Rüzgâr ve güneş hibrit enerji sisteminin bulanık mantık ile optimal dizaynı
Optimal design of wind and solar energy hybrid  system by using fuzzy logic
Yazar: MEHMET ANAR
Danışman: DOÇ. DR. ERCAN İZGİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde, mevcut durumda kullanılan tüketiciye uzak merkezi ve yüksek kapasiteli enerji santrallerinin aksine tüketiciye yakın kurulacak olan dağınık mikro enerji santralleri ile iletim ve dağıtım kayıplarının düşük seviyelere çekilmesi hedeflenmektedir. Hızla gelişmekte olan teknolojiye paralel olarak tüketicinin hem enerji tüketicisi hem de enerji üreticisi olabileceği çalışmalar yapılmaktadır. Akıllı şebekeler olarak yapılan bu çalışmalarda ve enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesinde rüzgâr ve güneş sistemleri büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada, tüketici bölgesinde tesis edilmesi planlanan mikro ölçekli rüzgar ve güneş hibrit enerji sisteminin maliyet bakımından optimal dizaynını belirleme amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik iki farklı yöntem kullanılmıştır. Her iki yöntem içinde, tanımlanan tüketicinin bulunduğu bölgenin bir yıllık saatlik rüzgar hızı, sıcaklık ve güneş radyasyonu verileri kullanılarak; seçilen rüzgar türbini, güneş paneli ve batarya parametrelerine göre hibrit sistemin optimum tasarımını elde edilmesi sağlanmıştır. Çalışmada İstanbul Samandıra bölgesinde talep edilen bir aydınlatma yükü için tesis edilmesi düşünülen rüzgar ve güneş hibrit sisteminin, matematiksel modellerden  (rüzgâr türbini, güneş paneli ve batarya) yararlanılarak bölgenin meteorolojik verilerine göre tüm kombinasyonların (NPVP= Parelel bağlı PV modül serisi adeti, Nbp= Paralel bağlı akü serisi adeti) sonuçları MATLAB programında tanımlanan algoritma ile hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçların analizini yapabilmek için her (NPVP, Nbp) ikilileri için karşılanamayan enerjinin talep edilen enerjiye oranı olarak LPSP  (güç kaynağı kaybı olasılığı) değeri tanımlanmıştır. Birinci yöntemde, seçilen LPSP değerindeki (NPVP, Nbp) ikililerinin eğrileri (Trade-Off eğrileri) çizilmiştir. Sistemin maliyet denklemi oluşturularak denklemin doğrusu elde edilmiştir. Bu doğrunun, Trade – Off eğrisine teğet olduğu noktada optimum dizayn olan (NPVP, Nbp) ikilisi bulunmuştur. İkinci yöntemde; algoritmadan elde edilen sonuçlar incelenerek giriş değişkenleri LPSP ve fiyat, çıkış değişkenleri NPVP, Nbp olacak şekilde MATLAB ortamında bulanık mantık kuralları yazılarak istenen LPSP değerinde panel ve batarya fiyat durumuna göre optimum (NPVP, Nbp) ikilisi bulunmuştur. Farklı LPSP değerleri için bulunan optimum ikililerin aylara göre karşılaştırmaları yapılarak detaylı sonuçları tablolarda belirtilmiştir.

Abstract:
Nowadays, energy transmissions' and distributions' losses are aimed to be decreased by establishing micro power plant which will be close to the power consumers instead of current power plants which have high capacity and are faraway from power consumers. Paralel to rapidly evolving technology, studies are been making to be able to be both power consumer and producer for power consumers. The wind and solar systems are of great important for these studies -which are called 'Smart Grid'- and diversification of resources. In this study, the purpose is defining the optimum design of wind and solar energy hybrid system which is planned to establish at area of power cosumer. Two different methods are used to reach optimum design. For two methods, according to wind turbine, solar panel and battery parameters, optimal design is achieved by using one-year wind speed, temperature and solar irridation datas of the location where the power consumer is at. In this study, all combinatios result of  NPVP and Nbp were calculated by algorithm with using mathematical models of wind turbine, solar panel and battery in MATLAB program for  the lighting load which will be established at Samandıra in Istanbul. LPSP (loss of power supply robability) is defined as ratio of unresponsive energy to requested energy for each pairs of (NPVP, Nbp) to analyze results. First method, the curves ( Trade – Off curves) of pairs (NPVP, Nbp) for selected LPSP value are plotted. The line of cost equation of system is obtained. The pair (NPVP, Nbp) -which is optimum design- is found at the point where the line is tangent to the curve. Second method, LPSP and cost are defined as input variables. Also NPVP and Nbp are defined as output variables. Then the results of the algorithm are examined and the rules are written in MATLAB Fuzzy Logic Tool Box. As a result, the optimum (NPVP, Nbp) pair is found for the desired LPSP and costs. Finally, comparisons of various LPSP values are done and the detailed results are given in the table.