Locating electric vehicle charging stations in Istanbul with AHP-TOPSIS based mathematical modelling

Abstract

Son yıllarda artan fosil yakıt tüketimi ve ayrıca çevre bilincindeki artış, sürdürülebilir karayolu taşımacılığı teknolojilerine olan ihtiyacı zorunlu kılmaktadır. Elektrikli araçlar, çevresel sürdürülebilirliğin geliştirilmesine ve hava kirliliği seviyesinin düşürülmesine katkıda bulunur. Birçok ülke elektrikli araçlara geçiş yaptıkça, yollarda bulunan elektrikli araç miktarı önemli ölçüde artacaktır. Bununla birlikte, elektrikli araçlara geçiş, elektrikli araç bataryalarının yüksek maliyeti ve aracın gidebileceği menzilin sınırlı olması, yeni teknolojilerin eksikliği ve şarj istasyonu altyapısının yetersizliği gibi çeşitli durumlarla karşı karşıyadır. Bu problemlerin üstesinden gelmek için kritik bölgelere yeterli sayıda şarj istasyonu kurmak önemlidir. Şarj istasyonu altyapısı gelişirse, elektrikli araç sahiplerinin menzil hakkındaki endişeleri azalacak ve böylece bu teknolojinin sürücüler arasında yaygın biçimde kullanılmasında bir artış olacaktır. Bu çalışmanın temel amacı, İstanbul'un çeşitli ilçelerinde elektrikli araç şarj istasyonlarını en uygun yerlere ve en uygun sayıda yerleştrilmek için entegre bir metodoloji geliştirmektir. Tezin ilk aşamasında AHP ve TOPSIS metodolojileri kullanılmış ve ikinci aşamasında optimal şarj istasyon sayısını bulmak için matematiksel bir model geliştirilmiştir. İlk aşamada alternatif konumlar ve bu konumların önceliklerinin belirlenmesi için karar kriterleri tanımlanmıştır. Her bir alternatif konumun kriterlere göre performansı AHP metodu kullanılarak elde edilmiştir. Daha sonra, alternatif konumları sıralamak için TOPSIS metodu kullanılmıştır. İkinci aşamada, kullanıcı faydasını maksimize etmek ve her bir alternatif konuma yerleştirilecek optimum sayıdaki şarj istasyon sayısını bulmak için matematiksel model formüle edilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar tartışılmıştır.

Growing concerns about the increasing consumption of fossil energy and the improved recognition of environmental protection requires sustainable road transportation technology. Electric vehicles (EVs) can contribute to improve environmental sustainability and to lower the pollution level. As many countries switch to EVs, the amount of them will increase notably. However, the transition to EVs is currently facing various shortcomings among which are: the high cost of EV batteries and their limited driving range, the lack of technology breakthrough and underdeveloped charging station infrastructure. To overcome these shortcomings, it is significant to install sufficient charging station to the critical sites. If charging infrastructure improves, there will be a growth in public motivation for this technology through decreasing EV owners' concern about the mileage range. The primary objective of this study is to use an integrated methodology to rank the optimal sites of electric vehicle charging stations and to find the optimal number of EVs charging station in districts of Istanbul, Turkey. Analytic Hierarchy Process (AHP) and Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) methodologies are presented in the first phase of the thesis and in the second phase mathematical model is used to find the optimal number of electric vehicle charging stations. In the first phase, the alternative points are identified and the decision criteria for the charging station site selection are presented. The performance of each alternative point with respect to criteria is obtained using AHP method. Then, TOPSIS method is applied to rank the alternative points with the help of weights calculated by AHP. In the second phase, a mathematical model is formulated to maximize the user utility and to find the optimal number of charging station for each alternative point. The results are discussed and the conclusion is provided.