İstanbul Metrosu'nda rejeneratif enerjinin geri kazanımı için bir çizelgeleme çalışması
A study in Istanbul Metro to regain regenerative energy by scheduling
Yazar: ORHAN USTAOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. CENGİZ GÜNGÖR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mühendislik Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Enerji = Energy ; Ulaşım = Transportation
Dizin: Benzetim = Simulation ; Metro = Metro ; Çizelgeleme = Scheduling

Özet:
Bu çalışmada İstanbul Metrosu araçlarının frenleme esnasında ortaya çıkardığı rejeneratif enerjinin geri kazanımı için nasıl bir enerji kazancı elde edilebileceği araştırılmıştır. Rejeneratif enerji elektrodinamik frenleme yapan trenin ürettiği enerjiyi hatta alıcı durumunda bulunan diğer trenlere aktarması prensibine dayanmaktadır. Trenlerin hareket ve bekleme süreleri enerji kazancı en fazla olacak şekilde düzenlenmiştir. Çalışmada kullanılan İstanbul Metrosu hattı, her biri 7,25 km olan iki hat ve toplam 11 istasyondan oluşmaktadır. RailSim ve Java dilinde hazırlanan simülasyon programları ile İstanbul Metrosu hattında farklı sayıda trenler için çizelgeler oluşturulmuş, enerji kazancının en fazla olduğu durumlar bulunmuştur.Çalışma için öncelikle demiryolu uygulamalarına yönelik hazırlanan bir simülasyon programı olan RailSim'e İstanbul Metrosu'nun hat geometrisi bilgileri aktarılmıştır. Ardından hatta çalışan trenlerin performans karakteristiğine dair teknik bilgiler programa girilmiş, programda uygun ortam oluşturulmuştur. Yapılan simülayonlar ile istasyonlar arası geçiş sürelerine ilişkin veriler toplanmış ve tren hareket sürecindeki safhalar için gerekli zaman dilimleri belirlenmiştir. Bunlara ek olarak, İstanbul Metrosu yolcu hareketlerine göre ortalama istasyon bekleme süreleri işletme kayıtlarından temin edilmiş, çizelgeleme esnasında kullanılacak iki ana zaman verisi bu sayede elde edilmiştir. Çalışmada enerji tüketimine ilişkin veriler de yine Railsim programı ile sağlanmıştır.Railsim'den elde edilen veriler doğrultusunda alternatif çizelge denemelerinin yapılabilmesi için Java dilinde bir simülasyon yazılımı hazırlanmıştır. Hazırlanan yazılımda tren hareket sürecini oluşturan hızlanma, sabit hız, frenleme ve istasyon bekleme sürelerinde değişiklikler yapılarak değişik koşul ve tren sayılarına ilişkin simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan yazılım sayesinde farklı senaryolarla trenler İstanbul Metrosu hattında koşturulmuş, hızlanma ve frenleme sürelerinin kesiştiği aralıklar belirlenmiş ve sonuç ortamına kazanılan toplam rejeneratif süre olarak aktarılmıştır. Yapılan simülasyonlarla, kullanılan ve kaybedilen rejeneratif enerji miktarları gözlenerek en uygun sonuca yaklaşılmaya çalışılmıştır.Elde edilen verilere göre tren hareket sürecinde ve istasyon bekleme süresinde yapılacak değişikliklerle, rejeneratif enerjinin daha yüksek oranda kullanılabilmesi için iyileştirmelerin yapılabileceği görülmüştür. Yapılan çalışmada kilometre başına tüketilen enerji miktarında %12.9'luk bir azalma sağlanabileceği tespit edilmiştir. Ayrıca hatta çalışan tren sayısı ile rejeneratif geri kazanımın doğru orantılı olarak değiştiği, istasyon bekleme sürelerinin artmasının geri dönüşümü olumsuz etkilediği ve trenler arasında sağlanacak senkronizasyonun rejeneratif enerjinin kullanımı için önemli olduğu çalışmada ortaya çıkan sonuçlar olmuştur.

Abstract:
The aim of this study is to investigate how regenerative energy regained as a result of braking of metro vehicles by scheduling. Regenerative energy is produced during the electrodynamic braking period of trains and transferring the produced energy from decelerated train to accelerated. With the use of simulation, waiting and moving time of the trains were arranged in order to save maximum energy. İstanbul Metro includes 2 lines. Each line is 7,25 kilometers length and there is a total of 11 stations on these lines. By using RailSim and a particular simulation program writtten in Java language, different schedules were evaluated for distinct numbers of trains in İstanbul Metro and the maximum energy saving situations were determined.First of all, the line geometry and vehicle characteristic performance information were entered into the RailSim simulation programme, which is a special software for railway applications. Using the simulations, data were collected for the time taken to move from one station to another for the train moving period. The standard or mean dwell times were collected from the operation records and energy consumption information were also collected by Railsim.A simulation programme was designed in Java language to test alternative schedule forms based on the previously found data. By changing the time periods of acceleration, constant speed, braking and dwell time which constitute train movement processes, many simulations were made in different conditions and with different train numbers. With the help of the constructed software the trains run on the İstanbul Metro Line, the intersection intervals of acceleration and braking periods are determined and the result is displayed as regained regenerative energy. By observing the gained and wasted regenerative energy, optimum results were aimed to be determined.The results of the study indicate that energy can be saved by using regenerative energy as a result of changing the dwell time and the time between stations. Furthermore, it can be seen that the energy consumption can be decreased 12.9 % for each kilometer travelled. Another result of the study revealed that there is a positive correlation between regenerative braking time and the number of trains on the line. Finally, the increase in dwell time was found to have bad effects on regenerative regain and the synchronization between the trains is important for finding the optimum result.