Rüzgâr enerjisi- pompaj depolamalı hidrolik hibrit güç sisteminin tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of a wind-pumped hydro hybrid power system
Yazar: MEHMET NUMAN KAYA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FARUK KÖSE
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Günümüzde, fosil yakıtlarının günden günde tükenmesi ve hava kirliliğine sebep olan gaz emisyon artışlarının neden olduğu iklim sorunlarının artması nedeni ile yenilenebilir enerji kaynakları ön plana çıkmıştır. Ancak, yenilenebilir enerji kaynakları ile enerji üretiminin hava şartlarına bağlı olması depolama ihtiyacına neden olmuştur. Yığın enerji depolama alanında üç önemli sistem bulunmaktadır. Bunlar Pompaj depolamalı hidroelektrik santraller (PHES), hava sıkıştırmalı enerji depolama santralleri ve batarya depolama sistemleridir. PHES'ler yüksek verimlilikleri ve yüksek depolama kapasiteleri nedeniyle ön plana çıkmaktadırlar.Bu çalışmada örnek uygulama bölgesi olarak, Konya, Çumra'da bulunan Alibeyhüyüğü Sulama Kooparatifine bağlı sulama pompalarının enerjisini karşılamak amaçlanmıştır. Bunun için rüzgâr enerjisi-Pompaj depolamalı hidroelektrik hibrit güç sistemi tasarımı ve analizleri yapılmıştır. Yapılan çalışmada, öncelikle Alibeyhüyüğü Sulama Kooperatifinden sağlanan son yıllarda ölçümü yapılmış rüzgâr verilerinden yararlanılarak, değişik türbinlere göre WAsP ve ALWIN programlarıyla elektrik enerjisi üretim analizleri yapılmıştır. Eksik olan rüzgâr verilerinin MATLAB programı yardımıyla yapay sinir ağları ile tahmini yapılmıştır. TRNSYS programı ile seçilen rüzgâr türbini için saatlik bazda elektrik üretim sonuçları alınmıştır. Daha sonra PHES tasarımına geçilmiş, rüzgâr türbinlerinin yakınında yer seçimi yapılarak tasarlanmış sistem ve optimum parametreler belirlenerek tasarlanmış sistem olarak iki adet PHES sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan Rüzgâr enerjisi- PHES entegre sistemlerinin çalışması için günlük olarak en fazla getiriyi sağlayabilecek algoritma çizilmiş ve buna uygun olarak Delphi 7 ile bir simülasyon programı yazılmıştır. Optimum parametrelere sahip sistemin tasarımında, yapılan programlamaya göre minimum geri ödeme süresini veren parametrelerin bulunmasına çalışılmıştır. Optimum parametrelerin belirlenmesi için de PHES parametrelerini otomatik olarak değiştiren ve sistem için yapılan programlamaya uyarlayıp sonuçları gösteren bir program yazılmıştır. Her iki sisteminde simülasyonu yapılmış, son bölümde ise ekonomik analiz yapılmıştır. Buna göre, hibrit sistem ile önemli ölçüde yıllık getiri sağlanabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Renewable energy sources are popular in nowadays because of the limitation of fossil fuels and the effects of air pollutants on the climate. However, the dependency of renewable energy sources to the weather conditions caused to requirement of energy storage systems. Pumped-hydro, compressed air and battery energy storage systems are the bulk energy storage systems to store renewable energy. Pumped-hydro energy storage (PHES) systems are a step ahead among other bulk energy storage methods because they are more efficient and they have higher storage capacities.In this study, wind-pumped hydro hybrid power system is designed and analyzed to meet the energy demand of the irrigation water pumps of Alibeyhüyügü Irrigation Cooperation, which is located in in Çumra, Konya. Initially, annual energy production amounts of five different wind turbines have been analyzed with WaSP and ALWIN programs by using wind speed data measured before. Missing wind speed data have been forecasted with MATLAB with artificial neural network (ANN). Hourly energy production data of the selected wind turbine has been obtained by means of TRNSYS program. After that two different Pumped storage hydroelectric plant (PSHP) systems, which are near wind turbines site selected system and optimum parameters determined system, have been designed. An operation algorithm that ensures maximum daily income is developed and a simulation program is written with Delphi 7 program in order to simulate systems. Another program that changes the PSHP parameters automatically and shows the results is written in order to obtain optimum PSHP parameters, which are PSHP hydro pump power, PSHP hydro turbine and PSHP upper storage capacity. Both systems are simulated and economic analysis was performed in the final section.