Site Selection of Large-Scale Photovoltaic Power Plants by Using a Geographic Information System, Analytic Hierarchy Process, and TOPSIS: A Case Study of Karbala Province in Iraq

Authors

Abstract

This paper proposes a novel method for site selection of large-scale photovoltaic (PV) power plants using the geographic information system (GIS) and multiple criteria decision making (MCDM). In the proposed method, by consideration of the different constraints and limits such as natural and artificial barriers, the feasible area is decreased in comparison to the whole area. The several important criteria and indices, including solar irradiance, apparent dip, and electrical characteristics are introduced to site selection of PV power plants. The priority and importance of any introduced indices are determined based on experts’ opinions and through using the analytic hierarchy process (AHP). Finally, through the use of techniques for order of preference by similarity to ideal solution (TOPSIS) and the GIS weighed overlay technique, the suitability, and the priority of the different sites regarding PV power plant capabilities are evaluated. Karbala province in Iraq has been selected as an actual cases study. Although, Iraq has a significant capability for PV power plants, but the technical and economic feasibility studies and site selection have not been performed yet. Hence, applying the proposed method to this case study would be interesting and useful based on practical purposes.

Keywords


[1] United Nations Environment, https://www.unenvironment.org/explore-topics/energy/why-does-energy-matter. [2] یوسفی، حسین، کسائیان، علیبخش، رنجبران، پریسا، کتولی، محمدهادی، «مروری بر معیارهای مکانی احداث نیروگاه‌های خورشیدی در ایران»، مهندسی نقشه‌برداری و اطلاعات مکانی، دورۀ 8، شمارۀ 2، صفحه 25ـ38، 1395. [3] Asma, Y., "Inflation averages analysis in Iraq for the period (2000-2010)", Baghdad College of Economic Sciences, Vol. 36, pp. 43-68, 2013. [4] سایت وزارت برق کشور عراق: https://www.moelc.gov.iq/upload/upfile/ar/946.pdf [5] رحیمی، محمد، پازند، فاطمه، عبدالهی، علی‌اصغر، «پتانسیل‌سنجی استقرار نیروگاه‌های خورشیدی در استان سیستان و بلوچستان با استفاده از مدل AHP و منطق فازی»، جغرافیا و توسعه، دورۀ 15، شمارۀ 49، صفحۀ 23ـ36،‎ 1396. [6] تقوایی، مسعود، صبوحی، عفت، «پهنه‌بندی و مکان‌یابی نیروگاه‌های خورشیدی در استان اصفهان»، پژوهش و برنامه‌ریزی شهری، دورۀ 8، شمارۀ 28، صفحۀ 61ـ82، 1396. [7] لحمیان، رضا، «آمایش سرزمینی با توسعه استفاده از انرژی‌های پایدار در مکان‌یابی نیروگاه خورشیدی (مطالعۀ موردی: استان مازندران)»، آمایش محیط، دورۀ 9، شمارۀ 35، صفحۀ 149ـ170، 1395. [8] احمدی، هدی، مرشدی، جعفر، عظیمی، فریده، «مکان‌یابی نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از داده‌های اقلیمی و سامانه اطلاعات مکانی (مطالعۀ موردی: استان ایلام)»، سنجش از دور و سامانۀ اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی (کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی)، دورۀ 7، شمارۀ 1، صفحۀ 41ـ57، 1395. [9] گرجی، مصطفی، خشنود مطلق، سجاد، عمرانی، حسین، هاشمی، مرتضی، «مکان‌یابی مناطق مستعد نیروگاه خورشیدی تحت‌تأثیر پارامترهای اقلیمی با استفاده از تحلیل سلسله‌مراتبی فازی (مطالعۀ موردی: استان فارس)»، سنجش از دور و سامانۀ اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی (کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی)، دورۀ 8، شمارۀ 1، صفحۀ 66ـ84، 1395. [10] نوحه‌گر، احمد، کمانگر، محمد، کرمی، پیمان، احمدی‌دوست، بهروز، «مکان‌یابی نیروگاه‌های خورشیدی از طریق قاعدۀ تصمیم‌گیری مکانی تاپسیس (مطالعۀ موردی: استان هرمزگان)»، آمایش محیط، دورۀ 9، شمارۀ 23، صفحۀ 25ـ44، 1394. [11] صادقی، زین‌العابدین، دلال‌باشی، زهرا، حری، حمیدرضا، «اولویت‌بندی عوامل مؤثر بر مکان‌یابی نیروگاه‌های انرژی‌های تجدیدپذیر (انرژی خورشیدی و انرژی باد) استان کرمان با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره»، پژوهش‌های برنامه‌ریزی و سیاست‌گزاری انرژی، دورۀ 1، شمارۀ 2، صفحۀ 93ـ110، 1392. [12] یوسفی، حسین، نوراللهی، یونس، سلطان‌محمدی، مجید، ارجمندی، رضا، «کاربرد منطق فازی و FTOPSIS جهت مکان‌یابی نیروگاه خورشیدی با استفاده از GIS (مطالعۀ موردی: استان تهران)»، انرژی ایران، دورۀ 15، شمارۀ 14، صفحۀ 1ـ25، 1391. [13] اسفندیاری، علی، رنگزن، کاظم، صابری، عظیم، فتاحی‌مقدم، مهدی، «پتانسیل‌سنجی احداث نیروگاه‌های خورشیدی با بررسی پارامترهای اقلیمی در استان خوزستان با استفاده از GIS»، همایش ملی ژئوماتیک 90، سازمان نقشه‌برداری کشور، تهران، ایران. [14] صادقی، آسیه، دانه‌کار، افشین، خراسانی، نعمت‌الله، نعیمی، بابک، «تحلیل مطلوبیت سرزمین جهت مکان‌یابی نیروگاه حرارتی با استفاده از رویکرد ارزیابی چندمعیارۀ محیط‌زیستی مطالعۀ نمونه: شهرستان چابهار»، جغرافیا و توسعه، دورۀ 9، شمارۀ 23، صفحۀ 123ـ140، 1389. [15] Fang, H., Li, J., Song, W., "Sustainable Site Selection for Photovoltaic Power Plant: An Integrated Approach based on Prospect Theory", Energy Conversion and Management, Vol. 174, pp. 755-768, 2018. [16] Merrouni, A. A., Elalaoui, F. E., Mezrhab, A., Mezrhab, A., Ghennioui, A., "Large Scale PV Sites Selection by Combining GIS and Analytical Hierarchy Process. Case study: Eastern Morocco", Renewable energy, Vol. 119, pp. 863-873, 2018. [17] Merrouni, A. A., Elalaoui, F. E., Ghennioui, A., Mezrhab, A., Mezrhab, A., "A GIS-AHP combination for the sites assessment of large-scale CSP plants with dry and wet cooling systems Case study: Eastern Morocco", Solar Energy, Vol. 166, pp. 2-12, 2018. [18] Al Garni, H.Z., Awasthi, A., "A fuzzy AHP and GIS-based Approach to Prioritize Utility-Scale Solar PV Sites in Saudi Arabia In Systems, Man, and Cybernetics (SMC)", IEEE International Conference on ,pp. 1244-1249, 2017. [19] Asakereh, A., Soleymani, M., Sheikhdavoodi, M. J., "A GIS-based Fuzzy-AHP Method for the Evaluation of Solar Farms Locations: Case Study in Khuzestan Province, Iran", Solar Energy, Vol. 155, pp. 342-353, 2017. [20] Aly, A., Jensen, S. S., Pedersen, A. B., "Solar Power Potential of Tanzania: Identifying CSP and PV Hot Spots through a GIS Multicriteria Decision Making Analysis", Renewable Energy, Vol. 113, pp. 159-175, 2017. [21] Yushchenko, A., De Bono, A., Chatenoux, B., Patel, M. K., Ray, N., "GIS-based Assessment of Photovoltaic (PV) and Concentrated Solar Power (CSP) Generation Potential in West Africa", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 81, pp. 2088-2103, 2018. [22] Zoghi, M., Ehsani, A. H., Sadat, M., javad Amiri, M., Karimi, S., "Optimization Solar Site Selection by Fuzzy Logic Model and Weighted Linear Combination Method in Arid and Semi-Arid Region: A Case Study Isfahan-IRAN", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 68, No. 2, pp. 986-996, 2017. [23] Lee, A., Kang, H.Y., Liou, Y.J., "A Hybrid Multiple-Criteria Decision-Making Approach for Photovoltaic Solar Plant Location Selection", Sustainability, Vol. 9, No. 2, pp. 1-21, 2017. [24] Samanlioglu, F., Ayağ, Z., "A fuzzy AHP-PROMETHEE II Approach for Evaluation of Solar Power Plant Location Alternatives in Turkey", Journal of Intelligent & Fuzzy Systems, Vol. 33, No. 2, pp. 859-871, 2017. [25] Merrouni, A. A., Mezrhab, A., Mezrhab, A., "PV Sites Suitability Analysis in the Eastern Region of Morocco", Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 18, pp. 6-15, 2016. [26] Sánchez-Lozano, J. M., García-Cascales, M. S., Lamata, M. T., "Evaluation of Suitable Locations for the Installation of Solar Thermoelectric Power Plants", Computers & Industrial Engineering, Vol. 87, pp. 343-355, 2015. [27] Ziuku, S., Seyitini, L., Mapurisa, B., Chikodzi, D., Van Kuijk, K., "Potential of Concentrated Solar Power (CSP) in Zimbabwe", Energy for Sustainable Development, Vol. 23, pp. 220-227, 2014. [28] Sun, Y. W., Hof, A., Wang, R., Liu, J., Lin, Y. J., Yang, D. W., "GIS-Based Approach for Potential Analysis of Solar PV Generation at the Regional Scale: A Case Study of Fujian Province", Energy Policy, Vol. 58, pp. 248-259, 2013. [29] Campbell, J. E., Geographic Information System Basics, the Saylor Foundation, 2015. [30] Saaty, T.L., "A Scaling Method for Priorities in Hierarchical Structures", Journal of Mathematical Psychology, Vol. 15, No. 3, pp. 234-281, 1977. [31] Hwang, C.L., Yoon, K., Multiple Attributes Decision Making Methods and Applications: State of Art Survey, Springer-Verlag, New York, 1981. [32] Berube, M., A GIS Multi-Criteria Evaluation for Identifying Priority Industrial Land in Five Connecticut Cities, 2014. [33] Central Statistical Organization http://cosit.gov.iq/ar. [34] Solar GIS, https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/iraq. [35] ادارۀ کل برنامه‌ریزی شهری، «گزارش مجموعه اطلاعات دفتری- میانگین»، شمارۀ 45، 2012. [36] تولیت آستان قدس حسینی، «گزارش آماری سالانۀ زیارت اربعین امام حسین(ع)»، شمارۀ 410، صفحۀ 15ـ16، 2017. [37] Esri, https://www.esri.com/en-us/home. [38] Khanjer, F, E., Jaheed, ch, N., "Create Maps for Temperature Distribution In Iraq Using Arc –GIS Techniques", International Journal of Advanced Biological Research, Vol. 7, No. 4, 2017. [39] سایت برق نیوز، http://barghnews.com