Güç sistemlerinde enerji yönetimi analizi ve uygulaması
Energy management analysis and applications in power systems
Yazar: ZAFER ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. SALİH TOSUN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Enerji yönetimi = Energy management ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güç akışı = Power flow ; Güç sistemleri = Power systems ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ve artan tüketici talebi neticesinde elektrik ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Bu artış ile birlikte üretim kaynaklarına olan gereksinim büyümektedir. Yeraltı kaynakların sınırlı olması, fosil kaynakların çevreye verdiği zararlar, enerji yakıt maliyetindeki artışlar ve taşınmasındaki zorluklar neticesinde bu kaynaklarının kullanımının azaltılması ve burada oluşan boşluğu yenilenebilir enerji kaynakları ile doldurulması gerekmektedir. Bu nedenle hem fosil kaynakların hem de yenilenebilir enerji kaynaklarının birlikte ve verimli şekilde kullanılması oldukça önem taşımaktadır. 

Bu tez çalışmasında karaya yakın bir ada grubu için yüksek yenilenebilir enerji kaynaklı bir hibrit güç sisteminin teknik, ekonomik ve çevresel uygulanabilirliği incelenerek optimal hibrit bir model değerlendirilmiştir. Ada bölgesinin konum bilgileri ışığında bölgedeki solar radyasyon ve rüzgâr hızı verileri analiz edilmiş ve bu analizler neticesinde sistem boyutlandırmasında rüzgâr türbinlerinin daha da ön plana çıktığı görülmüştür. Bölgedeki hibrit güç sisteminin modellenmesinde, Amerikan Ulusal Yenilebilir Enerji Laboratuvarında geliştirilmiş ve güvenilirliğini kanıtlamış olan HOMER PRO yazılımı kullanılmıştır. Optimizasyon sonuçları özellikle yük profili, yenilenebilir enerji kaynaklı santrallerin başlangıç maliyetleri ve teşvik paketlerinin kapsamının yüksek yenilenebilir enerji kaynaklı çözümlerin boyutunu belirlediği görülmüştür. Oluşturulan farklı penetrasyonlu senaryolarda %0-%20-%40 şebeke güç kısıtlarına bağlı olarak optimal yenilenebilir enerji sistemlerin %75-300 arasında penetrasyonlarının değiştiği belirlenmiştir. Belirlenen bu optimal senaryoların adalara optimal dağılım tahminleri Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması – Pandapower Güç Akış Çözümleyicisi yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen oranlar neticesinde farklı senaryolar altında her bir adaya yenilenebilir enerji dağılımları yapılmıştır. Her bir adanın optimal yenilenebilir enerji üretimlerinin, şebeke alış/satış durumlarının ve saatlik maliyet değişimlerinin analizleri Gurobi optimizasyon çözücüsü ile gerçekleştirilmiştir. Son bölümde ise belirlenen senaryolara dizel generatör ve üç farklı enerji depolama sistemleri dahil edilerek teknik, ekonomik ve çevresel analizler yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar yük profili, şebeke güç kısıtları ve teşvik paketlerine bağlı olarak şebeke altyapısı olan ada veya ada gruplarının enerjiye ihtiyacının yüksek yenilenebilir enerji sistemli enerji üretimi ile teknik, ekonomik ve çevresel hedefler ile uyumlu uygulanabilir çözümler üretebileceğini göstermiştir.

Abstract:
The need for electricity is increasing day by day as a result of the development of technology and increasing consumer demand. With this increase, the need for production resources is growing. As a result of the limited underground resources, the damage of fossil resources to the environment, the increase in the cost of energy fuel and the difficulties in transportation, the use of these resources should be reduced and the gap created here should be filled with renewable energy resources. For this reason, it is very important to use both fossil resources and renewable energy resources together and efficiently.

In this thesis, an optimal hybrid model was evaluated by examining the technical, economic and environmental feasibility of a high renewable energy source hybrid power system for an island group close to the land. In the light of the location information of the island region, the solar radiation and wind speed data in the region were analyzed and as a result of these analyzes, it was seen that the wind turbines came to the fore even more in system sizing. HOMER PRO software, which was developed in the American National Renewable Energy Laboratory and proved its reliability, was used in modeling the hybrid power system in the region. It has been observed that the optimization results, especially the load profile, the initial costs of renewable energy power plants, and the scope of incentive packages determine the size of high renewable energy solutions. It has been determined that the penetrations of optimal renewable energy systems vary between 75-300% depending on the grid power constraints of 0%-20%-40% in the scenarios with different penetrations created. The optimal distribution estimations of these determined optimal scenarios to the islands were made using the Particle Swarm Optimization (PSO) Algorithm – Pandapower Power Flow Analyzer method. As a result of the obtained rates, renewable energy distributions were made to each island under different scenarios. The analyzes of optimal renewable energy generation, network buying/selling status and hourly cost changes of each island were performed with Gurobi optimization solver. Finally, the diesel generator and three different energy storage systems were included in the determined scenarios, technical, economic and environmental analyzes were made and the results were compared. The results show that, depending on the load profile, grid power constraints and incentive packages, the energy needs of the island or island groups with grid infrastructure can produce viable solutions that are compatible with technical, economic and environmental targets with high renewable energy system energy production.