Hibrit sistemlerin boyutlandırmasında veri çözünürlüğü etkisinin analizi

Abstract

Bu çalışma için Türkiye?de şebekeye bağlı pilot bir evin enerji tüketim değerleri incelenmiş ve benzer kaynak potansiyeline sahip bir bölgenin güneş ışınım ve rüzgar hızı verileriyle şebekeden bağımsız hibrit bir sistem dizaynı yapılmıştır. Talep ve kaynak verileri 1 dakikalık ortalamalar halinde ölçülmüş olup daha sonra 5, 10, 15, 30, 60, 1440 dakikalık ortalamalara çevrilerek simülasyonlar her farklı senaryo için tekrarlanmıştır. Ayrıca geleneksel enerji üretim sistemleriyle kıyasla, yenilenebilir enerji sistemlerinden muhtelif karma teknolojilerin maliyet avantajları incelenerek eşik değerler araştırılmış, elektrik enerjisi üretiminde kullanılan rüzgâr ve güneş enerjisinin getirdiği pratik problemler için akü çözümleri (enerji aktarımı ve depolanması) incelenmiştir. Şebekeden bağımsız bir yapıda, akü teknolojisi kullanımı üzerinden yapının/yapıların yenilenebilir enerji kaynakları entegrasyonu ekonomik açıdan irdelenmiştir.Tasarım simülasyonu ve uygun konfigürasyonların hesaplanması için HOMER (NREL,US) yazılımı kullanılmıştır. Teknik ve ekonomik parametrelerin hesaplanabilmesi için teknoloji opsiyonları, bileşen maliyetleri ve kaynak uygunluğu girdilerini gerektiren bu yazılım, girilen değerleri kullanarak her bir konfigürasyon için net maliyetleri hesaplamakta ve uygun sistem kombinasyonlarını listelemektedir.Çalışmada, yenilenebilir kaynaklı enerjinin kullanılmasını hedefleyen ve ekonomik optimizasyonu ideal bir ailenin tüketim karakteristiğinde hitap edebilecek yapıda olması için İstanbul, Beylerbeyi'nde (Türkiye) müstakil bir ev seçilmiştir. Seçilen pilot eve dair teknik ve ekonomik ölçütler üzerinden, farklı veri çözünürlüğü senaryoları için en uygun sistem maliyetine sahip hibrit enerji sistemi tasarlanmıştır. Minimum maliyet hesaplarınırken, pilot evin bölgesine benzer herhangi bir bölgenin kaynak uygunluğuna ve pilot evin enerji ihtiyacına göre sistem boyutlandırılmıştır. Güvenilir enerji arzında maksimum kapasite hedeflenmiştir. Son kullanıcının şebekeden bağımsız sistem kullanımların da, gündelik yaşantılarını ve elektrik kullanımlarını etkileyecek herhangi bir değişikliğe yol açacak tasarım yapılmamıştır. Elde ettiğimiz sonuçlar incelendiğinde tüm hibrit yapılara baktığımızda, yenilenebilir kaynaklardan enerji üretim maliyeti, enerji depolama maliyeti açısından daha avantajlıdır. Sistem yapısı ve maliyetlerin analizinde, bileşen maliyetleri, işletme maliyetleri, yenileme maliyetleri ve sıfır kapasite yetersizlik oranı gibi girdiler baz alınmıştır. Önceki yılları incelediğimizde modellemesi yapılan hibrit sistemin yüksek maliyetle enerji ürettiği görülürken, günümüzde bileşen maliyetlerindeki azalmanın da katkısıyla bu modelin mevcut enerji üretim sistemleriyle rekabet edebilir olduğu görülmüştür. Enerji depolaması alanında yapılacak verimlilik arttırıcı ve maliyet azaltıcı her yenilik, hibrit sistemlerin yaşantımıza entegrasyonunu hızlandıracak ve rekabet edilemez bir konuma getirecektir. Önümüzdeki yıllarda bu tür şebekeden bağımsız hibrit sistemlerin yaygınlaşmasıyla yaşanacak potansiyel dizayn hatalarının önüne geçmek için yapılması gereken en önemli konulardan biri veri çözünürlüğünün sisteme olan etkisini hesaplamaktır. Gerek kaynak, gerekse de talep tarafındaki verilerin çözünürlüğünün artmasıyla sistem ihtiyaçlarını daha kesintisiz karşıyalacak dizaynların yapılmasının mümkün olacağına bu çalışma ile ulaşılmıştır.

For this study, energy consumption values of a grid connected house were explored and a hybrid system independent from grid was designed together with solar irradiance and wind speed data. Demand and source data was measured in periods of 1 min averages and later they are converted to 5, 10, 15, 30, 60, 1440 minutes averages and the simulations were repeated for each different scenario. Also, compared to the conventional power generation systems, the cost advantages of various hybrid technologies among renewable power systems were investigated and battery solutions (energy transmission and storage) for practical problems caused by wind and solar power used in electricity production were explored. In a structure independent from the grid, the integration of the renewable energy resources in the buildings by using battery technology was examined in terms of economy. To calculate the design simulation and appropriate configuration, HOMER (NREL, US) software was used. This software which requires technology options, component costs and source availability inputs in order to calculate technical and economical parameters, calculates the net cost for each configuration by using the entered values and lists the appropriate system combinations.A stand-alone house in Beylerbeyi, Istanbul (Turkey) which uses renewable energy was selected to ensure that the economic optimization of the structure reflects the consumption characteristics of an ideal family. Using the technical and economic metrics of the pilot house, the hybrid system with most economic system cost was designed for different data resolution scenarios. During the calculation of minimum cost, the system was sized based on the availability of the resource in a region similar to the pilot house?s region and the energy needs of the pilot house. Maximum capacity is targeted in reliable energy supply. The design doesn?t alter the end user?s system usage independent of the grid, daily life and electricity consumption.Upon the analysis of the data we gathered, taking all hybrid structures in consideration energy production cost of the renewable resources are more advantageous in terms of energy storage costs. In the analysis of system structure and costs, the input values such as component costs, operating costs, replacement costs and zero capacity shortage ratios were based on. It was seen that the modeled hybrid system produced energy with high costs in the previous years, however thanks to the decrease in component costs today, it was seen that this model can compete with present energy production systems. Each innovation in the energy storage field which increase the efficiency and decrease the costs will speed up the integration of hybrid systems into our life and place them in an unbeatable position.In order to prevent potential design errors which will occur with the popularization of hybrid systems independent of the grid within the coming years, the most important thing to do is to figure the effect of data resolution on the system. It was understood with this study that, increasing the data resolution of both resource and demand data will ensure the creation of system designs which will meet the system requirements more continuously.