Selection of the Solar Power Plants with CSP Technologies by Combined ANP-PROMETHEE Approach

Abstract

Many countries around the world must implement the sustainable energy policies which based on the economical, efficiency and environmental awareness parameters to maintain their strengths globally and to raise the level of social prosperity. Spreading the use of renewable resources in electricity generation provides significant advantages to the countries for following the sustainable energy policies, when considering the strong impact of these resources on three pillars of sustainability.  Turkey is a rich country in terms of renewable energy resource potential, and solar energy ranks the first with a potential of 380 billion kWh per year. Solar energy that can meet the annual total energy consumption exceedingly with high potential by itself, has not been utilized enough to generate electricity in Turkey, where 278.3 billion kWh of electricity is consumed in 2016 is the highest energy utilization year of all time. Therefore, The Government of the Republic of Turkey has taken a series of steps to ensure that solar energy is used more and more in electricity generation. In this context in this study, strategic objectives of the government for solar energy are taken as reference, and Parabolic Trough Collector (PTC), Linear Fresnel Reflector (LFR), Central Receiver System (Molten Salt) (CRS-MS), Central Receiver System (Superheated Steam) (CRS-SHS) and Parabolic Dish Systems (PDS), are the Concentrated Solar Power (CSP) technologies which enable the electricity generation from solar energy, are evaluated with sixteen criteria under the four main criteria consisting the titles of cost, social, technical and technology. These criteria are weighted by the ANP (Analytic Network Process) method, which provides to be considered the relations between them, and priority order of five alternative CSP technologies in Turkey’s conditions is obtained by using these criteria in PROMETHEE (The Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluation) method is an outranking algorithm, often used in the literature and has many advantages.

Keywords

• CSP technologies,ANP,PROMETHEE,solar energy,multi criteria decision making

CSP Teknolojisine Sahip Güneş Enerjisi Santrallarının Kombine ANP-PROMETHEE Yaklaşımı ile Seçimi

Abstract

Dünya genelinde birçok ülke ekonomiklik, verimlilik ve çevreye duyarlılık parametrelerini temel alan sürdürülebilir enerji politikalarını küresel olarak güçlerini devam ettirmek ve toplumsal refah düzeyini yükseltmek için uygulamak zorundadır. Elektrik üretiminde yenilenebilir kaynakların kullanımının yaygınlaştırılması ise, bu kaynakların sürdürülebilirliğin söz konusu üç sacayağı üzerindeki kuvvetli etkileri ele alındığında, sürdürülebilir enerji politikalarının yürütülmesinde ülkelere önemli avantajlar sunmaktadır.  Türkiye, yenilenebilir enerji kaynak potansiyeli açısından zengin bir ülkedir ve bu kaynaklar arasında güneş enerjisi yıllık 380 milyar kWh’lik potansiyeli ile ilk sırada yer almaktadır. Tüm zamanların en yüksek enerji kullanım yılı olan 2016’da 278,3 milyar kWh elektrik enerjisi tüketilen Türkiye’de, yüksek potansiyeli ile yıllık toplam enerji tüketimini tek başına fazlasıyla karşılayabilecek güneş enerjisinden bugüne kadar elektrik üretiminde yeterince faydalanılmamıştır. Bu nedenle, Türkiye Cumhuriyeti Hükümeti güneş enerjisinin elektrik üretiminde giderek daha fazla kullanılmasını sağlamak için bir dizi adım atmıştır. Bu kapsamda bu çalışmada, hükümetin güneş enerjisi ile ilgili stratejik hedefleri referans alınmış ve güneş enerjisinden elektrik üretimini sağlayan Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi (CSP) teknolojilerinden Parabolik Oluk Kolektör (PTC), Doğrusal Fresnel Reflektör (LFR), Merkezi Alıcı Sistem (Eritilmiş Tuz) (CRS-MS), Merkezi Alıcı Sistem (Kızgın Buhar) (CRS-SHS) ve Parabolik Çanak Sistemleri (PDS) maliyet, sosyal, teknik ve teknoloji başlıklarından oluşan dört ana kriter altındaki on altı alt kriter ile değerlendirilmiştir. Söz konusu kriterler, aralarındaki ilişkilerin dikkate alınmasına olanak sağlayan ANP (Analytic Network Process) yöntemi ile ağırlıklandırılmış ve bu ağırlıkların literatürde sıklıkla kullanılan ve birçok avantaja sahip bir sıralama algoritması olan PROMETHEE (The Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluation) yönteminde kullanılması ile beş alternatif CSP teknolojisinin Türkiye koşullarında öncelik sıralaması elde edilmiştir.

Keywords

• CSP teknolojileri,ANP,PROMETHEE,güneş enerjisi,çok kriterli karar verme

References

1. Alptekin, N. (2010). Analitik ağ süreci yaklaşımı ile Türkiye’de beyaz eşya sektörünün pazar payı tahmini. Doğuş Üniversitesi Dergisi, 11(1), 18-27.
2. Aydar, E., Üresin, E. ve Livatyalı, H. (2010). Yoğunlaştırılmış güneş enerjisinden elektrik üretimi. Türk Tesisat Mühendisleri Derneği Dergisi, Temmuz-Ağustos, 35-40.
3. Bakos, G.C. ve Petroglou, D.A. (2014). Simulation study of a large scale line-focus trough collector solar power plant in Greece. Renewable Energy, 71, 1-7.
4. Bedir, N. ve Eren, T. (2015). AHP-PROMETHEE yöntemleri entegrasyonu ile personel seçim problemi: Perakende Sektöründe bir uygulama. Social Sciences Research Journal, 4(4), 46-58.
5. Buntaine, M.T. ve Pizer, W.A. (2015). Encouraging clean energy investment in developing countries: what role for aid? Climate Policy, 15(5), 543-564.
6. Cavallaro, F. (2010). Fuzzy TOPSIS approach for assessing thermal-energy storage in concentrated solar power (CSP) systems. Applied Energy, 87, 496-503.
7. Cavallaro, F. (2009). Multi-criteria decision aid to assess concentrated solar thermal technologies. Renewable Energy, 34, 1678-1685.
8. Corona, B. ve San Miguel, G. (2015). Environmental analysis of a concentrated solar power (CSP) plant hybridised with different fossil and renewable fuels. Fuel. 145, 63-69.

9. Dowling, A.W., Zheng, T. ve Zavala, V.M. (2017). Economic assessment of concentrated solar power technologies: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 72, 1019-1032.
10. Elektrik Üretim A.Ş. (2017). Yıllık faaliyet raporu 2016. 11 Ağustos 2017 tarihinde http://www.euas.gov.tr/Documents/yillik_raporlar/EUAS_2016_YILLIK_FAALIYET_RAPORU_.pdf adresinden erişildi.
11. Fichter, T., Soria, R., Szklo, A., Schaeffer, R. ve Lucena, A.F.P. (2017). Assessing the potential role of concentrated solar power (CSP) for the northeast power system of Brazil using a detailed power system model. Energy, 121, 695-715.
12. Grágeda, M., Escudero, M., Alavia, W., Ushak, S. ve Fthenakis, V. (2016). Review and multi-criteria assessment of solar energy projects in Chile. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59, 583-596.
13. Gür, Ş., Bedir, N. ve Eren, T. (2017). Analitik ağ süreci ve PROMETHEE yöntemleri ile gıda sektöründeki orta ölçekli işletmeler için pazarlama stratejilerinin seçimi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(1), 79-92.
14. Kaplan, D. 2015. Renewable Energy Turkey. Opportunity? Ankara: Embassy of the Kingdom of the Netherlands.
15. Karagöl, E.T. ve Kavaz, İ. (2017). Dünya ve Türkiye’de yenilenebilir enerji. Analiz, 197, 1-31.
16. Mardani, A., Kazimieras Zavadskasb, E., Khalifaha, Z., Zakuana, N., Jusoha, A., Nora, K.M. ve Khoshnoudic, M. (2017). A review of multi-criteria decision-making applications to solve energy management problems: Two decades from 1995 to 2015. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 71, 216-256.
17. Morin, G., Derschb, J., Platzerc, W., Eckd, M. ve Haberle, A. (2012). Comparison of linear fresnel and parabolic trough collector power plants. Solar Energy, 86, 1-12.
18. Nixon, J.D., Dey, P.K. ve Davies, P.A. (2010). Which is the best solar thermal collection technology for electricity generation in north-west India? Evaluation of options using the analytical hierarchy process. Energy, 35, 5230-5240.
19. Özcan, E.C. (2013). Elektrik üretim planlamasında çok amaçlı optimizasyon yaklaşımı: Türkiye örneği. Doktora tezi. Gazi Üniversitesi. Ankara.
20. Özcan, E.C. ve Bulut, M. (2011). Güneş enerjisi teknolojileri ve bu teknolojilerin Türkiye’deki geleceği, VI. Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu: 21-22 Ekim içinde (ss. 248-262). Kayseri: Makine Mühendisleri Odası.
21. Özcan, E.C. ve Erol, S. (2014). A multi-objective mixed integer programming model for energy resource allocation problem: The case of Turkey. Gazi University Journal of Science, 27(4), 1157-1168.
22. Özcan, E.C. ve Küçükyarar, U. 2016. Assessment of potential southern gas corridor projects with a combined methodology, “Emracing New Frontiers”: 23rd World Energy Congress: 09-13 Ekim içinde (ss.105-121). İstanbul: World Energy Council.
23. Özcan, E.C., Ünlüsoy, S. ve Eren, T. (2017). ANP ve TOPSIS yöntemleriyle Türkiye'de yenilenebilir enerji yatırım alternatiflerinin değerlendirilmesi. Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(2), 204-219.
24. Özcan, E.C., Ünlüsoy, S. ve Eren, T. (2017). A combined goal programming-AHP approach supported with TOPSIS for maintenance strategy selection in hydroelectric power plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, 1410-1423.
25. Peterseim, J.H., White, S., Tadros, A. ve Hellwig, U. (2013). Concentrated solar power hybrid plants, which technologies are best suited for hybridisation? Renewable Energy, 57, 520-532.
26. Saaty, T.L. (1980). The analytic hierarchy process: planning, priority setting, resource allocation, New York: McGraw-Hill. 
 Santoyo-Castelazo, E. ve Azapagic, A. (2014). Sustainability assessment of energy systems: Integrating environmental, economic and social aspects. Journal of Clean Production, 80, 119-138.
27. Soltani, A., Hewage, K., Reza, B. ve Sadiq, R. (2015). Multiple stakeholders in multi-criteria decision-making in the context of municipal solid waste management: A review. Waste Management, 35, 318-328. 
 Soria, R., Lucena, A.F.P., Tomaschek, J., Fichter, T., Haasz, T., Szklo, A., Schaeffer, R., Rochedo, P., Fahl, U. ve Kern, J. (2016). Modelling concentrated solar power (CSP) in the Brazilian energy system: A soft-linked model coupling approach. Energy. 116, 265-280.
28. Streimikiene, D. ve Balezentis, T. (2013). Multi-objective ranking of climate change mitigation policies and measures in Lithuania. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 18, 144-153.
29. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı (2017). Türkiye elektrik üretim ve tüketim değerleri 2016. 5 Ağustos 2017 tarihinde http://www.enerji.gov.tr/trTR/Sayfalar/Elektrik adresinden erişildi.
30. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. 2016. 2017 Yılı Bütçe Sunumu. Ankara: T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı.
31. Türkiye Elektrik İletim A.Ş. 2016. Türkiye Elektrik Enerjisi 5 Yıllık Üretim Kapasite Projeksiyonu 2016-2020. Ankara: Türkiye Elektrik İletim A.Ş.
32. Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı (2016). Ham petrol ve doğalgaz sektör raporu. 5 Ağustos 2017 tarihinde http://www.enerji.gov.tr/File/?path=ROOT%2F1%2FDocuments%2FSekt%C3%B6r%20Raporu%2FTP_HAM_PETROL-DOGAL_GAZ_SEKTOR_RAPORU__2015.pdf adresinden erişildi.
33. Velasquez, M. ve Hester, P.T. (2013). An analysis of multi-criteria decision making methods. International Journal of Operations Research, 10(2), 56-66.
34. Viebahn, P., Lechon, Y. ve Trieb, F. (2011). The potential role of concentrated solar power (CSP) in Africa and Europe-A dynamic assessment of technology development, cost development and life cycle inventories until 2050. Energy Policy, 39, 4420-4430.
35. Wanderer, T. ve Herle, S. (2015). Creating a spatial multi-criteria decision support system for energy related integrated environmental impact assessment. Environmental Impact Assessment Review, 52, 2-8. 
 Weng, S.Q., Huang, G.H. ve Li, Y.P. (2010). An integrated scenario-based multi-criteria decision support system for water resources management and planning – A case study in the Haihe River Basin. Expert System with Application, 37, 8242-8254.
 Yaralıoğlu, K. (2010). Karar verme yöntemleri, Ankara: Detay Yayıncılık.
36. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü (2016). Türkiye ulusal yenilenebilir enerji eylem planı. 5 Ağustos 2017 tarihinde http://www.eie.gov.tr/duyurular_haberler/document/Turkiye_Ulusal_Yenilenebilir_Enerji_Eylem_Plani.PDF adresinden erişildi.
37. Zhao, Z.Y., Chen, Y.L. ve Thomson, J.D. (2017). Levelized cost of energy modeling for concentrated solar power projects: A China study. Energy, 120, 117-127.
38. Zhang, H.L., Baeyens, J., Degrêve, J. ve Cacêres, G. (2013). Concentrated solar power plants: Review and design methodology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 22, 466-481.
39. Zongxian, Z., Yang, W., Xiaofei, S. ve Ming, Z. (2012). Risk assessment of concentrating solar power based on fuzzy comprehensive evaluation. Systems Engineering Procedia, 4, 99 – 106.