Raylı sistemlerde faydalı frenleme enerjisi kazanımına yönelik enerji depolama sistemi boyutlandırması
Sizing of energy storage system for regenerative braking energy in railway systems
Yazar: İBRAHİM ŞENGÖR
Danışman: PROF. DR. MUĞDEŞEM TANRIÖVEN ; DOÇ. DR. BÜLENT VURAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Ulaşım = Transportation
Dizin: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Elektrikli ulaşım sistemleri = Electric transport systems ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Hafif raylı sistemler = Light rail systems ; Sürdürülebilir ulaşım = Sustainable transport

Özet:
Artan nüfus ve şehirleşmeyle birlikte, teknolojinin gelişmesi ve kullanım imkânlarının da artması sonucunda, dünya giderek daha küçük bir yer haline gelmektedir. Ulaşımın yeni bir gereksinim olmadığını, insanlığın ulaşım merakının milattan öncesine dayandığını tekerleği icat etmelerinden anlayabiliriz. Fakat giderek küçülen dünya üzerinde ulaşım hiçbir zaman günümüzdeki kadar önemli olmamıştır. Mühendisler konu üzerine sürekli olarak çalışmakta ve sorunlarına çözüm aramaktadırlar. Ülkelerin ve kentlerin yaşamında vazgeçilmez bir olgu olan ulaşımın amacı, insanları ve nesneleri bir yerden başka bir yere en kısa sürede, en az maliyetle, en güvenli ve rahat bir şekilde ulaştırmaktır.
Ulaşım sorunu, çevre kirliliği ve enerji verimliliği konuları göz ardı edilmeden en uygun sistemi tasarlayarak çözülmeye çalışılmaktadır. Bunun sonucunda ise dünya ülkeleri tarafından kabul gören yaklaşım, raylı sistemlerin daha yaygın bir şekilde kullanılması olmuştur. Elektrik enerjisinin yaygınlaşmasıyla birlikte raylı sistemlerde de elektrik enerjisi kullanılmaya başlanmış ve klasik raylı sistemler yerini elektrikli raylı sistemlere bırakmaya başlamıştır. Hükümetlerin geleceğe yönelik ulaşım konusundaki çözümleri, temiz bir ulaşım aracı olarak gördükleri elektrikli raylı sistemleri yaygınlaştırmaya dayanmaktadır.
Elektrik enerjisinin kullanımının giderek artması ve hazır enerji kaynaklarının tükenmesi nedeniyle insanlığın elektrik enerjisi konusunda kaygılarının artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle hükümetler gelecekle ilgili enerji politikalarında, elektrik enerjisinin bütün kullanım alanlarında tasarruflu ve verimli kullanılmasına yönelik çalışmalar başlatmış ve bazı zorunluluklar getirmeye başlamışlardır. Bu alanlardan bir tanesinin de elektrikli raylı sistemler (ERS) olduğunu söylenebilir. ERS'lerde enerjinin tasarruflu ve verimli kullanılmasının birçok yöntemi vardır fakat en önemli tasarruf potansiyeline sahip olan yöntem faydalı frenleme enerjisinin (FFE) geri kazanılması yöntemidir. 
Bu çalışmada İstanbul Ulaşım A.Ş bünyesinde bulunan M1A Yenikapı – Havalimanı metro hattının sahip olduğu FFE potansiyeli RAILSIM® benzetim programı yardımıyla gerçek veriler kullanılarak tespit edilmeye çalışılmıştır. Hatta bulunan potansiyel FFE miktarı tespit edildikten sonra değerlendirilmesi adına enerji depolama sistemleri (EDS) kullanılarak farklı senaryolarda enerji yönetimi önerilmiştir. Yapılan benzetimler ve hesaplamalar sonucunda yıllık olarak tüketilecek enerjinin %32'sinin geri kazanılabileceği görülmüştür. Ayrıca çalışmada üç farklı senaryo altında EDS'lerin boyutlandırılması gerçekleştirilmiş, maliyet analizi yapılmış ve geri ödeme süreleri hesaplanmıştır. Geri ödeme süresi en kısa olan senaryonun EDS'lerin istasyonlara sabit olarak yerleştirildiği durum olduğu görülmüştür. Bu projenin uygulanması halinde projeni kendini 4,6 yılda geri ödeyeceği ve sonrasında yılda yaklaşık 2,2 M$ kazanç sağlanacağı hesaplanmıştır.

Abstract:
With the increasing population and urbanization and as a result of the development of technology and utilization opportunities, the world has become a place that is shrinking more and more. It can be concluded that transportation is not a new necessity and  people's curiosity on transportation dates back to before Christ because the humanity invented the wheel at that time. However, transportation has not been as important as today in the world which is shrinking more and more. Engineers actively work on the issue and they seek for solutions for their problems. The aim of transportation which is an indispensable for the lives of countries and provinces, is to transport people and objects from somewhere to another within the shortest time, with the least cost in most secured and comfort way.
Problem of transportation is tried to be solved by designing the most appropriate system without ignoring the subjects of environmental pollution and energy efficiency. Consequently, the approach that is accepted by world countries is that the use of railway systems more commonly. Electrical energy has been started to be used in railway systems with the dissemination of electrical energy, and classical railway systems started to be replaced by electrical railway systems. The solutions of government on future transportation are based on the dissemination of electrical railway systems that are seen to be a clean transportation vehicle.
Concerns of humanity about electrical energy are rising because the use of energy is increasingly rising and ready-energy resources are running out. Therefore, governments began to implement works aiming the economical and efficient use of electrical energy in all areas of usage in their energy policies related to future, and they began to impose some obligations. It can be stated that one of these fields is electrical railway systems. In electrical railway systems, there are a lot of methods about using energy economically and efficiently. However, the most important method for saving energy in ERS is to reuse of regenerative braking energy (RBE).
In this study, potential RBE of M1A Yenikapı-Airport metro line one of the subway line of İstanbul Transportation Co. has tried to be determined with RAILSIM® simulation program by using real data. By identifying the amount of potential RBE, in order to carry out an evaluation, energy production in various scenarios have been recommended by using energy storage systems (ESS). As a result of the simulations and calculations, it is deduced that 32% of the consumed energy yearly can be regained again. Furthermore, sizing of energy storage systems has been done under three different scenarios, and cost analysis has been done and payback periods have been calculated. Also the best option is use of wayside ESS at the some stations among three different storage scenarios. In case this project will be implemented, it has been calculated that the project will pay back itself in 4,6 years and then, it will derive approximately the profit of annually $ 2,2 Million.