Balıkesir Manyas ilçesinde bir mahallin enerji ihtiyacının şebekeden bağımsız hibrit sistemle karşılanması : Enerji ve ekonomik analizleri
Meeting the energy needs of a location in Balikesir Manyas district with a grid-independent hybrid system: Energy and economic analysis
Yazar: EREN ADIGÜZEL
Danışman: PROF. DR. FİKRET YÜKSEL
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde elektrik enerjisi talebi, artan nüfusla doğru orantılı olarak gün geçtikçe artmaktadır. Elektrik enerjisi talebinin büyük bir çoğunluğu halen fosil kaynaklardan sağlanmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının tükenebilir olmaları, kullanılması sonucu açığa çıkan yüksek emisyon sebebiyle çevreye ve insan sağlığına karşı olumsuz etkileri, tabiat olaylarına negatif etkileri ve farklı krizler nedeniyle bazı zamanlarda temin edilmesinde yaşanılan sorunları nedeniyle; yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yönelme isteğini ciddi miktarda arttırmıştır. Özellikle sürekli olarak artan elektrik enerjisi talebine bağlı olarak 20.Yüzyılın son çeyreğinden başlayan bu artış önemli bir ivme kazanmıştır.
Yenilenebilir enerji kaynakları emisyon miktarının düşük olması sebebiyle daha çevreci olması, tükenebilir olmaması ve ithal olarak temin edilmesine gerek duyulmaması gibi avantajlara sahiptir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının birlikte kullanımı ile kurulacak sistemler daha verimli olabilmektedir. Güneş paneli günün belli saatlerinde elektrik enerji üreteceği için aslında kesintili bir enerji sunmuş olur. Buna karşın güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi ile birlikte çalıştığında sistem günün her saatinde elektrik üretebilecektir. Enerji kaynaklarının birlikte kullanımı ile oluşturulan sistem olarak adlandırılan hibrit enerji sistemleri, yenilenebilir enerji kaynaklarında gittikçe artan önemin bir neticesi ve şebeke bağlantılı sistemden uzak bölgelerde bulunan mahalleri besleyebilmenin bir çaresi olarak ortaya çıkmışlardır. Yenilenebilir enerji kaynakları sistemlerinde gerek ilk yatırım masrafının fazla olması gerekse sürekli aynı ihtiyaçta enerji üretimi temin edilememesi nedeniyle maliyet etkili bir şekilde kullanılamamaktadır. Enerji üretiminde sene boyunca ihtiyaç duyulan baz yüklerin yenilenebilir enerji kaynakları yardımıyla, pik yüklerin ise hem yenilenebilir hem de fosil yakıtların yardımıyla temin edilmesi makul maliyet ve devamlı üretim için en elverişli uygulamalardır.
Bu çalışmada HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) programı en uygun kombinasyonun bulunması için kullanılarak beş adet hibrit sistem modellenmiş, simülasyon ve optimizasyon süreçlerinden sonra değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmada Balıkesir Manyas bölgesi tercih edilmiştir. Marmara bölgesinde bulunan Balıkesir ili Çavuşköy (40.063583, 27.908583) lokasyonunda oluşturulacak olan dördüz binaların içerisinde yaşayacak 60 haneli 240 kişiden oluşan bir topluluğun, şebekeden bağımsız bir şekilde hem elektrik hem de termal yük gereksiniminin karşılanması için farklı hibrit enerji sistemlerin kurulumu tasarlanmıştır. HOMER programında modellenecek olan sistemler, ortalama 480 kWh/gün elektrik ve 170,95 kWh/gün termal yük ihtiyaçlarının karşılanması ve bunun için modellenecek olan enerji sistemlerinin üreteceği enerjinin birim değerinin mevcut değere yakın elde edilebilmesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan bu sistemler en optimum sistemin saptanabilmesi için çeşitli parametreler (jeneratör çalışma yükü, rüzgâr türbini kule yüksekliği vb.) değiştirilerek hassasiyet çözümlemeleri gerçekleştirilmiştir. Tüm bu çalışmalar nihayetinde şebekeden bağımsız şekilde modellenerek sistemlerden temin edilebilecek enerjinin birim maliyet fiyatının parametrelere bağlı olarak değişkenlik gösterdiği gözlemlenmiştir. Ardından gerçek hayata uyarlanabilmesi tartışılmış ve hane başı 380 $ ödeyerek hem elektrik hem de termal enerji ihtiyacının karşılanabileceği görülmüştür. Bu çalışma yenilenebilir enerji sahasında kurulabilecek enerji sistemlerine güzel bir örnek oluşturup özellikle ülke olarak bu konuda büyük bir potansiyelimizin olduğunu işaret etmekte ve başka araştırmacıların da bu konuda çalışma gerçekleştirmelerini cesaretlendirici nitelikte olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
In today's context, the demand for electrical energy is steadily increasing in proportion to the growing population. The majority of this demand is still met by fossil fuels. The depletion of fossil energy sources, the adverse environmental and health effects due to high emissions, negative impacts on natural events, and occasional procurement challenges have significantly heightened the desire to shift towards renewable energy sources. Particularly, since the last quarter of the 20th century, this shift has gained considerable momentum, driven by the continuously increasing demand for electrical energy.
Renewable energy sources offer advantages such as lower emissions, non-depletable nature, and reduced dependency on imports. The combined use of renewable energy sources in systems can enhance efficiency. For instance, while solar panels generate electricity during specific hours, combining solar and wind energy allows the system to produce electricity throughout the day. Hybrid energy systems, referred to as systems created by the combined use of energy sources, have emerged as a solution to meet the increasing importance of renewable energy sources and to supply remote areas away from grid-connected systems. However, the utilization of renewable energy sources in systems faces challenges, including high initial investment costs and the inability to consistently meet the same energy production needs. To address this, a cost-effective approach involves meeting the baseline energy needs throughout the year using renewable energy sources, while peak loads are supplied by both renewable and fossil fuels. This ensures reasonable costs and continuous production.
In this study, the HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) program was employed to model and simulate five hybrid systems. Following the simulation and optimization processes, the results were evaluated to determine the most suitable combination. The study focused on the Manyas region in Balıkesir, Turkey. In the study, different hybrid energy systems were established to meet the electrical and thermal load needs of a community of 240 people from 60 households, who will live in quadruplet buildings located in Çavuşköy (40.063583, 27.908583), Balıkesir province, in the Marmara region, independently of the grid. Technical and economic analyzes of the installed systems were carried out. The systems to be modeled in the HOMER program are designed to meet the average 480 kWh/day electricity and 170.95 kWh/day thermal load needs and to ensure that the unit value of the energy produced by the energy systems to be modeled is close to the current value Sensitivity analyzes were conducted by varying various parameters (generator operating load, wind turbine tower height, etc.) to determine the most optimum system. Finally, it has been observed that the unit cost of energy that can be obtained independently from the grid varies depending on the parameters when modeled separately from the systems. Then, its adaptability to real life was discussed and it was seen that both electricity and thermal energy needs could be met by paying $380 per household. This study serves as a valuable example for the establishment of energy systems in the field of renewable energy, indicating a significant potential for our country in this regard. It is considered encouraging for other researchers to conduct studies in this field.