Talep tarafı yönetimi kullanılarak konutlar için merkezi batarya veya elektrikli araç bataryası ile desteklenen PV güç sisteminin boyutlandırılması,enerji yönetimi ve ekonomik analizi

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Talep Tarafı Yönetimi Kullanılarak Konutlar İçin Merkezi Batarya veya Elektrikli Araç Bataryası İle Desteklenen PV Güç Sisteminin Boyutlandırılması, Enerji Yönetimi ve Ekonomik Analizi Gül Feray SEZEN Manisa Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Dr.Öğr.Üyesi Kıvanç BAŞARAN Akıllı şebeke ve akıllı mikro şebeke teknolojilerinin gelişmesi geleceğin elektrik güç sistemleri için önemli bir adım olmuştur. Akıllı mikro şebeke sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama sistemleri, talep tarafı yönetimi ve elektrikli araçların şebekeye entegrasyonu araştırma konularının temelini oluşturmaktadır. Farklı tip enerji üretim kaynakları ve depolama sistemlerinin kullanılması ve bunların elektrik şebekesine entegrasyonu ile enerji talep tarafının birlikte ele alınması akıllı kontrol ve enerji yönetim sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu hale getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında özellikle rüzgâr ve güneş enerjisinin kullanımı öne çıkmaktadır. Ancak, şehir içi kurulumlu ya da küçük güçlü sistemler ele alındığında büyük ölçüde güneş enerjisinden yararlanıldığı görülmektedir. Güneş enerjisi de diğer birçok yenilenebilir enerji kaynağında olduğu gibi kesikli enerji kaynağıdır. Bu nedenle, enerji sürekliliğini sağlamak için ya üretilen enerjinin depo edilmesi ya da enerji üretiminin olmadığı zamanlarda şebeke enerjisinin kullanılması gerekmektedir. Elektrik enerjisini depolamak için çoğunlukla akümülatörler (batarya) kullanılmaktadır. Ancak hem bataryaların ömür problemi hem de maliyetleri nedeniyle özellikle şebeke bağlantılı sistemlerde kullanımı tercih edilmemektedir. Bu nedenle bataryaların şebeke bağlantılı sistemlerde ekonomik kullanımı için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardan, şebeke elektrik enerjisinin pahalı olduğu zaman diliminde yetecek kapasitede batarya kullanımı ile merkezi batarya kullanımı öne çıkmaktadır. Merkezi batarya kullanımında da elektrik dağıtım şirketleri ile mahsuplaşmanın ya da binadaki diğer dairelerin merkezi bataryadan yararlanma ve mahsuplaşma şartlarının belirlenmesi ve bunlara ait yönetmeliklerin çıkartılması gerekmektedir. Son yıllarda elektrikli araç kullanımının hızla artması ve bu araçlarda bir dairenin bir günde ihtiyaç duyacağı batarya kapasitesinin yaklaşık 15-20 katı bataryanın kullanılması, elektrikli araçların akıllı mikro şebekelerde sadece enerji tüketen bir eleman değil aynı zamanda sisteme enerji sağlayan bir eleman olarak kullanımını da gündeme getirmiştir. Enerjinin verimli ve etkin kullanımı büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle, akıllı mikro şebekelerde hem enerji verimli cihazların kullanımı hem de cihazların kullanım zaman aralıkları önemlidir. Binalarda kullanılan cihazların bir kısmı kullanım zamanı değiştirilemez cihazlar olarak sınıflandırılırken bir kısmı da esnek çalışma saatlerine sahip cihazlar olarak sınıflandırılmaktadır. Elektrikli cihazların kullanım zamanlarının ve sürelerinin belirlenmesi ve yönetilmesi sürecine talep tarafı yönetimi denilmektedir. Talep tarafı yönetimi, enerjinin üretilmesi kadar önemli bir süreçtir. Bu nedenle yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı akıllı sistemlerde enerji üretim tarafı ile enerji tüketim tarafı sürekli etkileşim halindedir. Bu tez çalışmasında, bir binanın elektrik enerjisi ihtiyacının merkezi batarya ve/veya araç bataryası destekli fotovoltaik (PV) güç sisteminden karşılanabilmesi için gerekli hesaplamalar ve simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca, incelenen bina da talep tarafı yönetimi için esnek ve sabit çalışma zamanlı cihazlar ve özellikleri belirlenerek talep tarafı yönetimi için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Güç sisteminin boyutlandırılması için öncelikle binanın bulunduğu bölgedeki ışınım, sıcaklık gibi meteorolojik verilerin temini sağlanmıştır. Elde edilen bilgiler doğrultusunda ihtiyaç duyulacak PV sistem ve batarya boyutlandırması bir algoritma geliştirmek suretiyle yapılmıştır. Tez çalışmasının temelini geliştirilen bu algoritma ve buna bağlı olarak işleyen enerji yönetim birimi oluşturmaktadır. Batarya destekli PV güç sisteminin optimum boyutlandırması yapıldıktan sonra sistemin ekonomik analizi yapılmıştır. Ekonomik analiz çalışmasında, literatürde en çok kabul görmüş olan seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE), net bugün ki değer (NPV) ve amortisman süresi hesaplama teknikleri kullanılmıştır. Sonuç olarak, binanın yıllık enerji ihtiyacı 4.940,811 kWh, bu ihtiyacı karşılamak için 325 Wp gücünde 14 adet PV panel, 15 kWh kapasiteli akü kullanılması gerektiği ve sistemin seviyelendirilmiş enerji fiyatı (LCOE) 0,109094183, sistem geri ödeme süre 15 Yıl, net bugünkü değer (NPV) 34,86171052 olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Talep Tarafı Yönetimi, Yük Tahmini, Merkezi Depolama Sistemi, Elektrikli Araç, V2G Teknolojisi, PV Sistem Boyutlandırma, PV Sistem Ekonomik Analizi