Markov decision process formulations for management of pumped hydro energy storage systems

Yenilenebilir enerji kaynakları, fosil yakıtlara olan yüksek bağımlılığı ve bunun sonucunda ortaya çıkan çevresel etkileri azaltmak için büyük ilgi görmektedir. Yenilenebilir kaynakların değişkenliği ve kesintili olması, enerji sistemlerinin güvenilirliğini azalttığından, bu kaynaklara genellikle verimli ve esnek depolama birimleri eşlik etmelidir. Bu çalışma, büyük ölçekli enerji depolama teknolojilerinden yaygın olarak kullanılan, pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerine (PHES) odaklanmaktadır. Bu çalışmada, düşük talep yada düşük elektrik fiyatı dönemlerinde enerji depolamak için suyun alt rezervuardan üst rezervuara pompalandığı ve yüksek talep yada yüksek elektrik fiyatı dönemleri sırasında enerji üretmek için suyun alt rezervuara geri bırakıldığı bağlantılı iki rezervuara sahip PHES sistemleri için enerji üretim ve depolama problemi ele alınmıştır. Çalışmanın ilk kısmı, tersinir türbinler kullanarak konvensiyonel ardışık hidroelektrik santralleri PHES sistemlerine dönüştürmenin ve enerji depolamanın katma değerini araştırmaktadır. İkinci kısım, yukarı ve aşağı su akışlı, ardışık olan ve olmayan, açık döngülü ve kapalı döngülü PHES sistemler üzere olmak farklı PHES konfigürasyonlarından elde edilen kısa vadeli nakit akışlarını arşılaştırır. Her iki problem için, sisteme giren su miktarı ve elektrik fiyatındaki belirsizlikleri göz önünde bulundurularak, enerji üretim ve depolama kararlarını doğru ve etkin bir şekilde ele alan Markov karar süreçleri geliştirilmiştir. Su akışı ve elektrik fiyatı formülasyona dışsal durum değişkenleri olarak dahil edilmektedir. İlk çalışmada PHES dönüşümünden elde edilebilecek kâr artışının sınırı ve ikinci çalışmada ise farklı PHES konfigürasyonlarında elde edilen kazançlar arasındaki farkın sınırları analitik olarak sunulmaktadır. Son bölümde, farklı PHES konfigürasyonları için optimal kâr fonksiyonunun birkaç yapısal özelliği gösterilmektedir. Bu yapısal özellikler kullanılarak, elektrik fiyatı her zaman pozitif olduğunda ardışık olmayan PHES tesisleri için duruma bağlı bir eşik politikası ve ardışık olan PHES tesisler veya elektrik fiyatının negatif olabileceği daha genel durumlar için sezgisel bir çözüm yöntemi geliştirilmektedir. PHES tesislerinin optimum operasyonu hakkında fikir vermek için veri kalibreli zaman serisi modelleriyle farklı mevsimler, farklı su akış miktarları, farklı negatif elektrik fiyatı oluşum sıklığı ve farklı sistem parametreleri için kapsamlı sayısal deneyler yürütülmektedir.