Dağıtık enerji üretim sistemleri için enerji depolama sistem tasarımı, planlanması ve uygulaması
Energy storage system design, planning and implementation for distributed generation systems
Yazar: MEHMET BOLAT
Danışman: DOÇ. DR. CENK YAVUZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, hidrojen üretimini hızlandırmak için HCl destekli Kalay (Sn) ile Mısır Sapı işlenerek sentezlenen Mısır sapı-HCl-Kalay katalizörünün, aynı zamanda elektriği depolamak amacıyla aktif bir süper kapasitör malzemesi olacak şekilde çift görevli bir enerji destek birimi gibi kullanılması planlanmıştır. Üretilen prototiplerin galvanostatik şarj/deşarj (GCD), Döngüsel voltametri (CV) ve empedans spektroskopisi (EIS) eğrileri gibi elektrokimyasal bulgular sonucunda yapılan karşılaştırmalarda literatürdeki süper kapasitör eğrilerine büyük ölçüde benzediği, dikkate değer bir kapasitif değere sahip olduğu (146,253 F/g) ve literatürdeki katalizörlerde olduğu gibi katalizör etkisi göstererek hidrojen üretimini hızlandırdığı tespit edilmiştir. Tüm bu bilgiler ışığında, dağıtık üretim sistemlerini içeren şebekelerde enerji ihtiyacının anlık olarak tepe yaptığı durumlarda, yine PV sistemler gece üretim dışı kaldığında, tahmin edilemeyen bulutlanma ve meteorolojik koşullarda bu çift fonksiyonlu malzemeden üretilen prototip hibrit enerji destek kaynağı, şebekeden bağımsız sistemlerde yakıt pili (YP)/batarya depolama sistemlerinin tasarımında kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Gerekli enerji miktarını sağlamak amacıyla üretilen prototip yığın şeklinde seri ve paralel bağlanarak geniş kapasiteli hibrit bir enerji kaynağı tasarlanmıştır. Tasarlanan bu enerji kaynağı Siirt ilinde Alkumru hidroelektrik santrali ve üzerinde 50 MW hidro-solar güneş enerji santrali ile yeni çift işlevli malzemeden tasarlanan süper kapasitör ve yakıt pillerini içeren hibrit bir enerji depolama sistemiyle birlikte bir mikro şebekede HOMER Pro yazılımı kullanılarak benzetimi gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda, önerilen hibrit kombinasyonun, mevcut seçeneğe (0,139 $/kWh, 983M $) kıyasla nispeten düşük enerji birim maliyeti (EBM), (0,138 $/kWh) ve net bugünkü değer (NBD), (984M $) nedeniyle tekno-ekonomik olarak daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır. İncelenen iki güç sistem konfigürasyonunda tasarlanan YP'nin SC ile birlikte bulunduğu sistemde oluşan güç talebinin bir miktarının YP ile karşılandığı böylelikle olası güç kesintilerinin engellendiği bir tasarım ortaya konulmuştur. Ayrıca YP nin güç konfigürasyonunda olmaması durumunda SC içeren güç sisteminin işletme ve bakım maliyetlerinin arttığı analizler ile ortaya konulmuştur.

Abstract:
In this study, it is planned to use the Corn Stalk-HCl-Tin catalyst, which is synthesized by treating HCl-supported Tin (Sn) with Corn Stalk to accelerate hydrogen production, as a dual-functional energy support unit, as an active supercapacitor material to store electricity at the same time. In the comparisons made as a result of electrochemical findings of the produced prototypes such as galvanostatic charge/discharge (GCD), Cyclic voltammetry (CV) and impedance spectroscopy (EIS) curves, it was found that they were largely similar to the supercapacitor curves in the literature, had a remarkable capacitive value (146.253 F/g) and it has been determined that it accelerates hydrogen production by showing a catalyst effect as in the catalysts literature. In the light of all this information, the produced prototype hybrid energy support system from this dual-functional material is used as fuel cell/battery under unpredictable clouding and meteorological conditions, when the energy demand peaks instantaneously in the grids containing distributed generation systems or when the power supply is out of production at night in systems containing PV. It is intended to be used in the design of storage systems. In order to provide the required amount of energy, a large-capacity hybrid energy storage system was designed by connecting serial and parallel in the form of prototype stacks. This designed energy source has been simulated in a microgrid with the Alkumru hydroelectric power plant and a 50 MW hydro-solar solar power plant in Siirt province, together with a hybrid energy storage system including super capacitor and fuel cells designed from new dual-function material, in a microgrid with HOMER Pro software. As a result of the analysis, the proposed hybrid combination is techno-economic due to its relatively low energy unit cost (COE), ($0.138/kWh) and net present value (NPC), ($984M) compared to the other option (0.139$/kWh, 983M$) was found to be more appropriate. The annual total energy productions for the two system designs are considered on the basis of system components. In the two power system configurations, a design has been put forward in which a part of the power demand in the system where the FC is located together with the SC is met by the FC, thus preventing possible power cuts. In addition, it has been demonstrated by the analyzes that the operation and maintenance costs of the power system containing SC increase in the absence of FC in the power configuration.