Hibrit yenilenebilir enerji sistemleri ile elektrik ve hidrojen üretiminin optimizasyonu
Optimization of electricity and hydrogen production with hybrid renewable energy systems
Yazar: BEYHAN AKARSU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Hidrojen = Hydrogen ; Melez sistemler = Hybrid systems ; Optimizasyon = Optimization ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, Kayseri ilinin mesken, sanayi, ticarethane, tarımsal sulama ve aydınlatma olmak üzere beş farklı yük profilinde elektrik ihtiyacını karşılayacak hibrit yenilenebilir enerji sistemleri HOMER programı ile modellenerek optimize edilmiştir. Şebekeden bağımsız fotovoltaik panel, rüzgâr türbini, jeneratör, yakıt hücresi, elektrolizör, batarya ve hidrojen tankı gibi yenilenebilir enerji kaynakları ve depolama alternatifleri ile gerçek iklim ve yük verileri kullanılarak çeşitli senaryolar modellenmiştir. Sonuçlar; teknik, ekonomik ve çevresel etkiler açısından incelenmiş ve en uygun hibrit sistem olarak en düşük şimdiki net maliyet, seviyelendirilmiş enerji maliyeti ve en az karbondioksit (CO2) salınımına sahip olan sistem alınmıştır.
Optimizasyon sonuçlarına göre; tüm yük modelleri için rüzgâr ve güneş kaynağının birlikte kullanıldığı fotovoltaik panel, rüzgâr türbini, dizel jeneratör ve bataryadan oluşan sistemin en düşük maliyet ve salınım ile gerekli elektrik talebini karşıladığı görülmüştür. Birim enerji maliyeti mesken için 0,32$, sanayi için 0,26$, ticarethane için 0,25$, tarımsal sulama için $0,39$, aydınlatma için 0,29$ olduğu sonucuna varılmıştır. Buna karşılık fotovoltaik panel, rüzgâr türbini, yakıt hücresi, elektrolizör, hidrojen tankı ve bataryadan oluşan sistemin sıfır CO2 salınımı ve konvansiyonel enerji sistemli senaryodan yaklaşık iki katı birim maliyetle karşılayabildiği görülmüştür.
Sonuç olarak hibrit enerji sistemleri gerekli enerjiyi güvenli ve uygun maliyetli bir şekilde sağlamakla birlikte, çevre dostu sistemler olarak önemli yere sahip olduğu çalışma sonuçları ile gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Hibrit Sistem, Yenilenebilir Enerji, Optimizasyon, Homer, Hidrojen

Abstract:
In this thesis, hybrid renewable energy systems that will meet the electricity needs of Kayseri in five different load profiles, namely residential, industrial, commercial, agricultural irrigation, and lighting have been modeled and optimized with the HOMER program. Various scenarios are modeled off-grid using real climate and load data, with renewable energy sources and storage alternatives such as photovoltaic panels, wind turbines, generators, fuel cells, electrolyzers, batteries and hydrogen tanks. The results were analyzed in terms of technical, economic, and environmental impacts and the optimum hybrid system was taken as the system with the lowest net present cost, lowest levelized cost of energy and least carbon dioxide (CO2) emission.
According to the optimization results, it has been seen that the system consisting of photovoltaic panel, wind turbine, diesel generator and battery in which wind and solar source are used together for all load models, meets the required electricity demand with the lowest cost and emission. It was concluded that the unit energy cost is $0.32 for residential, $0.26 for industry, $0.25 for commercial, $0.39 for agricultural irrigation, and $0.29 for lighting. On the other hand, it has been observed that the system consisting of photovoltaic panel, wind turbine, fuel cell, electrolyzer, hydrogen tank and battery can meet zero CO2 emissions and approximately twice the unit cost than the one with conventional energy system scenario.
As a result, while hybrid energy systems provide the necessary energy in a safe and cost-effective way, the results of the study have shown that they have an important place as environmentally friendly systems.

Keywords: Hybrid System, Renewable Energy, Optimization, Homer, Hydrogen