Geri Dön

An advanced decision-support system for the selection of wind farm sites: The case of djibouti

Rüzgar enerjisi santrali yer seçimi için bir karar destek modeli: cibuti örneği

PDF İndir

  1. Tez No: 947301
  2. Yazar: AYAN PIERRE ABDI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ATİLLA DAMCI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Yapı Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 119

Özet

Wind energy stands out as an exciting alternative energy source that can help meet the growing demand for electricity in African countries. The geographical proximity of Djibouti to the Red Sea, combined with its arid and semi-arid climate, results in the generation of consistent and robust winds, thereby enhancing its potential for wind energy. The increasing energy needs in Djibouti highlight the importance of exploring renewable energy sources, and wind energy is shaping up to be a promising option. Despite its significant potential, previous studies have not thoroughly explored Djibouti to identify suitable locations for wind farms. In order to ensure the long-term efficiency and sustainability of wind energy projects, it is essential to identify appropriate locations for the construction of wind farms. This thesis aims to present a decision-support system featuring two modules, designed to help researchers and professionals in renewable energy identify the most suitable locations for wind farms. The initial module encompasses the identification of relevant criteria, the collection of pertinent data, the creation of a suitability map for each criterion, the calculation of the respective weights associated with these criteria, and the generation of a comprehensive final suitability map that takes into account all criteria where areas deemed unsuitable are excluded. Upon conducting a comprehensive review of the existing literature, seven primary criteria have been identified to evaluate the appropriateness of prospective sites for wind farm construction: wind velocity, changes in wind direction, ground slope, distance to urban areas, distance to road network, distance to energy transmission networks, and land use. The weights of the criteria were calculated by utilizing the CRITIC method. This method differs from conventional approaches that rely on personal judgments. Wind velocity and distance to energy transmission networks were found to be the most important criteria according to the results. Nevertheless, it has been determined that ground slope and land use were found to be the least important criteria in comparison to other criteria evaluated in this study. A final suitability map indicating potential locations for wind farms in Djibouti was created by taking into account the aforementioned criteria and their corresponding implications weights. According to the final suitability map, three regions identified as the most suitable for wind farm construction in Djibouti are the northeastern area (Obock region), the southeastern region (Arta and Ali Sabieh regions), and the southwestern region (Dikhil region). The objective of the second module is to further investigate the suitability map obtained by the first module to determine an exact coordinate on the suitability map that can be used by professionals when constructing wind farms. It employs multi- criteria decision-making methods (i.e., CoCoSo, MAIRCA, TOPSIS, and VIKOR) to evaluate and rank potential locations for wind farm construction. This approach facilitates the prioritization of selecting the most appropriate site for wind farms. In xxii order to prioritize the alternative locations, the site selection module utilizes the weights calculated by the suitability map generation module. The site selection module utilizes these weights as inputs for the multi-criteria decision-making methods— CoCoSo, MAIRCA, and TOPSIS—to prioritize potential sites for wind farms. It also allows users to select either a single multi-criteria decision-making method or multiple methods at the same time. In the scenario where the user selects a single multi-criteria decision-making method (i.e., CoCoSo) to rank potential sites for wind farms, the results indicate that the ten most appropriate sites, which are assessed according to seven criteria, are located in Goubetto town in Ali Sabieh region. In cases where the user prefers to utilize multiple methods, the module additionally determines whether the top ten outcomes derived from the chosen methods are in precise alignment with one another or not. If they match exactly, the module will then present the most appropriate locations for wind farms without any further investigation. In the scenario where the user selects multiple MCDM methods to rank potential sites for wind farms, CoCoSo and MAIRCA methods are selected to demonstrate the ranking process. The findings show that the top ten ranked alternatives are identical for both methods, leading to an exact match. The identified top ten most appropriate sites form a cluster of sites that are located in the southeastern region of Djibouti, which is called Goubetto town in Ali Sabieh region. On the other hand, when there isn't an exact match, the module uses an alternative multi-criteria decision-making method (i.e., VIKOR) to provide the decision-maker with the most appropriate locations among those obtained from different multi-criteria decision-making methods. This comprehensive investigation ensures the identification of the most suitable locations for wind farms. In order to determine if a scenario without an exact match occurs when the user selects multiple multi-criteria decision-making methods to rank potential sites for wind farms, the TOPSIS method is included among the previously selected methods to demonstrate the ranking process. The findings show that the top ten ranked alternatives obtained by the previously selected methods are not identical to the results obtained by the TOPSIS method. The results of further investigation to identify the most suitable locations for wind farms indicate that the southeastern region of Djibouti, particularly located in the Ali Adde town in Ali Sabieh region, stands out as the most suitable location for wind farms. This research extends the existing body of knowledge in the renewable energy field by simultaneously integrating advanced multi-criteria decision-making methods and geographic information system tools to address the challenge of wind farm site selection on an unprecedented scale and with precise coordinates. The proposed decision-support system is designed to exhibit flexibility and applicability across various contexts, as it is grounded in readily accessible real-world datasets. This data- driven system serves as a practical instrument for renewable energy planning, thereby allowing the framework to be potentially applicable to other regions with similar data availability. Using the proposed advanced decision-support system, researchers and professionals would be empowered to make strategic and well-informed decisions when selecting the most suitable site for a wind farm. Furthermore, the suggested decision support system equips professionals in Djibouti with practical insights, making it easier to shift towards sustainable energy independence. Although the proposed advanced decision-support system fills several gaps in the renewable energy literature, there are a number of limitations to the proposed advanced decision-support system. First, although the proposed advanced decision-support system employs seven key criteria to determine the most appropriate locations for wind xxiii farms, the criteria for site selection may vary based on the economic, social, and geographical conditions present in the target area. Future research could strengthen the framework by adding further criteria, including environmental and social aspects, while also applying it in different fields to assess the model's flexibility and effectiveness applicability. Secondly, although the advanced decision-support system was demonstrated using multi-criteria decision-making methods, the incorporation of additional multi-criteria decision-making methods for conducting sensitivity analysis may significantly improve its overall effectiveness. As a third limitation, the framework was tested only in Djibouti. Future research could broaden the application of this approach to other countries, modifying the criteria to fit local conditions. As a fourth limitation, the proposed advanced decision-support system was employed solely for the purpose of identifying appropriate locations for on-land wind farm sites. It could be adjusted to assess the potential for offshore wind energy in Djibouti, thereby delving into another promising avenue for sustainable energy development and broadening the framework's applicability to different forms of renewable energy.

Özet (Çeviri)

Rüzgâr enerjisi, Afrika ülkelerinde artan elektrik ihtiyacını karşılamaya yardımcı olabilecek bir alternatif enerji kaynağı olarak öne çıkmaktadır. Cibuti'nin Kızıldeniz'e olan coğrafi yakınlığı ile kurak ve yarı kurak iklimi, tutarlı ve güçlü rüzgarların oluşmasına katkı sağlayarak Cibuti'nin rüzgâr enerjisi potansiyelini artırmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının keşfedilmesi Cibuti'nin artan enerji ihtiyacının karşılanması açısından büyük önem arz etmektedir. Bu noktada, Cibuti için rüzgâr enerjisi gelecek vadeden bir seçenek olarak ön plana çıkmaktadır. Cibuti'nin rüzgâr enerjisi açısından potansiyeline rağmen, literatürde rüzgâr enerji santralleri için uygun yerleri belirlemek üzere Cibuti'yi kapsamlı bir şekilde inceleyen bir çalışmaya rastlanmamıştır. Rüzgâr enerjisi santrallerinin uzun vadeli verimliliğini ve sürdürülebilirliğini sağlamak için, rüzgâr enerjisi santrallerinin inşası için uygun yerlerin belirlenmesi çok önemlidir. Bu tez, yenilenebilir enerji alanındaki araştırmacıların ve profesyonellerin rüzgâr enerjisi santralleri için en uygun yerleri belirlemelerine yardımcı olmak üzere tasarlanmış iki modül içeren bir karar-destek sistemi sunmaktadır. Karar-destek sisteminin ilk modülü ile gerçekleştirilen işlemler sırasıyla yer seçimi için geçerli olacak kriterlerin belirlenmesi, belirlenen kriterler için gerekli verilerin toplanması, her bir kriter için uygunluk haritasının oluşturulması, söz konusu kriterlerin ağırlıklarının hesaplanması ve söz konusu kriterlerin hepsini aynı anda dikkate alınarak uygunluk haritasının oluşturulmasıdır. Mevcut literatürün kapsamlı bir şekilde incelenmesinin ardından, rüzgâr enerjisi santrali inşası için muhtemel alanların uygunluğunu değerlendirmek üzere yedi temel kriter belirlenmiştir: rüzgâr hızı, rüzgâr yönündeki değişiklikler, zemin eğimi, kentsel alanlara uzaklık, yol ağına uzaklık, enerji iletim ağlarına uzaklık ve arazi kullanımı. Söz konusu kriterler ile ilgili gerekli bilgilerin toplanmasının ardından, her kriter için uygunluk haritaları oluşturulmuştur. Tüm kriterlerin aynı anda dikkate alındığı bir uygunluk haritasının oluşturulabilmesi için ise öncelikle ağırlıklarının hesaplanması gerekmektedir. Söz konusu hesaplama için CRITIC yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem, öznel yaklaşımı temel alan geleneksel yöntemlerden farklı olarak nesnel bir yaklaşımı temel alarak hesaplama yapılmasına olanak sağlamaktadır. Ağırlıkların hesaplanması ile elde edilen sonuçlar göstermiştir ki, rüzgâr hızı ve enerji iletim ağlarına uzaklık en önemli kriterler olarak öne çıkmaktadır. Bu sonuca ek olarak, zemin eğimi ve arazi kullanımı kriterleri ise bu çalışmada dikkate alınan kriterler arasında en az önemli kriterler olarak tespit edilmiştir. İlk modülün son işlemi olarak, Cibuti'deki rüzgâr enerjisi santralleri için muhtemel konumları gösteren bir uygunluk haritası, yukarıda belirtilen kriterlerin hepsini aynı anda ve bunlara karşılık gelen ağırlıkları dikkate alarak oluşturulmuştur. Söz konusu uygunluk haritasına göre, rüzgâr enerjisi santrali inşası için en uygun alanlar Cibuti'nin kuzeydoğusunda yer alan Obock Bölgesi, güneydoğusunda yer alan xxvi Arta ve Ali Sabieh Bölgeleri, güneybatısında yer alan Dikhil Bölgesi olarak belirlenmiştir. Söz konusu karar-destek sisteminin ikinci modülünün amacı, ilk modülün çıktısı olan uygunluk haritası üzerinde daha detaylı bir inceleme yaparak rüzgâr enerjisi santralinin inşası için bir koordinat kümesi belirlemektir. Rüzgâr enerjisi santrali inşasının muhtemel görüldüğü alanların değerlendirilmesi ve sıralanması için çok kriterli karar verme yöntemlerinden (CoCoSo, MAIRCA, TOPSIS, VIKOR) faydalanılmıştır. Söz konusu yaklaşım, rüzgâr enerjisi santrali için en uygun yerin seçilmesinde önceliklendirmeyi kolaylaştırmaktadır. Rüzgâr enerjisi santrali inşası için muhtemel görülen yerleri önceliklendirmek için, ilk modül tarafından kriterler için hesaplanan ağırlıklar kullanılmıştır. Diğer bir ifadeyle, rüzgâr enerjisi santrali inşası için muhtemel görülen yerlerin önceliklendirmesi amacıyla kullanılan çok kriterli karar verme yöntemleri (CoCoSo, MAIRCA, TOPSIS) bu ağırlıkları girdi olarak kullanmaktadır. Karar-destek sisteminin ikinci modülü, kullanıcının bir veya aynı anda birden fazla çok kriterli karar verme yöntemi ile değerlendirme yapmasına olanak sağlamaktadır. Kullanıcının sadece bir adet çok kriterli karar verme yöntemi (CoCoSo) kullanmayı tercih ettiği senaryoda, en uygun yer olarak belirlenen koordinat kümesinin Ali Sabieh bölgesindeki Goubetto'da yer aldığı belirlenmiştir. Kullanıcının birden fazla çok kriterli karar verme yöntemi kullanmayı tercih ettiği senaryoda ise, seçilen yöntemlerden elde edilen koordinat listelerinin ilk onundan oluşan koordinat kümelerinin birebir aynı olup olmadığı kontrol edilmektedir. Birebir eşleşme elde edildiği takdirde, ek bir incelemeye gerek kalmadan rüzgâr enerjisi santrali inşası için en uygun yerleri tarifleyen koordinat kümesi modül tarafından sunulmaktadır. Kullanıcının birden fazla çok kriterli karar verme yöntemi kullanmayı tercih ettiği senaryoda sıralama sürecini Cibuti örneği üzerinde göstermek için CoCoSo ve MAIRCA yöntemleri seçilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, elde edilen koordinat listelerinin ilk onundan oluşan koordinat kümelerinin her iki yöntem için de birebir aynı olduğu ve tam bir eşleşmenin elde edildiği görülmüştür. En uygun yer olarak belirlenen koordinat kümesinin, kullanıcının sadece bir adet çok kriterli karar verme yöntemi (CoCoSo) kullanmayı tercih ettiği senaryoda olduğu gibi, Cibuti'nin güneydoğusunda bulunan Ali Sabieh bölgesindeki Goubetto'da yer aldığı belirlenmiştir. Öte yandan, tam bir eşleşme olmadığı durumda, modül karar vericiye farklı çok kriterli karar verme yöntemlerinden elde edilen sonuçlar arasından rüzgâr enerjisi santrali inşası için en uygun yerleri tarifleyen koordinat kümesini verebilmek için alternatif bir çok kriterli karar verme yöntemi (VIKOR) kullanmaktadır. Tam eşleşme olmayan durumun oluşup oluşmadığını belirlemek için, daha önce seçilen yöntemler arasına TOPSIS yöntemi dahil edilmiştir. Bulgular, CoCoSo ve MAIRCA yöntemleri ile elde edilen koordinat listelerinin ilk onundan oluşan koordinat kümelerinin TOPSIS yöntemiyle elde edilen koordinat kümesi ile aynı olmadığını göstermiştir. Yapılan ek inceleme sonucunda en uygun yer olarak belirlenen koordinat kümesinin Cibuti'nin güneydoğusunda bulunan Ali Sabieh bölgesindeki Ali Adde'de yer aldığı belirlenmiştir. Bu tez kapsamında geliştirilen karar-destek sistemi, rüzgâr enerjisi santrali inşası için yer seçimi sorununa literatürde daha önce önerilmemiş bir yaklaşımla çözüm üretmek için çok kriterli karar verme yöntemlerini ve coğrafi bilgi sistemi araçlarını eşzamanlı kullanarak yenilenebilir enerji alanındaki mevcut bilgi birikimini genişletmektedir. Önerilen karar-destek sistemi, kolayca erişilebilen gerçek verileri kullanan nesnel bir yaklaşıma dayandığı için farklı konumlardaki yer seçimi problemlerine uyarlanabilir esnek bir tasarıma sahiptir. Diğer bir ifadeyle, gerçek verileri kullanan nesnel xxvii yaklaşıma dayalı bu sistem, yenilenebilir enerji planlaması için kullanıcı dostu bir araç olarak profesyonellere hizmet edebilmektedir. Böylece profesyoneller önerilen karar- destek sistemini kullanarak yenilenebilir enerji alanında gerçek veriye dayanan nesnel kararlar verebilirler. Önerilen karar-destek sistemi yenilenebilir enerji literatüründeki bazı boşlukları doldurarak katkı sağlamasına rağmen kısıtları bulunmaktadır. İlk olarak, önerilen karar-destek sistemi rüzgâr enerjisi santrali inşası için en uygun yerleri belirlemek üzere yedi temel kriter kullansa da yer seçimi kriterleri incelenen bölgede mevcut olan ekonomik, sosyal ve coğrafi koşullara bağlı olarak değişebilir. Diğer bir ifadeyle, mevcutlardan farklı olarak yeni kriterlerin eklenmesi gerekebilir. Gelecekte yapılacak çalışmalar, çevresel ve sosyal boyutları dahil eden başka kriterler ekleyerek mevcut modeli güçlendirebilir ve aynı zamanda modelin esnekliğini ve etkinliğini değerlendirmek için farklı alanlarda uygulanabilir. İkinci olarak, geliştirilen karar destek sistemi çok kriterli karar verme yöntemleri kullanılarak gösterilmiş olmasına rağmen, duyarlılık analizi yapabilmek için tercih edilmiş olan çok kriterli karar verme yöntemlerinden farklı olanların dahil edilmesi sistemin genel etkinliğini önemli ölçüde artırabilir. Üçüncü bir kısıt olarak, geliştirilen karar destek sistemi sadece Cibuti için uygulanmıştır. Gelecekteki çalışmalar, kriterleri yerel koşullara uyacak şekilde değiştirerek bu yaklaşımın başka ülkelerde uygulanmasını sağlayabilir. Dördüncü bir kısıt olarak, önerilen karar destek sistemi yalnızca karadaki rüzgâr enerji santrali inşası için uygun yerlerin belirlenmesi amacıyla kullanılmıştır. Geliştirilen karar destek sistemi Cibuti'deki açık deniz rüzgâr enerjisi potansiyelini değerlendirmek için uyarlanabilir. Böylece sürdürülebilir enerji gelişimi açısından başka bir alternatif için daha araştırma yapılabilir. Ayrıca, karar destek sisteminin farklı yenilenebilir enerji türlerine uygulanabilirliği de değerlendirilebilir.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    909019

    Comprehensive risk mapping and fire station optimization for forest fire management: An application in Antalya

    Orman yangını yönetimi için kapsamlı risk haritalama ve yangın istasyonu optimizasyonu: Antalya uygulaması

    ZÜHAL ÖZCAN YAVUZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR KABAK

    DR. ÖĞR. ÜYESİ İNCİ ÇAĞLAYAN

  2. Tez No

    439512

    Sürdürülebilir toplu konut yerleşmesi tasarımı için Pareto genetik algoritmaya dayalı bir model önerisi: SSPM

    A model for sustainable site layout design with pareto genetic algorithm: SSPM

    YAZGI AKSOY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ

  3. Tez No

    863774

    Çevresel gürültü kontrolüne yönelik gerçek zamanlı izleme sistemi tasarımı ve uygulaması

    Real-time monitoring system design and implementation for environmental noise control

    SAMET FEYYAZ HAMAMCI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET ÖZGÜR DOĞRU

  4. Tez No

    486573

    Enerji verimliliğinin kent ölçeğinde planlanması ve mekan ile etkileşimi Milas örneği

    Planning energy efficiency in urban scale, it's interaction with urban form Milas case

    KEREM BEYGO

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET ALİ YÜZER

  5. Tez No

    959139

    Ege Denizi'nde açık deniz rüzgâr türbini yer seçimi

    Offshore wind turbine site selection in the Aegean Sea

    ŞULE FERİDE ARDIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ADALET DERVİŞOĞLU

Geri Dön