Şebekeden bağımsız yenilenebilir hibrit enerji sistemlerinin boyutlandırmasında yük modelinin etkisi
Load modelling influence at sizing of offgrid hybrid renewable energy systems
Yazar: ALİ GÜVEN
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER GÜLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; İstatistiksel enerji analizi = Statistical energy analysis

Özet:
Enerjideki arz talep dengesi yeni kaynak arayışlarına neden olmakta, yenilenebilir enerji sistemlerine olan ilgi ve ihtiyaca paralel olarak bu alanda yapılan çalışmalar da artmaktadır. Bu tez kapsamında şebekeden bağımsız yenilenebilir enerji sistemleri üzerinde çalışılmış, rüzgar ve güneş kaynaklarının aynı anda kullanıldığı bir sistemin boyutlandırılması incelenmiştir. İhtiyaç duyulan husus, enerjinin yenilenebilir kaynaklarla temini olduğundan, öncelikle yük olarak tanımlanan bu enerjinin vasfı konusundaki soruların cevaplanması gerekir. Bu tezde yük hakkındaki, yeni soruların da eklenerek cevapların bulunması hedeflenmektedir.
Yük modelinin elde edilmesi çeşitli yöntemlerle yapılabilmektedir. Şebeke dağıtım firmalarının veritabanlarından bu bilgi talep edilebileceği gibi, yaklaşık bir kurulu güç tahmini ile yük profili kestirilebilmektedir. Güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinin fiyatları göz önüne alındığında boyutlandırmada aşırı parametrelendirme, maliyete önemli ölçüde etki eder; yetersiz parametrelendirme ise şebekeye bağlı bir sistemde kullanım farkı oluşturmasa da şebekeden bağımsız bir yapıda enerji kesintilerine neden olur. Özellikle şebekeden bağımsız olma durumunda enerji depolama etkili bir parametre olarak denkleme katılır ve boyutlandırma daha da önem kazanır.
Kullanıcı alışkanlıklarının takibi sistem boyutlandırmasındaki doğruluğu artırabilir. Şebekeye bağlı bir sistemde bu takip alternatif yollarla yapılabilir. Şebekeden bağımsız bir sistem söz konusu olduğunda ise ölçüm yoluyla bu bilginin elde edilmesi uygulanabilir değildir ve bu ölçüm ihtiyacı bir paradoksa neden olur. Ölçüm yapılabilmesi için enerji kullanımı gerekmektedir; enerji kulanımı için de boyutlandırılmış bir sistem gerekir. İlk kez enerji verilecek bir sistem için öncelikle boyutlandırma yapılması gerekmekte, bunun için de bir yük modeline ihtiyaç duyulmaktadır. Kullanıcıların mevcut enerji tüketim alışkanlıkları ölçülerek ve/veya beyanlarına bağlı olarak enerji tüketimleri hesaplanarak yükün modellenmesinin avantajları ve dezavantajları tez kapsamında incelenmiştir.
İncelemede referans olarak kullanılan veri, Kocaeli İzmit ilçe merkezinde bulunan bir hanenin 6 ay boyunca 1 dakikalık periyotla ortalama gücün ölçülmesi sonucu elde edilmiştir. Elde edilen bu ham verinin dakikalara, günlere, haftalara ve aylara bağlı analizlerinin yapılabilmesi ve simülasyonda kullanılmaya uygun hale gelmesi için kapsamlı bir düzenleme işlemi yapılmıştır. Düzenlenmiş bu veri çeşitli senaryolar ile yıllık tüketim profillerine çevrilmiştir. Simülasyon için enerji maliyetini optimize eden HOMER PRO yazılımı kullanılmıştır. Simülasyon programı yardımıyla, bu yük modellerinin farklı çözünürlüklerde incelenmesi planlanmakta, yük modelinin boyutlandırmaya etkisi ve en verimli modelin elde edilme yönteminin bulunması hedeflenmektedir.
Yıl içinde farklı zamanlarda ölçüm verisinin alınmasının sistem boyutlandırmasına etkisi 9 farklı senaryo üzerinden incelenmiştir. Herbir senaryonun, 1 dakikalık ölçümlerin kullanılması halinde, 10 dakikalık ortalama değerlerin kullanılması halinde ve 60 dakikalık ortalama değerlerin kullanılması halinde boyutlandırmaya etkisi araştırılmıştır. Beyan edilen kullanım alışkanlıklarının boyutlandırmaya etkisi incelenerek esnek kullanım kavramı üzerinde durulmuş ve optimize yük modelleri oluşturulmuştur. Optimize yük modelleri oluşturulurken sadece yük kaydırma yöntemi kullanılmış, herhangi bir yük iptali yapılmamıştır. Sonuç olarak bu optimize yük modelleri ile daha ekonomik sistemlerin kurulup kurulamayacağı incelenmiştir

Abstract:
Energy is essential all areas of life today. The energy need has been rising rapidly because of growing population and increase in usage of energy based technological devices. In this century people have focused on efficiency and sustainability. As a result renewable energy has gained importance. The widely used renewable energy systems consist of hydroelectric turbines, solar panels and wind turbines. Solar panels and wind turbines are the most effected ones from the development of energy production techniques in recent years, have been used widely in Turkey and in the world for a long time. Other renewable systems such as biomass and tide are not conventionale and do not have common usage.
Supply demand balance in energy had caused alternative searchings; in parallel with growing needs and rising interests about renewable energy, researches have been increasing in this field. Within the scope of this thesis, researches have been done about offgrid renewable energy systems; sizing of a hybrid solar and wind system has been analysed. Because supplying energy from renewable sources is a requisite, firstly questions should be answered about this energy which is defined as load. Within the context of this thesis it is aimed to answer those questions about load by adding new ones.
Acquiring load model can be done with various methods. Data could be requested from energy supplier companies' databases. In addition to this load profile could be estimated from approximate installed capacity where the hybrid system will be installed. When solar panel and wind turbine prices have taken into consideration, overparametrization at sizing have an important effect on cost. Also underparametrization can cause power outages in offgrid systems although there are no major difference in ongrid systems. Especially power storage gain importance in offgrid state and sizing becomes more important.
By monitoring user habitudes and routines, accuracy of system sizing may increase. If the system is offgrid, gathering information by monitoring can cause a paradox. To monitor user it is required to use energy; to use energy it is required to have a sized system. User's recent energy usage habitudes can be monitored or declaration of usage can be used to make calculations. Advantages and disadvantages about sizing of the load from monitoring or declaration methods has been researched.
The load data which has been used as reference for analysis, gathered from a house in İzmit Kocaeli. For 6 months, minutely average power has been measured in this house. To make daily, weekly, monthly and further analysis of load and to use it in the simulation, measured data has been processed. All the gathered data are used to generate forming of annual consumption profiles in several scenerios. It is aimed to find most efficient way to acquire load model and to search influence of load modelling method to system sizing. The HOMER Hybrid Optimization Modeling Software has been user for simulations.