Şebekeden bağımsız hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin tasarımı ve yönetim stratejisi için pareto optimum yaklaşımı

Autor: Tezer, Tuba
Přispěvatelé: Yaman, Ramazan, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
Předmět:
Popis: Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Enerji kaynakları günümüz dünyası için vazgeçilmez bir yaşam kaynağı, bunların kullanımı ve yönetimi de önemli bir gelişmişlik göstergesidir. Enerji kaynaklarının kullanımının artmasıyla birlikte var olan fosil kaynaklar giderek tükenmekte, ayrıca atmosfere salınan sera gazı miktarı da artmaktadır. Ortaya çıkan maddi ve çevresel kaygılar sonucunda alternatif olarak yenilenebilir enerji kaynakları kullanılmaya başlanmıştır. Bu kaynaklar sürdürülebilir ve çevre dostu olmaları gibi avantajlarının yanı sıra, yatırım maliyetlerinin fazla olması ve sistem güvenilirliğinin yani kesintisiz ve güvenli enerji arzının yeterli olmaması gibi dezavantajlara sahiptir. Bu dezavantajların giderebilmesi amacıyla birden fazla yenilenebilir enerji kaynağının kullanıldığı, bunların geleneksel enerji kaynaklarıyla ve depolama sistemleriyle entegre edilebildiği hibrit sistemler geliştirilmiştir. Özellikle şebekeden uzak bölgelerin enerji ihtiyacını karşılamak için bu sistemler dizel jeneratör gibi geleneksel enerji kaynaklarına önemli bir alternatif olmaktadır. Bu sistemlerin kullanımı, toplam enerji maliyetinin minimizasyonu için sistem boyutlandırılması, ürettikleri enerjideki belirsizliğin dengelenmesi için sistem yönetimi ve sera gazı emisyonlarının azaltılması gibi bir ya da daha fazla sayıda amacı içerebilen optimizasyon problemlerine çözüm getirebilmeyi gerektirmektedir. Bu çalışmada minimum sistem maliyetini sağlayacak boyut optimizasyonu ve sistem güvenilirliği göstergelerinden biri olan Güç Tedariki Kaybı Olasılığı (LPSP) değerinin minimizasyonunu içeren çok amaçlı ve çok kısıtlı optimizasyon problemi için NSGA-II tabanlı SAHRESOpt çözüm algoritması geliştirilmiştir. Literatürdeki boyut optimizasyonu değerlendirmelerinden farklı olarak sistem elemanı tipleriyle birlikte sayıları da optimize edilmiştir. Ayrıca geliştirilen güç yönetimi stratejisiyle sistem elemanları arasındaki güç akışı, karşılanamayan yükü ve/veya boşa giden enerjiyi minimize edecek şekilde tasarlanmıştır. Geliştirilen algoritma fotovoltaik panel, rüzgâr türbini, yakıt hücresi, elektrolizör, hidrojen tank ve bir anaerobik reaktörün ürettiği metan gazını hidrojene dönüştüren reformer güç kaynaklarını içeren hibrit sistemler için simüle edilmiştir.
Energy resources are an indispensable source of life for today's world, their use and management is also an important developmental indicator. With the increase in the use of energy resources, fossil resources are gradually consumed and the amount of greenhouse gas released to the atmosphere is also increasing. As a result of emerging economic and environmental concerns, renewable energy sources come into use as an alternative. These resources have advantages such as being sustainable and environmentally friendly as well as they have disadvantages such as having high investment costs and insufficiency of continuous and reliable energy supply namely system reliability. To overcome these disadvantages, hybrid systems have been devoloped in which more than one renewable energy source those can be integrated with traditional energy sources and storage systems are used. These systems are an important alternative to conventional energy sources such as diesel generators, especially to meet the energy needs of remote areas. The use of these systems requires the ability to solve optimization problems involving one or more objectives, such as system sizing to minimize the total energy cost, system management to balance the uncertainty in their energy production and greenhouse gas emissions reduction. In this study, it has been developed NSGA-II based SAHRESOpt solution algorithm for multi-objective and multi-constraint optimization problem which includes size optimization that will provide minimum system cost and minimization of LPSP (Loss of Power Supply Probability) value which is one of the system reliability indexes. As different from size optimization evaluations in literature studies, the types of the system elements are also optimized together with the number of the system elements. In addition, with the developed power management strategy, power flow between system components is designed to minimize unmet load and/or waste energy. The developed algorithm was simulated for hybrid systems containing photovoltaic panels, wind turbines, fuel cells, electrolyzers, hydrogen tanks, and reformer that convert methane gas produced by an anaerobic reactor to hydrogen.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: