Bir hibrid enerji sisteminin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of a hybrid energy system
Yazar: HÜSEYİN ÖZCAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DENİZ YILDIRIM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Rüzgar enerjisi = Wind energy

Özet:
Günümüzde, devamlı artan elektrik enerjisi ihtiyacına paralel olarak fosil kökenli enerji kaynaklarının rezervlerinin sınırlı oluşu, bu enerji kaynaklarının kullanılmaları sonucunda çevre üzerinde yarattıkları olumsuz etkiler ve bu enerji kaynaklarının çeşitli krizler sebebiyle zaman zaman sahip oldukları elde edilememe problemi özellikle XX. yüzyılın son çeyreğinden itibaren yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi önemli bir ölçüde arttırmıştır.Hibrid enerji sistemleri, yenilenebilir enerji kaynaklarına artan bu ilginin bir sonucu ve enterkonnekte şebeke sisteminden uzak bölgelerde yer alan yükleri besleyebilmenin bir yolu olarak ortaya çıkmışlardır. Ayrıca, enterkonnekte şebeke sisteminin bulunduğu bölgelerde sürekli artan elektrik enerjisi birim maliyetinin düşürülmesi amacı ile de hibrid enerji sistemleri ortaya çıkmışlardır.Bu çalışmada, belirli bir bölgede bulunan belirli bir yükü ekonomik açıdan optimum şekilde besleyebilecek bir sistem konfigürasyonunu belirleyebilmek için şebeke bağlantısı olan rüzgar ve güneş tabanlı örnek bir hibrid enerji sistemi HOMER ile modellenmiş ve daha sonra HOMER ile bu örnek hibrid enerji sistemi üzerinde simülasyon, optimizasyon ve hassaslık analizi işlemleri gerçekleştirilmiştir. Örnek hibrid enerji sisteminin modellenmesi işlemi gerçekleştirilirken ise incelenen bölgenin sahip olduğu ortalama güneş ışınımı ve ortalama rüzgar hızı değerleri için hassaslık değerleri belirlenmiş yani bir bakıma bu işlemin gerçekleştirilmesi ile başka bölgeler de tanımlanarak bu farklı bölgelerde de aynı yükü ekonomik açıdan optimum şekilde besleyebilecek sistem konfigürasyonları belirlenmiştir. Bu işlemler ise örnek hibrid enerji sisteminin modellenmesi sırasında şebeke satış kapasitesi için de hassaslık değeri belirlenmesi ile örnek hibrid enerji sisteminin hem şebekeye elektrik satamayanı hem de şebekeye elektrik satabileni için gerçekleştirilmiştir.Bu çalışmada ulaşılan sonuçlardan şebekeye elektrik satamayacak rüzgar türbini ve şebekeden oluşan bir sistemin ekonomik olarak optimum olabilmesi için rüzgar hızının en az 7,34 m/s olması gerektiği ve şebekeye elektrik satabilecek rüzgar türbini ve şebekeden oluşan bir sistemin ise ekonomik olarak optimum olabilmesi için rüzgar hızının en az 6,75 m/s olması gerektiği sonuçları en göze çarpan sonuçlar olarak ortaya çıkmışlardır. Ayrıca, yine bu çalışmada, fotovoltaik panel ile üretilen 1 kWh'lik elektrik enerjisi maliyetinin yüksek olması sebebi ile güneş ışınımının 4,03 kWh/"m" ^"2" /gün değerinden 5,00 kWh/"m" ^"2" /gün değerine doğru artmasının optimum sistem konfigürasyonunu değiştirmediği sonucuna da ulaşılmıştır.

Abstract:
Today, continuously increasing electrical energy demand correspondingly limited reserves of the fossil energy sources, negative effects on the environment that are created by the consumption of these energy sources, and the problem of unavailability that these energy sources have occasionally because of various crisis increase interest in renewable energy sources significantly especially since the last quarter of XXth century.Hybrid energy systems came to light as a result of this increasing interest in renewable energy sources and a way of supplying power to loads that are located in remote places which have no interconnected grid system. Hybrid energy systems also came to light for reducing continuously increasing cost per unit of electrical energy in places which have interconnected grid system.In this study, a sample grid-connected wind-solar hybrid energy system is modeled with HOMER and then realized simulation, optimization and sensitivity analysis processes with HOMER on this sample hybrid energy system to determine a system configuration that can supply a certain load that is in a certain place optimally in terms of economics. When modeling sample hybrid energy system, sensitivity values are determined for average solar radiation and average wind speed that pertain to this certain place, namely different places are described by doing this process and so system configurations that can supply the same load optimally in terms of economics are also determined in these different places. These processes are realized for both sample hybrid energy system that cannot sell electricity to the grid and sample hybrid energy system that can sell electricity to the grid by determining a sensitivity value for grid sale capacity when modeling sample hybrid energy system.From results obtained in this study, the results that are wind speed must be at least 7.34 m/s for a system that cannot sell electricity to the grid and consists of a wind turbine and the grid to be optimal economically and wind speed must be at least 6.75 m/s for a system that can sell electricity to the grid and consists of a wind turbine and the grid to be optimal economically are the most outstanding results. Also in this study, the result that is solar radiation increasing from 4.03 kWh/"m" ^"2" /day to 5.00 kWh/"m" ^"2" /day does not change optimal system configuration by the reason of the cost of 1 kWh of electrical energy produced by photovoltaic panel is high was obtained.