Enerji depolama sistemlerinin güç sistemlerindeki teknoekonomik işletimi için yeni bir yaklaşımın geliştirilmesi
Developing a new approach for technoeconomic operation of energy storage systems in power systems
Yazar: HÜSNA YILDIZ
Danışman: PROF. DR. OZAN ERDİNÇ ; DOÇ. DR. YAVUZ ATEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Enerji depolama = Energy storage

Özet:
Teknolojik ilerleme ve küreselleşme ile birlikte, enerjiye olan küresel talep sürekli olarak artmakta ve enerji arzının talebi karşılaması zorunlu olmaktadır. Bu durum, elektrik enerjisinin sürekli ve dengeli bir şekilde sağlanması gerekliliğini ortaya çıkarırken, güç sistemlerinin işleyişi, çeşitli faktörler nedeniyle zorlaşabilmekte ve enerji kesintileri gibi istenmeyen durumları tetikleyebilmektedir. Elektrik dağıtım sistemleri, evsel, ticari ve endüstriyel tüketicilere kesintisiz ve kaliteli enerji sağlama sorumluluğuna sahipken, bu sistemler, elektrik enerji sistemlerinin kritik bir parçası olarak kabul edilmektedir. Karbondioksit salımlarının azaltılması amacıyla modern dağıtım sistemlerinde artan yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı ve yeni yük türlerinin eklenmesi, güç sistemlerindeki operasyonel zorlukları daha da karmaşık hale getirmektedir. Bu zorluklar ışığında, Enerji Depolama Sistemleri, mevcut ve olası ağ sorunlarına esnek bir çözüm olarak ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışması, dağıtık üretime sahip bir dağıtım şebekesi içerisinde çeşitli enerji depolama sistemlerinin etkin yönetimi için optimizasyon temelli bir karar destek mekanizması geliştirmeyi hedeflemektedir. Bu mekanizma, genel enerji sistemi verimliliğini ve güvenilirliğini artırma niyetinde olup, aynı zamanda güç kayıplarını en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Güç sistemlerinde, artan dağıtık enerji kaynaklarının entegrasyonu, bu tezde dikkate alınan güneş enerjisi tabanlı Fotovoltaik sistemler ve elektrikli araçlar gibi unsurların belirsiz operasyon süreçlerini gerektirir. Bu çalışma, bu belirsizlikleri hesaba katan gerçek zamanlı bir optimizasyon modeli sunmaktadır. Ayrıca, bu çalışma, enerji depolama sistemlerinin, özellikle batarya tabanlı depolama sistemlerinin, güç kalitesi sorunları üzerindeki etkisini incelemekte ve bunların güç kaybı üzerindeki etkisini analiz etmektedir. İlk olarak, batarya tabanlı enerji depolama sistemlerinin konumsal analizi ve güç kaybı üzerindeki etkileri incelenir. Daha sonra, bu çalışma, birden fazla batarya tabanlı ve yakıt hücreli enerji depolama sistemlerini, farklı yük türlerini ve yenilenebilir enerji sistemlerini kapsayan, gerçek zamanlı güç kaybı analizini sunar. Bu analiz, enerji sistemlerinin karmaşıklığı ve dinamiğini göz önünde bulundurarak, Enerji depolama sistemlerinin dağıtım şebekesinde etkin yönetimine yönelik optimizasyon yaklaşımları tabanlı karar verme mekanizması geliştirilmesi yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

Abstract:
With the progress of technology and globalization, the global demand for energy is continuously escalating, compelling energy supply to balance this ever-increasing demand. The dynamic hence engenders an imperative necessity for the consistent and well-regulated provision of electrical energy. However, the operation of power systems can be intricate due to various factors, potentially triggering undesired scenarios such as energy interruptions. Recognized as a critical component of electrical power systems, electric distribution systems bear the responsibility of supplying uninterrupted and high-quality energy to a variety of consumers including residential, commercial, and industrial. The increasing use of renewable energy sources in modern distribution systems, driven by the aim to reduce carbon dioxide emissions, alongside the introduction of new load types, further compounds the operational challenges in power systems. In light of these difficulties, Energy Storage Systems (ESS) have emerged as a flexible solution to existing and prospective network issues. Consequently, this thesis aims to develop an optimization-based decision support mechanism for the effective management of various energy storage systems. This mechanism, while focusing on enhancing the overall efficiency and reliability of the energy system, also strives to minimize power losses. Given the growing integration of distributed energy resources in power systems, such as photovoltaic (PV) systems and electric vehicles, this study presents a real-time optimization model that accounts for the inherent operational uncertainties associated with these resources. In addition, the study investigates the impact of energy storage systems, particularly battery-based storage systems, on power quality issues and their effect on power loss. The research process begins with an examination of the positional analysis of battery-based energy storage systems and their influence on power loss. This analysis is followed by the presentation of a real-time power loss analysis that encompasses multiple battery-based and fuel cell energy storage systems, different types of loads, and renewable energy systems. Recognizing the complexity and dynamics of energy systems, this research proposes a novel approach for developing an optimization-based decision-making mechanism to effectively manage energy storage systems within the distribution network.