Türkiye'deki bir hane için tüm enerji ihtiyaçlarını karşılayabilecek sıfır emisyonlu şebekeden bağımsız hibrit enerji sisteminin uygulanabilirlik çalışması
Feasibility study of an off-grid hybrid energy system with zero emissions to meet all energy demands of a household in Turkey
Yazar: GİRAY BATURAY ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. SUNAY TÜRKDOĞAN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik üretimindeki fosil yakıt kullanımı nedeniyle atmosfere yayılan sera gazları, küresel ısınmaya sebep olarak, çevresel zararlara yol açmaktadır. Ayrıca, fosil yakıtların tükenmekte olan kaynaklar olması, bu kaynakların enerji ihtiyaçlarını karşılama açısından sürdürülebilir bir çözüm olmadığını göstermektedir. Bu nedenle birçok ülke, yenilenebilir enerji sistemlerine (YES) yönelmektedir. Türkiye'de de YES'e verilen önem, her geçen gün artmaktadır. Ayrıca, Türkiye, imzaladığı Paris İklim Antlaşması gereği, atmosfere yaydığı sera gazı miktarını azaltma taahhüdünde bulunmuştur. Türkiye'nin YES'e yönelmesindeki diğer bir neden de elektrikte dışa bağımlılığın önüne geçmektir. Enerji sektörü dışında, fosil yakıt kullanımının fazla olduğu bir diğer sektör de ulaşım sektörüdür. Bu nedenle son yıllarda, geleneksel taşıtlar yerine, elektrikli taşıtlar tercih edilmeye başlanmıştır. Tüm bu nedenler, atmosfere sera gazı yaymayan YES'in ve çevre dostu olan elektrikli taşıtların önemini her geçen gün artırmaktadır. YES'lerde enerji kaynağı olarak güneş, rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) kullanılmaktadır. Bu kaynakların dezavantajları, sürekli enerji üretememeleridir. Bu sorunun üstesinden gelmek için, birden fazla YEK ve depolama ünitesi içeren hibrit enerji sistemleri kullanılmaktadır. 
Bu çalışma, Marmara Bölgesi'nde yer alan Yalova ilindeki müstakil bir evde yaşayan 4 kişilik bir ailenin gerçek enerji tüketim verilerini temel alarak yapılmıştır. Bu ailenin, elektrik ve termal yük taleplerini, sıfır emisyonlu, şebekeden bağımsız bir hibrit enerji sistemi (HES) ile karşılamasının teknik ve ekonomik açıdan uygunluğu, HOMER programı kullanılarak araştırılmıştır. Enerji kaynağı olarak rüzgâr ve güneş enerjisi tercih edilmiştir. Çalışma ilk olarak, sadece elektrik yüklerinin dikkate alındığı bir senaryo için yapılmıştır. Elektrik yükü olarak, ev içindeki elektrik tüketimi ile ailenin kullandığı varsayılan bir elektrikli taşıtın şarj olması için gereken enerji miktarı, hesaba katılmıştır. Elektrikli taşıtın günlük ve haftalık şarj edildiği iki farklı senaryo incelenmiş ve taşıtın günlük şarj edilmesinin maliyet açısından daha avantajlı olduğu sonucuna varılmıştır. Bu senaryo için önerilen en uygun maliyetli sistemin net şimdiki fiyatı 29.813 $ olarak bulunmuştur. Daha sonra, termal yük talebi de dikkate alınarak, termal yük talebinin üç farklı şekilde karşılandığı üç farklı senaryo dikkate alınarak çalışma tekrarlanmış ve sonuçlar karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Çalışma sonucunda, sadece elektrik yük taleplerinin sıfır emisyonlu bir sistemle karşılanabileceği, ancak termal yük talebinin sıfır emisyonlu bir HES ile karşılanmasının teknik ve ekonomik açıdan uygun olmayacağı sonucuna varılmıştır. Ayrıca çalışmada, Sketchup, Skelion ve PVGIS kullanılarak, önerilen en uygun maliyetli sistem için solar sistem analizi gerçekleştirilmiştir. Çalışma, Türkiye'deki her coğrafi bölgeden seçilen bir il için, sadece elektrik yüklerinin dikkate alındığı senaryo ile tekrarlanmış ve sonuçlar karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Çalışma sonucunda, en düşük net şimdiki fiyata sahip olan ilin İzmir (22.378 $) olduğu, en yüksek net şimdiki fiyat değerinin ise Yalova ilinde kaydedildiği belirlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, Elektrikli araçlar, Hibrit enerji sistemleri, 
Sıfır emisyon, Sürdürülebilir enerji

Abstract:
Due to the emission of greenhouse gases into the atmosphere resulting from the use of fossil fuels in electricity generation, environmental damages are incurred, contributing to global warming. Additionally, the depletion of fossil fuels as finite resources indicates that they are not a sustainable solution for meeting energy needs. Consequently, many countries are increasingly shifting towards renewable energy systems (RES). The significance attributed to RES in Turkey is on the rise, aligning with its commitment under the Paris Climate Agreement to reduce greenhouse gas emissions. Another motivation for Turkey's focus on RES is to mitigate dependency on external sources for electricity. Beyond the energy sector, another sector characterized by excessive fossil fuel usage is transportation and in recent years, electric vehicles have been favored over traditional modes of transportation. All these reasons highlight the growing importance of emissions-free RES and environmentally friendly electric vehicles. RES utilize renewable energy sources such as solar and wind energy. However, these sources have the disadvantage of being intermittent by nature. To overcome this challenge, hybrid energy systems incorporating multiple RES and storage units are employed.
This study utilizes the HOMER program to investigate the technical and economic feasibility of meeting the electricity and thermal load demands of a four-person household residing in a detached house in the Yalova province of the Marmara Region with a zero-emission Hybrid Energy System (HES). Wind and solar energy are chosen as energy sources. Initially, the study is conducted for a scenario considering only electrical loads. The electricity load includes the household's electrical consumption and the energy required to charge an assumed electric vehicle used by the family. Two different scenarios of daily and weekly charging for the electric vehicle are examined, concluding that daily charging is more cost-effective. The net present cost of the proposed most cost-effective system for this scenario is found to be $29,813. Subsequently, considering thermal load demands, the study is repeated with three scenarios addressing thermal load demand in different ways. The results are compared and analyzed. The study concludes that while the electricity load demands can be met with zero-emission systems, meeting thermal load with a zero-emission HES is not technically and economically feasible. Additionally, solar system analysis is conducted for the proposed most-effective system using Sketchup, Skelion and PVGIS. 
The study is repeated for a selected province from each geographical region in Turkey, focusing on scenarios considering only electrical loads, and the results are compared and analyzed. The study identifies that İzmir has the lowest net present cost at $22,378, while Yalova records the highest net present cost value.

Keywords: Renewable energy, Electric vehicles, Hybrid energy systems, Zero emissions, Sustainable energy