Rüzgâr ve akıntı enerjisinden oluşan hibrit güç üretim sisteminde akıllı enerji yönetimi
Smart energy management in hybrid power production system consisting of wind and flow energy
Yazar: YAĞMUR KIRÇİÇEK AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÖZKAYMAK
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Yenilenebilir Enerji Kaynakları'nın (YEK) önemi giderek artmakta ve enerji talebindeki payı giderek genişlemektedir. Deniz, üzerinde rüzgâr enerjisi, yüzeyinde dalga enerjisi ve altında akıntı ve gelgit enerjisi bulunan doğal bir enerji kaynağıdır. Bu tez çalışmasında, açık deniz rüzgâr ve yüzeysel akıntı enerjisinden yararlanmak üzere yüksek potansiyelli bir güç üretim sistem prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece açık deniz rüzgâr ve akıntı enerjisi kullanılarak Hibrit Güç Üretim Sistemi (HGÜS) kurulmuştur. Deniz ve okyanus enerji çeşidi de diğer YEK'ı gibi kendine özgü güç üretim karakteristiği bulunmaktadır. Doğası gereği bu güç üretimi zamana bağlı olarak süreklilik ve kararlılık arz etmemektedir. Ayrıca YEK'in doğası gereği kesintili ve kararsız olan bu enerji çeşitlerinin sürekliliğini sağlamak için enerji depolama birimine ihtiyaç vardır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan batarya teknolojileri yüksek enerji yoğunluğuna sahipken düşük güç yoğunlukları mevcuttur. Yüksek güç yoğunluğunu ise ultrakapasitör enerji depolama teknolojisi sağlamaktadır. Böylece iki depolama birimi ile hibrit bir enerji depolama birimi oluşturulmaktadır. Tez kapsamında HGÜS'e batarya ve ultrakapasitörden oluşan Hibrit Enerji Depolama Sistemi (HEDS) eklemiştir. Bu tezin amacı; açık deniz rüzgâr ve akıntı enerjilerinden hibrit güç üretim sistemi oluşturmak, batarya ve ultrakapasitörden oluşan hibrit enerji depolama sistemini entegre etmek, akıllı enerji yönetim algoritmasıyla talep tarafındaki güç ihtiyacını sürekli olarak karşılamak ve kaliteli elektrik üretmektir.
Hibrit güç üretim sisteminde bulunan açık deniz rüzgâr enerjisi için Darrieus ve akıntı enerjisi için Savonius kanat tasarımı ve üretimi gerçekletirilmiştir. Hibrit sistemin ilk olarak Matlab/Simulink ile simülasyon daha sonra deneysel çalışmaları yapılmıştır ve sonuçlar tezde ayrıntılı olarak verilmiştir. Tez çalışması kapsamında elde edilen sonuçlarla, YEK'in kesintili yapısı enerji depolama birimleriyle kompanze edildiğini gösterilmiştir. Böylece talep tarafındaki enerji ihtiyacı sürekli ve kesintisiz olarak sağlandığı sonuçlarla birlikte gösterilmiştir.

Abstract:
The importance of Renewable Energy Resources (RES) is gradually increasing and its share in energy demand is expanding. It is a natural energy source with wind energy on the over, wave energy on the surface and current and tidal energy under in the sea. In this thesis, a high potential power generation system prototype has been produced to take advantage of offshore wind and marine current energy. Thus, Hybrid Power Generation System (HPGS) was establishing using offshore wind and marine current energy. The sea and ocean energy types have their own unique power generation characteristics like the other RES. By its nature, this power generation does not show continuity and determination depending on time. In addition, an energy storage unit is needed to ensure the continuity of these energy types, which are intermittent and unstable due to the nature of RES. Battery technologies that are widely used today have high energy density while low power density. The high power density provides ultracapacitor energy storage technology. Thus, a hybrid energy storage unit is created with two storage units. Within the scope of the thesis, Hybrid Energy Storage System (HESS) consisting of battery and ultracapacitor was adding to HPGS. The purpose of this thesis is to create a hybrid power generation system from offshore wind and marine current energies, to integrate the hybrid energy storage system consisting of battery and ultracapacitor, to meet the load power on the demand side with the smart energy management algorithm and to produce quality electricity.
Darrieus blade for offshore wind energy and Savonius blade for marine current energy were designed and manufactured in the hybrid power generation system. Simulation of the hybrid system first with Matlab/Simulink and then experimental studies were done and the results are given in detail in the thesis. With the results obtained within the scope of the thesis, RES's intermittent structure has been show to be compensated by energy storage units. Thus, it has been show with the results that the energy on the demand side is provided continuously and uninterruptedly.