Doğrusal programlama yöntemiyle seralarda enerji kaynağı çeşitlendirme optimizasyonu

Seralar, özel örtü elemanları ve iklimlendirme sistemleriyle oluşturulmuş, meteorolojik şartların elverişsiz olduğu dönemlerde bitkilerin yetiştirilebilmesi için uygun çevre koşulları sağlayan bitki üretim tesisleridir. Örtü altı yetiştiriciliğinde en büyük işletme maliyetleri arasında ısıtma ve elektrik enerjisi giderleri gelmektedir. Seraların mevsimsel olarak enerji ihtiyacı ve tüketimlerinin değişmesi, bölgesel olarak farklı ve çeşitli enerji kaynaklarına erişim olması, enerji sistem tasarım ve yönetimini karmaşık hale getirmektedir. Kurulum aşamasında uygun tasarlanmamış bir serada gereksiz ilk kurulum maliyetleri ve sonrasında yüksek işletme maliyetleri problemleri ortaya çıkmaktadır. Çeşitli enerji kaynaklarının bir arada aynı ekosistem içerisinde ekonomik, güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde kullanılabilmesi, uygun optimizasyon yöntemleriyle tasarlanmış enerji yönetim sistemleriyle mümkündür. Günümüzde klasik fosil yakıtlı enerji kaynakları yanında kullanımı hızla artan yenilenebilir enerji kaynaklarından FV (Fotovoltaik) sistemler ve jeotermal sistemlerde seralarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada, DP (Doğrusal Programlama) yöntemi kullanılarak seralarda elektrik ve ısıtma sistemleri için gerekli enerjinin erişilebilir kaynaklar, arazi boyutu ve yatırım maliyeti gibi belirlenen kısıtlar altında enerji çeşitliliği, maliyet ve CO2 salınımı açısından optimize edilmesi amaçlanmıştır. FV sistemin kullanım ömrü dikkate alınarak, üretilebilecek olan toplam enerji miktarı, amortisman süresi ve sistem maliyeti hesaplanmıştır. FV sistemin kurulu gücü; panellerin kurulabileceği alan, tesisin enerji tüketimi ve trafo gücü gibi kısıtlar altında DP yöntemi kullanılarak optimize edilmiştir. Farklı kısıt senaryolarıyla yapılan optimizasyon işlemleri sonucunda tesisin ihtiyacını karşılayabilecek ve optimum maliyete sahip FV sistem önerilerinde bulunulmuştur. Ayrıca kurulumu planlanan seranın ısı yükü hesaplaması yapılmış, elde edilen ısı yükünün fosil yakıt türleri ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla karşılanması durumunda oluşan ısıtma maliyeti ve CO2 salınımı hesaplanmıştır. DP yöntemi ile kullanılan ısı kaynaklarının miktarları optimize edilmiş ve kurulumu yapılacak olan sera için optimal ısıtma sistemi tasarlanmıştır. Ayrıca geliştirilen uygulamada CO2 salınım miktarı optimize edilerek kurulumu yapılacak olan seranın henüz proje aşamasındayken minimum karbon maliyetine sahip olacak şekilde tasarlanması sağlanmıştır. Bu çalışma sayesinde çeşitli enerji kaynaklarının bir arada kullanıldığı, faklı boyut ve amaçlarda kurulan seralar için bölgesel iklim ve coğrafik verilere göre analiz yapılabilen optimizasyon yöntemi geliştirilmiştir.