Bir işletmenin enerji ihtiyacının rüzgar türbini, pv panel, jeneratör ve batarya kullanılarak karşılanması için optimize edilmesi
Optimizing a business's energy needs using wind turbine, pv panel, generator and battery
Yazar: AHMET AY
Danışman: DOÇ. DR. ERCAN İZGİ
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

Özet:
Son yıllara kadar elektrik sistemleri merkezi sisteme dayanıyordu. 1990'larda bu sistem ile artan güç ihtiyacını karşılamak zorlaşmaya başladığı için enerjinin tüketildiği yerde ya da daha yakın mesafede üretilip dağıtım sistemine entegre edilmesi temeline dayanan dağıtık üretim terimi ortaya çıktı. Bununla beraber bazı tüketicilere ulaşmak coğrafi koşullar ve iklim şartları sebebiyle mümkün olmadığı için bu tüketiciler kendi enerji ihtiyaçlarını uygun enerji kaynaklarının birlikte operasyonu için uygun planlamalar yaparak kendileri üretmeye başladılar. Bunun dışında devletin bireyleri ve firmaları enerji üretimine teşvik etmesi sonucunda bu tarz üretimler daha da yaygınlaşmaya başlayıp mikro şebeke adını aldılar. Mikro şebekeler merkezi sisteme bağlı çalışabildiği gibi merkezi sistemden bağımsız yani ada olarak da çalışabilmektedir. Yaptığımız bu çalışmada küçük bir işletmenin ada modunda çalışması durumunda enerji ihtiyacını karşılaması için jeneratör, güneş panelleri, rüzgar türbini ve enerji depolama sistemi kullanılarak bir mikro şebeke oluşturulmuştur. Oluşturulan bu mikro şebekenin saatlik ortalama yükü 8kW (±%12) olup işletme açısından minimum maliyetli olacak şekilde enerji ihtiyacının karşılanması için GAMS programı kullanılarak optimizasyon yapılmıştır. Yapılan bu çalışmada güçleri ve özellikleri birbirinden farklı elektrik enerjisi kaynakları kullanılmıştır. Model 1 enerji ihtiyacının %7.9'luk kısmını RES'ten(rüzgar enerji sistemi), %27,56'lık kısmını GES'ten(güneş enerji sistemi), %64,47'lik kısmını jeneratörden kalan kısmını ise bataryadan sağlar. Model 2 enerji ihtiyacının %17.73'lük kısmını RES'ten, %27,56'lık kısmını GES'ten, %54,1'lik kısmını jeneratörden kalan kısmını ise bataryadan sağlar. Model 3 enerji ihtiyacının %17.73'lük kısmını RES'ten, %13,98'lik kısmını GES'ten, %68.79'luk kısmını jeneratörden kalan kısmını ise bataryadan sağlar.  Ayrıca toplam işletme maliyetlerine bakıldığı zaman Model 1 için $1,536/kWh, Model 2 için $1,296/kWh ve Model 3 için $1,632/kWh şeklinde olduğu görülmektedir. Bu değerler ışığında uzun vadede işletme maliyetleri, işletme için önemli olduğundan işletmeye Model 2'de yer alan sistemin kurulumunun en uygunu olduğu sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, ada modu çalışma, mikro şebeke, GAMS, Optimizasyon

Abstract:
Until recent years, electrical systems were based on the central system. Since it became difficult to meet the increasing power demand with this system in the 1990s, the term distributed generation emerged, which is based on the production of energy at the place where it is consumed or at a closer distance and integrating it into the distribution system. However, since it was not possible to reach some consumers due to geographical and climatic conditions, these consumers started to produce their own energy needs by making appropriate plans for the joint operation of suitable energy sources. Apart from this, as a result of the government's encouragement of individuals and companies to energy production, this type of production started to become more widespread and took the name of micro-grid. Microgrids can work connected to the central system as well as independent from the central system, that is, they can work as an island. In this study, a micro-grid was created by using a generator, solar panels, wind turbine and energy storage system to meet the energy needs of a small business in case it operates in island mode. The hourly average load of this micro-grid is 8kW (±12%), and optimization has been made using the GAMS program to meet the energy need with minimum cost in terms of operation. In this study, electrical energy sources with different powers and properties were used. Model 1 provides 7.9% of its energy need from WES(wind energy system), 27.56% from SES(solar energy system), 64.47% from generator and the rest from batteries. Model 2 provides 17.73% of its energy need from WES, 27.56% from SES, 54.1% from generator and the rest from batteries. Model 3 provides 17.73% of its energy need from WES, 13.98% from SES, 68.79% from generator and the rest from batteries. In addition, when the total operating costs are considered, it is seen that it is $1.536/kWh for Model 1, $1,296/kWh for Model 2 and $1.632/kWh for Model 3. In the light of these values, it has been concluded that the installation of the system in Model 2 is the most appropriate for the enterprise, since operating costs are important for the enterprise in the long run.
Keywords: Renewable energy, island mode operation, microgrid, GAMS, Optimization