Wind farm layout optimization using ant colony and particle filtering approaches

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynakları ülkelerin önemli öz kaynaklarındandır ve enerji üretiminin sürekliliği ve sürdürülebilirliği açısından yenilenebilir enerjiye yönelimler artmaktadır. Rüzgar türbin teknolojisindeki gelişmeler ve maliyetlerin azalmasıyla beraber rüzgar enerjisi enerji üretiminde önemli bir pay sahibi olmaya başlamıştır. Genellikle yatırımcılar, tek bir bölgeden daha fazla enerji üretebilmek için birden fazla rüzgar türbinlerinden oluşan rüzgar çiftliklerini tercih ederler. Diğer taraftan, rüzgar çiftliklerinde karlılığı azaltan en önemli sorunlardan birisi üretilebilecek maksimum enerjinin düşmesine sebep olan rüzgar izi etkisidir. Bu çalışmada, rüzgar çiftliklerinde en çok enerji üretimini sağlayan rüzgar türbinlerinin optimum yerleşimi problemi ele alınmıştır. Problemin karmaşıklık düzeyi yüksek olduğu için sezgisel yöntemlerden yararlanılmıştır. Bu çalışmada kullanılan çözüm yaklaşımları, bir çok problemin çözümünde iyi sonuçlar veren Karınca Kolonisi Optimizasyonu ve daha önce herhangi bir optimizasyon probleminde uygulanmasına rastlanmayan Parçacık Süzgeci'dir. Sonuçlar, önerilen her iki yaklaşımın da problemin bilinen en iyi çözümü ile kıyaslandığında daha iyi sonuçlar verdiğini göstermektedir.

Renewable energy resources are important equity capital of countries and have increasing trends in terms of continuity and sustainability of energy production. Wind energy has begun to have an important share in energy production with the improvements in wind turbine technology and decrease in costs. Generally, investors prefer to wind farms, which consist of more than one wind turbines, in order to produce more energy in a single windy site. On the other hand, one of the most important problems that decrease the profitableness of a wind farms is wake effect which causes the decrease on maximum expected energy production. In this study, layout of wind turbines that gives the maximum energy production of a wind farm is optimized and this is known as wind farm layout optimization problem. Because the problem is NP-hard, heuristic approaches are used in order to solve the problem. One of the solution approaches of this study is Ant Colony Optimization which gives competent results in many optimization problems. The other approach is Particle Filtering approach which has been never applied in an optimization problem before. Experimental results show that the proposed approaches give better results than the best known solutions of the problem.