Yenilenebilir enerji portföy yöneticisinin enerji piyasasında optimum aksiyomlarının modellenmesi
Modeling optimum axioms of renewable energy portfolio manager in energy market
Yazar: ALPER ÇİÇEK
Danışman: PROF. DR. OZAN ERDİNÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik piyasası = Electric market ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Enerji depolama = Energy storage ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Enerji piyasası = Energy market ; Gün öncesi piyasalar = Day ahead markets ; Karışık tam sayılı doğrusal programlama = Mixed  integer linear programming ; Pompajlı depolama = Pumped storage ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Çeşitli teşvikler ile sayıları hızla artan YEK'ler için birçok ülkede güç sistemlerindeki arz-talep dengesinin sağlanması açısından bu kaynakların elektrik piyasalarına katılımı zorunlu hale gelmiştir. YEK'lerin elektrik piyasalarına katılımı konusuna bakılacak olursa bireysel katılımı dışında bir portföy yapısına dahil olarak katılımının daha uygun olabileceği söylenebilir. Ayrıca yenilenebilir enerji portföy yöneticisi (YEPY) kazancını arttırmak ve enerji dengesizliklerini kolaylaştırmak açısından portföye çeşitli enerji depolama sistemlerini (EDS) de dahil edebilir. Bu amaçla, bu tez çalışmasında enerji dengesizliğinin giderilmesi açısından EDS'leri de içeren YEPY'nin enerji piyasalarına katılımı için optimum piyasa katılım modelleri oluşturulacaktır.
Bu bağlamda gerçekleştirilen tez çalışmasında, ilk olarak devletler tarafından uygulanan teşvik politikaları incelenmiştir. Daha sonrasında YEK'lerin elektrik piyasasına katılım konusu ele alınarak, rüzgâr enerji kaynaklarının ikili anlaşmalar dahil GÖP ve aktif katılımcı olarak DGP'ye optimum katılımı açısından portföy yapısına dahil oldukları bir yapı önerilmiştir. Ayrıca teklif aşamasında her bir portföy katılımcısı için tahsis edilen hat kapasite sınırları dikkate alınmıştır. Bunun dışında YEPY'nin portföydeki enerji dengesizliklerinin yönetimini kolaylaştırmak ve toplam portföy kazancını maksimize etmek amacıyla portföye elektrikli araç (EA) otoparkı (EAO) toplayıcısı da eklenmiştir.
Sonrasında gerçekleştirilen çalışmada ise portföy içerisine fotovoltaik güç üretim tesisleri (FGÜT) de eklenmiş ve araçtan şebekeye enerji seçeneği de düşünülmüştür. Ayrıca bu optimizasyon problemi iki seviyeli olarak gerçekleştirilmiştir. Üst seviye problemde amaç toplam portföy kazancının maksimize edilmesi iken alt seviye problemde amaç her bir portföy katılımcının zararını minimize etmek olarak belirlenmiştir.
Son olarak fotovoltaik ve rüzgâr enerji santrallerini içeren yenilenebilir enerji portföy yapısına enerji dengeleyici olarak hazneli pompalı su santrali (HPSS) ve batarya enerji depolama sistemleri (BEDS) de eklenmiştir. Bu modelde YEPY'nin GÖP'e ve portföyde meydana gelen enerji dengesizliklerinin giderilmesi açısından pasif katılımcı olarak DGP'ye katılım konusu iki seviyeli ve çok aşamalı olarak sunulmuştur. Ayrıca sunulan optimizasyon problemlerinde belirsizliklerden kaynaklanabilecek zarar stokastik yaklaşım ve koşullu riske maruz değer (Conditional Value-at Risk - CVaR) yöntemi ile ele alınmıştır.

Abstract:
The participation of renewable energy sources (RES) in the electricity markets has become mandatory in order to ensure the supply-demand balance in many countries for the rapidly increasing number of RES with various incentives. It can be said that it would be more appropriate to participate in a portfolio structure other than individual participation. Besides, renewable energy portfolio manager (REPM) can include various energy storage systems (ESSs) to increase earnings and ease energy imbalances.
In the thesis study carried out in this context, the incentive policies implemented are examined first. Afterwards, the issue of participation of RESs in the electricity market are discussed, a structure in which wind energy sources are included in the portfolio structure in terms of optimum participation in the day-ahead market (DAM) and balancing market (BM) as active participant, including bilateral contracts, is proposed. Besides, line capacities determined for each participant are also taken into account. Furthermore, electric vehicle aggregators are added to the portfolio in order to facilitate the energy imbalance management and to maximize the total gain. In the later study, photovoltaic power plants are added to the portfolio, and the vehicle-to-grid energy option is also considered. Besides, the problem is implemented as bi-level. In the upper-level, the aim is to maximize the total gain, while in the lower-level, the aim is to minimize the loss of each participant.
Finally, pumped water-based ESS and batteries are added to the portfolio structure that includes photovoltaic and wind power plants. In this model, the problem that deals with the participation of the REPM in the DAM and BM as passive participant to eliminate the imbalances is presented as bi-level and multi-stage. Besides, stochastic approach and CVaR are discussed in order to take into account the loss that may arise from uncertainties in the optimization problems.