Yenilenebilir enerji santralleri dahil olan güç sistemlerinde depolama teknolojilerinin kıyaslanması
Comparative analysis of storage technologies in power systems, including renewable energy plants
Yazar: ZEYNEP TÜFEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH ÇETİN
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Bu tez, hibrit enerji depolama sistemlerinin tasarımını, uygun batarya türlerini seçerek optimize etmeyi amaçlamaktadır. Bu sayede, enerji verimliliğini en üst düzeye çıkaran ve maliyetleri en aza indiren bir hibrit sistem geliştirilmiştir. Enerji depolama sistemleri, üretim ile tüketim arasındaki dengesizlikleri ortadan kaldırarak, enerji arzının sürekliliğini ve güvenilirliğini sağlamada kritik bir rol üstlenmektedir. Hibrit enerji depolama sistemleri, birden fazla enerji depolama teknolojisinin entegrasyonu ile daha verimli enerji yönetimi sunmakta, kısa vadeli yüksek güç taleplerini karşılamakta ve uzun vadeli enerji depolama kapasitesini sağlamaktadır. Bu sistemler, yenilenebilir enerji kaynaklarının kesintili doğasına karşı dayanıklılık sağlamak ve anlık enerji talep değişimlerini dengelemek amacıyla geliştirilmiştir.
Bu çalışmada, lityum-iyon batarya, kurşun-asit batarya ve süperkapasitörlerin birleştirildiği hibrit enerji depolama sistemi tasarlanmıştır. Sistem bileşenlerinin elektriksel ve dinamik davranışları, MATLAB Simulink ortamında simülasyonla incelenmiş, enerji akışı, yük dengelemesi ve sistem kararlılığı gibi temel parametreler üzerinde analiz yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, süperkapasitörlerin yüksek güç gereksinimlerini karşılamak için kurşun-asit bataryaların entegrasyonunun sağlandığını, böylece süperkapasitör ihtiyacının %80 oranında azaldığını göstermektedir. Bu optimizasyon, sistem maliyetini düşürmüş ve sistemin kullanım ömrünü uzatmıştır. Ayrıca, kurşun-asit bataryaların kullanımı, maliyet düşüşünün yanı sıra enerji depolama verimliliğini artırmıştır.
Bu tez, hibrit enerji depolama sistemlerinin yenilikçi potansiyeline dair önemli bulgular sunmakta ve gelecekteki çalışmalar için yeni optimizasyon fırsatlarına ışık tutmaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, sürdürülebilir ve ekonomik enerji çözümleri sunan hibrit enerji depolama sistemlerinin gelişimine katkı sağlamaktadır.

Abstract:
This thesis aims to optimize the design of hybrid energy storage systems by selecting appropriate battery types. As a result, a hybrid system has been developed that maximizes energy efficiency and minimizes costs. Energy storage systems play a critical role in ensuring the continuity and reliability of energy supply by eliminating the imbalances between production and consumption. Hybrid energy storage systems provide more efficient energy management by integrating multiple energy storage technologies, meeting short-term high-power demands, and ensuring long-term energy storage capacity. These systems are designed to provide resilience against the intermittent nature of renewable energy sources and to balance sudden fluctuations in energy demand.
In this study, a hybrid energy storage system combining lithium-ion batteries, lead-acid batteries, and supercapacitors has been designed. The electrical and dynamic behaviours of the system components were analysed through simulations in the MATLAB Simulink environment, examining key parameters such as energy flow, load balancing, and system stability. The results obtained show that the integration of lead-acid batteries to meet the high-power requirements of supercapacitors reduced the need for supercapacitors by 80%. This optimization reduced system costs and extended the system's lifespan. Furthermore, the use of lead-acid batteries not only lowered costs but also enhanced energy storage efficiency.
This thesis presents significant findings regarding the innovative potential of hybrid energy storage systems and sheds light on new optimization opportunities for future research. In conclusion, this study contributes to the development of hybrid energy storage systems that provide sustainable and economic energy solutions.