Elektrikli araç bataryalarının akıllı şebeke uygulamalarında alternatif enerji depolama sistemi olarak modellenmesi ve simülasyonu
Modeling and simulation of electric vehicle batteries as an alternative energy storage system in smart grid applications
Yazar: BÜNYAMİN KUZU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TEOMAN KARADAĞ ; DR. OZAN AKDAĞ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda, teknolojik gelişmelerin hız kazanması ve içten yanmalı motorlu araçların çevresel etkileri nedeniyle, elektrikli araçların üretimi ve kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Elektrikli araçların menzilinin artırılması için, daha büyük ve güçlü bataryalar tercih edilmektedir. Bu durum, araçların şebekeye enerji transferi yapabilmesi (vehicle to grid-V2G) için bir fırsat yaratmıştır. Bu tez çalışmasında, elektrikli araçların güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile şarj edilerek, sıfır emisyon politikalarına hizmet etmesi için bir V2G konsepti sunulmuştur. Bu kapsamda, V2G konseptinin uygulanabilirliğinin incelenmesi için modelleme ve simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Modelleme çalışmasında, elektrikli araç şarj istasyonlarının şebekeye optimum entegrasyonu sağlanmıştır. Sonrasında, hem elektrikli araçların şarj edilebilmesi hem de V2G konsepti ile araçtan şebekeye enerji aktarımının incelenmesi için Newton-Raphson temelli yeni bir matematiksel model önerilmiştir. Önerilen matematiksel modelin etkinliğini incelemek için, IEEE-33 test bara sistemi DigSilent yazılımında modellenmiştir. Bu matematiksel model ile elektrikli araç şarj istasyonları IEEE-33 test bara sistemine optimum entegre edilerek, şarj istasyonları üzerinden şebekeye aktarılan enerji transferinin etkinliği incelenmiştir (V2G konsepti). V2G konsepti, Normal, Poisson ve Rayleigh dağılım fonksiyonlarına göre simüle edilerek analiz edilmiştir. V2G simülasyonu ile sisteme aktarılan enerji miktarı hesap edilerek, V2G konseptinin hem şebekeye olan etkisi hem de çevresel etkileri sayısal çıktılara göre detaylı olarak sunulmuştur. Analiz sonucunda, Türkiye'deki tüm motorlu araçların elektrikli araçlara dönüştürüldüğü varsayılarak, araçların sadece %10'unun 10 saatlik V2G konseptine katılması durumunda, ortalama 59 GWh enerji aktarımı ve 50.000 ton CO2 emisyonunun azaltılabileceği öngörülmüştür.

Abstract:
In recent years, the production and use of electric vehicles has become increasingly widespread due to the acceleration of technological developments and the environmental effects of internal combustion engine vehicles. Larger and more powerful batteries are preferred in order to increase the range of electric vehicles. This situation has generated an opportunity for vehicles to transfer energy to the grid (vehicle to grid-V2G). In this thesis, to serve zero emission policies, a V2G concept is presented for electric vehicles to be charged with renewable energy sources such as solar and wind. In this context, modeling and simulation studies are carried out to examine the applicability of the V2G concept. In the modeling study, optimum integration of electric vehicle charging stations into the grid is achieved. Afterwards, a new Newton-Raphson based mathematical model is proposed for both charging electric vehicles and examining the energy transfer from the vehicle to the grid with the V2G concept. To examine the effectiveness of the proposed mathematical model, the IEEE-33 test bus system is modeled in DigSilent software. With this mathematical model, electric vehicle charging stations are optimally integrated into the IEEE-33 test bus system and the efficiency of the energy transfer to the grid via the charging stations is investigated (V2G concept). The V2G concept is simulated and analyzed according to the Normal, Poisson and Rayleigh distribution functions. By calculating the amount of energy transferred to the system with V2G simulation, both the effect of the V2G concept on the grid and its environmental effects are presented in detail according to the numerical outputs. As a result of the analysis, assuming that all motor vehicles in Turkey are converted into electric vehicles, it is predicted that if only 10% of the vehicles participate in the 10-hour V2G concept, an average of 59 GWh energy transfer and 50,000 tons of CO2 emissions can be reduced.