Talep katılımı altındaki mesken binaları için enerji yönetim stratejileri

Mevcut elektrik şebekesinin konvansiyonel ve tek yönlü bir yapıdan akıllı şebeke (SG) olarak tanımlanan otomasyon ve optimizasyon tabanlı ve çift yönlü bir yapıya evrimi, kullanıcı tarafında enerjinin tasarrufu, verimli kullanımı ve optimum yönetimi amaçlarına hizmet edebilir. SG, basitçe, mevcut elektrik şebekesinin daha akıllı, daha verimli ve artırılmış iletişim tesisi tabanlı çalışmasını ifade eder. SG, amaçlarına ulaşmak için bazı araçlardan yararlanır. SG'nin en önemli araçlarından biri ise talep katılım (DR) programlarıdır. DR programları, nihai tüketicilerin güç sistemi işletimine entegrasyonunu sağlamayı amaçlar ve mesken tüketicileri diğer tüketiciler arasında DR perspektifinden elektrik enerjisi tüketimleri otomasyon ve optimizasyon tabanlı mesken enerji yönetim sistemleri (REMs) ile esnek bir şekilde yönetilebildiğinden en büyük potansiyele sahiptir. Dolayısıyla bu tez, DR programları kapsamında mesken tüketicileri için enerji yönetim stratejilerini ele almaktadır. Bu amaçla, mesken binalarındaki çeşitli elektrikli cihazlar için maliyet ve konfor açısından verimli çözümler geliştirilmiştir. Bu tez kapsamında yürütülen ilk çalışma olarak, bir mesken binasının toplam enerji talebinde önemli bir paya sahip olan ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC) yükleri için bir enerji yönetimi stratejisi geliştirilmiştir. Bu strateji, nihai tüketicilerin ısıl esneklik seviyeleri, zamanla değişen enerji fiyatları ve dış hava koşulları kullanılarak bir mesken binası topluluğunda klimaların (ACs) termostat ayarının ayarlanmasına dayanmaktadır. Bu çalışmanın sonuçları, önerilen strateji ile nihai tüketicilerin maliyet ve enerji tasarrufu elde edebileceğini ve elektrik şebekesinin tepe yükünün azaltılabileceğini ortaya koymaktadır. Öte yandan, nihai tüketicilerin, daha ısıl esnek olmayı kabul etmeleri halinde maliyet tasarruflarını adil bir maliyet tasarrufu dağıtım stratejisi ile artırabilecekleri gösterilmiştir. Bu tezdeki ikinci çalışma olarak, bir mesken mikro şebeke şemasıyla entegre edilmiş HVAC yüklerinin maliyet ve konfor açısından verimli kullanımı, önceki çalışmada önerilen termostat ayar stratejisine dayalı olarak çok amaçlı bir optimizasyon çerçevesinden tartışılmıştır. Bu amaçla, optimizasyon problemi bir ayrıştırma işlemi ile ayrıştırılmıştır ve mevcut güç kaynaklarını (yani güneş, rüzgâr ve batarya depolama) uygun maliyetli bir şekilde yönetmek için bir algoritma önerilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, HVAC yüklerinin ve bir mesken mikro şebekesinin, uzun vadeli günlük enerji fiyatlarının tahminine gerek kalmayacak şekilde yönetilebileceğini göstermiştir. Öte yandan, önerilen metot, çift yönlü bir DR programının uygulanmasının şebekenin tepe-ortalama oranının iyileştirebileceğini göstermiştir. Bu tezdeki üçüncü çalışma, HVAC yükler için önerilen çok amaçlı optimizasyon modelini bir mesken binasında bulunan diğer cihazlara genişletmek için yapılmıştır. Bu bağlamda, bir REMS, çeşitli ev aletlerinin DR ve ilgili konfor kayıp modellerini kapsamlı bir şekilde elde etmek için tasarlanmıştır. Tasarlanan REMS'teki amaç, konut nihai tüketicilerinin, maliyet tasarrufu karşılığında ne kadar konfor kaybı olduğunu gözlemleyerek REMS'lerin açık bir maliyet-konfor analizini yapmalarını sağlamaktır. Sonuçlar, nihai mesken tüketicilerinin farklı DR programları altında maliyet ve konfor dengesi hakkında doğru bilgi edinebileceğini göstermektedir. Bu çalışmanın sonuçları ayrıca, daha kısa aralıklarla değişen elektrik enerjisi fiyatlarının nihai tüketicilerin maliyetini düşürmede belirgin sonuçlar verdiğini, daha uzun zaman aralıklarında değişen elektrik enerjisi fiyatlarının ise nihai tüketicilerin konfor kayıplarını gidermede daha iyi sonuçlar verdiğini ortaya koymaktadır. Bu tezde kapsamında önerilen tüm enerji yönetimi stratejileri, çeşitli fiyatlandırma tarifeleri ve çalışma koşulları altında elektrikli ev aletlerine, dolayısıyla meksen yük talebine, maliyet ve konfor etkili çözümler geliştirmeye odaklanmıştır. Sonuçlar aracılığıyla, mesken binalarında elektrik enerjisinin verimli kullanımının hem nihai tüketici hem de şebeke perspektifinden önemli faydalar sağladığı gösterilmiştir.