Sıfır enerji tüketimli kampüs hedefinde elektrik talebinin karşılanması amacı ile yenilenebilir enerji sisteminin optimum tasarımı: Selçuk Üniversitesi örneği
Optimum design of the renewable energy system to meet the electricity demand in the zero energy consumption campus target: A case study of Selcuk University
Yazar: CANSU OĞUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜL NİHAL GÜĞÜL
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fosil yakıtları aşırı kullanımı sonucunda oluşan iklim değişikliği ve küresel ısınma dünyanın şu anda karşı karşıya kaldığı ve yenilenebilir enerji sistemlerinin en etkili çözüm olduğu sorunlar arasında yer almaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının tükenmez olmaları gibi avantajlarının yanı sıra, birincil dezavantajı sürekli olmamasıdır. Bu sebeple sürekli olmayan (Rüzgâr, Güneş) kaynaklar sürekli yenilenebilir kaynaklar ile (jeotermal, biyokütle) birlikte kullanılarak hibrit sistemler geliştirilmektedir.
Konya, Türkiye'nin ortasında yer almakta olup güneş, rüzgâr ve biyokütle enerjisi açısından yeterli yenilenebilir enerji potansiyeline sahiptir. Yüksek yenilenebilir enerji potansiyeline rağmen Konya'da sıfır enerji tüketimli binaların kullanımı ve fizibilitesi henüz yeterince araştırılmamıştır. Türkiye'de bina sayısının hızla artması ve inşaat sektöründeki büyümeye paralel olarak, binalarda tüketilen enerji miktarı ve buna bağlı sera gazı emisyonu da artmaktadır. Yükseköğretim kurumları, özellikleri ve nüfusları bakımından küçük şehirleri temsil etmektedir. Bina topluluklarında, bina seviyesi verilerinin mevcudiyeti, literatürde bir boşluktur. Yapılan çalışmalarda tüm şehir veya kampüs için tek bir model geliştirilmiştir. Bu durum modellerin yük profiline göre kategorize edilmesine imkân sağlamamaktadır. Fakat, yük profiline göre hibrit sistemlerin optimum tasarımı önemli değişiklikler göstermektedir.
Bu çalışmada optimum sıfır enerji tüketimli kampüs (SETK) modeli geliştirmek için Selçuk Üniversitesi'ndeki 34 binanın saatlik elektrik tüketimi ölçülmüştür. Bilgimiz dâhilinde, Türkiye'de bu tür ilk veri setidir. Aynı zamanda yapılan çalışma bina seviyesinde SETK modeli geliştiren ilk çalışmadır. Şimdiye kadar geliştirilen SETK modelleri tüm kampüsün yük profili kullanılmıştır. Bu çalışmada, kampüs ve bina düzeyinde SETK modelleri PV/Rüzgâr/Biyokütle kullanılarak karşılaştırılmıştır.
Çalışma sonucunda, biyokütle, yüksek yıllık elektrik tüketimi (YET) olan binalar için iyi bir seçenek olarak bulunurken, düşük YET'li binalar için ikiden fazla yenilenebilir kaynak kullanmak daha uygun bulunmuştur.
Kampüs düzeyinde yapılan tasarımda yıllık bazda tüketilen elektrik kadar elektrik üreten yenilenebilir sistemin kapasitesinin, bina düzeyindeki tasarıma kıyasla daha küçük olduğu bulunmuştur. Fakat yenilenebilir faktör, bina seviyesinde tasarımda daha yüksek çıkmıştır. Çünkü tasarım binaya özel geliştirilmiştir. Yenilenebilir oranın yüksek çıkması şebekeden alınan elektriğin azalmasına ve elektrik maliyetinin de azalmasına sebep olmuştur. Böylece bina seviyesinde yapılan tasarımda, toplam sistem kapasitesi daha fazla olsa da şebekeden alınan elektriğin azalmasından dolayı elektrik maliyeti de azalmıştır. Bu nedenle, sıfır enerji tüketimli kampüs veya toplulukların ana sınırlaması elektrik satış fiyatı olarak bulunmuştur. Şebekeye elektrik satış veya şebekeden elektrik alış fiyatı hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin teşvikinde birincil etken olarak hesaplanmıştır. Eğer elektrik satış fiyatı satın alma fiyatıyla aynı veya daha fazla olsaydı, bina toplulukları için topluca tek bir yenilenebilir enerji sistemi kurulması daha uygun maliyetli olacaktı. Fakat şebekeye elektrik satışının alışından düşük olduğu günümüz koşullarında, her binaya özel sistem kurmanın elektrik maliyetinin daha uygun olduğu görülmüştür.

Abstract:
Climate change and global warming caused from excessive use of fossil fuels are among the problems that the world is currently facing and renewable energy systems are the most effective solutions. In addition to the advantages of renewable energy sources such as being inexhaustible, the primary disadvantage is being non-continuous. For this reason, hybrid systems are developed by using non-continuous (wind, sun) resources together with continuous resources (geothermal, biomass).
Konya is located in the middle of Turkey and has sufficient renewable energy potential in terms of solar, wind and biomass energy. Despite the high renewable energy potential, the use and feasibility of zero-energy buildings in Konya has not been sufficiently investigated yet. In parallel with the rapid increase in the number of buildings and the growth in the construction sector in Turkey, the amount of energy consumed in buildings and the associated greenhouse gas emissions are also increasing. Higher education institutions represent small cities in terms of characteristics and population. Availability of building level data in building ensembles is a gap in the literature. In the studies conducted until now, a single model has been developed for the entire city or campus. This situation does not allow the models to be categorized according to the load profile. However, the optimum design of hybrid systems varies considerably according to the load profile.
In this study, hourly electricity consumption of 34 buildings in Selçuk University was measured to develop an optimum Zero energy campus (ZEC) model. To the best of our knowledge, this is the first such data set in Turkey. Also, this is the first study to develop a ZEC model using building level data. The ZEC models developed so far have used the load profile of the entire campus. In this study, ZEC models at campus and building level were compared using PV/Wind/Biomass.
As a result of the study, while biomass is found to be a good option for buildings with high annual electricity consumption (AEC), utilizing more than two renewable sources was found more effective for low AEC buildings.
The required renewable system capacity to produce electricity as much as it consumes on annual basis is found smaller for campus level design compared to building level. However, the renewable factor was higher at building level design. Because the design has been developed special to the building. The high rate of renewable usage has led to a decrease in the electricity purchased from the grid and cost of electricity. Thus, the cost of electricity reduced due to the decrease in the electricity purchased from the grid in building level design, although the total system capacity was higher. Therefore, the main limitation of zero-energy campuses or communities has been found to be the electricity sell price. The electricity sell or purchase price has been found as the primary factor in promoting hybrid renewable energy systems. In case of the electricity sell price the same or more than the purchase price, installing a single renewable energy system for building communities would be more cost-effective. However, in today's conditions, where the sell price to the grid is lower than the purchase, the electricity cost of installing a special system for each building is found to be more appropriate.