Değişken üretim ve değişken talep koşullarında akıllı şebekelerde enerji dengeleme

Abstract

Teknolojik ve sosyal gelişimle birlikte bireyin gündelik yaşamında enerjiye olan bağımlılığı artmıştır. Verimsiz enerji tüketiminin çevresel etkilerinin görülmeye başlanmış olması ve fosil yakıta dayalı enerji rezervlerinin azalması yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı dağıtık enerji üretimini zorunlu hale getirmiştir. Geleneksel enerji sisteminin bu ihtiyaçlara cevap vermekte yetersiz kaldığı görülmüş ve gelişen teknolojik imkânların kullanılması ile daha verimli, daha güvenli, daha yönetilebilir bir enerji şebekesinin kurulması amaçlanmıştır. Bu kapsamda yapılan disiplinler arası çalışmalar `Akıllı Şebekeler` başlığı altında toplanmaktadır. Pasif tüketicilerin, enerji üretimi ve paylaşımı yapabilen aktif kullanıcılara dönüşmesi hedeflemektedir. Akıllı şebeke paradigmasının, enerji sistemlerinin dijital çağını başlatması beklenmektedir.Bu tez çalışmasında, akıllı şebeke uygulamalarının en temel problemlerinden biri olan belirsiz üretim ve tüketim koşullarında enerji dengeleme problemine çözüm aranmıştır. Bu amaçla, hiyerarşik ağaç yapısına sahip akıllı şebeke mimarisinin teorik analizleri yapılmış, yüksek üretim ve tüketim belirsizliği durumunda ağaç mimarisine sahip şebekenin avantajları değerlendirilmiştir. Buna müteakip, ağaç yapısına sahip akıllı şebeke mimarisinde, dinamik fiyatlama ile kapalı çevrim üretim kontrolünün enerji dengelemesi sağlanabileceği gösterilmiştir. Kapalı çevrim akıllı şebeke enerji marketi yönetimi için simülasyon ortamı geliştirilmiş, dinamik üretim ve talep modelleri önerilmiş ve enerji dengeleme simülasyonları gerçekleştirilmiştir.Tez çalışması, hiyerarşik ağaç mimarisine sahip enerji şebekesinin değişken üretim ve tüketim koşulları için yönetim kolaylığı sağladığını ve bu koşullarda uygulanabilecek kapalı çevrim dinamik enerji fiyatlandırmasının enerji dengeleme problemine çözüm olabileceğini göstermiştir.

Due to technological and social developments, energy dependence of people increased in daily life. Observing negative effects of inefficient energy consumption on environment and running out of fossil based energy resources made distributed energy generation based on renewable sources mandatory. It was understood that conventional energy infrastructure cannot meet these requirements and therefore more efficient, more reliable and more manageable energy grid is proposed to build by using recent technology developments. Recent interdisciplinary works on this issue are collected within the scope of `Smart Grid`. Static consumers are aimed to turn into active users, who generate and share their energies. Smart gird paradigm is expected to initiate digital era of energy systems. In this thesis, a solution for the most fundamental problem of smart grid applications, which is the problem of energy balancing under uncertain generation and demand conditions, was investigated. For this propose, we present theoretical analyses on smart grid architectures with hierarchical tree topology and discuss its advantages for the case of generation and demand uncertainties. Subsequently, we demonstrate that energy balance in smart grids with hierarchical tree architecture can be maintained by using closed loop generation control employing dynamic energy pricing. We developed simulation environment for smart grid closed loop energy market management, proposed dynamic generation and demand models and carried out energy balancing simulations.This thesis demonstrates that energy grids with hierarchical tree architecture facilitate management of energy balance under variable generation and demand conditions, and the closed loop dynamic pricing can be a solution for energy balancing problems.