Talep tarafı yönetimi kullanılarak konutlar için merkezi batarya veya elektrikli araç bataryası ile desteklenen PV güç sisteminin boyutlandırılması,enerji yönetimi ve ekonomik analizi
Sizing, energy management and economic analysis of PV powered micro grid with community battery or ev battery storage considering demand response
Yazar: GÜL FERAY SEZEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KIVANÇ BAŞARAN
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Enerji depolama = Energy storage ; Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

Talep Tarafı Yönetimi Kullanılarak Konutlar İçin Merkezi Batarya veya Elektrikli Araç Bataryası İle Desteklenen PV Güç Sisteminin Boyutlandırılması, Enerji Yönetimi ve Ekonomik Analizi

Gül Feray SEZEN

Manisa Celal Bayar Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Dr.Öğr.Üyesi Kıvanç BAŞARAN


Akıllı şebeke ve akıllı mikro şebeke teknolojilerinin gelişmesi geleceğin elektrik güç sistemleri için önemli bir adım olmuştur. Akıllı mikro şebeke sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama sistemleri, talep tarafı yönetimi ve elektrikli araçların şebekeye entegrasyonu araştırma konularının temelini oluşturmaktadır. Farklı tip enerji üretim kaynakları ve depolama sistemlerinin kullanılması ve bunların elektrik şebekesine entegrasyonu ile enerji talep tarafının birlikte ele alınması akıllı kontrol ve enerji yönetim sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu hale getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında özellikle rüzgâr ve güneş enerjisinin kullanımı öne çıkmaktadır. Ancak, şehir içi kurulumlu ya da küçük güçlü sistemler ele alındığında büyük ölçüde güneş enerjisinden yararlanıldığı görülmektedir. Güneş enerjisi de diğer birçok yenilenebilir enerji kaynağında olduğu gibi kesikli enerji kaynağıdır. Bu nedenle, enerji sürekliliğini sağlamak için ya üretilen enerjinin depo edilmesi ya da enerji üretiminin olmadığı zamanlarda şebeke enerjisinin kullanılması gerekmektedir. Elektrik enerjisini depolamak için çoğunlukla akümülatörler (batarya) kullanılmaktadır. Ancak hem bataryaların ömür problemi hem de maliyetleri nedeniyle özellikle şebeke bağlantılı sistemlerde kullanımı tercih edilmemektedir. Bu nedenle bataryaların şebeke bağlantılı sistemlerde ekonomik kullanımı için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardan, şebeke elektrik enerjisinin pahalı olduğu zaman diliminde yetecek kapasitede batarya kullanımı ile merkezi batarya kullanımı öne çıkmaktadır. Merkezi batarya kullanımında da elektrik dağıtım şirketleri ile mahsuplaşmanın ya da binadaki diğer dairelerin merkezi bataryadan yararlanma ve mahsuplaşma şartlarının belirlenmesi ve bunlara ait yönetmeliklerin çıkartılması gerekmektedir. Son yıllarda elektrikli araç kullanımının hızla artması ve bu araçlarda bir dairenin bir günde ihtiyaç duyacağı batarya kapasitesinin yaklaşık 15-20 katı bataryanın kullanılması, elektrikli araçların akıllı mikro şebekelerde sadece enerji tüketen bir eleman değil aynı zamanda sisteme enerji sağlayan bir eleman olarak kullanımını da gündeme getirmiştir.

Enerjinin verimli ve etkin kullanımı büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle, akıllı mikro şebekelerde hem enerji verimli cihazların kullanımı hem de cihazların kullanım zaman aralıkları önemlidir. Binalarda kullanılan cihazların bir kısmı kullanım zamanı değiştirilemez cihazlar olarak sınıflandırılırken bir kısmı da esnek çalışma saatlerine sahip cihazlar olarak sınıflandırılmaktadır. Elektrikli cihazların kullanım zamanlarının ve sürelerinin belirlenmesi ve yönetilmesi sürecine talep tarafı yönetimi denilmektedir. Talep tarafı yönetimi, enerjinin üretilmesi kadar önemli bir süreçtir. Bu nedenle yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı akıllı sistemlerde enerji üretim tarafı ile enerji tüketim tarafı sürekli etkileşim halindedir.

Bu tez çalışmasında, bir binanın elektrik enerjisi ihtiyacının merkezi batarya ve/veya araç bataryası destekli fotovoltaik (PV) güç sisteminden karşılanabilmesi için gerekli hesaplamalar ve simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca, incelenen bina da talep tarafı yönetimi için esnek ve sabit çalışma zamanlı cihazlar ve özellikleri belirlenerek talep tarafı yönetimi için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Güç sisteminin boyutlandırılması için öncelikle binanın bulunduğu bölgedeki ışınım, sıcaklık gibi meteorolojik verilerin temini sağlanmıştır. Elde edilen bilgiler doğrultusunda ihtiyaç duyulacak PV sistem ve batarya boyutlandırması bir algoritma geliştirmek suretiyle yapılmıştır. Tez çalışmasının temelini geliştirilen bu algoritma ve buna bağlı olarak işleyen enerji yönetim birimi oluşturmaktadır.

Batarya destekli PV güç sisteminin optimum   boyutlandırması yapıldıktan sonra sistemin ekonomik analizi yapılmıştır. Ekonomik analiz çalışmasında, literatürde en çok kabul görmüş olan seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE), net bugün ki değer (NPV) ve amortisman süresi hesaplama teknikleri kullanılmıştır.

Sonuç olarak, binanın yıllık enerji ihtiyacı 4.940,811 kWh, bu ihtiyacı karşılamak için 325 Wp gücünde 14 adet PV panel, 15 kWh kapasiteli akü kullanılması gerektiği ve sistemin seviyelendirilmiş enerji fiyatı (LCOE) 0,109094183, sistem geri ödeme süre 15 Yıl, net bugünkü değer (NPV) 34,86171052 olarak hesaplanmıştır.


Anahtar Kelimeler: Talep Tarafı Yönetimi, Yük Tahmini, Merkezi Depolama Sistemi, Elektrikli Araç, V2G Teknolojisi, PV Sistem Boyutlandırma, PV Sistem Ekonomik Analizi

Abstract:
ABSTRACT

M.Sc.  Thesis

Sizing, Energy Management and Economic Analysis Of PV Powered Micro Grid With Community Battery Or EV Battery Storage Considering Demand Response

Gül Feray SEZEN

Manisa Celal Bayar University
Graduate School of Applied and Natural Sciences
Department of Energy Systems Engineering

Supervisor: Asst.Prof.Dr. Kıvanç BAŞARAN


The development of smart grid and smart micro grid Technologies has been an important step for the electrical power systems of the future. In smart micro grid systems field, renewable energy sources, energy storage systems, demand side management and the integration of electric vehicles into the grid form the basis of the research topics. The use of different types of energy generation sources and storage systems and their integration into the electricity grid with the demand side management system, makes it imperative to develop smart control and energy management systems. Among the renewable energy source, especially the use of wind and solar energy stands out. When it comes to urban or small scale power systems, it is seen that the solar energy is used to a great extent. Solar energy is discrete energy source just like many other renewable energy sources. For this reason, when there is no energy production in the PV system it is necessary to either store the produced energy or use energy from the grid, to ensure energy continuity. To store electrical energy Accumulators (batteries) are most used technology. However, it is not preferred to use battery especially in grid-connected systems due to both battery life problems and costs. Therefore, various studies are carried out for the economical use of batteries in grid-connected systems. Among these studies, two idea stands out. One of them is the use of batteries with sufficient capacity during the time when grid electricity is expensive. Second one is central battery usage. In the use of central batteries, it is necessary to netting with electricity distribution companies, determining the usage and netting conditions of the central batter of other other apartments in the building. Also, related regulations need to be issued. In recent years, electric vehicle usage increased rapidly in the World. In electric vehicles, a battery with a capacity of about 15-20 times greater than the battery capacity that a flat will need in a day is used. This brought up the use of electric vehicles not only as an energy consuming element in smart microgrids, but also as an element that supplies energy to the system. 

Efficient and effective use of energy has great importance. Therefore, both the use of energy efficient devices and the usage time intervals of devices are important in smart microgrids. While some of the electronic devices used in homes are classified as non-replaceable devices, some are classified as devices with flexible working hours. The process of determining and managing the usage hours and times of electrical devices is called demand-side management. Demand-side management is as important process as generating electricity. Fort his reason, in smart systems based on renewable energy sources, the energy production side and the energy consumption side interact. 

In this thesis, In this thesis study, necessary calculations and simulation studies have been made to meet the electrical energy need of a building from the central battery and / or vehicle battery supported photovoltaic (PV) power system. In addition, flexible and fixed working time devices and specifications for demand side management were determined in the examined building and necessary studies were carried out for demand side management. In order to sizing the power system, firstly, meteorological data suç as radiation and temperature in the area where the building is located were provided. In line with the information obtained, the PV system and battery sizing that will be needed was made by developing an algorithm. This algorithm has been developed as the basis of the thesis work and the energy management unit that operates accordingly. After optimum dimensioning of battery backed PV power system, economic analysis of the system was made. In the economic analysis study, the most commonly accepted calculation techniques in the literature which are levelized cost of energy (LCOE), net present value (NPV) and pay back period were used.

As a result, the annual energy need of the building is 4,940,811 kWh, 14 PV panels with a power of 325 Wp and a battery of 15kWh capacity should be used to meet this need. Levelized cost of energy calculated as 0,109094183, system pay back period calculated as 15 years and Net Present Value calculated as 34,86171052.


Keywords: Demand Response, Load Forecasting, Community Storage System, Electric Vehicle, V2G, PV System Sizing, Economic Analysis of PV System