Mikro şebekelerde yük ve yenilenebilir enerji kaynakları tahminine dayalı ekonomik yük dağıtımı
Economic load distribution based on load and renewable energy resources forecast in microgrids
Yazar: MEHMET DAYIOĞLU
Danışman: PROF. DR. RIDVAN ÜNAL
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dağıtık üretim = Distributed production ; Ekonomik dağıtım = Economic dispatch ; Mikro şebeke sistemi = Microgrid system ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Yük tahmini = Load forecasting

Özet:
Hızla büyüyen dünyada elektrik enerjisine olan talep giderek artmaktadır ancak enerji ihtiyacını karşılamak için halen yoğun bir şekilde kullanılan fosil kaynaklar için durum aynı değildir. Bu nedenle her geçen gün popülaritesi artan yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji şebekelerine entegrasyonu önemli hale gelmiştir. Özellikle fotovoltaik ve rüzgâr gücündeki hızlı gelişmeler mikro şebeke kavramının gelişmesinde büyük rol oynamıştır. Mikro şebekeler yüklerinin enerji ihtiyacını bünyesinde bulunan dağıtık üretim kaynakları aracılı ile sağlayan yapılardır. Mikro şebekeler ana şebekeden tamamen bağımsız işletilebileceği gibi dağıtık üretimin cevap veremediği enerji talebini gidermek adına enterkonnekte şebeke ile bağlı olarak da çalışabilir. Bunun tersi olarak yenilenebilir üretimin fazla olduğu koşullarda mikro şebeke talep fazlası enerjiyi ana şebekeye aktararak ekonomik gelir sağlayabilir. 

Mikro şebeke yüklerinin enerji ihtiyacı yoğunlukla yenilenebilir enerji kaynakları aracılığı ile karşılanır. Ancak bu kaynakların hava koşullarına bağlılığı mikro şebeke için enerjide süreklilik sorunları oluşturabilir. Bu nedenle şebeke yüklerinin tahmini ve dağıtık üretim kaynaklarının operasyonun bu tahmin doğrultusunda planlanması sürdürülebilir güç için önem taşır. Bu çalışmada bir mikro şebekenin geçmiş dönem yük verileri ve hava durumu verileri kullanılarak kısa dönem yük tahmini yapılmıştır. İstatistiksel ve makine öğrenmesine dayalı tahminler performans metrikleri ile değerlendirilerek bu mikro şebeke için hata payı en düşük tahmin algoritması belirlenmiştir. 

Çalışmanın devamında yük profili oluşturulan mikro şebekenin farklı senaryolar üzerinden ekonomik analizleri yapılarak en düşük maliyetle elektrik üretimi sağlayan durum belirlenmiştir. Yirmi beş sene için projelendirilen mikro şebeke için yatırım analizi yapılarak senaryolar arasındaki nakit akış farkı irdelenmiştir. Çalışmanın sonucunda tasarlanan yeni mikro şebekenin mevcut şebekeye oranla daha ekonomik olarak enerji ürettiği ve yatırım maliyetini kısa bir sürede amorti ettiği görülmüştür.

Abstract:
The demand for electrical energy is constantly increasing in the rapidly growing world, but the situation is not the same for fossil resources, which are still used extensively to meet this energy need. For this reason, the integration of renewable energy sources, whose popularity is increasing day by day, into energy networks has become important. Particularly, rapid developments in photovoltaic and wind power have played a major role in the development of the microgrid concept. Microgrids are structures that provide the energy needs of their loads through their distributed generation resources. Microgrids can be operated completely independently from the main grid, or they can also work in conjunction with an interconnected grid in order to meet the energy demand that distributed generation cannot respond. Conversely, in conditions where renewable generation is high, micro-grid excess demand can now provide economic income by transferring energy to the main grid.

It is possible that there will be continuity problems in supplying energy to the loads, since the micro-grid loads mostly meet the energy needs with renewable sourced generation methods and these resources are dependent on weather conditions. Therefore, the estimation of the grid loads and the planning of the operation of the distributed generation resources in line with this estimation are important for sustainable power. In this study, short-term load estimation of a microgrid was made using historical load data and weather data. Statistical and machine learning-based predictions were evaluated with performance metrics and the lowest margin of error prediction algorithm was determined for this microgrid.

In the continuation of the study, economic analyzes of the micro-grid with a load profile were made over different scenarios, and the situation that provides electricity production with the lowest cost was determined. The cash flow difference between the scenarios was observed by making an investment analysis for the micro-grid projected for twenty-five years. As a result of the study, it has been seen that the new micro grid designed produces energy more economically than the existing grid and pays off the investment cost in a short time.