Uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla yüzen fotovoltaik güç santrallerinin değerlendirilmesi: Demirköprü Barajı örneği
Evaluation of floating photovoltaic power plants with the help of remote sensing and geographic information systems: example of Demirköprü Dam
Yazar: OSMAN SALİH YILMAZ
Danışman: PROF. DR. FATİH GÜLGEN ; YRD. DOÇ. DR. ALİ MURAT ATEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Bu tez çalışmasında Demirköprü Barajı'na kurulacak olan Yüzen Fotovoltaik Güneş Enerji Santrali (YFV-GES) için uygun yerlerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Demirköprü Barajı kıyı çizgisinin belirlenmesi için, uzaktan algılama teknikleri ile kontrollü sınıflandırma da Rastgele Orman (RO) ve En Çok Benzerlik (EÇB) algoritmaları, kontrolsüz sınıflandırma da ise K-ortalamalar algoritması kullanılmıştır. Ayrıca su yüzeyi çıkarmada normalize fark su indeksi (Normalized Difference Water Index-NDWI) ve modifiye edilmiş normalize fark su indeksi (Modified Normalized Difference Water Index-MNDWI) kullanılmıştır. Arazide yapılan jeodezik ölçüler sayesinde Demirköprü Baraj yüzeyinin kıyı sınırının çıkarılmasında RO algoritması ve NDWI indeksinin kullanıldığı yaklaşımın diğer yaklaşımlara göre daha başarılı olduğu kanıtlanmıştır. Daha sonra, belirlenen algoritma ve su çıkarma indeksi kullanılarak "Google Earth Engine" platformunda Demirköprü Baraj yüzeyinin 20 yıllık değişimi izlenmiştir. Elde edilen sınıflandırma haritalarından minimum alanlar belirlenerek coğrafi bilgi sistemleri örtüştürme (overlay) analizi uygulanarak minimum alan 15.624.500 m2 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, 20 yıllık süreçte, baraj su seviyesinin düştüğü tarihlerde ortaya çıkan bazı küçük adacıkların konumları ve alanları tespit edilmiştir. Tespit edilen bu alanlar 9.100 m2 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada kullanılan yaklaşımlar ile elde edilen veriler dünya ölçeğinde gerçekleştirilen küresel su oluşumu ve dinamiklerinin izlenmesi çalışmasından çıkarılan Demirköprü Baraj verileri ile karşılaştırılmış ve sonuçların birbiriyle tutarlı olduğu saptanmıştır.  Ardından, Demirköprü Baraj yüzeyi için yıllık ve aylık güneş ışının değerleri solar analiz yapılarak hesaplanmıştır.  Demirköprü Barajı için yıllık ışınım değerleri minimum 1.553,96 kWh/m2 maksimum 1.875,25 kWh/m2 arasında değişmektedir. Bulunan yıllık bu veriler kullanılarak bölgenin piksel bazlı Bölgesel Teorik Kapasite Faktörü (BTKF) (Regional Theoretical Capacity Factor) değerleri hesaplanmıştır. Baraj yüzeyi BTKF değerlerine göre hiyerarşik olarak dört sınıfa ayrılmıştır. Bulunan minimum baraj yüzey alanı üzerinde solar analiz öncesi ve sonrası için ayrı ayrı YFV-GES kaplanması durumunda üretebileceği yıllık elektrik enerjisi miktarları sırasıyla 3.328,33 GWh ve 3.183,57 GWh hesaplanmıştır. Ayrıca baraj yüzeyinin tamamen YFV-GES ile kaplanmasında buharlaşmadan kaynaklı önleyeceği su miktarı 28.596.875 m3 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
This thesis, it is aimed to determine the appropriate region for the Floating Photovoltaic Solar Power Plant (FPV-SPP) system to be an installation in Demirköprü Dam. Random Forest (RF) and Maximum Likelihood Classification (MLC) algorithms were used in supervised classification with remote sensing techniques to determine the shoreline of Demirköprü Dam and K-Means algorithm was used in unsupervised classification. In addition, Normalized Difference Water Index (NDWI) and Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) were used for water surface extraction. Thanks to the geodetic survey made in the field, the approach using the RF algorithm and NDWI index in extracting the shoreline of the Demirköprü Dam surface has proved to be more successful than other approaches. Then, using the determined algorithm and water extraction index, the 20-year change of the Demirköprü Dam surface was monitored on the "Google Earth Engine" platform. By determining the minimum areas from the classification maps obtained, geographic information systems overlap analysis was applied and the minimum area was calculated as 15,624,500 m2.  In addition, the locations and areas of some small islets that emerged during the 20-years when the dam water level decrease was determined. These determined areas were calculated as 9.100 m2. The data obtained with the approaches used in this study were compared with the Demirköprü Dam data obtained from the global water occurrence and dynamics monitoring study carried out on a world scale, and the results were found to be consistent with each other. Then, annual and monthly solar radiation values for Demirköprü Dam surface were calculated by solar analysis. Annual radiation values for Demirköprü Dam vary between a minimum of 1.553.96 kWh/m2 and a maximum of 1.875.25 kWh/m2. Using the annual data found, the region's pixel-based Regional Theoretical Capacity Factor (RTCF) values were calculated. The dam surface is hierarchically divided into four classes according to RTCF values. Suppose FPV-SPP is covered separately for the solar analysis before and after the solar analysis on the minimum dam surface area found. In that case, the annual electrical energy amounts that can be produced are calculated as 3,328.33 GWh and 3,183.57 GWh, respectively. In addition, the amount of water to be prevented due to evaporation in completely covering the dam surface with FPV-SPP was calculated as 28,596,875 m3.