Konutlarda karbon sıfır enerji tüketimini hedefleyen sürdürülebilir enerji yönetiminin incelenmesi
Examination of sustainable energy management aiming for carbon zero energy consumption in residential buildings
Yazar: ERGÜN DALKIRAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde, "karbon sıfır" kavramı, enerji sektöründe odak noktası haline gelmiş olup, atmosferdeki karbon dioksit emisyonlarını sıfıra indirme hedefini temsil etmektedir. Bu hedefin gerçekleştirilmesinde, enerji üretimi ve tüketimi, küresel çevresel sürdürülebilirlik ve iklim değişikliği açısından kilit bir rol oynamaktadır. Bu bağlamda, özellikle konutlarda karbon sıfır enerji tüketimini temel alan enerji yönetimi stratejileri, çözümler sunma amacını taşır.
Bu çalışma, enerji sektöründeki mevcut zorlukları anlamayı ve özellikle konutlarda karbon sıfır enerji tüketimini sağlamanın yollarını geliştirmeyi hedefleyerek, enerji alanındaki sürdürülebilirlik çabalarına katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Çalışma, günümüz enerji talepleri ve çevresel endişeler ışığında, sürdürülebilir enerji çözümleri konusundaki vurguyu genişleterek enerji yönetimi stratejilerine daha kapsamlı bir bakış sunmaya odaklanmaktadır.
Bu strateji, konutlarda karbon sıfır enerji tüketimini esas almakla kalmayıp, aynı zamanda enerji portföyünü genişleterek elektrikli araç entegrasyonunu da içermektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları olan güneş ve rüzgar stratejik bir şekilde kullanılarak, enerji depolama için kullanılan batarya teknolojisi de bu stratejinin temel bir unsuru olarak öne çıkmaktadır.
Bu tezin temel amacı, belirtilen enerji yönetimi stratejisinin etkinliğini, enerji üretimi, depolama ve tüketimi arasındaki karmaşık etkileşimleri göz önünde bulundurarak kapsamlı bir şekilde değerlendirmektir. İncelenen konsept, güneş ve rüzgar enerjisi entegrasyonunu, enerji depolama sistemlerini ve elektrikli aracın ev enerji yönetimindeki rolünü içeren bir bütünsel model üzerinden ele alınmaktadır.
Çalışmanın metodolojisi, önceden belirlenmiş enerji tüketim ve üretim senaryolarını içeren simülasyonlar ve analizleri içermektedir. Bu yaklaşım, belirtilen enerji yönetimi stratejisinin gerçek dünyadaki performansını anlamak ve benzer uygulamalara yönelik rehberlik sağlamak amacını taşımaktadır.
Tezin sunduğu bulgular, karbon sıfır enerji tüketim temelli enerji yönetimi stratejisinin potansiyel avantajlarını vurgulamaktadır. Bu bağlamda, sürdürülebilir enerji çözümlerine dair anlayışı genişleterek, konutlarda enerji yönetimine yönelik yeni bir bakış açısı sunmayı amaçlamaktadır.
Matlab/Simulink programı kullanılarak gerçekleştirilen veri analizi çalışmaları kapsamında, çeşitli senaryoların uygulanmasına odaklanılmıştır. Farklı senaryoları simülasyonlar aracılığıyla optimize etmeye çalışarak hem karbon sıfır hedefini hem de enerji sürekliliğini aynı anda sağlayacak yöntemler incelenmiştir. Gerçekleştirilen bu benzetimler, enerji yönetimi stratejileri ile karbon sıfır hedefinin bir arada ele alınarak sistem performansının artırılması amacına yönelik kapsamlı bir değerlendirme sunmaktadır. Ayrıca, benzetim sonuçları, enerji sürekliliğini artırmak ve karbon sıfır hedefini gerçekleştirmek için etkili stratejilerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır. Bu çalışmanın sonuçları, enerji yönetimi stratejilerini optimize ederek sürdürülebilir enerji çözümleri konusunda yeni bakış açıları sunmayı hedeflemektedir. Enerji verimliliğini artırmaya yönelik inovatif yaklaşımların yanı sıra, enerji yönetimi stratejilerinin pratik uygulanabilirliğini de ortaya koymaktadır.

Abstract:
In today's context, the concept of "carbon zero" has become a significant focal point in the energy sector, representing the goal of reducing carbon dioxide emissions in the atmosphere to zero. In achieving this goal, energy production and consumption play a pivotal role in the context of global environmental sustainability and climate change. In this regard, energy management strategies specifically targeting carbon-zero energy consumption in residences aim to provide solutions to this crucial need.
This study aims to contribute to sustainability efforts in the energy sector by understanding current challenges and developing ways to achieve carbon-zero energy consumption, particularly in residential settings. The study focuses on providing a comprehensive overview of energy management strategies by expanding the emphasis on sustainable energy solutions in light of current energy demands and environmental concerns. This strategy not only centers on achieving carbon-zero energy consumption in residences but also encompasses the integration of electric vehicles, thus diversifying the energy portfolio. Strategic use of renewable energy sources such as solar and wind, along with battery technology for energy storage, stands out as fundamental elements of this strategy.
The primary objective of this thesis is to evaluate the effectiveness of the proposed energy management strategy by comprehensively considering the complex interactions between energy production, storage, and consumption. The examined concept encompasses a holistic model covering the integration of solar and wind energy, energy storage systems, and the role of electric vehicles in home energy management.
The methodology of the study includes simulations and analyses incorporating predefined energy consumption scenarios. This approach aims to understand the real-world performance of the specified energy management strategy and provide guidance for similar applications.
The findings of the thesis highlight the potential advantages of an energy management strategy based on carbon-zero energy consumption. In this context, the study aims to broaden the understanding of sustainable energy solutions and offer a new perspective on residential energy management.
Within the scope of data analysis studies conducted using the Matlab/Simulink program, the focus has been on implementing various scenarios. Different scenarios aiming to achieve both the carbon-zero goal and energy continuity simultaneously were simulated and optimized. These simulations provide a comprehensive evaluation, addressing energy management strategies and the carbon-zero target together to enhance system performance. Additionally, the results of the simulations contribute to the development of effective strategies for increasing energy continuity and achieving the carbon-zero goal. The outcomes of these studies aim to offer new perspectives on sustainable energy solutions by optimizing energy management strategies.
In the contemporary landscape of environmental consciousness and sustainable development, the concept of achieving "carbon zero" has assumed a paramount role within the energy sector. It signifies an ambitious commitment to mitigate carbon dioxide emissions in the atmosphere to zero, acknowledging the urgency posed by climate change. Against this backdrop, the dynamics of energy production and consumption emerge as pivotal factors shaping the trajectory of global environmental sustainability.
This study positions itself at the nexus of these challenges, with a specific focus on residential energy consumption. Recognizing the critical role of homes in the broader context of energy sustainability, the research aims to contribute substantively to the ongoing discourse on carbon reduction. In particular, it endeavors to explore and propose comprehensive energy management strategies that prioritize carbon-zero consumption within residential settings.
The scope of the study encompasses a broad and multidimensional examination of energy management strategies. By extending the traditional focus on sustainable energy solutions, the research advocates for a paradigm shift that not only targets carbon neutrality in residences but also integrates innovative approaches. One such approach involves the incorporation of electric vehicles, thereby expanding the spectrum of sustainable energy solutions. This strategic diversification of the energy portfolio is underpinned by the judicious use of renewable resources such as solar and wind energy, complemented by cutting-edge battery technology for efficient energy storage.
At the heart of this thesis is a fundamental objective – to evaluate the effectiveness of the proposed energy management strategy. The evaluation extends beyond a mere consideration of isolated factors; it involves a nuanced understanding of the intricate interplay between energy production, storage, and consumption within the residential landscape. The conceptual framework of the study encompasses a holistic model that encapsulates the integration of solar and wind energy sources, energy storage systems, and the evolving role of electric vehicles in the broader landscape of home energy management.
Methodologically, the study adopts a robust approach, utilizing simulations and analyses grounded in predefined energy consumption scenarios. This methodological rigor is geared towards not only comprehending the theoretical underpinnings of the proposed energy management strategy but also extrapolating its real-world implications. The intention is to provide practical insights that can guide similar applications and initiatives in diverse contexts.
The findings derived from this research highlight the myriad potential advantages of an energy management strategy centered around carbon-zero energy consumption. Beyond the theoretical realm, the study aspires to translate these advantages into actionable insights that can inform and inspire sustainable practices in residential energy management.
Moving beyond the theoretical and conceptual facets, the research extends its reach into the realm of applied data analysis. Leveraging the computational capabilities of the Matlab/Simulink program, the focus shifts towards the implementation of a diverse array of scenarios. These scenarios, meticulously simulated and optimized, strive to achieve a delicate equilibrium – meeting both the carbon-zero goal and ensuring seamless energy continuity within residences. The outcomes of these simulations contribute not only to a comprehensive evaluation of energy management strategies but also to the formulation of effective approaches for bolstering energy continuity and realizing the ambitious carbon-zero goal.
In its entirety, this research endeavor aspires to transcend the realm of academic inquiry. The ultimate goal is to contribute substantively to the ongoing discourse on sustainable energy solutions. By optimizing energy management strategies and providing novel perspectives, the study seeks to catalyze tangible shifts in the way residential energy is conceived, consumed, and sustained in the pursuit of a carbon-zero future. The study underscores the potential for these strategies to be adapted and applied globally to meet diverse energy needs and environmental goals.