Bölge-ölçekli dağıtık enerji üretim sistemleri için kapsama mesafesi temelli ağ tasarımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, dağıtık enerji üretim kaynaklarının enerjiyi tüketen binalar dışında konumlandırıldığı ve üretilen enerjilerin enerji dağıtım ağları aracılığıyla talep noktalarına ulaştırıldığı optimal bir sistemin tasarlanması amaçlanmıştır. Bölge (ölçekli) Isıtma/Soğutma Ağları da termal ve elektrik iletim kayıpları ile birlikte dikkate alınmıştır. Önerilen modelde, küme kaplama problemindeki azami kapsama mesafesi, bir kısıt yardımıyla, kapasiteli sabit maliyetli yer seçimi modeline ilave edilmiştir. Kapsama mesafesi kısıtının modele eklenmesi ile dağıtım ağındaki arz talep noktaları arasında sınırlandırılmamış mesafelerden doğan enerji kayıplarının ve fazla maliyetlerin azaltılması ile toplam maliyetlerin azalması ve sistem etkinliğinin artması amaçlanmıştır. Mevcut literatürden farklı olarak bu model ile tesisler ve müşteriler arası mesafenin modelde verilen kapsama mesafesinden daha büyük olmasına izin verilmemiştir. Böylelikle kapasiteli sabit maliyetli yer seçimi problemindeki tesis - müşteri arası uzaklıkların dikkate alınmaması zayıflığı giderilmiş ve kurulacak tesisin boyut ve tipine (ikili/üçlü) göre ilk yatırım maliyetleri ve talep ağırlıklı müşteri-tesis uzaklığından doğan taşıma maliyetlerinin en küçüklenmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen modelin sayısal uygulaması, farklı kapsama mesafeleri üzerinden yapılmıştır. Çalışmanın ilerleyen aşamasında ise farklı boyutlarda 100 adet test problemi için model sınırları denenmiş ve devamında sezgisel bir çözüm yöntemi geliştirilip çözüm kabiliyeti matematiksel model ile karşılaştırılmıştır.

In this thesis, it is aimed to design an optimal system in which distributed energy resources (DERs) are located outside of the consumer buildings and the produced energy is distributed to demand points through the energy distribution networks. District (scale) Heating / Cooling Network is also taken into account together with thermal and electrical transmission losses. In the proposed model, maximum coverage distance (Dc) of set covering problem is added into the capacitated fixed-charge model by the help of a constraint. It is aimed to decrease overall costs and increase system efficiency by including the coverage distance constraint within the model that reduces energy losses and excess costs in energy distribution network in consequence of the unbounded distances between supply and demand points. Different from the existing literature, distance between customers and facilities is not allowed to be greater than the range, which is previously introduced within the model. Thus, the weakness of the capacitated fixed charge problem is eliminated by ignoring distance between facilities and consumers and initial investment costs based on the size and type (double / triple) of the plant and demand-weighted transportation costs are aimed to minimize. The numerical applications of the developed model are made with different coverage distances. In the later stages of the study, model limits are tested with 100 problems of different sizes and a hybrid heuristic solution method is also developed and its problem solving ability is compared with mathematical model results.