Nanoşebekelerin optimal kontrolü ve güç paylaşımı
Optimal control and power sharing of nanogrids
Yazar: ONUR TURAN
Danışman: DOÇ. DR. RECEP YUMURTACI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ DURUSU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Dağıtık enerji = Decentralized energy ; Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Bu tez, nanoşebekelerin dağıtık enerji sistemlerindeki rolünü ve enerji yönetim stratejilerinin optimize edilmesini kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. Nanoşebekeler, yenilenebilir enerji kaynaklarının etkin kullanımını sağlayan, enterkonnekte şebeke ile etkileşimi olan ve yerel enerji ihtiyaçlarını ihtiyacın bulunduğu yerde karşılama kabileyeti olan küçük ölçekli enerji sistemleridir. Çalışmada, özellikle uçtan uca (p2p) enerji transferi stratejileriyle nanoşebekeler arası enerji akışının optimize edilmesi, enerji depolama sistemlerinin boyutlandırılması ve tekno-ekonomik analizler yapılmıştır.
Türkiye'nin farklı bölgelerinde yapılan analizlerde, coğrafi ve iklimsel faktörlere bağlı olarak yenilenebilir enerji potansiyeli değerlendirilmiş, farklı senaryolar üzerinden nanoşebekelerin ekonomik ve teknik uygulanabilirliği incelenmiştir. Enerji üretim kapasitesi, maliyetler ve depolama ihtiyaçlarına odaklanılarak, ilk yatırımın geri dönüş süresinin ne kadar sürede olabileceği ve diğer ekonomik indisler değerlendirilmiştir. Ayrıca, sezgisel algoritmalar kullanılarak enerji depolama sistemlerinin boyutlandırılması gerçekleştirilmiş ve şebekeden alınan enerjinin minimize edilmesi sağlanmıştır. Uçtan uca enerji transferine odaklanan modelleme çalışmasında, beş farklı nanoşebeke arasında enerji alışverişi optimize edilmiş, enerji fazlası olan sistemlerden enerji açığı olan sistemlere transfer gerçekleştirilmiştir. Böylece şebekeden bir bütün olarak alınan enerji miktarı azaltılmış ve yerel enerji üretimi maksimize edilmiştir. Geliştirilen model, Gurobi optimizasyon yazılımı kullanılarak çözülmüş, enerji depolama sistemleriyle şebeke etkileşimleri incelenmiştir.
Sonuç olarak, nanoşebekelerin yenilenebilir enerji entegrasyonu ve enerji maliyetlerini optimize etme potansiyeli ortaya konmuş, p2p enerji transferinin dağıtık enerji yönetimindeki önemi vurgulanmıştır. Türkiye'ye özgü analizler, bu sistemlerin farklı bölgelerdeki uygulanabilirliğini ve sürdürülebilir enerji geleceğine katkılarını göstermiştir. Tez, nanoşebekelerin enerji politikalarına entegre edilmesi gerektiğini ve enerji verimliliği ile sürdürülebilirlik açısından kritik bir role sahip olduğunu vurgulamaktadır.

Abstract:
This thesis comprehensively examines the role of nanogrids in distributed energy systems and the optimization of energy management strategies within nanogrids. Nanogrids are small-scale energy systems designed to utilize renewable energy sources efficiently, interact with interconnected grids, and meet local energy demands at the point of consumption. The study focuses on optimizing energy flows between nanogrids through peer-to-peer (p2p) energy transfer strategies, sizing energy storage systems, and conducting techno-economic analyses.
Analyses conducted for different regions of Türkiye assessed renewable energy potential based on geographical and climatic factors. Economic and technical feasibility of nanogrids was evaluated under various scenarios, focusing on energy production capacity, costs, and storage requirements. Key economic indicators, such as payback periods of initial investments, were also considered. Moreover, heuristic algorithms were employed to size energy storage systems, minimizing energy drawn from the grid. The modeling study emphasized p2p energy transfer, optimizing energy exchanges among five distinct nanogrids. Energy surpluses from some systems were transferred to others with deficits, reducing overall reliance on the grid and maximizing local energy production. The developed model was solved using Gurobi optimization software, exploring interactions between energy storage systems and the grid.
In conclusion, the potential of nanogrids to integrate renewable energy and optimize energy costs was demonstrated, highlighting the significance of p2p energy transfer in distributed energy management. Region-specific analyses for Turkey revealed the applicability of nanogrid systems across diverse areas and their contributions to a sustainable energy future. The findings underline the necessity of incorporating nanogrids into energy policies, emphasizing their critical role in enhancing energy efficiency and sustainability.