analizi
Suitability analysis for installing solar panels on building roofs using uav-sourced photos, GIS, and PVSYST
CAHİDE USAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Yönetim Bilişim Sistemleriİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRİ HAKAN DENLİ
- Ulusal enerji şebekesine bağlanabilecek optimum rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi
Determination of optimum wind energy integration potential in national energy grid
ALİ ERDUMAN
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUĞDEŞEM TANRIÖVEN
- Parallel evolutionary computation for distribution system planning and operation
Dağıtım şebekesi planlama ve işletmesi için paralel evrimsel algoritmalar
SOHEIL YOUNESI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR
DR. ÖĞR. ÜYESİ OGUZHAN CEYLAN
- Multi-criteria decision making in site selection for nuclearpower plants
Nükleer güç santralleri inşaat sahası seçiminde çok kriterli karar verme
BERNA TUNCER
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İstatistikOrta Doğu Teknik Üniversitesiİstatistik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN DENER AKKAYA
PROF. DR. MEHMET SEMİH YÜCEMEN