Hibrit güç sistemlerinin teknik, ekonomik ve çevresel optimizasyonu
Technical, economic and environmental optimization of hybrid power systems
Yazar: MUSA TERKEŞ
Danışman: DOÇ. DR. ERDİN GÖKALP
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Batarya = Battery ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Şarj istasyonları = Charging stations

Özet:
Artan küresel sıcaklıklar sonrası ülkeler, farklı sektörlerde, temiz enerji teknolojilerine yönelmiştir. Ulaşımda elektrikli araçların (EA), enerjide yenilenebilir teknolojilerin tercih edilmesi ile beraber; 2050 yılına kadar, net sıfır karbon emisyonu hedefine ulaşılacağı düşünülmektedir. Lakin artan birincil enerji tüketiminin haricinde EA şarj talebinin artacağı düşünülürse, sadece teşviklerin ve politikaların artması yeterli olmayacaktır. Bu sebepten ötürü, dağıtılmış yenilenebilir enerji teknolojilerini, enerji depolama sistemleri (EDS) ile birleştiren hibrit güç sistemlerinin (HGS) yaygınlaştırılması elzemdir. Bu sayede, artan üreten tüketici birimleri ile şebeke bağımlılığı ve dolayısıyla karbon emisyonu azaltılabilecektir. Bu kapsamda, ilk etapta; Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Fakültesi otoparkı çalışma alanı olarak belirlenmiştir. Artan EA şarj talebi; ilgili otoparkın araç kapasitesi ve çatı alanı kısıtlamaları dikkate alınarak sisteme yansıtılmış olup başlangıçta, HGS avantajları sorgulanmıştır. Daha sonrasında ise sıfır karbon emisyonu hedefleri doğrultusunda, belirli kapasitelere sahip yeni üretim batarya bankaları, HGS'ye dahil edilmiştir. Böylece EDS'lerin HGS'ye getireceği avantajlar, özellikle öz tüketim (SCR), öz tedarik oranları (SSR) ve dolayısıyla yenilenebilir fraksiyon (RF), sorgulanmıştır. EDS'nin olmadığı HGS'lerle; RF %91,9'a kadar, şebeke hafifletilme oranı ise %80,2'ye kadar artırılabilmiştir. Ayrıca, seviyelendirilmiş enerji üretim maliyeti (LCOE), en yüksek şarj talebinde olunsa dahil %29,3'e kadar azaltılmıştır. HGS'ye EDS'nin ilave edilmesi ile; RF, SCR ve SSR sırasıyla %6, %5.7 ve SSR %7.8'e kadar artırılabilmiştir. HGS'lerin sunacağı LCOE'yi daha uygulanabilir noktaya getirebilmek ve karbon emisyonunu daha da azaltabilmek için ikinci etapta, EDS olarak; ikinci kullanım bataryalara (İKB) güvenilmiştir. Başlangıçta, belirlenen İKB kapasiteleri (0.8, 0.75 ve 0.7 kWh); farklı deşarj derinliklerinde (DODmax) ve mali katsayılarda değerlendirilmiş olup bulunan en optimal HGS modeline, günümüzde uygulanmakta olan karbon emisyonu para cezaları yansıtılmıştır. Son etapta ise; karbon para cezası da dikkate alınarak, optimal HGS modeli, seçilen farklı iklim bölgelerinde (İstanbul, Ankara, İzmir, Antalya, Erzurum, Trabzon, Şanlıurfa) karşılaştırılmıştır. Neticede: %80 DODmax, 1 mali katsayısı, 0.8 kWh İKB, 70 $/ton karbon para cezası en optimal sonuçlar olup İzmir en uygulanabilir bölgedir.

Abstract:
After increasing global temperatures, countries have turned to clean energy technologies in different sectors. With the preference of electric vehicles (EV) in transportation and renewable energy in energy; By 2050, it is thought that the target of net zero carbon emissions will be achieved. However, considering that EV charging demand will increase apart from the increasing primary energy consumption, it will not be enough to increase incentives and policies alone. For this reason, the deployment of hybrid power systems (HPS) combining distributed renewable energy technologies with energy storage systems (ESS) is essential. In this way, dependency on the grid and thus carbon emissions will be reduced with increasing prosumer units. In this context, in the first place; Yıldız Technical University Electrical and Electronics Faculty parking lot has been determined as the study area. Increasing EV charging demand; The vehicle capacity of the relevant car park and the roof area restrictions were reflected in the system, and the advantages of HPS were questioned at the beginning. Later, in line with zero carbon emission targets, fresh battery banks with certain capacities were included in HGS. Thus, the advantages that ESSs will bring to HPS, especially self-consumption (SCR), self-supply rates (SSR), and therefore renewable fraction (RF), have been questioned. With HPSs without ESS; RF could be increased up to 91.9% and energy exchange rate up to 80.2%. In addition, the levelized cost of energy (LCOE) has been reduced by up to 29.3%, even with the highest charging demand. With the addition of ESS to HPS; RF, SCR and SSR could be increased up to 6%, 5.7% and SSR 7.8%, respectively. In the second stage, as ESS, in order to bring the LCOE to be offered by HPS to a more applicable point and to further reduce carbon emissions; Second-life batteries (SLB) are used instead of fresh batteries with high initial cost. Initially, the specified SLB capacities (0.8, 0.75 and 0.7 kWh); It has been evaluated at different depth of discharges (DODmax) and financial coefficients, and the carbon emission penalties applied today are reflected in the most optimal HPS model. In the last stage; The HPS model, which also takes into account the carbon penalty and second-uses optimal SLB data, was compared in different selected climatic regions (Istanbul, Ankara, Izmir, Antalya, Erzurum, Trabzon, Şanlıurfa). Eventually: 80% DODmax, 1 financial coefficient, 0.8 kWh SLB, 70 $/ton carbon penalty were found to be the most optimal results and it was determined that İzmir was the most applicable region.