Biogas Power Plant Site Selection with Multi-Criteria Decision-Making Methods: An Example for Polatlı in Ankara

Abstract

The need for energy is also increasing due to reasons such as industrialization, developing society, increasing needs, rapidly developing technology, and increased production. Increasing energy need has also increased energy use, and this has led to an increase in waste. Among these wastes, the amount of animal waste has an important place. The product resulting from the conversion of animal waste into energy is called biogas. In biogas power plants, energy is obtained by processing animal waste. It is important to construct the biogas power plant in a suitable location for more efficient energy production. This study focused on the construction of a biogas power plant in the Polatlı district of Ankara. In this study, multi-criteria decision making (MCDM) methods were used for power plant location selection. A set of criteria has been proposed for factors affecting power plant construction. Analytical Hierarchy Process (AHP) is used to weight the criteria and Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method is used to rank alternative power plant locations. The analyzes have shown that the distance criterion from the settlement is the most important criterion. In addition, as a result of the analysis, it has been determined that the establishment of a biogas power plant in the Sakarya region would be the most suitable alternative.

Keywords

• Biogas Energy
• Plant Site Selection
• Multi Criteria Decision Making
• AHP
• TOPSIS

Çok Kriterli Karar Verme Yöntemleri ile Biyogaz Enerji Santrali Kuruluş Yeri Seçimi: Ankara İli Polatlı İlçesi İçin Bir Örnek

Abstract

Sanayileşme, gelişen toplum, artan gereksinimler, hızla gelişen teknoloji ve üretimin artması gibi sebeplerden kaynaklı enerji ihtiyacı da artmaktadır. Artan enerji ihtiyacı beraberinde enerji kullanımını da artırmış ve bu durum atıkların artmasına sebep olmuştur. Oluşan bu atıklar arasında hayvan atıkları miktarı önemli bir yere sahiptir. Hayvan atıklarının enerjiye dönüştürülmesi için ortaya çıkan ürüne biyogaz denilmektedir. Biyogaz enerji santrallerinde hayvan atıkları işlenerek enerji elde edilmektedir. Daha verimli enerji üretimi için biyogaz enerji santralinin uygun bir yere kurulması önem arz etmektedir. Bu çalışmada Ankara ili Polatlı ilçesinde bir biyogaz enerji santrali kurulumu üzerinde durulmuştur. Yapılan çalışmada enerji santrali yeri seçimi için çok kriterli karar verme (ÇKKV) yöntemleri kullanılmıştır. Santral kurulumuna etki eden faktörler için bir kriter seti önerilmiştir. Kriterlerin ağırlıklandırılması için Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) ve alternatif santral yerlerinin sıralanması için Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) yöntemlerinden faydalanılmıştır. Yapılan analizler yerleşim yerine uzaklık kriterinin en önemli kriter olduğunu göstermiştir. Bunun yanı sıra gerçekleştirilen analiz soncunda Sakarya bölgesinde bir biyogaz enerji santralinin kurulmasının en uygun alternatif olacağı tespit edilmiştir.

Keywords

• Biyogaz Enerjisi
• Kuruluş Yeri Seçimi
• Çok Kriterli Karar Verme
• AHP
• TOPSIS

References

1. Akçay, M. (2019). AHP-TOPSIS hibrit yöntemi ile Türkiye’de güneş enerjisi santrali için yer seçimi [Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
2. Arslan, H. M. (2018). Electre ve maksimum kapsama modeli yöntemleri ile bilim merkezlerinin optimum tesis yeri seçimi. Elektronik Sosyal Bilimler Dergisi, 17(65), 337-355. https://doi.org/10.17755/esosder.339495
3. Chen, L., Cong, R. G., Shu, B., & Mi, Z. F. (2017). A sustainable biogas model in China: The case study of Beijing Deqingyuan biogas Project. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, 773-779. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.027
4. Chukwuma, E. C., Onyesolu, F. C., Ani, K. A., & Nwanna, E. C. (2021). GIS bio-waste assessment and suitability analysis for biogas power plant: A case study of Anambra state of Nigeria. Renewable Energy, 163, 1182-1194.
5. Cristobal, J. R. San. (2011). Multi-criteria decision-making in the selection of a renewable energy Project in Spain: The Vikor method. Renewable Energy, 36, 498-502.
6. Entürk, E. (2004). Tavuk çiftliklerinden kaynaklanan gübre atiklarinin incelenmesi ve uygun aritma sisteminin önerilmesi [Yüksek lisans tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
7. Ergişi, B. (2019). Türkiye’de hayvansal kaynaklı biyogaz potansiyelinin hesaplanması ve tesis yerinin çok kriterli karar verme yöntemleriyle belirlenmesi [Yüksek lisans tezi, Kırıkkale Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
8. Ertop, H., Atılgan, A., Saltuk, B., & Aksoy, E. (2022). Büyükbaş hayvansal atiklardan elde edilebilir biyogaz ve elektrik üretim potansiyelin belirlenerek sayisal haritalarin oluşturulmasi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 35, 530-540.

9. Gao, M., Wang, D., Wang, H., Wang, X., & Feng, Y. (2019). Biogas potential, utilization and countermeasures in agricultural provinces: A case study of biogas development in Henan Province, China. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 99, 191-200.
10. Gao, S., Kim, A., Puchalski, J., Bramley, K., Detterbeck, F. C., Boffa, D., & Decker, R. H. (2017). Indications for invasive mediastinal staging in patients with early non–small cell lung cancer staged with positron emission tomography-computed tomography. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, 98(1). https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2017.01.061
11. Gümüşçü, M., & Uyanık, S. (2010). Güneydoğu Anadolu Bölgesi hayvansal atiklarindan biyogaz ve biyogübre eldesi. Tesisat Mühendisliği (MMO), 16(118), 59-65.
12. Heo, E., Kim, J., & Boo, K. (2010). Analysis of the assessment factor for renewable energy dissemination program evaluation using fuzzy AHP. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 2214-2220.
13. Ho, W. (2008). Integrated analytic hierarchy process and its applications-A literature review. European Journal of Operational Research, 186, 211-228. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2007.01.004
14. Holm-Nielsen, J. B., Al Seadi, T., & Oleskowicz-Popiel, P. (2009). The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology, 100(22), 5478-5484. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.12.046
15. Hwang, C. L., & Yoon, K. (1981). Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications. Springer-Verlag, New York. https://doi.org/10.1007/978-3-642-48318-9.
16. Kara, M., Ercan, Y., Yumuşak, R., Cürebal, A., & Eren, T. (2022). Yenilenebilir hibrit enerji santrali uygulamasinda tesis yer seçimi. International Journal of Engineering Research and Development, 14(1), 208-227. https://doi.org/10.29137/umagd.1011212
17. Kaya, T., & Kahraman, C. (2010). Multicriteria renewable energy planning using an integrated fuzzy VIKOR & AHP methodology: The case of Istanbul. Energy, 35, 2517-2527.
18. Kaykıoğlu, G., & Cantekin, E. (2023). Türkiye’de TR21 bölgesinin (Trakya) biyogaz potansiyelinin belirlenmesi. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 9(1), 168-180.
19. Kocabey, S. (2019). Balıkesir ili için hayvansal atık kaynaklı biyogaz potansiyelinin belirlenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 17, 234-243.
20. Koçer, N., Öner, C., & Sugözü, İ. (2006). Türkiye’de hayvancılık potansiyeli ve biyogaz üretimi. Fırat Üniversitesi Doğu Araştırmaları Dergisi, 4(2), 17-20.
21. Lourinho, G., & Brito, P. (2015). Assessment of biomass energy potential in a region of Portugal (Alto Alentejo). Energy, 81, 189-201.
22. Karaj, S., Rehl, T., Leis, H., & Müller, J. (2010). Analysis of biomass residues potential for electrical energy generation in Albania. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(1), 493-499.
23. Öztürk, M. (2005). Hayvan gübresinden biyogaz üretimi. T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı Müsteşarlığı, Ankara. Özyurt, M. (1978). Biyogaz üretimi ve ekonomik yararlari. Kükem Dergisi, 1(1), 33-36.
24. Pales. (2019). Anahtar teslimi biyogaz tesis kurulumu. 26 Eylül 2023’te http://biogas.pales.com.tr adresinden alındı.
25. Peerapong, P., & Limmeechokchai, B. (2017). Biogas-based electricity generation in swine farm in Thailand: Economic and CO2 reduction aspects. Energy Procedia, 138, 657-661.
26. Peker, B. N., & Görener, A. (2022). Tesis yeri seçiminde kriterlerin önem ağırlıklarının bulanık Fucom yöntemiyle belirlenmesi. İstanbul Ticaret Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 21(45), 1512-1536. https://doi.org/10.46928/iticusbe.1212318
27. Pochwatka, P., Kowalczyk-Juśko, A., Sołowiej, P., Wawrzyniak, A., & Dach, J. (2020). Biogas plant exploitation in a middle-sized dairy farm in Poland: Energetic and economic aspects. Energies, 13(22), 6058. https://doi.org/10.3390/en13226058
28. Saaty, T. L. (1990). How to make a decision: The analytic hierarchy process. European Journal of Operational Research, 48, 9-26. https://doi.org/10.1016/0377-2217(90)90057-I
29. Saaty, T. L., & Niemira, M. P. (2006). A framework for making a better decision. Research Review, 13(1), 1-4.
30. Saaty, T. L. (2008). Decision making with the analytic hierarchy process. International Journal of Services Sciences, 1(1), 83-98.
31. Seyhan, A. K., & Badem, A. (2021). Erzincan ili hayvansal atık kaynaklı biyogaz potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik biyogaz tesisi senaryoları. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(1), 245-256.
32. Shyjith, K., Ilangkumaran, M., & Kumanan, S. (2008). Multi-criteria decision-making approach to evaluate optimum maintenance strategy in textile industry. Journal of Quality in Maintenance Engineering, 14(4), 375-386. https://doi.org/10.1108/13552510810909975
33. Sliz-Szkliniarz, B., & Vogt, J. (2012). A GIS-based approach for evaluating the potential of biogas production from livestock manure and crops at a regional scale: A case study for the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1), 752-763.
34. Soba, M., & Eren, K. (2011). TOPSIS yöntemini kullanarak finansal ve finansal olmayan oranlara göre performans değerlendirilmesi: şehirlerarası otobüs sektöründe bir uygulama. Selçuk Üniversitesi İİBF Sosyal ve Ekonomik Araştırmalar Dergisi, 15(21), 23-40.
35. Şenol, H., Elibol, E. A., Açikel, Ü., & Şenol, M. (2017). Biyogaz üretimi için Ankara’nın başlıca organik atık kaynakları. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(2), 15-28.
36. T.C. Resmi Gazete. (2015). Mekanik ayırma, biyokurutma ve biyometanizasyon tesisleri ile fermente ürün yönetimi tebliği. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2015/10/20151010-3.htm
37. TİGEM. (2023). T.C. Tarım İşletmeleri Genel Müdürlüğü. 8 Ağustos 2023’de https://www.tigem.gov.tr adresinden alındı.
38. Tolay, M., Yamankaradeniz, H., Yardımcı, S., & Reiter, R. (2008, 17-21 Aralık). Hayvansal atiklardan biyogaz üretimi [Bildiri Sunumu]. VII. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu (UTES’2008), İstanbul, Türkiye.
39. Tulun, Ş., Arsu, T., & Gürbüz, E. (2023). Selection of the most suitable biogas facility location with the geographical information system and multi-criteria decision-making methods: A case study of Konya Closed Basin, Turkey. Biomass Conversion and Biorefinery, 13, 3439-3461. https://doi.org/10.1007/s13399-022-03404-1
40. Tunçez, F. D., & Soylu, S. (2022). Konya ilinin toplanabilir bitkisel artık ve hayvansal atık kaynaklı metan potansiyeli. Bahri Dağdaş Bitkisel Araştırma Dergisi, 11(2), 112-127.
41. Turan, A. (2022). Biyogaz enerjisi yakit prosesi ve optimal tesis büyüklüğü uygulamalari [Yüksek lisans tezi, KTO Karatay Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
42. Yalçınkaya, S. (2020). A spatial modeling approach for siting, sizing and economic assessment of centralized biogas plants in organic waste management. Journal of Cleaner Production, 255, Article 120040. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120040
43. Yıldırım, T. (2002). Yer seçimi ve yerleşim düzenlemesi, mühendislik çözümlemeleri. Osmangazi Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümü, Eskişehir.
44. Zhang, C., & Xu, Y. (2020). Economic analysis of large-scale farm biogas power generation system considering environmental benefits based on LCA: A case study in China. Journal of Cleaner Production, 258, Article 120985. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120985.