Raylı sistemlerde sefer tarifesi optimizasyonu ile enerji verimliliğinin artırılması
Increasing of energy efficiency with timetable optimization in railway systems
Yazar: YUSUF BAŞEĞMEZ
Danışman: PROF. DR. MUĞDEŞEM TANRIÖVEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Ulaşım = Transportation
Dizin: Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Hafif raylı sistemler = Light rail systems ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization

Özet:
Dünya nüfusu, yoğun sanayileşme ve buna bağlı olarak şehirlerdeki yoğunluk günümüzde hızla artmaktadır. Buna karşın oluşan ulaşım sorunlarını çözecek en etkili yaklaşımın toplu taşıma sistemlerinin geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması olduğu bilinmektedir.
Raylı sistemler teknolojik gelişmelere de bağlı olarak sunduğu avantajlar nedeniyle toplu taşıma sistemleri içerisinde öncelikli olarak tercih edilmektedir. Diğer ulaşım modelleri ile karşılaştırıldıklarında; iyi bir güvenlik seviyesine, en yüksek enerji verimliliğine, yüksek kapasite ve yüksek frekanslı işletme yapabilme, hızlı, konforlu ve çevre dostu ulaşım sunma özelliklerine sahiptirler. Günümüzde gelişmiş ülkelerde trafik sorunlarına kalıcı bir çözüm bulmak için şehrin yapısına uygun olarak elektrikli raylı ulaşım sistemlerine yapılan yatırımlar ve bununla birlikte elektrik enerjisine olan talep de hızla artmaktadır. Bu alanda elektrikli raylı ulaşım sistemlerinde tüketilen enerjinin verimli kullanılmasına dair araştırmalar son yıllarda hız kazanmıştır.
Elektrikli raylı sistemlerde harcanan enerjinin büyük bir kısmı; kayıpların azaltılması, enerji tasarrufuna yönelik sürüş kontrol sistemleri ve rejeneratif frenlemeden elde edilen faydalı enerji kullanımının artırılması gibi farklı yöntemlerle geri kazanılarak kullanılabilir. 
Tezde raylı sistemlerde sefer tarifesi optimizasyonu sayesinde rejeneratif frenlemeden elde edilen faydalı enerji kullanım oranının artırılmasına dayalı bir çalışma yapılmıştır. Kent içi raylı ulaşım türlerinden olan metrolarda toplam seyahat süresi sabit tutularak enerji verimliliği açısından ardışık trenlerin ivmelenme ve frenleme sürelerinin senkronizasyonu ile en uygun sefer tarifesi oluşturulmaya çalışılmıştır. Önerilen optimizasyon modeli yaklaşımı frenlemeden kazanılan faydalı enerjinin ivmelenen tren tarafından eş zamanlı kullanımını içermektedir. Bu çerçevede pik ve pik olmayan saatlerdeki senaryolar için sefer sıklığı (headway) ve bekleme süreleri kontrolü ile örtüşme süresini maksimum yapacak olan amaç fonksiyonu oluşturmuştur. Bu fonksiyona göre MATLAB® genetik algoritma optimizasyon aracı kullanılarak Yenikapı-Havalimanı metro hattı için değişken değerleri hesaplanmıştır. Son olarak, mevcut durum ve optimizasyon sonrası durum için faydalı frenleme enerjisi kullanımı Railsim® programında incelenmiştir.

Abstract:
in cities rapidly increase nowadays. In order to solve the transportation problems created by that, it is known that the most effective approach is development and extension of public transportation systems.
Railway systems are preferred with priority within public transportation systems because of the offered advantages depending on the technological developments. Railway system has features like a good safety level, highest energy efficiency, high capacity and operating with high frequency, providing a fast, comfortable and an eco-friendly trip when compared with the other modes of transport. To find a permanent solution to the traffic problem in developed countries, the investment of electrical rail transportation systems in accordance with the structure of the cities and the demand of electric energy rapidly increase. The scientific researches on the efficient usage of consumed energy in the electrical rail transportation system in this field have gained momentum in recent years.
A large part of the consumed energy in electrical railway systems is recoverable in different ways like reducing the losses, energy efficient driving control systems and the improvement of the utilization of recovery energy obtained by regenerative braking.
In thesis, a study conducted based on improving the utilization rate of recovery energy obtained by regenerative braking with timetable optimization in railway systems. The total travel time kept as constant in subway systems that are a type of urban rail transportation, the most appropriate timetable in terms of energy efficiency tried to create with synchronization between accelerating and braking time of successive trains. The proposed optimization model approach includes the recovery energy that is generated by the braking train can be directly used by the accelerating train. In this context, the objective function defined for peak and off-peak hour scenarios in order to maximize the overlapping time with headway time and dweel time control. According to this function, variable values for Yenikapı-Airport metro line calculated using MATLAB®Genetic Algorithm optimization tool. At last, usage of recovery energy obtained by regenerative braking examined for existing and optimal timetables with Railsim® software.