Çatı üstü fotovoltaik üretim tesislerini içeren mikro şebekelerin kooperatif temelli olarak modellenmesi ve optimizasyonu
Cooperative modeling and optimization of microgrids including rooftop photovoltaic production facilities
Yazar: UĞUR KILIÇ
Danışman: DOÇ. DR. BEDRİ KEKEZOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ DURUSU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi = Solar energy

Özet:
Çatı üzeri fotovoltaik (PV) enerji sistemleri tabanlı mikro şebekeler tüketim noktasında üretimin gerçekleşmesi nedeniyle hızla yaygınlaşmaktadır. Arzın talep noktasına taşınması ile bu sistemlerde enerjinin son kullacıya ulaştırma maliyetleri azalmaktadır, talep yenilenebilir kaynaklar ile karşılanarak çevreye verilen zararlar minimuma indirilmektedir, toplumlar için enerji arz güvenliği sağlanmaktadır, enerjide dışa bağımlı ülkelerde dışa bağımlılık azalmaktadır. Bu nedenle bu sistemlere yönelim hızlanmıştır. Çatı üzeri sistemlerin avantajlarının yanında yayılımını engelleyen kısıtlar da mevcuttur. Bu kısıtların başında kurulum yapılabilecek çatı alanlarının yetersizliği gelmektedir. Bu nedenle kısıtlı olan bu alanları optimal sekilde kullanmak gerekmektedir. Elbette alanı optimize ederken ekonomik parametreler, yenilenebilir odaklılık ve talebin doğru Şekilde karşılanması dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada bu boyutlandırma sorununa çözüm önerisi geliştirilmiştir. Bu kapsamda 5 farklı tükeim noktasından alınan 1 yıllık gerçek tüketim değerleri ile mikro şebekeler oluşturulmuştur. Bu mikro şebekenin enerji talepleri çatı üzeri PV sistem ve hidro tabanlı depolama ünitesi kullanılarak karşılanmıştır. Kurulan bu sisteme yaşam boyu maliyet analizi yapılarak maliyet optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Minimum maliyet ile talebin tamamen yenilenebilir kaynaklardan karşılanması sağlanmıştır. Optimizasyon metodu olarak Parçacık Sürü Optimizasyonu tekniği kullanılmıştır. Optimizasyon Matlab ortamında gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda elde edilen optimizasyon sonuçları farklı durum çalışmalarında incelenerek sonuçlar elde edilmiştir. Önerilen sistemde kurulum yatırımları oluşturulan enerji kooperatifleri vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Böylelikle ilk yatırım maliyetinin yatırımcıya olan yükü azaltılarak kollektif, tamamen yenilenebilir, şebeke ile minimum alışveriş içerisinde olan mikro şebeke modeli sunulmuş ve maliyet minimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Talebi karşılayacak optimal boyutlandırma sonuç olarak sunulmaktadır.

Abstract:
Micro-grids based on rooftop photovoltaic energy systems are rapidly becoming widespread due to the fact that production takes place at the point of consumption. By moving the supply to the demand point, energy transmission costs are reduced in these systems, the demand is met with renewable resources, the damage to the environment is minimized, the supply security is ensured for the societies, and the energy dependency is reduced in countries dependent on conventional energy. For this reason, the orientation to these systems has accelerated. In addition to the advantages of rooftop systems, there are also constraints that prevent their spread. The first of these constraints is the inadequacy of the roof areas that can be installed. For this reason, it is necessary to use these limited areas in an optimal way. Of course, when optimizing the space, economic parameters, a focus on renewables and the right fulfillment of demand must be taken into account. In this study, a solution proposal has been developed for this sizing problem. In this context, microgrids were created with 1-year real consumption values taken from 5 different consumption points. The energy demands of this microgrid were met by using a rooftop PV system and hydro-based storage unit. And cost optimization was carried out by performing a lifetime cost analysis on this system. It has been ensured that the demand is met entirely from renewable resources with minimum cost. Particle Swarm Optimization technique was used as the optimization method. Optimization was carried out in Matlab Environment. The optimization results obtained in this context were examined in different case studies and the results were obtained. In the proposed system, installation investments were made through energy cooperatives. Thus, by reducing the burden of the initial investment cost on the investor, a collective, fully renewable, micro-grid model with minimum exchange with the grid was presented and cost minimization was realized. Optimal sizing to meet the demand is presented as a result.