Afet sonrası durumlarda yenilenebilir enerji kaynakları ve elektrikli taşıtların kullanıldığı tüketim merkezleri için enerji yönetim sistemi geliştirilmesi

Günümüzde, doğal afetlerin sıklığı ve şiddetindeki artış, enerji altyapılarında ciddi aksamalara neden olmakta, bu da bireylerin yaşam konforunu ve güvenliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Literatürde şebeke dayanıklılığını artırmaya yönelik çeşitli yöntemler, özellikle talep yanıtı ve yük atma gibi araçlarla ele alınsa da bireysel hane halkı seviyesinde enerji yönetimi üzerine yapılan çalışmalar oldukça sınırlıdır. Bu eksikliği gidermek amacıyla bu tezde, yenilenebilir enerji kaynakları (YEK), elektrikli araçlar (EA) ve çok seviyeli yük sınıflandırması gibi bileşenleri içeren yenilikçi enerji yönetim sistemleri tasarlanmış ve uygulanabilirlikleri değerlendirilmiştir. Tez kapsamında ilk olarak, bir ev enerji yönetim sistemi (EEYS) tasarlanmıştır. Bu sistem, konutlarda bulunan cihazları kullanım önceliği seviyelerine göre sınıflandırarak ve EA bataryasının muhtemel kalan enerji değerlerini dikkate alarak dinamik bir yük kontrolü sağlamaktadır. EEYS, afet sonrası koşullarda beklenmedik enerji kesintilerine karşı yüklerin kesintisiz beslenmesini mümkün kılmakta ve kullanıcı konforunu en üst düzeye çıkarmaktadır. Sistem, gerçek zamanlı olarak yenilenebilir enerji üretimindeki değişikliklere ve beklenmedik tüketim artışlarına adapte olabilme yeteneğiyle ön plana çıkmaktadır. Sistem, en kötü senaryolarda dahi 24 saatlik süreler boyunca mevcut kaynakları etkili bir şekilde yöneterek, hanehalkının konforunu arttırmayı ve beklenmeyen kesintileri önlemeyi temel hedef olarak almaktadır. Önerilen sistem, geleneksel yöntemlere kıyasla kritik yükler için enerji tedarikinde 19,5 saatlik bir uzatma elde edebilmektedir. Dahası, önerilen EEYS, EA bataryasındaki tüm enerji rezervini tüketen geleneksel sistemlerin en az 14,35 km'lik bir afet sonrası hareketliliğe olanak tanıyan en az 2,67 kWh'lik bir enerji rezervi sağlamaktadır. Önerilen EEYS, ortalama olarak, kesintisiz enerji tedarikinin süresini %241 oranında iyileştirmekte ve belirli senaryolarda maksimum 4,71 kat iyileştirme sağlamaktadır. Ayrıca, binalarda enerji kaynaklarının adil paylaşımını sağlamak için bir bina enerji yönetim sistemi (BEYS) geliştirilmiştir. Önerilen BEYS, afet sonrası senaryolarda farklı hane tiplerinden oluşan bir binada yaşayan bireyler arasında enerji kaynaklarının adil bir şekilde paylaşılmasını sağlamakta ve kullanıcı refahını en üst düzeye çıkarmayı hedeflemektedir. Bu bağlamda, hanelerin enerji ihtiyaçları ve yük profilleri ayrıntılı bir şekilde modellenmiş, sistemin optimizasyonu bir karmaşık tamsayılı doğrusal programlama (MILP) problemi çerçevesinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sistemin enerji dayanıklılığını artırıcı etkileri adil paylaşım ve kullanıcı konforu açısından değerlendirilmiştir. Sistem, sakinler arasında fayda göstergesinin standart sapmasında %26,44'lük bir azalma sağlamaktadır. Bu iyileştirme, afet sonrası senaryolarda kesintisiz güç kaynağı süresini uzatırken adil enerji dağıtımını garanti etmektedir. Önerilen BEYS'nin enerji sürekliliğini %91,2 oranında uzattığı ve geleneksel yaklaşımlara kıyasla 11 saat 26 dakika daha kesintisiz tedarik sağladığı hesaplanmıştır. Ayrıca, EA bataryalarında 2 kWh'lik minimum rezervi koruyarak afet sonrası hareketliliği 10,75 km'ye kadar mesafelerde desteklemektedir. Tezde ayrıca, adalar şeklindeki mikroşebekelerde dinamik sınırlar ve değişken güç kısıtlamalarına uyum sağlayan adaptif EEYS (A-EEYS) önerilmiştir. A-EEYS, mikroşebeke operatörleri tarafından uygulanan değişken güç kısıtlamalarını etkili bir şekilde yöneterek, afet sonrası durumlarda kullanıcıların yaşam kalitesini artırmayı hedeflemektedir. Dinamik yük kontrol algoritması sayesinde sistem, farklı senaryolara anında tepki verebilmekte ve kritik yüklerin enerji tedarik sürelerini önemli ölçüde uzatmaktadır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, A-EEYS'in uygulanabilirliğini doğrulamış ve sistemin dayanıklılık artırıcı etkisini net bir şekilde ortaya koymuştur. Gerçek dünya koşullarında, A-EEYS enerji tedarik süresini geleneksel yöntemlere kıyasla 18 saat 26 dakika uzatabilmektedir. Deneysel doğrulama, EA batarya enerji tahminlerindeki sapmaların sadece %0,01 ile %1,03 arasında değişmesiyle olağanüstü bir doğruluk göstermektedir. Bu bulgular, A-EEYS'in sürekli güç tedarikini sağlama ve öngörülemeyen olaylara uyum sağlama konusundaki sağlamlığını ve güvenilirliğini vurgulamaktadır. Bu tez, enerji yönetim sistemlerinin dayanıklılığı artırmadaki potansiyelini ortaya koyarak literatüre önemli katkılar sağlamaktadır. Yenilikçi tasarımlar ve optimizasyon algoritmaları sayesinde kritik yüklerin enerji arz süreleri uzatılmış, yenilenebilir enerji kaynaklarının etkili kullanımı sağlanmış ve enerji kaynaklarının adil paylaşımı gerçekleştirilmiştir. Sunulan sistemler, konutlarda afet sonrası enerji yönetimi için hem teorik hem de pratik anlamda uygulanabilir çözümler sunarak, bireysel ve toplumsal düzeyde enerji dayanıklılığının artırılmasına yönelik önemli bir adım teşkil etmektedir.