Raylı ulaşım sistemlerinde elektriksel enerji verimliliğinin artırılması
Increasing the electrical energy efficiency in rail systems
Yazar: AHMET YILDIZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OKTAY ARIKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enerji verimliliği kavramı, işletmedeki verimi, kaliteyi ve sürekliliği düşürmeden kullanılan enerji miktarının en aza indirilmesi olarak tanımlanabilir.
İlk yatırım maliyetleri son derece yüksek olan raylı ulaşım sistemlerinin en önemli giderlerinden birisi de enerji tüketim maliyetleridir. Bundan dolayı, enerjinin etkin şekilde kullanılması büyük önem arz etmektedir. Raylı sistemlerde elektrik güç talebi ve enerji tüketimi sabit olmayıp; zamana, ağ içinde çalışan trenlere, yolcu sayısına ve işletim sistemlerine bağlı olarak sürekli değişmektedir. Raylı sistemi oluşturan tüm alt sistemlerin etkileşimleri karmaşık olduğundan enerji tüketimlerini öngörmek ve değerlendirmek zordur. Bu nedenle enerji verimliliğini iyileştirmek, detaylı çalışmaların yapılması, uygun yöntemlerin kullanılması ve elde edilen sonuçların hassas analizlerinin gerçekleştirilmesi ile mümkün olabilmektedir.
Dünya üzerindeki büyük kentlerde önemli problem oluşturan ve yaşam kalitesini düşüren trafik kriterleri, fosil yakıtlardan kaynaklanan çevre kirliliği ve ekonomik sorunlar raylı ulaşım sistemlerinin toplu taşımacılıktaki payının giderek artmasına yol açmaktadır. Ancak, raylı sistem ağlarının enerji tüketimlerinin büyüklüğü ve bunun olabildiğince verimli kullanılması ihtiyacı ayrı bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. 
Ülkemiz açısından değerlendirildiğinde İstanbul, nüfus, kentiçi raylı ulaşım sistemi ve enerji tüketimi açısından önemli bir merkez olarak karşımıza çıkmaktadır. Şuan 149 kilometre uzunluğa sahip İstanbul raylı toplu taşıma sistemi, yılda yaklaşık 300 milyon kWh enerji tüketmektedir. Tüketilen enerji dağılımları tramvay ve metro hatlarında farklılık göstermektedir. Örneğin, metro hatlarında tüketilen enerjinin %45'i trenlerin hareket etmesi için kullanılırken %55'i iç ihtiyaç için kullanılmaktadır. Tramvay gibi yer üstünde giden raylı ulaşım sistemleri için ise bu oran %95'i trenler, %5 iç ihtiyaç olarak kullanılır. Hızla inşaatı devam eden raylı sistemlerle birlikte İstanbul, 2023 sonrası nihai hedefte pek çok yeni hattı bitirmeyi planlamaktadır. Bunlarla birlikte, hat uzunluğunun 1000 kilometreye yaklaşması beklenmektedir. Bu nedenle, raylı sistemlerde enerji tasarrufu çalışmaları çok büyük önem arz etmektedir.
Bu tez çalışmasında kent içi raylı sistemlerde cer ve sabit tesisler enerji tüketimine etki eden genel hususlar verilecektir. Ardından model olarak seçilen M1 hattı, RAILSIM programı üzerinde modellenerek DC yük akış analizleri gerçekleştirilecektir. Bu hat için enerji verimliliğinin artırılması üzerine simülasyon çalışmaları yapılacaktır. Devamında ise M5 hattı, ETAP (Electrical Power System Analysis & Operation Software) üzerinde modellenerek OG (Orta Gerilim) ve AG (Alçak Gerilim) tarafı yük akışları, trafo ve kablo yüklenmeleri ile kayıpları incelenecektir. Çeşitli işletme senaryoları simülasyon üzerinde tekrarlanarak hattın optimum çalışma senaryosu belirlenecektir.

Abstract:
The concept of energy efficiency can be defined as the reduction of the amount of energy used without decreasing utility, quality and continuity in operation.
One of the most important expenses of railway transportation systems, where the initial investment costs are extremely high, is the energy consumption costs. Therefore, the efficient use of energy is of great importance. Electric power demand and energy consumption in rail systems are changing depending on time, network, trains, number of passengers and operating systems. Since the interactions of all subsystems that make up the rail system are complex, it is difficult to predict and evaluate energy consumption. For this reason, it is possible to improve energy efficiency by carrying out detailed studies, using appropriate methods and performing precise analysis of the results obtained. 
Traffic criteria, environmental pollution caused by fossil fuels and economic problems those cause significant problems in big cities and decrease the quality of life lead to the increasing percentage of rail transit systems in public transportation. However, the magnitude of the energy consumption of rail system networks and the need to use it as efficiently as possible is an another problem. 
When evaluated from the point of our country, Istanbul is an important center in terms of population, urban rail transport systems and energy consumption. Istanbul urban rail public transport system, which is approximately 149 kilometers long, consumes nearly 300 million kWh energy annually. Consumed energy distributions vary on tram and subway lines. For example, 55% of the energy consumed on subway lines is used for trains to move, while 45% is used for internal needs. For rail systems such as trams, this ratio is used as 95% for trains and 5% for internal requirements. Along with the rail systems that continue to be constructed rapidly, Istanbul is planning to complete many new lines at the final destination after 2023. However, the length of the line is expected to be 1000 km. Thus, energy saving studies are very important in rail systems.
In this thesis study, general factors affecting the energy consumption of traction and fixed installations in urban rail systems will be given.  Then, the M1 line selected as the model will be modeled on the RAILSIM program and DC load flow analysis will be performed. Simulation studies will be performed to increase energy efficiency for this line. Afterwards the M5 line will be modeled on the ETAP (Electrical Power System Analysis & Operation Software) program and the MV (Medium Voltage) and LV (Low Voltage) side load flows, transformer and cable loads and losses will be examined. The various operating scenarios will be repeated on the simulation to determine the optimal operating scenario for the line.