Şebeke esnekliği açısından talep katılımının veri analitiği ve metasezgisel yöntemlerle incelenmesi
Investigation of demand response in terms of grid flexibility using data analytics and metaheuristic methods
Yazar: ÜMİT ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN BAYINDIR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EZGİ AVCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Metasezgiseller = Metaheuristics ; Yük frekans denetimi = Load frequency control

Özet:
Küresel olarak uygulanan sıfır karbon ve enerji arzında öncelikle yeşil enerji uygulamalarıyla yaşanan enerji dönüşümü güç sistemlerini önemli değişime zorlamaktadır. Fosil yakıtların yerini konvertör tabanlı rüzgar ve güneş kaynaklı yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) almaktadır. Bu değişken üretim doğasına sahip olan kaynakların artışı, güç sistemlerinde meydana gelen dengesizliklerde şebekenin ihtiyacı olan esnekliğin azalmasına neden olmaktadır. Esneklik ihtiyacın karşılanabilmesi için yeni esneklik araçlarından biri olan tüketim kontrolü, yani talep katılım uygulamaları önemli hale gelmektedir. Ancak bir ülke ölçeğinde talep katılımının şebeke ve piyasa işletmesinde kullanılması için mevcut şebeke tüketimlerinin ulusal ve bölgesel olarak veri analizlerinin yapılması; zaman bazlı tüketim profillerinin bireysel ya da tüketici gruplarına göre bilinmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında ilk olarak, talep katılım uygulamalarının belirlenmesi amacıyla tüketim veri analitiğinde kullanılan yöntemler araştırılarak, Türkiye açısından talep katılımının mevcut durumunun incelenmesi ve potansiyelinin belirlenmesi üzerine durulmaktadır. Elektrik şebekelerinde oluşabilecek üretim-tüketim dengesizliğinde, şebekenin frekans kontrolü konvansiyonel kaynaklardan karşılanmaktadır. Artan YEK'le birlikte şebekenin ataleti azalırken, düşük rezerv koşullarında frekans kararlılığının sağlanabilmesi için hızlı yanıt verebilecek uygulamaların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Yapılan tez çalışmasında ikinci olarak, güç sistemlerinde şebekenin düşük atalet koşullarında talep katılımı, yapılan araştırmalara göre oluşturulan Türkiye şebekesinin eşlenik şebeke modeli ve yük frekans kontrol modelleri üzerinde farklı şebeke senaryolarında ele alınmıştır. Yapılan analizlerde optimum talep katılımıyla frekans kontrolü geliştirilen metasezgisel yöntemlerle sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlarda Türkiye şebekesinde gelecek yıllarda artan YEK koşullarında frekans kontrolünde talep katılımının önemli bir araç olabileceği gösterilmiştir. Son olarak yapılan veri analitiği ve şebeke analizleri ışığında Türkiye'de talep katılımın uygulanmasında politika önerileri yapılmıştır.

Abstract:
Globally, the energy transition implemented with together green energy applications in net zero carbon and energy supply forces power systems to change significantly. Converter-based wind and solar renewable energy sources (RES) are replacing fossil fuels. This increase in RES, which has a variable production nature, causes the flexibility needed by the grid to decrease in case of imbalances in power systems. To ensure the need for flexibility, consumption control, that is, demand response, which is one of the new flexibility tools, becomes more important. However, to use demand response in the grid and market operation on a country scale, national and regional data analysis of current consumption must be carried out; time-based consumption profiles need to be known for individuals or consumer groups. In this thesis, firstly, the focus is on examining the current situation of demand response in Turkey and determining its potential by investigating the methods used in data analytics to determine demand participation applications. Also, with the production-consumption imbalance that may occur in the grid, the frequency control is mainly provided by conventional sources. While the inertia of the grid decreases with increasing RES, there is a need to develop applications that can respond quickly to ensure frequency stability in low reserve conditions. Secondly, in the thesis study, demand response in low inertia conditions of power systems is discussed in different grid scenarios on the simplified network model and load frequency control models of the Turkish grid, which were created according to the methods in the research. In the analyses, frequency control with optimum demand participation was provided by developed metaheuristic methods. The results obtained show that demand response can be an important tool in frequency control under increasing RES conditions in the Turkish grid in the coming years. Finally, according to the results of data analytics and frequency control analysis, policy recommendations were made for the implementation of demand response in Turkey.