Wind energy
131 theses under this subject heading
Türkiye rüzgar enerjisi kurulu güç bölgesel dağılım optimizasyonu
Tez çalışmasında rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde, rüzgarın süreksiz yapısı nedeni ile iletim sistemi üzerinde oluşan negatif etkilerin azaltılması amacı ile sistemin dengede kalmasını sağlayan sıcak rezerv ihtiyacını en küçükleyecek stokastik doğrusal olmayan karma tam sayılı bir matematiksel programlama modeli geliştirilmiştir. Çözüm yaklaşımı olarak, geliştirilen matematiksel modelde yer alan doğrusal olmayan kısıtları basitleştiren ve amaç fonksiyonunun yakınsamasını sağlayan bir sezgisel algoritma önerilmiştir. Çalışma kapsamında literatür için yeni bir problem ele alınmıştır, aynı zamanda geliştirilen matematiksel model ve sezgisel yaklaşım da literatürde yer almamaktadır. Geliştirilen çözüm yaklaşımında kullanılan parametreler, Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden, Enerji Piyasaları İşletme A.Ş.'den, Türkiye Elektrik İletim A.Ş.'den ve Yenilenebilir Enerji genel Müdürlüğü'nden temin edilen gerçek veri setleri ile oluşturulmuştur. Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilen 357 adet meteoroloji ölçüm istasyonunun 10 yıllık veri seti düzenlenerek rüzgar enerjisinden elektrik üretimi tahmini yapılmıştır. Tahmin değerlerinden korelasyon katsayılarının hesaplanabilmesi için bir benzetim algoritması oluşturulmuş ve korelasyon katsayıları tahmin edilmiştir. Ayrıca Türkiye'yi temsil etmesi için homojen olarak dağılmış 47 meteoroloji ölçüm istasyonu seçilerek korelasyon analizi yapılmıştır. Korelasyon analizinin sonucunda Türkiye'de pozitif korelasyon yapısının varlığı ve negatif korelasyon yapısının olmadığı gözlenmiştir. Geliştirilen çözüm yaklaşımı ile 2016 yılı için ve 2023 yılı için kurulu güç dağılımları elde edilmiştir. 2016 yılı için elde edilen kurulu güç dağılımı ile mevcut kurulu rüzgar gücü yapısı karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda iki kurulu güç dağılımı arasındaki benzerlikler ve farklar belirlenmiştir. Ayrıca elde edilen sonuçlar incelendiğinde geliştirilen çözüm yaklaşımı ile belirlenen ve mevcut durumda devrede olan kurulu rüzgar gücünün büyük bir kısmının Türkiye'nin coğrafi olarak küçük bir kısmında yer aldığı gözlenmiştir. 2023 yılı için biri literatürde yer alan, diğeri T.C. Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı tarafından hazırlanan raporlardan alınan 2 farklı talep tahmin senaryosu altında kurulu güç dağılımları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar ve 2023 yılına kadar tamamlanması öngörülen rüzgar kurulu gücü göz önünde bulundurularak, süreksizliğin negatif etkilerini azaltacak, yatırım potansiyeli yüksek olan iletim bölgeleri belirlenmiştir. Yatırımcıların çalışma kapsamında belirlenen iletim bölgeleri için teşvik edilmesi rüzgar enerjisinden elektrik üretiminin negatif etkilerinin azaltılmasına yardımcı olacaktır.
Yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelinin değerlendirilmesi: Türkiye örneği
Dünya ülkeleri ortaya çıkan bu sorunları gidermek ve gelişmenin devamı için sürdürülebilir kalkınmayı benimsemişledir.Dolayısıyla bu anlayış içerisinde yenilenebilir enerji kaynakları gelişmeye başlamıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları çevreye ve toplum sağlığına olumsuz bir durumunun olmaması, ekonomik bir hammadde desteği sunması ve kullanımdan sonra eksilmemesi özelliği ile dikkat çekmektedir.Bu çalışmada sürdürülebilir kalkınmada önemli yer alan yenilebilir enerji kaynaklarının önemi anlatılmıştır. Fosil kaynaklı yakıtlar ile oluşan ekonomi, çevre ve dışa bağımlılık gibi olumsuz etmenlerin yenilenebilir enerji kaynakları ile çözümlenebileceği gösterilmiştir
Rüzgar gücünün bulanık mantık ve yapay sinir ağları ile tahmin edilmesi
Günümüzde teknoloji geliştikçe dünyadaki çoğu ülke enerji ihtiyacını fosil yakıtlardan ve nükleer enerji santrallerinden karşılamaktadır. Ancak bu yakıtların giderek azalması ve çevre üzerinde önemli olumsuz etkilere neden olması nedeniyle, bu konudaki akademik çalışmalarla birlikte alternatif enerji uygulamalarına yönelme ihtiyacı ön plana çıkmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi, enerjide çeşitliliğin sağlanması ve enerji eksikliğinin giderilmesi açısından önem arz etmektedir. Rüzgar enerjisi, yenilenebilir enerjinin en önemli biçimlerinden biri haline gelmiştir. Rüzgar enerjisinin potansiyelini verimli bir şekilde kullanmak için, rüzgar gücünün tahmini çok önemlidir. Rüzgar gücünün tahmini için yapay sinir ağı (YSA) ve uyarlanabilir nöro-bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) önerilmiştir. Çalışmada, seçilen rüzgar türbininin rüzgar hızları, ürettiği güç değerleri ve Velimeşe bölgesinin rüzgar hızı değerleri alınarak veri setleri oluşturulmuştur. Tek katmanlı ve çok katmanlı YSA modelleri oluşturularak farklı aktivasyon fonksiyonları ve farklı nöron sayıları ile ağ birden çok kez eğitilmiş ve rüzgar gücü tahmini yapılmıştır. ANFIS modelinde üyelik fonksiyon sayısı sabit tutularak farklı üyelik fonksiyonları kullanılarak rüzgar gücü tahmini yapılmıştır. Oluşturulan modellerde bildirilen hatalar kabul edilebilir sınırlar içerisinde olup ANFIS modelinin, YSA modelinden daha iyi sonuçlar ürettiği görülmüştür. Bu da ANFIS'in rüzgar enerjisi tahmini için kullanılabileceğini göstermektedir.
Türkiye`nin yenilenebilir enerji potansiyelinin termodinamik analiz yöntemi ile incelenerek, yenilenebilir enerji kullanımının gelecek projeksiyonlarının değerlendirilmesi
"Türkiye'nin Yenilenebilir Enerji Potansiyelinin Termodinamik Analiz Yöntemi İle İncelenerek, Yenilenebilir Enerji Kullanımının Gelecek Projeksiyonlarının Değerlendirilmesi" konulu tezimin temel amacı yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji ve ekserji verimlilikleri incelenerek ülkemiz açısından en uygun kullanım şartlarının belirlenmesidir. Tezimin içeriğinde Türkiye'de fosil ve yenilenebilir enerji kaynakları kullanım durumu ve kapasitesi anlatılmıştır. Türkiye'de mevcut olan yenilenebilir enerji kaynaklarının varlığı ve kullanım durumu ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgar, güneş ve jeotermal enerji ile ilgili örnekler üzerinden termodinamik analiz yapılmıştır. Enerji ve ekserji verimlilikleri bu kaynaklar için hesaplanmış ve sayısal sonuçlar tablolar halinde verilmiştir. Enerji çeşitliliğinin arttırılması, dışa bağımlılığın azaltılması ve daha yaşanılabilir bir dünyayı gelecek nesillere bırakabilmemiz için yenilenebilir enerji kaynaklarının son derece büyük önem taşıdığı görülmektedir.
Rüzgar enerji santrali risk analizi ve değerlendirmesi
İnsan çalışma ve özel hayatı boyunca sayısız riske maruz kalır. Risksiz bir hayat mümkün olmayacağına göre risklerle en az zarara uğrayacak şekilde yaşamayı öğrenmeliyiz. Bilimsel araştırmalar iş kazalarının ve meslek hastalıklarının yüzde doksan sekiz oranında önlenebileceğini gösteriyor. Rüzgar enerji santrallerinin işletilmesi sürecinde karşılaştığımız riskleri analiz ettik ve uygun kontrol önlemleriyle kabul edilebilir seviyeye indirdik. Şalt sahası kaynaklı risklerin türbin kaynaklı risklerden daha fazla ve daha yüksek risk puanına sahip olduğunu , şalt sahasındaki çalışmalarda iş sağlığı ve güvenliği tedbirlerinin ve kişisel koruyucu donanım kullanımının hayati derecede önemli olduğunu gördük. İşveren ve yöneticiler iş kazası ve meslek hastalıklarını önlemek için işyerlerinde iş sağlığı ve güvenliği profesyonellerine yeterli desteği sağlar ve iş sağlığı ve güvenliği uygulamalarında örnek olurlarsa iş kazası ve meslek hastalılarını yüzde doksan sekiz oranında önlemek hayal olmaz.
Bilgisayar destekli 1 kW' lık rüzgar türbini tasarımı ve prototip üretimi
Dünya hızlı bir şekilde yenilenebilir enerji kaynağı kullanımına geçmektedir. Özellikle son yıllarda bu konuda yatırımlarında artması yenilenebilir enerjinin önemini göstermektedir. Rüzgâr enerjisi de son zamanlarda göstermiş olduğu gelişimlerle çokça bahsedilen yenilenebilir bir enerji çeşididir. Rüzgâr enerjisi, rüzgâr türbin makineleri vasıtasıyla ilk önce mekanik, daha sonra elektrik enerjisine dönüştürülür. Üretilebilecek enerji miktarını etkiyen en önemli faktörler; rüzgâr türbini bıçak sayısı ve bıçak yapısı, türbin tasarımı, dişli yapısı kısacası sistemin her bir faktörü üretilecek enerji miktarını etkilemektedir. Bu yüzden her yıl rüzgâr türbini ile ilgili yatırım miktarları da artmaktadır. Rüzgâr enerjisinde ilk sermaye yatırımı makine ve destekleyici altyapı için kullanılmaktadır. Türbin tasarımı, tesisin kurulumu ve işletilmesi gibi enerji maliyet fiyatının artmasına sebep olan faktörler rüzgâr gücünü bir alternatif enerji kaynağı yapma anahtarıdır. Bir rüzgâr türbinin matematiksel modellenmesi, işlem alanı üzerinde, rüzgâr türbinin davranışının anlaşılması için gereklidir. Çünkü rüzgâr türbinin optimum değerlerde çalışmasına yardımcı olacak kapsamlı kontrol algoritmaların geliştirilmesine izin verir. Modelleme, rüzgâr türbini performans değerlerinin kontrol edilmesini sağlar. Model sonuçları, türbin tasarımını optimize etmek ve rüzgâr enerjisi fiyatının artmasına yol açacak faktörleri minimize etmek isteyen yeni nesil türbin araştırmacıları ve tasarımcıların yararlanabileceği bir bilgi olacaktır. Bu tezde rüzgâr enerji sistemleri üzerinde çalışılmış ve rüzgâr türbin sisteminin matematiksel modellemesi yapılmıştır. Çevre şartları ve rüzgâr türbini için belli parametreler dikkate alınarak simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Uygulamalı görmek için mini rüzgâr türbini imal edilmiştir.
Rüzgar enerji santrallerinde iş kazaları
Rüzgâr türbinlerinin bulunduğu, enerji santrallerinde veya santral dışında oluşabilecek iş kazaları ve meslek hastalıklarını önleyebilmek amacıyla, tehlikelerin tespit edilip riske dönüşmesine neden olan faktörlerin azaltılması amaçlanmaktadır. Belirlenen bu faktörlerin neden olduğu risklerin kabul edilebilir seviyeye düşürülmesi için alınması gerekli olan tedbirler tespit edilerek, her süreçte yaşanan kazalar istatistiksel olarak kategorize edilmiştir. Bu kategorizasyon; temel inşaatı, türbin bileşenlerinin sevkiyatı, montajı, devreye alınması ve bakım süreçleri olmak üzere altı ana başlık altında incelenmiştir. Ayrıca rüzgâr türbinlerinde yaşanan kazalar kendi bileşenleri içerisinde de kule, makine dairesi, göbek ve kanatlar olmak üzere dört alt başlık içerisinde değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler, yaşanan olayların tekrarlanmaması için alınması gereken aksiyonlarla ilgili istatistiksel verilere ulaşılmasına yardımcı olmuştur. Bu istatistiksel veriler ışığında görülmüştür ki yapılan olay bildirimlerinin %15 i rüzgâr türbini temel inşaatında, %8 i türbin bileşenlerinin nakliyesinde, %45 i türbin montajında, %12 si rüzgâr türbininin devreye alınmasında, %10 u da bakım işlemleri sırasında yapılmıştır. Yapılan olayların % 11.5 nin kulede, %7.7 sinin makine dairesinde, %3 ünün göbekte ve %7 sinin de kanatlarda yaşandığı tespit edilmiştir. Genel olarak bakıldığında ise, yapılan bildirimlerin %62 si güvensiz durumlardan, %20 si ise güvensiz davranışlardan kaynaklandığı analiz edilmiştir. Güvensiz davranış ve durumlar insan kaynaklı olduğundan bu unsurların giderilmesi yaşanan olay bildirimlerinin büyük oranda düşmesini sağlayacaktır. Bildirimi yapılan olaylarda bu unsurların giderilmesi ancak çalışan personele ayrılan eğitim süresinin attırılması ile gerçekleşeceği öngörülmüştür. Tez çalışmasında sunulan öngörülere kesinlik kazandırılması için SPSS analiz programı kullanılmıştır. Bu çalışma Türkiye'nin önde gelen bir rüzgâr türbini firmasının inşa, kurulum ve bakım süreçleri gözlemlenerek hazırlanmıştır. Bununla birlikte her bir süreç altında belirlenen riskler için çözüm önerileri getirilmiştir.
Teknik elemanların yenilenebilir enerji kaynaklarına bakış açıları
Yenilenebilir enerji; doğal kaynaklardan elde edilebilen, bol, temiz ve tükenmez bir enerji kaynağı olup; kullanıcısına enerji tasarrufu/verimlilik imkânı tanıması, ekosisteme olan katkısı ve gelecek nesillere daha temiz bir çevre bırakmak adına sürdürülebilirlik için büyük önem arz etmektedir. Bu kaynakların; enerji açısından dış ülkelere olan bağımlılığı azaltması, lojistik avantajlara sahip olması ve çalışan istihdamına katkı sağlaması da kullanımı konusunda kişileri/işletmeleri/devletleri teşvik eden diğer önemli hususlardandır. Bu çalışmada TR63 bünyesindeki Hatay, Osmaniye ve Kahramanmaraş illerinde, yenilenebilir enerji kaynaklarının tasarımında, proje kontrolünde, imalatında veya denetim aşamasında görev alan 170 kamu ve özel sektör teknik elemanlarının tecrübeleri ışığında bir anket uygulaması yapılmıştır. Çalışma kapsamında toplanan veriler tanımlayıcı istatistiksel yöntemler, göreceli önem indeksi, ki-kare bağımsızlık testi ve faktör analizi ile değerlendirilmiştir. Elde edilen analiz sonuçları literatür bulguları ile tartışılmıştır. Çalışma sonucunda; ankete katılan teknik elemanlardan inşaat mühendisleri ve mimarların yenilenebilir enerji kaynaklarına olan farkındalık düzeyleri arasında büyük farklar olmadığı, kamu ve özel sektörde çalışanlar arasında da bu konuda bir fark bulunmadığı; yenilenebilir enerjiyi ısıtma, soğutma ve havalandırma sistemlerinde amaçlı kullandıkları; mekanik ve elektronik aktif sistemleri, pasif sistemlere göre daha çok tercih ettikleri belirlenmiştir. Ayrıca bu kaynaklar ile elektrik ve yakıt üretiminin de sağlanabildiği, ihtiyaç duyulan enerjinin konfor koşullarından ödün vermeden minimum seviyede tutulmasının mümkün olduğu ifade edilmiştir. Çalışmanın yapıldığı TR63 bölgesinin iklim koşullarına uygunluğu nedeniyle güneş ve rüzgâr enerjisinin en çok kullanılan yenilenebilir enerji kaynağı olduğu tespit edilmiştir.
Rüzgar potansiyelinin tahmininde Weibull dağılım parametrelerinin belirlenmesi: Isparta bölgesi için bir çalışma örneği
Fosil enerji kaynaklarının tükenebilir olması, çevreye zarar vermesi gibi sebeplerden dolayı yenilenebilir enerjiye olan ilgi artmaktadır. Rüzgar enerjisi çevreye zarar vermemesi, dünyanın hemen her yerinde bulunması, sonsuz olması gibi avantajlarından dolayı öne çıkmaktadır. Bir bölgeye rüzgar enerji yatırımı yapılmadan önce bölgenin rüzgar karakteristiği analiz edilmelidir. Weibull dağılımı, rüzgar karakteristiğinin incelenmesinde kullanılan olasılık dağılım yöntemlerinden biridir. Dağılımın parametre hesabında ise çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Dağılımın başarısı, büyük oranda parametre tahmininin başarısına bağlıdır. Bu çalışmada, Isparta bölgesinin rüzgar enerji karakteristiği incelenmiştir. İhtiyaç duyulan rüzgar enerjisi Ekim 2018 – Ekim 2021 tarihleri arasında saatlik olarak kaydedilmiştir. Bölgenin rüzgar karakteristiğini incelemede Weibull dağılımı kullanılmıştır. Dağılımın parametre hesabında ise altı numerik yöntem ve bir metasezgisel algoritma olmak üzere toplam yedi yöntem kullanılmıştır. Justus empirik, moment, grafik, enerji pattern, enerji eğilim ve en yüksek olabilirlik yöntemleri numerik yöntemlerdir. Manta vatozu beslenme optimizasyon algoritması ise metasezgisel yöntemdir. Yöntemlerin başarısı ise ortalama karekök hatası, belirleme katsayısı, ki-kare ve ortalama mutlak hata yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Analiz sonuçlarına bakıldığında manta vatozu beslenme algoritmasının numerik yöntemlere göre daha başarılı olduğu görülmüştür. Numerik yöntemler kendi içlerinde kıyaslandığında ise Justus empirik yönteminin başarılı olduğu görülmüştür. Ayrıca, kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır. Böylece, kullanıcıların kolay ve hızlı bir şekilde Weibull ile ilgili çalışma yapmasına olanak sağlanmıştır.
Makine öğrenmesi yöntemleriyle rüzgâr santrali üretim tahmini
İklim değişikliğinin olumsuz etkileri, fosil yakıtların sonlu rezerve sahip olması ve enerjide dış bağımlılığı azaltması yenilenebilir enerjinin önemini arttırmıştır. Ülkemizin fosil yakıt rezervlerinin yeterli olmaması ve yenilenebilir enerjiye yönelik teşvikler ülkemiz kurulu enerji gücünde yenilenebilir kaynakların oranını arttırmıştır. Ülkemizde rüzgâr santrallerinin kurulu gücü 2021 yılı itibariyle 10 GW'ı aşmıştır. Rüzgârın yenilebilir bir kaynak olması bir avantaj olsa da bu kaynağın süreksiz olmasından dolayı üretimdeki payının artması enterkonnekte sistem işletmecisi için çeşitli problemlere neden olmaktadır. Bu problemlere çözüm olabilmesi için ve elektrik piyasası ve rüzgâr santrali işletmelerinin ihtiyaçlarının karşılanması için rüzgâr gücü tahmini oldukça önemlidir. Bu tez çalışmasında, rüzgâr santralinin türbin anemometresinden elde edilen bir yıllık 10 dakika zaman ufkunda veriler kullanılarak rüzgâr santrali üretim tahmini için; tek değişkenli uzun kısa süreli bellek, çok değişkenli uzun kısa süreli bellek, çok katmanlı algılayıcı, ekstrem gradyan arttırma, evrişimli sinir ağları-uzun kısa süreli bellek, geçitli tekrarlayan birim ve rastgele orman algoritmalarıyla modeller tasarlanmıştır. Kullanılan verilerdeki aykırı veriler izolasyon ormanı algoritmasıyla temizlenmiştir. Her mevsimden seçilen bir ay için (Ocak, Nisan, Temmuz, Kasım) makine öğrenmesi algoritmaları ile tasarlanan modellerin hiperparametre optimizasyonu Bayes optimizasyonu ile yapılmıştır. Modellerin başarısı ortalama mutlak hata, kök ortalama kare hata ve belirleme katsayısı ile ölçülmüştür. Tasarlanan modellerden Ocak, Nisan ve Kasım ayları için sırasıyla 0.926, 0.961 ve 0.946 belirleme katsayısı değerleri ile çok değişkenli uzun kısa süreli bellek modeli, Temmuz ayı için ise 0.916 belirleme katsayısı değeri ile ekstrem gradyan arttırma modeli en başarılı sonucu vermiştir. Bu tez çalışmasında, rüzgâr santralinin türbin anemometresinden elde edilen bir yıllık 10 dakika zaman ufkunda veriler kullanılarak rüzgâr santrali üretim tahmini için; tek değişkenli uzun kısa süreli bellek, çok değişkenli uzun kısa süreli bellek, çok katmanlı algılayıcı, ekstrem gradyan arttırma, evrişimli sinir ağları-uzun kısa süreli bellek, geçitli tekrarlayan birim ve rastgele orman algoritmalarıyla modeller tasarlanmıştır. Kullanılan verilerdeki aykırı veriler izolasyon ormanı algoritmasıyla temizlenmiştir. Her mevsimden seçilen bir ay için (Ocak, Nisan, Temmuz, Kasım) makine öğrenmesi algoritmaları ile tasarlanan modellerin hiperparametre optimizasyonu Bayes optimizasyonu ile yapılmıştır. Modellerin başarısı ortalama mutlak hata, kök ortalama kare hata ve belirleme katsayısı ile ölçülmüştür. Tasarlanan modellerden Ocak, Nisan ve Kasım ayları için sırasıyla 0.926, 0.961 ve 0.946 belirleme katsayısı değerleri ile çok değişkenli uzun kısa süreli bellek modeli, Temmuz ayı için ise 0.916 belirleme katsayısı değeri ile ekstrem gradyan arttırma modeli en başarılı sonucu vermiştir.
Hibrit güç üretimi tahmininde makine öğrenimi algoritmalarının performans analizi
Bu tezde, Çanakkale ve Balıkesir illerinin enerji potansiyellerini çözümlemeyi ve yenilenebilir enerji tahmin modellerinin performansını değerlendirmeyi amaçlamaktadır. İlk bölümde, rüzgar ve güneş enerjisi potansiyellerini belirlemek üzere kapsamlı bir analiz sunulmuştur. ANOVA analizi, meteorolojik değişkenlerin enerji üretimi üzerindeki etkilerini değerlendirmek için kullanılmıştır. Rüzgar gücü analizinde, hava yoğunluğu ve rüzgar hızının kritik öneme sahip olduğu belirlenmiş, bu durum rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesinde bu faktörlerin önemini vurgulamıştır. Güneş paneli gücü analizinde ise sıcaklık, güneşlenme süresi, radyasyon ve çevre sıcaklığının kritik olduğu tespit edilmiştir. Regresyon analizi, türbin gücü ve güneş paneli gücündeki değişkenliklerin büyük bir kısmının rüzgar hızından kaynaklandığını göstermiştir. İkinci bölümde, önceki analizin sonuçlarına dayanarak, makine öğrenimi modellerinin performansını inceleyen bir değerlendirme yapılmıştır. Gerçek veri ile tahmin edilen değerler arasında yapılan karşılaştırmalar, belirleme katsayısı, ortalama mutlak hata ve kök ortalama karesel hata gibi ölçütlerle gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, modelin çıktılarını etkileyen özelliklerin belirlenmesi için özel bir tahmin modeli kullanılmıştır. Üçüncü bölüm, bölgesel etkileri değerlendirmektedir. Çanakkale ve Balıkesir illerindeki rüzgar türbin gücü ve güneş panel gücü için altı farklı tahmin modeli kullanılarak bölgesel performans analizi yapılmıştır. Analiz, her iki il için yüksek belirleme katsayıları elde edildiğini göstermiştir. Sonuç olarak, dördüncü bölümde model performanslarının karşılaştırılması yapılmıştır. XGBoost algoritması, eğitim setinde yüksek doğruluk göstermiş ve test setinde diğer algoritmalarla eşit derecede başarılı olmuştur. Random Forest modeli ise MAE açısından en iyi performansı sergilemiştir. Bu çıkarımsal analiz, Çanakkale ve Balıkesir illerinin enerji potansiyellerini anlamada ve makine öğrenimi modellerinin performansını değerlendirmede önemli bilgiler sunmaktadır. Tez, bölgesel enerji planlamasına katkı sağlayarak yenilenebilir enerji kaynaklarının daha etkin kullanılmasına yönelik pratik uygulamalara ışık tutmaktadır.
Ana sisteme bağlı bir mikro şebeke için gün içi elektrik piyasasına dayalı çizelgeleme
Enerji güvenliğinin artırılması ve hava kirliliğinin azaltılması zorunluluğu yenilenebilir enerji kaynaklarından en üst seviyede faydalanmak üzerine yapılan çalışmaların sayısını giderek artırmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının fosil yakıtların yerini tam olarak alamamasındaki en önemli sebep olarak, bu kaynaklardaki belirsizliklerden doğan güç arzındaki dalgalanmalar gösterilmektedir. Bu belirsizliklerle baş etmek için ise hibrit enerji kaynaklarından yararlanılması ve enerji depolama ünitelerinin kullanılması önerilmektedir. Depolama sistemlerinin gelişen teknolojiyle birlikte her geçen gün verimliliklerinin artması ve fiyatlarının ucuzlaması bu konunun son dönemde yaygınlaşmasına sebep olmaktadır. Bu tezin amacı, hibrit yenilenebilir enerji kaynaklarıyla üretim yapılan ve depolama ünitesi ile entegre edilmiş bir sistemin enerji ihtiyaçlarını en düşük maliyetle karşılayacak şekilde bir çizelgeleme modeli oluşturarak, bu sistem için bir karar destek mekanizması geliştirmektir. Hibrit enerji kaynakları olarak rüzgar türbini ve fotovoltaik paneller; depolama ünitesi olarak da ikinci el lityum iyon bataryalar kullanan bir sistem ele alınmıştır. Sistemde her saat enerji talebini karşılamak için yenilenebilir enerji kaynakları, şebeke elektriği veya depodaki enerji kullanılabilirken; şebekeye elektrik satışı yapmak da mümkündür. Şebekeye yapılacak satışlar gün içi piyasasındaki (GİP) saatlik sistem marjinal fiyatlarından (SMF) yapılmaktadır. Geliştirilen modelin optimizasyonu sonucunda, saatlik olarak hangi kaynaktan ne kadar enerji kullanılacağı, deponun doldurma veya boşaltma miktarları ve şebekeye yapılacak satış miktarları planlanmış olacaktır. Bu tür bir sistemi içeren mikro şebekelerin yaygınlaşmasının birçok faydası olacaktır. Yenilenebilir enerjiden en yüksek oranda yararlanmaya katkı sağlanması, böylece çevre dostu enerji üretiminin artırılması ve enerji konusunda dışa bağımlılığın azaltılması, kullanıcılar için elektrik maliyetlerinin azaltılması ve farklı enerji tedarik kaynaklarının depolama ünitesi ile beraber kullanılması sayesinde elektrik kesintilerinden en az şekilde etkilenmelerinin sağlanması, depolama sayesinde enerjideki ziyan miktarının düşürülmesi ve yenilenebilir kaynakların belirsizliklerinin azaltılabilmesi, şebeke hattından pik talep anlarında istenecek anlık enerji talebinin düşürülmesi, yani tepe tıraşlama (peak shaving), sayesinde şebekenin güvenliğine katkı sağlanması, ikinci el lityum bataryaların atığa gönderilmesi yerine tekrar değerlendirilmesi bu faydalar arasında sayılabilir. Önerilen modelde belirsiz parametreler bulunmaktadır. Bunlar yenilenebilir enerji kaynaklarından yapılabilecek üretim seviyeleri, enerji talebi ve şebekeye yapılacak satışlar için sistem marjinal fiyatıdır (SMF). Uygulama kısmı Gebze Organize Sanayi Bölgesi (GOSB) içindeki bir grup işletmeyi içeren adada yapıldığından şebekeden alınacak elektrik fiyatı olarak OSB'ye özel üç zamanlı tarife kullanılmıştır.Yapılan uygulamalarda 2016 gerçek verilerinden faydalanılmıştır. Bu verilerden güneş ışıması ve rüzgar hızı seviyeleri NASA'dan, SMF verileri EPİAŞ'ın sitesinden, enerji kullanım verileri ise GOSB işletmesinden elde edilmşitir. Bunun yanısıra önerilen modelin ileriki kullanımlarına yönelik olarak belirsiz parametrelerden SMF ve enerji talebi için yapay sinir ağları (YSA) kullanılarak R programında, herhangi bir hazır algoritma modülünden yararlanılmadan, bir tahmin algoritması geliştirilmiştir. Bir zaman serisi tahmin yöntemi geliştirilerek, geçmiş veriler ile ağın öğrenme süreci tamamlanıp istenen gün için 24 saatlik tahminler çıktı olarak alınabilmektedir. Diğer iki belirsiz parametre olan rüzgar ve güneş için ise meteorolojinin tahminlerinin kullanılabileceği düşünülmüştür. Enerji çizelgelemesi için geliştirilen optimizasyon modelleri GAMS programında doğrusal programlama ve karma tamsayılı doğrusal programlama modelleri olarak kodlanmıştır. Birden fazla model geliştirilerek herbir güç kaynağının modele eklenip çıkarılmasının maliyet üzerindeki etkileri incelenmiştir. Daha sonra gürbüz optimizasyon kurulan modele uyarlanarak karşılaşılabilecek kötü senaryo karşısında modelin verdiği sonuçlara bakılmıştır. Uygulama çalışmalarında toplam bir yıllık süre incelenmekle beraber planlama ufku olarak 24 saatlik dönemler kullanılmıştır. Planlama ufkunun 24 saat olmasının birinci sebebi gün içi piyasasında en uzun verilebilecek taahhüt süresinin bir sonraki günü kapsayabilecek olmasıdır. İkinci sebep ise enerji talebi, sistem marjinal fiyatı ve meteorolojiden alınacak rüzgar hızı ve güneş ışıması seviyeleri tahminlerinde sürenin fazla uzaması durumunda hata riskinin artacak olmasıdır. Modelin optimizasyonu tahmin verileri üzerinden yapılmaktadır ve tahmin hatalarının olması da kaçınılmazdır. Tahmin hataları kaynaklı doğan enerji açıkları ve enerji fazlaları dikkate alınarak yaratacakları ek maliyet ve gelirler incelenmiştir. Ayrıca tam bilginin değerinin görülebilmesi için tahmin verileriyle çalıştırılan model, gerçek veriler ile de çalıştırılmıştır. Böylece belirsizlik olmasaydı optimizasyon modeli ne kadar daha iyi sonuç verebilirdi görülmüş olmaktadır. Tüm detaylar göz önüne alındığında GOSB içindeki ada için yapılan uygulama sonuçları olarak şunlar sayılabilir: Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanıldığı durumlarda batarya ilavesinin yapılması, maliyetlerde düşüş sağlamıştır. Maliyetin en duyarlı olduğu belirsiz parametre olarak elektrik talebi öne çıkmıştır. Güneş panellerinden yapılabilecek üretim seviyesi ise, nispeten yüksek enerji üretim maliyetleri sebebiyle, maliyete en az etki eden parametre olmuştur. Tahmin hataları yapılırken kötümser tarafta kalmanın doğurduğu satış fırsat kayıplarının iyimser tarafta kalındığında ödenen bedellere göre daha büyük olduğu görünmektedir. Yani enerji üretimleri ve SMF için tahminlerin gerçek değerden daha yüksek; enerji talebi için ise daha düşük olması, tersinin olmasından daha iyi sonuç vermektedir. Dolayısıyla tahminler yapılırken hata yönünün iyimser tarafa kayar şekilde olması fayda sağlayabilir. Hesaplamalarda, gün içi piyasasına satışlarda en az 1 saat önceden satış taahhütü gerektiği için, tahmin hataları dolayısıyla ortaya çıkan enerji fazlalarının satışı ancak depoda 1 saat saklandıktan sonra yapılabilmektedir. Bu durum ciddi oranda enerji fazlasının depoda yer olmadığı için depolanamamasına ve dolayısıyla satılamamasına sebep olmaktadır. İdeal depo kapasitesi her sistemin kendi üretim ve tüketim seviyelerine göre optimize edilmesi gereken bir yatırım kararıdır.
Impact of renewable energy on the power market
Renewable energy sources have become mainstream sources of energy as the concerns for Global Warming grow. Motivated by ambitious international objectives and strong support policies, the installed capacities of renewable energy technologies has shown a large growth in recent years. This growth has raised important questions relating to their impacts on power markets and systems. As part of State energy policies in Turkey, support for the renewable energy as a prime source has been increased. This has led a significant capacity increase in the last years, especially with wind and solar PV investments. Consequently, as in other countries, analyzing the economical impact of renewables and support schemes has become crucial. The thesis aims to show the renewables effect on wholesale electricity prices and retail costs in Turkey. The prevalent and the oldest renewable support mechanism in Turkey is feed-in-tariff (FIT) mechanism. Renewable power plants are subsidized by FIT to cover their investments costs, which are higher than conventional power plants. The incentive cost is taken from electricity retailers in Turkish market. Turkish day-ahead market (DAM) price formation method is merit-order curve which enables low marginal cost plants to produce electricity first instead of high marginal cost plants. Renewable plants with their almost zero marginal costs, enter merit-order curve from the lowest part. Thus, renewable generation replaces the conventional power plants with high marginal costs and decreases wholesale prices, which is called merit-order effect in literature. In this thesis, Turkish electricity market hourly data which belongs to 2014-2017 period is analyzed using a multiple linear regression model. The ex-post analysis explains renewables under FIT mechanism and other main variables effect on historical spot prices. FIT portfolio in Turkey consists of wind, solar, hydropower, geothermal, and biofuel renewable sources. By using regression coefficients of renewables and demand, the model calculates merit-order effect of renewables which belong to FIT portfolio. Then, the merit-order effect is compared with historical FIT costs to find net cost effect of renewables. For the examined term, analysis shows that merit-order effect is less than FIT cost. That means, renewables step-down effect on wholesale prices are less than FIT cost so increases the total retail cost in the period. The calculations show that renewables increased total retail costs by 5.3 billion TL between 2014 and 2017. The thesis calculates main cost components of retailing the power: commodity, FIT, profile and imbalance costs. To show the increasing FIT cost impact on retailers, retail costs in the investigated period are compared with national retail electricity tariff prices which determines an upper limit for retailer prices. It is found that, in 2017 the national retail tariff prices are not high enough, which caused in diminishing retail sales gross margin. Regulation of FIT and other renewable support mechanisms are also explained in the thesis. The regulation of FIT cost calculation method is applied with 2017 realized FIT cost input data such as generation of renewables, FX rates, spot prices. Recalculated monthly FIT costs are found similar to realize the FIT costs. The 2017 FIT calculation model is also used to show USD/TRY exchange rate and renewable generation technologies mix effect on the FIT costs. FIT cost dependency on FX rates makes them unpredictable and volatile. Therefore, some electricity retailers, who work with limited sales margin, make loss because of volatile FIT costs. Thus, a significant part of eligible electricity customers switched to regulated authorized retail company portfolios. Consequently, the belief in private markets is reduced. Policy makers need new actions to rebuild the trust.
Manisa Soma Bölgesi için Meso Ölçek Sayısal Hava Tahmin Modeli (WRF) Sonuçları ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Modelleri (Meteodyn ve WindSim) Kullanılarak Kısa Vadeli Rüzgar Enerjisi Tahmini
Orta ölçek sayısal hava tahmin modeli WRF ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri (CFD) olan Meteodyn ve WindSim'in kullanımıyla kısa vadeli rüzgar enerjisi tahminleri gerçekleştirilmiştir. Manisa ili Soma ilçesi sınırları içinde kompleks arazi üzerinde kurulu bulunan Soma Rüzgar Enerji Santrali (RES)'ndeki rüzgar enerjisini, 1 km ve 3 km çözünürlükte ve 24 ile ikinci 24 (48) saatler için tahmin eden bir sistem oluşturulması amaçlanmıştır. Modelleme sonuçları türbin gözlem verileri ile karşılaştırılarak hangi CFD modelin daha iyi performansla çalıştığının analizi yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarında, mezo ölçek model ile CFD modellerinin her iki çözünürlük senaryolarında 24 saat sonuçlarının 48 saat sonuçlarına göre daha az hatalı olduğu gözlenmiştir. Bu durum, tahmin süresinin uzamasıyla WRF modelin tahmin yapma becerisinin azalması ve buna bağlı olarak hata oranlarının yükselmesidir. Çözünürlük sonuçlarının analizinde, tüm modeller için 3 km çözünürlüğün 1 km çözünürlüğe göre daha az hatalı sonuçlar vermiş olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonucun, mezo ölçekli model ile buna kuple edilen CFD modellerinin kullanmış olduğu yükseklik ve arazi kullanım verisindeki ölçek farklılığından kaynaklanan sönümleme veya rüzgar şiddetini artırıcı etki olduğu düşünülmektedir. Ayrıca mezo model WRF, kompleks saha yapısından etkilenmektedir. CFD modelleri ile mikro ölçek etkilerin daha iyi çözümlenip hata oranlarının düşmesi beklenirken WRF modeli daha iyi ya da CFD modellerine çok yakın sonuçlar vermiştir. Bu durum iki model arasındaki yükseklik ve arazi kullanım verisinin ölçek farklılığındaki sonuçlara olan büyük etkisini göstermektedir. Yapılan mevsimsel analizlerde; mezo model ve CFD modeler için, çözünürlük ve zaman koşullarında, kış mevsimi'nin en yüksek hata değerlerine ve yaz mevsimi'nin en düşük hata değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir.
Rüzgar enerjisi potansiyel analizinde karışım dağılımları temelli tekniklerin kullanılması
Günümüzde enerji kaynakları, uluslararası ilişkilere yön veren, ülkelerin sınırlarının tekrar çizilmesine neden olan, birçok savaşın çıkmasına ve ekonomik krizlere neden olmuş, üretim sektörlerinin temel girdisi olmanın yanında sosyoekonomik kalkınmanın sağlanabilmesi ve sürdürülebilmesi için vazgeçilemez niteliklere sahip temel öğelerden biri olarak değerlendirilmektedir. Elektrik enerjisine sürekli, yeterli, kaliteli, ekonomik şekilde erişiminin sağlanabilmesinin doğrudan ekonomik etkileri vardır ve bu da sosyal refah düzeyi üzerinde etkilidir. Elektrik enerjisi, depolama maliyetinin yüksek olması ve büyük ölçekte elektrik enerjisi depolama teknolojilerinin yeterince gelişmemiş olması nedeniyle genel enerji zinciri içindeki diğer enerji çeşitlerinden farklıdır. Elektrik enerjisi üretiminde kullanılan kaynakların seçimini etkileyen faktörler şu şekilde sıralanabilir; ülkelerin nüfus piramidi, büyüme-gelişme hızları, enerji kaynaklarının günümüz fiyatı ve gelecekte olabilecek fiyat dalgalanma riski, enerji kaynağının elde edilme kolaylığı ve sürekliliği, kaynak için başka ülkelere olan bağımlılık, ülkelerinin coğrafi konumlarının sağlamış olduğu fırsatlar veya coğrafi konumlarının oluşturduğu sorunlar, ulusal, uluslararası güvenlik-tehdit algılamaları ile çevre ve sağlık etkileridir. Elektrik enerjisi üretiminde kullanılacak kaynaklarının belirlenmesi, teknik, ekonomik ve çevresel değişkenler ile bu kaynakları kullanmanın dışsal etkileri de dikkate alınarak çözülmesi gereken bir optimizasyon problemidir. Elektrik enerjisi üretiminde kullanılacak kaynak seçimi elektrik şebekesinin planlanmasını, elektrik enerjisi fiyatını ve ürün ile hizmet fiyatlarının oluşmasını etkilemektedir. Ayrıca şebeke ilk yatırım maliyetleri üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır. Enerji çevrim sektöründe kullanılan fosil enerji kaynaklarından oluşan sera gazı salınımlarının azaltılması günümüzde önemli hale gelmiştir. Diğer taraftan bu kaynakların kullanımına bağlı olarak fosil enerji kaynaklarının rezervlerinin azalması ve kömür hariç bu kaynakların dünyanın belirli bölgelerine yoğun olarak dağılması, enerji güvenliği için ülkeleri yerli ve yenilenebilir enerji kayakları kullanmaya zorlamaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının ekonomiye kazandırılması ile kaynak çeşitliliği artacak, sera gazı salınımlarının azalmasında bu kaynaklar etkili olacak ve ekosistem korunacaktır. 2016 yılı sonu itibariyle kurulu fotovoltaik (PV) gücü 303 GW seviyesine ulaşmış, 375 TWh'lik üretim gerçekleşmiş ve dünya elektrik talebinin % 1,8'i PV'den karşılanmıştır. Amerika Birleşik Devletleri'nde (ABD) güneş ve rüzgar enerjisi santrallerinin 2016 yılında eklenen kapasite içerisinde ki oranı sırasıyla % 39 ve % 26'dır. Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde ise 2009-2015 yılları arasında kurulu güç artışında 81860 MW ile PV ilk sıradadır. Bunu 75045 MW net kapasite artışı ile rüzgar enerjisi takip etmektedir. Dünya kurulu rüzgar enerji gücü 1996 yılında dünya elektrik tüketiminin % 0,09'unu karşılarken, 2005 yılında bu oran % 0,67 olmuş ve 2015 yılında ise karşılama oranı % 3,7 seviyesine ulaşmıştır. Danimarka'nın elektrik tüketimin 2006 yılında % 16,78 rüzgar enerjisinden karşılanmışken, 2016 yılında % 36,8'i rüzgar enerjisinden sağlanmıştır. Danimarka'yı sırasıyla İrlanda (% 27), Portekiz (% 24,7), Güney Kıbrıs (% 19,7), İspanya (% 19), Almanya (% 16), ve Romanya (% 12,5) takip etmektedir. İspanya ve Danimarka'da bazı günler rüzgar enerjisi santrallerinin toplam günlük üretimi elektrik tüketiminden fazla olabilmektedir. Gerek rüzgar türbini kapasitelerinin artması, gerekse azalan üretim maliyetlerinin etkisiyle rüzgar enerjisi kullanımı her geçen gün artmaktadır. Rüzgar enerjisi santralleri 2016 yılında Avrupa ülkelerinde yaklaşık 300 TWh elektrik üreterek elektrik tüketiminin % 10,4'ini karşılamışladır. Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde rüzgar kurulu gücü doğalgazdan sonra ikinci büyük güç durumuna gelmiştir. Birçok Avrupa ülkesinin orta ve uzun vadeli elektrik enerji üretim tüketim planlamasında rüzgar enerjisi kaynakları önemli bir yer tutmaktadır. Rüzgar enerjisi fizibilite analizleri sırasında yapılan ekonomik ve teknik potansiyel analizlerin hatalı olması sonucunda enerji maliyetleri de hatalı belirlenmiş olur. Bu belirsizlikler yatırım maliyetlerini, dolayısıyla da enerji üretim maliyetlerini, yatırımın geri dönüş riskini ve yatırımcıyı etkilemektedir. Yatırımcılar için yapılması gereken bu belirsizliklerin en aza indirilmesidir. Günümüzde rüzgar enerjisi elektrik üretimi potansiyeli belirlenmesinde sıklıkla Weibull dağılımı kullanılmaktadır. Bu dağılımın kullanılma nedeni, dünyanın birçok bölgesinde rüzgar dağılımına iyi uyduğunun tecrübe edilmesi, dağılımın esnek bir yapıya sahip olması, parametrelerinin belirlenmesindeki kolaylık, parametre sayısının az olması ve parametrelerin bir yükseklik için belirlenmesinin ardından farklı yükseklikler için tahmin edilebilmesi gibi faktörler olarak sıralanabilir. Fakat son yıllarda yapılan çalışmalar rüzgar dağılımının dünyanın her yerinde Weibull dağılımı ile temsil edilemeyeceğini ya da farklı dağılımlar ile yapılan modellemeler sonucu elde edilen başarının Weibull dağılımı ile yapılan modellemeden daha iyi olabileceği gösterilmiştir. Bu tez kapsamında, Weibull dağılımı parametrelerinin belirlenmesi için mevcut yöntemler özetlenmiş ve Weibull dağılımını parametrelerinin belirlenmesi için mevcut yöntemlere alternatif olabilecek yeni yöntemler geliştirilmiştir. Geliştirilen parametre belirleme yöntemlerinin doğruluğu, literatürde olan verilerin kullanılması sonucunda gerek rüzgar şiddetinin dağılımının modellemesi ile gerekse de rüzgar türbini enerji üretim tahminlerinde olan başarısı ile ortaya konmuştur. Ayrıca geliştirilen parametre belirleme yöntemi rüzgar enerjisi modellemelerinde kullanılan dağılımların karşılaştırılmasının yapılması için ülkemizde ölçülmüş rüzgar şiddeti verileri kullanılarak çeşitli dağılımlar ile modellemeler yapılmıştır. Bunlara ek olarak 60 standart dağılım kullanılarak ülkemizde rüzgar şiddeti ölçülmüş, 13 bölge bu dağılımlar ile analiz edilmiş ve üç farklı hata analizi yöntemine göre dağılımların başarısı karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışmasındaki amaçlardan bir tanesi, rüzgar şiddeti verilerinin modellenmesinde ve bir rüzgar türbinin enerji üretiminin belirlenmesinde karışım dağılımlarının kullanılabilirliğinin ve başarısının analizidir. Bu kapsamda önce teorik olarak güçleri 225 kW ile 3000 kW arasında değişen, rüzgar çiftliklerinde çok sık kullanılan, 33 farklı rüzgar türbini ile Weibull, Weibull&Weibull karışım dağılımı ve üç farklı maksimum entropi dağılımları dağılımı kullanılarak enerji üretim doğruluğu belirlenmeye çalışılmıştır. Karışım dağılımlarının parametre belirleme yöntemlerinin enerji üretim tahmini üzerine etkisi örnek çalışmada incelenmiştir. Daha sonra ise ülkemizde bir rüzgar santralinde olan rüzgar türbininin gerçekleşmiş enerji üretimi, ticari bir paket programın sonuçları (WAsP), standart dağılımlar, karışım dağılımları ve MEP dağılımları kullanılarak modellenmiştir. Bu çalışmada kapsamında rüzgar enerjisi potansiyel analizinde karışım dağılımları da kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan 109 dağılımdan MWblWbl dağılımı için parametreler MLH, MOM ve LES ile belirlenmiştir. MTndTnd dağılımının parametreleri ise MLH ve LES ile belirlenmiştir.
Ekstrem rüzgarların yapay sinir ağları ve çoklu lineer regresyon kullanılarak kısa süreli tahmini
Son yıllarda, küresel ısınmayla birlikte meydana gelen iklim değişikliği, günümüzde hiç de az sayılamayacak araştırmalara konu olmuştur ve olmaktadır da. Bu olay; sıcaklık, yağış ve rüzgar gibi meteorolojik değişkenlerde ekstrem olayların meydana geliş sayısını da arttırmaktadır. Bu yüzden de, rüzgar enerjisi çalışmalarında, ekstrem rüzgar olaylarından zarar görmemek amacıyla yeni araştırmalar yapılmaktadır. Bu tez, 215M387 nolu ve "Yeni Avrupa Rüzgar Atlasında Ekstrem Rüzgarlar ve Türbülans Koşullarının Araştırılması ve Tahmin Sistemlerinin Geliştirilmesi" isimli TÜBİTAK projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, ülkemizin Marmara, Ege, Güneydoğu ve Akdeniz Bölgelerinde bulunan 18 farklı Rüzgar Tarlası'na (RT) ait maksimum rüzgar şiddeti verileri temin edilmiştir. Verilerin zamansal çözünürlükleri birbirinden farklı olduğu için her bir RT verisi saatlik olarak işleme alınmıştır. Buna ek olarak, RT ölçüm yüksekliklerinin birbirinden oldukça farklı olması nedeniyle de, bu seviyeler mümkün olduğunca aynı yüksekliğe (80 m – 90 m) taşınmıştır. Çalışmada yöntem olarak, Yapay Sinir Ağları (YSA) ve Çoklu lineer regresyon (ÇLR) metodları kullanılmıştır. Her iki yöntemde de girdi olarak; (t-2), (t-1) ve t zamalarındaki maksimum rüzgar şiddetleri alınmış ve (t+1) zamanındaki maksimum rüzgar şiddeti modellenmeye çalışılmıştır. YSA yönteminin kendisini oluşturan mimariye duyarlı olması nedeniyle de, en uygun YSA mimarisinin belirlenmesi için çalışmada bir hassasiyet analizi gerçekleştirilmiştir. 3 farklı öğrenme algoritması, 2 farklı aktivasyon fonksiyonu, 4 farklı gizli katman ve her bir gizli katmanda 4 farklı sinir hücresi kullanılması nedeniyle, her RT için toplamda 3X2X4X4=96 farklı YSA mimarisi oluşturularak, her RT için en iyi YSA mimarileri belirlenmiştir. Daha sonra ise, hem maksimum rüzgar şiddetleri için hem de ekstrem rüzgar şiddeti olarak belirlenen 20 m/sn üzerindeki rüzgar şiddetleri için analiz ve değerlendirilmelerde bulunularak, elde edilen YSA sonuçları ÇLR sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Kullanım kolaylığı açısından ÇLR, YSA'dan daha pratiktir. Çünkü ÇLR bir denklemden oluşmaktadır. Buna karşın YSA yapısı açısından çok karmaşıktır. Farklı mimariler üzerinden YSA'nın geliştirilebilmesi imkanı olması da YSA'nın avantajınadır. Burada elde edilen YSA ve ÇLR sonuçları genel olarak birbirine yakın olarak elde edilmiştir.
Short-term forecasting of wind power production using machine learning and deep learning methods
The primary purpose of this thesis is, by using relating data, to make short-term wind power prediction with the aid of Deep Learning and Machine Learning technology. The main methods of the research presented in these studies have implemented in the Regression Methods and Artificial Neural Network Method. The related turbines are located in the wind farm on Harmanlık in Bursa. It had established in the middle of 2015, and the wind park consists of 16 number Vestas 112 wind turbines models. Power generation capacity is 52.8 MW as annual. In this thesis is going to focus on only eight turbines. Machine Learning has been on the predictable and applicable a model. This study is constituted the prediction algorithm with various regression methods which are Multi Linear Regression, Support Vector Regression, K-Nearest Neighbors, and Decision Tree Regression. These prediction algorithms have been to improve a software application in Python programs. Furthermore, Deep Learning provides a significant part in the implement of optimization. These method has also been to establish the optimum configuration in a software application Python programs to reach the prediction of wind power. These regression methods and Artificial Neural Network has used on various data containing the wind speed, the temperature, and past-wind power production. The processed data was received during years from 01.09.2016 to 31.08.2018 by Borusan Enbw energy company and the Borusan Enbw meteorological sensor in the wind farm. Based on the comparison of daily data has indicated that the artificial neural network and the whole regression analyses might obtain performances, that is the regular (24 hours) forecasting for a single turbine, whether which prediction results are equal or even better compared to each other. After all simulation, it will decide that the best method to adopt for this the prediction of wind power within among methods. All forecast result generated with these identified methods. All considered models are using wind speed of the location and the temperature of the area from sensors. Moreover, it has been to apply the most critical data which is past production data from 01.09.2016 to 31.08.2018 as an hourly. After that, it has implemented two analysis. One of them will compare between the prediction results, which obtains only wind speed and, the prediction results, which receive both wind speed and the temperature to each other for one turbine by using the Regression Methods and Artificial Neural Network. According to these solutions, it was decided to use two input parameters, which are the wind speed and the temperature. It was implemented the related inputs for five methods. It has a presentation of graphs detailing how well the methods ("Multi Linear Regression," "Support Vector Regression," "K-Nearest Neighbors," "Decision Tree Regression" and "Artificial Neural Network") perform in the studies. Furthermore, the second analysis has compared to the accuracies for eight turbines by using target data and prediction data. These results are also briefly explain in this thesis. It is shown the various prediction results and their relative performance by measuring MSE, MAE, RMSE.
Limanlar için bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin tekno-ekonomik analizi
Ülke ekonomilerinin gelişmesi, refah seviyelerinin yükselmesi ve küresel kalkınmanın önemli bir unsuru olan ticaret % 90 oranla deniz taşımacılığı ve limanlarla gerçekleşmektedir. Enerjinin yoğun olarak kullanıldığı denizcilik sektörünün en önemli bileşenleri olan gemilerin ve limanların enerji tüketimindeki payı da yüksektir. Bunun doğal sonucu olarak yüksek enerji talebiyle birlikte denizcilik sektöründe artan fosil yakıt kullanımı karbon emisyonu, sera gazı ve küresel ısınma üzerinde olumsuz etkilerin artmasına neden olmaktadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO – International Maritime Organization) sera gazı salınımlarının azaltılması amacıyla gemilerde düşük sülfürlü yakıt kullanımının sağlanması için yapmış olduğu çabalar mesafe kaydetmeye başlamış olmakla birlikte denizcilik sektörünün tüm bileşenlerinin küresel iklim değişikliğinin önlenmesi, limanlarda alternatif ve yenilenebilir enerji kullanımı ve denizcilik sektöründe enerji verimliliği konularında atması gereken daha çok adım vardır. Dünya ticaretinde oldukça önemli bir paya sahip denizcilik sektöründeki özel ve kamusal teşebbüslerin, genellikle maliyetleri azaltmak amacıyla olsa da, hem sosyal sorumluluk, ticari prestij ve çevresel hassasiyet, hem de ulusal ve uluslararası zorunlulukları karşılamak amacıyla sera gazı salımı azaltma ve enerji arzı güvenliği maksadıyle alternatif enerji kaynaklarından enerji temini ve enerji verimliliği çalışmaları dikkat çekmeye başlamıştır. Enerji ihtiyacının karşılanmasının denizcilik endüstrisindeki önemi ve yüksek maliyeti ile çevresel kaygılar; sürdürülebilir, yeşil ve temiz enerji kaynaklarının tercih edilmesi ve enerjinin verimli kullanılması konusuna olan dikkatleri arttırmıştır. Sanayi ve ticari faaliyetlerin, dolayısıyla enerji tüketiminin yoğun olduğu Türk ve dünya liman bölgelerindedeki yüksek enerji kullanımının ana unsurları olan gemilerde, bazı yük elleçleme ekipmanlarında ve liman içi yük transfer araçlarında, aydınlatmalarda, soğutmalı depolarda, binalarda, ofislerde ve işletmelerde kullanılan enerji genellikle fosil yakıtlardan veya şebekeden gelen elektrikten sağlanmaktadır. Türkiye'de ve dünyada denizcilik alanında yenilenebilir ve yeşil enerji kaynaklarının kullanımı oldukça düşük seviyede kalırken, gemilerle yapılan nakliyede ve iskelelerdeki yük elleçleme operasyonlarında çoğunlukla fosil yakıt kullanılmaktadır. Ayrıca bir çok Türk ve dünya limanlarında yer alan ofis ve işletmelerde aydınlatmada, iklimlendirmede ve günlük kullanımda genellikle sahil şebeke elektriğinin kullanımı denizcilik kaynaklı hava ve çevre kirliliğinin önlenmesi, sürdürülebilir ve yeşil limanların oluşturulması için küresel önlemlerin alınmasını kaçınılmaz bir hale getirmiştir. Denizcilik sektörünün hem deniz hem de kara kısmı birlikte değerlendirildiğinde ihtiyaç duyulan enerji miktarı ve maliyeti ile birlikte çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkileri yeşil limanların yaygınlaşmasını ve denizciliğin tüm unsurlarıyla birlikte yenilenebilir, çevreci ve temiz enerji kaynaklarına yönelmesini zorunlu kılmaktadır. Günümüz ve geleceğe yön veren denizcilik faaliyetlerini ve liman hizmetlerini sunan küresel ölçekli denizcilik şirketleri ve liman yönetimleri; hava, çevre, deniz ve gürültü kirliliğinin azaltılmasının ve önlenmesinin yanı sıra sürdürülebilir ve temiz enerjinin kullanımını yasal zorunlulukların ötesinde sosyal sorumluluk bilinciyle gönüllü eylemlere dönüştürmüştür. Denizcilik alanında çevre hassasiyeti konularına ciddiyetle yaklaşan ve denizcilik sektörüne öncülük eden örnek uygulamalara sahip gemi operatörleri ve liman işletmecileri için, çevre ile iş sağlığı ve güvenliği konularındaki duyarlılık artık kurumsallık, rekabet ve prestij unsuru olmuştur. Limanlar için bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin yaygınlaşarak ve limanlarda yeşil strateji gözetilerek, temiz, sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarını kapsayan tüm hedef ve programların temel amacı; tüm dünya limanlarda küresel ölçekte çevresel, ekonomik ve sosyal sürdürülebilirliğin sağlanarak karbon ayak izinin azaltılması ve sera gazlarının önlenerek küresel ısınmanın olumsuz etkilerini azaltmaktır. Bu projedeki amacımız limanlarımızın enerji ihtiyacının yeşil, temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarıyla karşılanarak hem emisyon değerlerinin hem de enerji maliyetlerinin düşürülmesidir. Limanlardaki enerji maliyetlerinin yapılan iş hacmiyle orantılı olarak yüksek oluşu buralarda kullanılan enerjinin maliyetlerinin düşürülmesinde yenilenebilir ve kesintisiz enerji kaynaklarını kullanmanın önemini arttırmaktadır. Yakın zamanda yapılış çalışmalar incelendiğinde görülmüştür ki, Dünyada bu maksatla deniz fenerleri, stadyumlar, fabrikalar, işletmeler, hava alanları ve daha farklı projelerde yenilenebilir enerji kaynakları tatbik edilmiş ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Ancak limanlarda temiz enerji kaynaklarının kullanımı ise çok yeni bir uygulama olup dünyada örneklerinin az oluşu ve Türkiye' de tatbik edilmeye yeni yeni başlaması ve yaygınlaşmamış olması bu tez çalışmasına olan ihtiyacı doğurmuştur. Bu alanda henüz yapılmış bir çalışma olmayışı nedeniyle limanların da kendi potansiyellerini ve enerji maliyetlerini nasıl düşürebileceklerini görmelerinin önünde bir engel oluşturmaktadır. Yapılacak olan bu tez çalışmasında elde edilecek veriler ışığında liman bölgeleri net olarak harcadıkları enerji miktarlarını, bunun yenilenebilir enerji kaynaklarıyla karşılanması halinde elde edecekleri tasarrufu, ihracatta ve ticari rekabette yatırım ve hedeflerini büyütme potansiyellerini görmelerine imkan yaratacaktır. Bu amaçla öncelikle liman yükleme-tahliye operasyonlarında, liman alanındaki yük elleçleme ve depolama, aydınlatma ve diğer hizmetlerinde sarfedilen toplam enerji miktarının saatlik, günlük haftalık, aylık ve yıllık bazda tespit edilerek enerjiye harcanan toplam maliyetin bulunması hedeflenmiştir. Akdeniz'deki liman bölgesinde bulunan rıhtım ve iskelelerde tüketilen elektrik miktarının kaç kilowatt/saat olduğu ve toplam maliyetinin tespit edilmesinin ardından bu miktarların yenilenebilir enerji kaynaklarıyla ne kadar sürede amorti edilebileceği ve uzun vadede sağlayacağı karlılığı hesap etmek için söz konusu liman işletmecisinden bu bilgileri talep edilmiştir. Akdeniz'de yer alan limanın koordinat bilgileri, tüketilen saatlik enerji miktarları ve elde edilen diğer veriler, Homer Programına girierek farklı senaryolarla yenilenebilir hibrit enerji sistemleri uygulanmış, en uygun ve en ekonomik olan sistem, üzerinde çalışılan liman için tespit edilmiştir. Homer programı ihtiyaç duyduğu küresel solar radyasonu verilerini, sıcaklık, açıklık indeksi ve rüzgar kuvvetini internetten indirerek algoritmik hesaplar yaparak en uygun sistem bileşenlerini tespit edip optimum sistem ve ekonomik maliyet hesabı yapmaktadır. Program her bir sistem tasarımının tekno-ekonomik analizi için Homer (NREL, US) yazılımını kullanmıştır. Yazılım, tasarımcı tarafından girilen; proje ömrü, sistemin kurulacağı lokasyon bilgileri ve buraya ait sıcaklık, güneş, rüzgar vb. meteorolojik veriler, ihtiyaç duyulan enerji yükü (talebi), enflayon oranı, reel faiz oranı, tasarlanacak yenilenebilir enerji bileşenlerinin miktar ve özellikleri, sistemin bakım onarım maliyetleri, emisyondan kaynaklı ceza ve kısıtlamalar vb. her bir parametreyi simüle ederek net sistem maliyetine göre uygulanabilir sistem kombinasyonlarını sıralamaktadır. Yapılan çalışmada belirlenen tekno-ekonomik paramtrelere göre farklı senaryolar, söz konusu liman için simüle edilerek şebeke bağlantılı optimum hibrit enerji sistemi tasarlanmıştır. Analizi yapılan pilot bölgenin farklı senaryolarla elde edilen veriler ışığında ortaya çıkan optimum sistemi, farklı varyasyonlar ve senaryolarla kıyas yapılarak en doğru yenilenebilir sistem tercihi kolaylıkla şekillenmiştir. Bu çalışmada tasarlanan hibrit enerji sistemi, bölgenin enerji ihtiyacı ve kaynak uygunluğuna göre minimum maliyet ve maksismum güvenilir enerji arzı hedeflenmiştir. Bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin tekno ekonomik analizinin yapıldığı bu çalışmada seçilen pilot bölge Akdeniz'de bir liman olup, verileri alınan söz konusu limanın talebi üzerine ismi açıkça belirtilmemiştir. Hibrit olmayan sistemler, uygulanabilir sistem kombinasyonları arasında yer almazken, şebeke bağlantılı hibrit sistem, şebeke bağlantısı olmayan sistemlere kıyasla sistem maliyeti ve enerji üretim maliyeti açısından daha avantajlı bulunmuştur. Sistem maliyeti, bileşen maliyetleri ve enerji üretim maliyetlerinin tekno ekonomik analizlerine göre en optimum ve uygulanabilir sistem tasarımı incelenmiştir. Çalışmada, söz konusu limanın enerji yüküne ait maliyetler, Homer programı dışında excel programıyla da saatlik, günlük, aylık ve yıllık bazda hesaplanarak sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre şebekeden beslenen limana ait enerji maliyetlerinin her iki programda kıyaslandığında oldukça yüksek olduğu göze çarpmaktadır. Bu maliyetler, uygun bir yenilenebilir hibrit enerji sisteminin kurulması durumunda, enerji maliyetleri açısından oldukça makul rakamlara düşerek limanın orta ve uzun vadede karlılığa geçmesini sağlayacaktır. Bahse konu olan liman için hassasiyet ve optimizasyon ayarları yıl içerisindeki ortalama değerler için birbirinden bağımsız simülasyonlar yapılarak çıktılar incelenmiş ve en makul maliyete ulaşabilmek için sistem bileşenleri ve hassasiyet ayarları tek tek denenmiştir. Yenilenebilir enerji bileşenlerinin her bir maliyeti, bakım onarım masrafları, hurda değerleri ve diğer maliyetler bu bileşenlerin internetteki sayfaları ve ürün model ve özelliklerine göre piyasa değeri ortalamaları alınarak hesaplanmıştır. Modellenen hibrit sistemin mevcut maliyeti düşünüldüğünde, yıldan yıla bileşen maliyetlerindeki düşüş, şebeke elektrik fiyatlarındaki ve enflasyondaki yükseliş ile birlikte değerlendirildiğinde, şebeke enerji fiyatlarıyla rekabet edebilir olmasının yanısıra daha çok avantaj sağladığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak ortaya çıkan optimum ve uygun bir yenilenebilir enerji sisteminin, limanın enerji ihtiyaçlarını karşılaması açısından orta ve uzun vadede enerji maliyetleri üzerinde olumlu ve karlı bir etki sağlayacak sistemi belirlemeleri, tercih etmeleri ve karar verme süreçleri üzerinde netlik sağlaması açısından yararlı olacaktır.
Akdeniz Bölgesi'ndeki yüzey rüzgâr hızı değerlerinin trendinin farklı yöntemler ile değerlendirilmesi
Rüzgârın ekosistem ve hidrolojik döngünün önemli bir parametresi olan buharlaşma üzerinde önemli etkileri vardır. Bu nedenle rüzgârdaki tarihsel değişimlerin belirlenmesi bu etki düzeylerinin belirlenmesine yardımcı olacaktır. Bu amaçla, bu çalışmada Türkiye'deki en önemli kıyı bölgelerinden olan Akdeniz bölgesinde bulunan 34 meteoroloji gözlem istasyonuna ait 1970-2021 yılları arasındaki aylık yüzey rüzgâr hızı verilerinin eğilimleri belirlenmiştir. Trend analizinde parametrik olmayan Mann-Kendall testi ve Spearman'ın Rho testlerinin yanında sonuçları grafiksel olarak yorumlama olanağı tanıyan Yenilikçi Trend Analizi (Innovative Trend Analizi-ITA) yöntemleri kullanılmıştır. Trend eğimleri ise Sen'in trend eğim yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Trend analizi sonuçları bölgenin rüzgâr hızı değerlerinin çoğunlukla azalan yönde olduğunu göstermiş olup, en fazla anlamlı azalan trend şubat, kasım ve aralık aylarında görülmüştür.
İklim değişikliği ve iklimle dengeli çevre tasarım ilkeleri
Günümüzde dolaylı veya dolaysız olarak insan yararı için üretilen enerjinin çoğu yenilenemez enerji kaynaklarından sağlanmaktadır. Ancak yıllarca yenilenemez enerji kaynaklarından üretilen enerji atmosferdeki sera gazlarının yoğunluğunda artışlar meydana getirmiş ve bu artışlar sonucu iklimde olumsuz değişiklikler gerçekleşmiş ve gerçekleşmeye devam etmektedir. İklimdeki gerçekleşen bu olumsuz değişiklikler, başta insanlar olmak üzere tüm canlıların yaşamlarını etkilemektedir. Dolayısı ile uzun yıllardır dünya gündeminde yer alan iklim değişikliğinin nedenleri, sonuçları ve iklim değişikliğin yavaşlatılmasına karşı alınacak önlemler üzerine ulusal ve uluslararası çalışmalar yürütülmektedir. Ülkelerin yenilenemez enerji kaynakları yerine yenilenebilir enerji kaynakları kullanması üzerinde durulmaktadır. Atmosferdeki sera gaz emisyonundaki artışın dolayısıyla da iklimdeki değişikliklerin en önemli sebebi insan etkisi olduğu yapılan araştırmalar ile tespit edilmiştir. Yapı endüstrisi de en fazla sera gaz emisyonuna neden olan sektörlerden biridir. Bu nedenle küresel bir sorun olan iklim değişikliğinin etkilerinin azaltılması için, enerji, su ve diğer doğal kaynakların etkili bir şekilde kullanılması, yenilenemez enerji kaynak kullanımının minimuma indirilmesi, yapı endüstrisinde maksimum enerji tasarrufu sağlayan, iklimle dengeli tasarım anlayışının benimsenerek, zorunlu hale getirilmesi gibi uygulamaların gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada doğal kaynaklardan yararlanarak, iklimsel konfor ve enerji korunumu ilkeleri doğrultusunda iklimle uyumlu çevre tasarımı parametreleri araştırılarak, gelecekte yapılacak çalışmalara referans olması için Bakırköy bölgesindeki 278 ada- 94 parsel için iklimle dengeli çevre tasarımı modeli uygulanmıştır.
Rüzgâr enerjisi santrallerinin yarasalar üzerine etkileri
Türkiye'de hızla yaygınlaşmaya başlayan rüzgâr türbinlerinin yarasalar üzerine etkileri bu çalışmada ele alınmıştır. Bu amaçla Balıkesir, Isparta, Kırklareli, Muğla ve Tekirdağ illerinde yer alan birer rüzgâr enerjisi santralinde 2018-2019 yılları arasında ölü birey taraması yapılmıştır. Bunların dışında santral alanını kullanan potansiyel türlerin tespiti için ses (akustik) kayıtları alınmıştır. Türbinlerden etkilenen yarasa türlerinin aylara, santrale, türbinlere, cinsiyete ve yaşa göre dağılımları, ölümlere neden olabileceği düşünülen türbin özellikleri ve hava koşulları değerlendirilmiştir. Türbinlerde en fazla ölü bulunan türler, sırasıyla Pipistrellus pipistrellus (% 54,1), Pipistrellus nathusii (% 18,2) ve Hypsugo savii (% 8,2)'dir. Santraller arasında ölü sayısı türbin başına 2,43-5,17 birey ve megawatt başına ise 0,88-3,23 birey olarak belirlenmiştir. En fazla ölümün türbinlerden 0-30 m uzaklıkta, aylara göre temmuz-eylül arasında, cinsiyete göre dişilerde (% 41) ve yaşa göre ergin bireylerde (% 66) olduğu görülmüştür. Ayrıca sıcaklığın 16 oC'nin üzerinde ve rüzgâr hızının 3,5-4,5 m/sn arasında olduğu günlerde ağaçlık alanları beslenme, tüneme vb. durumlarında kullanan türlerin ölü sayısının daha fazla olduğu tespit edilmiştir.
Savonius tipi rüzgar türbinlerinde yanal rüzgar yönlendiricilerinin etkisinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, Savonius tipi rüzgâr türbinlerinde yan yönelticilerin türbin performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Kullanılan Savonius türbini yarı silindir şeklindeki kanatlara sahip olup (d=160mm, L=290mm) ve türbinin hemen dışında 200mm çapındaki bir çember üzerinde, 60 derece yay şeklinde (s=104mm) bir dairesel yönlendirici yerleştirilmiştir. Saat yönünde ve saat yönünün tersinde, yönlendiricinin bir kenarı 0 ile başlayarak farklı açılarda [0, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 75, 90, 105 ve 120] konumlandırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, 0 rüzgâr yönüne en yakın nokta olarak kabul edildiği durumda, yaklaşık 0.646 λ (uç hız oranı) ve saat yönünün tersine doğru en iyi yönlendirici açısının 10 olduğunu göstermektedir. Bu konumda elde edilen 0.16 değerindeki güç katsayısı, yönlendiricisiz sonuçlarla karşılaştırıldığında %55 oranında bir artış sağlamaktadır. Dairesel yan yönelticinin kullanımı, güç çıkışını ve genel verimliliği artırmak için umut vaat eden bir yaklaşım sunmakta olup bu çalışma yönlendiriciler ile donatılmış Savonius türbinlerinin aerodinamik davranışının anlaşılmasına katkı sağlamakta ve bu alandaki gelecekteki araştırma ve geliştirme çalışmaları için değerli bilgiler sunmaktadır.
Türkiye üzerinde 21. yüzyılda rüzgar hızı ve rüzgar enerjisi potansiyelinin incelenmesi ve wasp modeli ile seçili bölge için sonuçların değerlendirilmesi
İnsanoğlunun, bugünkü hayatının ayrılmaz bir parçası olan, sanayiden, teknolojiye, ulaşımdan, sağlığa kadar bütün faaliyetlerinin en temel kaynağı olan enerji, 18. yüzyıldaki Sanayi devriminden sonra büyük bir ivme kazanmıştır ve bu ihtiyaca olan talebimiz her geçen gün artarak devam etmektedir. Enerjiye olan gereksinimin karşılanması için ilk olarak fosil yakıtların kullanılması gelmektedir. Fakat bugün önemine daha fazla vurgu yapılan, şu aşamada bile yaşamımızı etkilemeye başlayan, yakın gelecekte hayatımızı daha fazla ve derinden etkileyecek bir kavramla, iklim değişikliği ve küresel ısınma ile karşı karşıyayız. Fosil yakıtların kullanımının yaygınlaşması, karbon emisyonlarının daha önce hiç tanık olmadığımız eşik değerlerini aşması, sera etkisinin artmasına kısaca küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Bu sebeple yeni teknolojilerin ve yenilenebilir enerjinin kullanımının önemi artmıştır. Bu kullanımda şu an en büyük paya sahip olan ve gelecekte de en büyük paya sahip olması beklenen rüzgar enerjisine aittir. Rüzgar enerjisinin, yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) arasında yatırım maliyetinin düşük olması ve kurulumundan elde edilecek faydanın diğer yenilenebilir kaynaklardan fazla olması dolayısıyla, diğer YEK'lere göre ön plana çıkmıştır. Bu kaynağın en önemli etkeni olan rüzgarın, hız ve yönündeki değişimler kaynak yerinin belirlenmesinden, üretim faaliyetine ve sonraki tüm süreçlere kadar önem derecesinde etki eder. Bu sebeple kaynağın kullanımının ve kullanılacak kısmının optimizasyonu için, rüzgarın hız ve yönündeki değişimler, saniye mertebesinden, mevsimsel, yıllık ve uzun dönemler boyunca incelenmeli ve belirlenmelidir. Bu tez çalışmasında, Türkiye ve çevresinde küresel iklim modeli MPI-ESM-MR ile zorlanmış RegCM4.3 bölgesel iklim modelinin Türkiye üzerindeki 10 km yüksek çözünürlüklü simülasyonları kullanılarak 2100 yılına kadar rüzgar hızı ve yönü ile rüzgar enerjisindeki değişimleri incelenmiştir. Tez kapsamının ilk aşamasında Türkiye için hazırlanmış farklı kuruluşlar tarafından farklı çözünürlüklerde ve farklı yüksekliklerdeki 6 farklı rüzgar potansiyeli haritası incelenmiş, modelin referans dönemi ile olan benzerliklerine bakılmıştır. Farklı zamanlarda ve farklı yüksekliklerde hazırlanan haritalarda yüksek rüzgar potansiyeline sahip bölgelerin modellin referans dönemi ile aynı yerlerde olduğu görülmüştür. Hazırlanmış bu potansiyel atlasları ile model arasında, referans dönemi ile olan yakın ve aynı sonuçlar gösterilerek modelin doğruluğu test edilmiştir. Gelecekte rüzgar hızı ve rüzgar enerjisi yoğunluğunun nasıl değişeceği 1971-2000 yılları arasındaki referans dönemi baz alınarak 3 farklı dönem için tespit edilmiş, her dönem için değişimlerin referans dönemine göre yüzde değişimi incelenmiştir. Çalışmanın ilk evresinde Dünya'da, Avrupa'da ve Türkiye'de rüzgar ve rüzgar enerjisi konusunda kapsamlı ve birleştirici çalışmalar yapan 3 büyük öncü kuruluş GWEC, EWEA ve TÜREB'in yayınladığı raporlar incelenmiştir. Son 10 ila 15 yıl içinde paylaşılan istatistiksel sonuçlara göre; Dünya'da, Avrupa'da ve Türkiye'de bu sektörün devamlı ivme kazanarak büyüdüğü, kurulu güç miktarının her sene bir önceki seneye kıyasla artarak, başta enerji olmak üzere elektrik ve diğer ihtiyacları karşılamada devasa bir yenilenebilir çözüm ortağı haline geldiği göz önüne serilmiştir. Bu çerçeve de yine bu öncü kuruluşlar tarafından geleceği öngörmek amaçlı hazırlanan gelecek senaryoları ile 2020, 2030 ve 2050 hedefleri incelenmiştir. Bu raporlara göre rüzgar enerjisi kullanımının son 15 yıldaki büyüme hızında olmasa bile, kurulum ve kullanım artışını devam ettireceği ve 2050 yılında yenilenebilir kaynaklardan enerji üretiminin %50'sini karşılayacağı öngörülmektedir. Türkiye ise 2013 yılında, 2023 hedefi olarak rüzgardan enerji üretimini 20 GW olarak planlamıştır. Çalışmanın ilk evresinde 1984 yılında hazırlanan ilk rüzgar enerjisi yoğunluğu atlası, daha sonra MGM'nin hazırladığı atlas ve en son REPA projesi için hazırlanan atlas detaylıca incelenmiştir. Bunlara ilaveten 3 farklı firmanın farklı yüksekliklerde ve farklı çözünürlükte hazırladığı haritalar örnek olarak konulmuştur. Çalışmada MPI-ESM-MR yer sistem modeli çıktılarının, referans ve RCP 4.5 ve RCP 8.5 senaryolarına göre gelecek için 10 km çözünürlüğe dinamik olarak ölçek küçültülmüş sonuçları incelenmiştir. 1971-2000 referans dönemi için 50m, 80m, 100m ve 200m'deki rüzgar hızları, rüzgar enerjisi yoğunluğu ve rüzgar yönü mevsimsel ve dönemsel olarak hesaplanmış, daha sonra RCP 4.5 ve RCP 8.5 senaryoları için 2021-2040, 2041-2070 ve 2071-2100 dönemleri için ortalama rüzgar hızı ve rüzgar enerjisi yoğunluğundaki değişimler analiz edilmiştir. Bu tez çalışmasında sadece 80m ve 200m sonuçları gösterilmiştir. Referans dönemi rüzgar enerji potansiyeli 10'ar yıllık periyotlar halinde incelenerek günümüz koşullarında rüzgar enerji potansiyelinde değişimin mevcudiyeti araştırılmıştır. Ayrıca farklı yüksekliklerdeki farklar alınarak da değişimler irdelenmiştir. 10 yıllık periyotlardaki değişimler çok küçüktür. Bu sebeple daha uzun periyotlar seçilerek (1971-2000, 2021-2040, 2041-2070, 2071-2100) değişimlerin daha iyi gözlenmesi amaçlanmış, hem de literatür çalışmaları ile ortak karşılaştırılma yapılmak istenmiştir. 80 m ve 200 m için simülasyonların referans dönemi ile gelecek dönem sonuçları birbirinden çıkarılarak, anomaliler incelenmiş ve ne kadar bir sapmanın olacağı gösterilmiştir. Sonuçların yüksek çözünürlükte değişimini analiz etmek için seçilen pilot bölge Bandırma ve çevresinde WAsP, rüzgar analiz ve değerlendirme modeli ile ölçek küçültme uygulanmıştır. WAsP modelinin sadece tek bir noktadan veri girişi nedeniyle 10 km çözünürlüklü modelden, bölgeye en yakın grid çıktısı kullanılarak çalışma yapılmış ve rüzgar enerji potansiyelinin lokal ölçekteki rüzgar enerjisi değişimi uzun dönem meteoroloji ölçümü, ölçüm direği ve grid noktasındaki referans ve gelecek dönemler için hesaplanmıştır. Sonuçların bölgesel iklim modeli ile uyumluluğu karşılaştırılmıştır. Ayrıca uzun dönem meteorolojik ölçüm, ölçüm direği ve grid noktasındaki değerler, yüksek potansiyele sahip bir referans noktasına taşınarak genel rüzgar hızı ortalaması ve rüzgar enerjisi yoğunluğu incelenmiştir. Yapılan literatür araştırmalarının sonuçlarının da gösterdiği gibi Türkiye ve çevresi için potansiyeli yüksek olan bölgeler olan, batı ve kuzeybatı bölgelerinde, rüzgar hızı artışına bağlı olarak rüzgar enerjisi yoğunluğunun da arttığı görülmüştür. Özellikle Ege denizi ve çevresinde rüzgar hızlarında 2070 dönemi sonrasında ciddi artışlar kaydedilmiştir. Ayrıca ülkemizin iç kesimlerinde özellikle İç Anadolunun ortasında ve buradan Ege denizine kadar uzanan kordidor boyunca rüzgar hızlarında artış tespit edilmiştir. Bunun yanında Güneydoğu Anadolu bölgesinde de rüzgar hızlarında bir artış vardır. Doğu Anadolu bölgesi ve özellikle Akdeniz bölgesinde rüzgar hızlarında ciddi bir azalma kaydedilmiştir. Akdeniz bölgesindeki bu azalma gelecekte bu bölgede beklenen daha az siklonik, daha fazla antisiklonik büyük ölçek sirkülasyonlarındaki değişimlerden kaynaklanması beklenmektedir. Ayrıca Karadeniz ve çevresinde farklı zamanlarda küçük değişimler beklenmektedir.
Rüzgar enerjisi yatırımlarındaki risk faktörleri ve enerji üretimi öngörüsünde rüzgar ölçüm verisinin etkisi
Dünya enerji ihtiyacının gün geçtikçe artması, fosil yakıtların kaynak olarak sınırlılığı ve olumsuz çevresel etkileri nedeniyle alternatif enerji kaynaklarına olan yönelim artmaktadır. Bu noktada rüzgar enerjisi, güneş enerjisi, biyokütle enerjisi gibi yenilenebilir enerji çeşitleri ön plana çıkmakta, ülkelerin enerji politikaları 21. yüzyılda bu alanlardaki kurulu güçleri arttırmaya yönelik olarak şekillenmektedir. Yenilenebilir enerji alanındaki yıllık büyüme oranları incelendiğinde; özellikle rüzgar enerjisinin 2000'li yıllarla beraber yükselişe geçtiği, yapılan yatırımların büyüklük ve sayı olarak arttığı gözlemlenmektedir. Bu durum rüzgar enerjisi yatırımlarının iyi analiz edilmesini ve doğru stratejilerle hayata geçirilmesini gerektirmektedir. Bu doğrultuda yola çıkan bu çalışmanın ana amacı; rüzgar enerjisi yatırımlarında karşılaşılabilecek riskleri değerlendirmek, enerji üretimi öngörüsü hesaplarında rüzgar ölçüm verisinin etkisini araştırmaktır. Çalışmanın ilk kısmında, amaç ve kapsamın belirtildiği giriş bölümü yer almaktadır. İkinci kısımda rüzgar enerjisinin dünyada ve Türkiye'deki gelişimi ve son durumu istatistiki bilgiler yardımıyla incelenmiştir. Tezin üçüncü kısmında, rüzgar enerjisi yatırımları proje süreci anlatılmakta, santrallerin ilk yatırım ve işletme maliyetleri hakkında bilgi verilmektedir. Tezin dördüncü kısmında rüzgar enerjisi yatırımlarındaki risk faktörleri değerlendirilmektedir. Bu kısımda yapılan literatür araştırmasında rüzgar ölçüm verisi, simulasyon programları, saha jeolojisi, çevresel etkiler ve toplumsal kabullenme, doğal afetler, mevzuatlar ve ekipman temini kapsamında oluşabilecek riskler incelenmektedir. Tezin beşinci kısmında rüzgar ölçüm verisinin enerji üretimi öngörüsü hesapları üzerindeki etkisi araştırılmaktadır. Öngörü hesapları için lineer akış modellli WAsP programı kullanılmıştır. Çalışma için, aktif işletme halinde olan bir rüzgar santralinin proje geliştirme aşamasında toplanan rüzgar ölçüm verisi ve santralin bir yıllık enerji üretimi değerleri temin edilmiştir. Rüzgar santrali 40 MW kurulu güce sahiptir ve 16 adet 2,5 MW'lık türbinden oluşmaktadır. 8 adet türbine ait üretim verileri elde edilebildiği için çalışma santralin 20 MW'lık kısmı için gerçekleştirilmiştir. Rüzgar santralinin rüzgar ölçümü işlemi 18 ay süreyle, 10 dakikalık ortalama rüzgar hızlarının kaydedilmesiyle, 60 m yükseklikten gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması için bu veri ilk 6 ay, ilk 12 ay ve 18 ayın tamamı olmak üzere üçe bölünerek ölçüm süresi uzunluğu bazında üç farklı senaryo oluşturulmuştur. Bu ölçüm sürelerinde 10 dk ve 60 dk olmak üzere iki farklı ortalama rüzgar hızı alma aralığı kullanılarak toplamda altı farklı veri kümesi yaratılmıştır. Oluşturulan veri kümelerinin kullanımıyla rüzgar santralinin WAsP analizleri gerçekleştirilmiştir. 2014 yılı boyunca 8 adet türbinden elde edilen gerçek enerji üretimi 52881 MWh'tır. Enerji üretimi verisi incelenerek arızalardan kaynaklı duruşlar tespit edilmiş ve bu duruşlardan dolayı oluşan kaybın yıllık 3822 MWh olduğu hesaplanmıştır. Yapılan karşılaştırmalarda, ölçüm verisinin enerji üretimi öngörüsü üzerindeki etkisini daha iyi bir şekilde görmek amacıyla, santralin yıllık enerji üretimi için 56703 MWh değeri baz alınmıştır. Santral yıllık enerji üretimine en yakın sonuçlar 18 aylık ölçüm verilerinin kullanıldığı durumlardan, %6,1 (10 dk'lık) ve %6,8 (60 dk'lık) hata oranlarıyla elde edilmiştir. İlk 12 aylık ölçüm verilerinin kullanımıyla %12,0 (10 dk'lık) ile %12,8 (60 dk'lık) hata oranlarına sahip sonuçlara ulaşılmaktadır. İlk 6 aylık verilerin kullanımıyla ise gerçek enerji üretimine göre, %22'lere varan sapma oranlarıyla, oldukça farklı sonuçlar elde edilmektedir. Bunun nedeni 6 aylık ölçümlerin sadece kış ve ilkbahar aylarına ait rüzgar verilerini içermesi, rüzgar hızlarında yaşanan mevsimsel etkilerin göz önünde bulundurulmayışı olarak ifade edilebilir. Aynı uzunluktaki ölçüm sürelerinde, 10 dk'lık ortalamaların, 60 dk'lık ortalamalara göre daha iyi sonuçlar verdiği görülmektedir. Çalışmada kullanılan iki farklı ortalama rüzgar hızı alma aralığı arasında, yıllık enerji üretimi öngörüsü bazında gözlemlenen farklar en fazla %1,2 mertebesindedir. Bu çalışma özelinde ortalama alma aralığının sonuçları büyük ölçekte etkilemediği ifade edilebilir. Değişik bölgeler için yapılan çalışmalarda farklı sonuçlara ulaşılabilir. Santralin gerçek enerji üretimi değerleriyle hesaplanan geri ödeme süresi 8,8 yıldır. Bu değere en yakın sonuçlar 18 ay uzunluktaki 10 dk'lık ölçüm verilerinin kullanıldığı senaryodan 8,2 yıl olarak elde edilmiştir. En büyük sapmayı gösteren durum ise 6,9 yıl geri ödeme süresine sahip 6 aylık 60 dk'lık ölçüm verisinin kullanıldığı durumdur. Enerji üretimi öngörüsü hesaplarının doğruluğu açısından, rüzgar ölçümü işleminin uzun periyotlu olarak, kısa ortalama alma aralıklarıyla gerçekleştirilmesi bu noktada oluşabilecek riskleri oldukça azaltacaktır.