Doğal gaz, güneş ve rüzgâr hibrit enerji üretiminin teknoekonomik ve çevresel açıdan değerlendirilmesi: Ege Bölgesi için örnek uygulama
Technoeconomic and environmental evaluation of natural gas, solar and wind hybrid energy generation: Sample application for Aegean Region
Yazar: ASLI AVCI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT ÇOLAK
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Doğal gaz = Natural gas ; Ege bölgesi = Aegean region ; Güneş = Solar ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Optimizasyon = Optimization ; Rüzgar = Wind ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Dünya nüfusunun artması ve beraberinde gelen enerji ihtiyacının karşılanması için fosil yakıtlardan yararlanılması sonucunda sera gazı emisyonları artmıştır. Yakın zamanda tükenmek üzere olan fosil yakıtlardaki fiyat artışları dünya genelinde yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla tercih edilmesine yol açmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları sistemlerinde gerek kurulum maliyetlerinin yüksek olması gerekse sürekli aynı potansiyelde enerji üretimi sağlanamaması sebebiyle, maliyet etkin biçimde kullanılamamaktadır. Enerji üretiminde yıl boyunca ihtiyaç duyulan baz yüklerin yenilenebilir enerji kaynakları, pik yüklerin ise fosil yakıtlarla karşılanması uygun maliyet ve sürekli üretim için en elverişli uygulamalardır. Bu çalışmada HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) programı en uygun kombinasyonun bulunması için kullanılarak bir hibrit sistem modellenmiş, simülasyon ve optimizasyon süreçlerinden sonra değerlendirilmiştir. Örnek bir uygulama olarak Ege bölgesi Denizli ilinde kurulu gücü 12 MW olan doğal gazla çalışan kojenerasyon santralinin elektrik ve termal yük ihtiyacını karşıladığı tesis için bölgedeki rüzgâr ve güneş enerjisinin dahil edildiği hibrit sistem modellenerek, şebekenin dahil olduğu ve olmadığı sistemler için teknoekonomik ve çevresel analizleri yapılmıştır. Net şimdiki maliyet değeri, CO2 salımı değerlemeleri alınarak enerji kaynaklarının optimum kullanım oranlarıyla en uygun sistem tasarımı bulunmuştur. Şebekeye bağlı hibrit sistemde en iyi geri ödeme süresi 11,1 yıl ve en iyi net şimdiki maliyet 30,3 milyon dolar, güneş radyasyonunun 7,8kWh/m2, rüzgâr hızı 4,56 m/s olduğunda yakalanmıştır. Bu değerlerin uygulandığı simülasyonda en az CO2 emisyon değeri 8.480.163 kg/yıl elde edilmiştir. Şebekeden bağımsız olarak tasarlanan simülasyonda da aynı simülasyon değerlerinde net şimdiki maliyet 117 milyon dolarken geri ödeme süresi 8,13 yıl bulunmuştur. Geri ödeme süresi 5,6 bulunan diğer simülasyon analizinde net şimdiki maliyet artarak 135 milyon dolara çıkmıştır. Bu simülasyonda en az CO2 7.240.802 kg/yıl olmuştur.

Abstract:
As a result of the use of fossil fuels to meet the energy need that comes with the increase in the world population, greenhouse gas emissions have increased. The price increases in fossil fuels, which are about to be depleted in the near future, have led to more preference for renewable energy sources around the world. Renewable energy sources cannot be used in a cost-effective manner in systems due to the high installation costs and the inability to continuously produce energy at the same potential. Meeting the base loads needed throughout the year with renewable energy sources and peak loads with fossil fuels are the most convenient applications for cost-effective and continuous production. In this study, a hybrid system was modeled and evaluated after simulation and optimization processes by using the HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) program to find the most suitable combination. As an exemplary application, for the facility where a natural gas-fired cogeneration power plant with an installed power of 12 MW in Denizli province in the Aegean region meets the electrical and thermal load needs, a hybrid system in which wind and solar energy is included in the region is modeled, and for systems with or without the grid, techno-economic and environmental analyzes were made. By taking the net present cost value and CO2 emission valuations, the most appropriate system design with the optimum utilization rates of energy resources has been found. In the grid-connected hybrid system, the best payback period is 11.1 years and the best net present cost is 30.3 million dollars, solar radiation is 7.8kWh/m2 and wind speed is 4.56 m/s. The minimum CO2 emission value of 8.480.163 kg/year was obtained at these sensitivity values. In the simulation designed independently of the network, the net present cost was found to be 117 million dollars and the payback period was 8.13 years at the same sensitivity values. In the other sensitivity analysis, which had a payback period of 5.6, the net present cost increased to $135 million. In this simulation, the minimum CO2 was 7,240,802 kg/year.