Elektrik piyasalarında talep yönetimi
Demand management in electricity markets
Yazar: MUSTAFA CANBERK CEYLAN
Danışman: DOÇ. DR. RAMAZAN ÇAĞLAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik piyasaları elektrik enerjisinin üretim, iletim, dağıtım ve satış işlemlerinin arz-talep doğrultusunda planlandığı ve yürütüldüğü platformlardır. Yıllar içerisinde elektrik piyasaları teknolojinin de ilerlemesi ile beraber yeniden yapılandırılmaktadır. Tekel piyasalar çok oyunculu piyasa sistemlerine doğru dönüştürülmektedir. Piyasalarda kademeli olarak serbestleşme adımları atılmıştır. Elektrik tüketiminin artması ile beraber serbest piyasa içerisindeki elektrik parametrelerinin düzenlenmesi, güç sistemlerinin planlanması ve uygulanmasında önemli bir rol oynamaktadır. Bu doğrultuda elektrik enerjisinin üretim, iletim ve dağıtım işlemleri farklı şirketler tarafından işletilmeye başlanmıştır. Ayrıca bağımsız firma sayısının artması piyasalarda rekabetçi bir ortamın oluşmasını sağlamaktadır. Piyasalardaki bu gelişmeler günlük, aylık, mevsimlik veya yıllık bazda talep yönetimi çalışmalarını teşvik etmektedir.
Elektrik piyasalarında talep tarafı yönetimi (DSM) uygulamaları sistem güvenliğini koruyarak tüketiciye ulaştırılacak elektrik enerjisinin uygun maliyette olmasını hedeflemektedir. Günlük elektrik tüketimini optimize edebilmek için dengeleme güç piyasası, gün öncesi piyasası ve gün içi elektrik piyasası oluşturulmuştur. Günlük enerji tüketimi eğrilerine göre elektriğin birim fiyatı gün içerisinde değişmektedir. Talep yönetimi elektrik piyasalarındaki üretici ve tüketici tarafı arasında uygun bir güç akışı oluşturarak toplam faydanın optimize edilmesini sağlar. Talep tarafı yanıtı (DSR) aracılığıyla tüketicinin elektriği ne zaman ve ne kadar kullandığı gözlemlenir. Tüketicilerin en yüksek (pik) talebi belirlenerek yeni planlamalar yapılır.
Tez kapsamında öncelikle elektrik piyasaları tanıtılarak arz-talep ilişkisi incelenmiştir. Piyasaların özerkleşme süreci, talep yönetimi, talep katılımı, talep tahmini yöntemleri ve enerji talebi değerlendirme kriterleri hakkında bilgiler verilmiştir. Yük yönetimine yönelik yapılan uygulamalar araştırılmıştır. Daha sonra uygun ekonomik dağıtımın gerçekleşmesini sağlayan optimum güç akışı (OPF) tanıtılmıştır. Bu yöntem ile Powerworld programında yer alan test sistemleri üzerinden yük bölgeleri ile ilgili çeşitli uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Powerworld programı elektrik sisteminin bütün bölgelerini yönetme ve analiz etme olanağı sağlamaktadır. Yük bölgesini düzenlemek için yük artırma, yük azaltma, yük değiştirme gibi işlemler uygulanmaktadır. Pik yükün kırpılması ise talep yönetiminde maksimum yüke yönelik bir kontrol işlemidir. Generatörler için tanımlanan maliyet fonksiyonları kullanılarak optimum güç akışı aracılığıyla baralarda yer alan yüklere gönderilecek enerjinin analizi yapılmıştır. Marjinal fiyatlandırmalar temel alınarak ekonomik dağıtımın simulasyonu gerçekleştirilmiştir. Güç sistemi üzerinde farklı senaryolar yaratılarak enerji, tıkanıklık ve kayıp etkilerinin bara marjinal fiyatlarına yansıması incelenmiştir.

Abstract:
Electricity markets are platforms where electricity energy production, transmission, distribution and sales processes are planned and executed in line with supply and demand. Over the years, electricity markets have been restructured with the advancement of technology. Monopoly markets are transformed into multiplayer market systems. Liberalization steps have been taken in the markets gradually. With the increase in electricity consumption, regulation of electricity parameters in the free market played an important role in the planning and implementation of power systems. Accordingly, production, transmission and distribution processes of electrical energy started to be operated by different companies. Sales transactions of electricity are carried out in retail or wholesale form. In addition, the increase in the number of independent firms provides a competitive environment in the markets. These developments in the markets encourage demand management activities on a daily, monthly, seasonal or annual basis.
Demand side management (DSM) applications in the electricity markets aim to ensure that the electricity energy to be sent to the consumers at an affordable cost while maintaining system security. In order to optimize the daily electricity consumption balancing power market, day ahead market and intra-day electricity market were created. According to the daily energy consumption curves, the unit price of electricity changes during the day. Demand management provides the optimization of global welfare by creating an appropriate power flow between the producer and consumer side in the electricity markets. Through demand side response (DSR), when and how much the consumer uses electricity is observed. New plans are made by determining the highest (peak) demand of consumers.
Within the scope of the thesis, electricity markets were introduced and the supply-demand relationship was examined. Information was given on the autonomy process of the markets, demand management, demand participation, demand forecasting methods and energy demand evaluation criteria. Applications for load management were researched. Then, the optimal power flow (OPF) is introduced which ensures proper economic delivery. With this method, various applications related to the load zones have been realized through the test systems in the Powerworld program. Powerworld provides the opportunity to manage and analyze all zones of the electrical system. Operations such as load increase, load decrease, load change are applied to regulate the load region. The clipping of the peak load is a control process for maximum load in demand management. Using the cost functions defined for the generators, the energy to be sent to the loads in the buses was analyzed through the optimum power flow. Based on marginal pricing, economic dispatch was simulated. By creating different scenarios on the power system, the reflection of energy, congestion and loss effects in the bus marginal prices were investigated.