Geri Dön

Atık su arıtma tesislerinin ünitelerinin esneklikpotansiyeline dayalı tüketim optimizasyonu

Consumption optimization according to the flexibilitypotential of the units of wastewater treatment plants

PDF İndir

  1. Tez No: 620724
  2. Yazar: YUSUF ERTUĞRUL TOPCU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF İLKER TOPCU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 163

Özet

İklim değişikliği günümüzün en büyük sorunlarından biri haline gelmiştir. Bu sorunla mücadele edebilmek için sürdürülebilir sistemlere ihtiyaç olduğu açıktır. Bunu sağlayabilmek için dağıtılmış enerji santrallerine odaklanmak gerekmektedir. giderek artış gösteren bu santrallerin kontrolü çok önemlidir. Daha ufak birimlerden oluşan bu santraller gün içerisinde şebekede dalgalanmalara sebep olabilEcek büyüklüğe erişmişlerdir. Gelişmiş ülkelerde dağıtılmış enerji sistemlerinin oranı her yıl artış göstermektedir. Bu değişim, dünya da olduğu gibi ülkemizde de üretilen enerjinin her geçen gün daha fazla alternatif tedarikçi ile yapılmasından gözlemlenebilir. Bu dağıtılmış enerji tedarikçilerinin sayısındaki artış, denge problemlerinin ortaya çıkmasına dolayısıyla frekans sapmalarına veya şebeke kararlılığının bozulmasına sebep olabilir. Güneş ve rüzgar enerjisinin eldesi hava şartlarına bağlıdır ve hem rüzgarın hem de güneşin depolanmaları mümkün değildir. Bu sebeple gün içerisinde güneş enerjisinin sisteme dahil edilmesi veya rüzgarlı saatlerde rüzgar enerjisinin artması ile piyasadaki arz artış göstermektedir. Dağıtılmış enerji kaynaklarının aksine merkezi enerji kaynaklarından gün içerisinde enerji eldesi dalgalanmalardan bağımsız olmakla birlikte, büyüklükleri sebebiyle esneklikleri oldukça düşük sistemlerdir. Bu sebeple esneklik sağlayabilecek ve dalgalanmayacak sistemler, şebekenin dengelenmesi için kritik öneme sahiptir. İyi bilinmektedir ki, su ve enerji yakından birbirine bağlıdır. Bununla birlikte ilgili olmalarına rağmen yönetimleri genellikle ayrı olarak ele alınır. Bu açıdan ele alındığında su üretimi için enerji gerekliyken, suyun kendisinden enerji üretmek de mümkündür. Bu iki ana kaynak şehirlerin sosyo-ekonomik gelişimleri için, iç içe geçmiş su enerji çevrimini ifade eder. Atık su arıtımının enerji kaynağı olarak görülmesinin tarihi eskiye dayanır, özellikle atık su içerisindeki organik içeriklerin anaerobik sindirim ile metan (CH) gazına dönüştürülüp biyo-yakıt olarak kullanılmasına uzanır. Besin geri kazanımı için veya iklim değişikliği ile mücadelede ilgilenilen fosil yakıtların azaltılması hususunda da önemli yeri vardır. Artan enerji maliyetleri, bu sebeple daha verimli ve sürdürülebilir kaynaklara olan ihtiyacın artması atık su arıtımının sahip olduğu potansiyeli daha da önemli bir hale getirmektedir. İklim değişikliği, tüm bunlara sebep olurken aynı zamanda atık suyun karakterini de etkilemektedir. Değişen iklim koşulları ile birlikte, sıcaklık, yağış, deniz seviyesinde ki artış gibi doğrudan etkiler, atık suyun karakterini değiştirmektedir. Atık suyun karakteri, arıtmada ve bunun sonucu olarak tesisin enerji talebinde temel bir rol oynar; yüksek kirletici yükleri veya yüksek akış hızları, sırasıyla biyolojik fazın ve pompalamanın enerji ihtiyacını arttırırken, aynı zamanda metan gazı çıkışını dolayısıyla üretilebilecek enerjiyi dolayısıyla da verimi etkiler. Atık su arıtma tesisleri gibi daha ufak ve esnek enerji tedarikçilerinin gün içerisindeki bu değişikliğe adapte olmaları, hem şebeke hem de tesisler için oldukça önemlidir. Bu durumda Atık su arıtma tesislerinin enerji tüketiminin, şebeke durumu, mevcut akış ve mevcut depolanmış gaz durumuna göre esnekliğinin belirlenmesi ve modellenmesi gerekmektedir. Modellemenin yapılabilmesi için oluşturulacak senaryolar ve kısıtların belirlenmesi adına standartlarda belirtilen teknik kısıtlamalar ve literatürde yer alan çalışmalardan derlenen bilgiler kullanılmıştır. Bu araştırmanın odak noktası, ünitelerin esnekliğini incelemek ve esneklik sağlamak için değerlendirmeler yapmak amacıyla bir pilot atık su arıtma tesisini modelleyerek AAT'lerinin enerjisel esneklik potansiyeli ile ilgili olarak, ünitelerin başlama zamanını, yeniden başlama zamanını ve belirli üniteler için kapanma sürelerinin sınırlarını ve arıtılmış su kalitesini garanti etmek için kontrol parametrelerini belirlemek ve bu çerçevede kısıtları belirlemektir. Kısıtlar, standartların belirlediği kuralların haricinde, işletmeye maliyet yaratacak durumlardan kaçınmak için gerekli tüm düzenlemeleri içerecek şekilde oluşturuldu. Belirlenen mevcut tüketim verileri ve literatürden elde edilen esneklik potansiyelleri ile birlikte senaryolar belirlendi. Bu senaryolar belirlenirken her bir ünitenin esneklik değeri uygulanabilirliği gibi ölçütler değerlendirmeye alındı, ölçütlerle yapılan değerlendirme sonucu üniteler arasındaki sıralama TOPSIS methodu baz alınarak oluşturuldu. Bu sıralama ışığında esnekliğe en fazla katkı sağlayacak, enerji tüketimi toplam tüketimi doğrudan etkileyecek ya da üretime katkı sağlayan üniteler en üst sıralarda yer alırken, etkisi düşük üniteler senaryolara dahil edilmedi. Literatür ve standartlardan gelen kısıtlar, belirlenen senaryolarla birlikte atık su arıtma tesisinin modellemesi yapıldı. Matematiksel modelleme MATLAB programı üzerinde oluşturuldu. Algoritmanın temeli, açgözlü algoritmaya dayanmaktadır. Bu algoritma mevcut adımdaki durumu gözeterek en iyiye karar verme üzerine geliştirilmiş tüm algoritmaların genel adıdır. Oluşturulan algoritmanın çalıştırılması ile elde edilen bulgular gösterdi ki, esneklik sahibi ünitelerin optimizasyonu sayesinde atık su arıtma tesislerinin tükettiği enerji %16 oranında düşürülebilmektedir. Çalışmada yapılan optimizasyon sonucu üretim değerlerinde düşüş gözlemlense de tüketimin düşüşünün daha fazla olması sebebiyle, tesisin optimizasyonu halinde net kazanç miktarı 3.640.696 kWh ile yıllık tüketimin %14'üne denk gelmektedir.

Özet (Çeviri)

Climate change has become one of the biggest challenges in 21st century. It is clear that sustainable systems are needed to tackle this problem. In order to achieve this, it is necessary to focus on increasing number of decentralized power plants and control of these power plants is very important. The power plants, which consist of smaller units, have reached the size that may cause fluctuations in the network during the day. The percentages of these power plants are increasing every year. This change can be observed by the fact that the energy produced with more and more alternative suppliers in the developed countries as well as our country. The increase in the number of these decentralized energy suppliers can lead to equilibrium problems. This may cause frequency deviations or impair grid stability. This fluctuating can damage electrical grid system. The production of solar and wind energy is dependent on weather conditions and it is not possible to store neither wind and sun. For this reason, supply of solar energy increases with the addition of solar energy to the system during the day or with the increase of wind energy during windy hours. Unlike decentralized energy sources, central energy plants are independent of fluctuations during the day, however they are very low in flexibility due to their size. For this reason, systems that can provide flexibility and will not fluctuate are critical for grid stability. It is well known that water and energy are closely interconnected. However, their management is often handled separately. In this respect, it is possible to produce energy from water itself, while energy is required for water production. These two main sources refer to the intertwined water energy cycle for the socio-economic development of cities. The history of wastewater treatment as an energy source goes back to the past, especially when the organic contents in the wastewater are converted to methane (CH) by anaerobic digestion and used as biofuels. Wastewater treatment also plays an important role in nutrient recovery or in reducing fossil fuels of interest in combating climate change. Increasing energy costs and therefore increasing the need for more efficient and sustainable resources make the potential of waste water treatment even more important. While climate change causes all of this, it also affects the character of waste water. With changing climate conditions, direct effects such as temperature, precipitation and increase in sea level change the character of wastewater. The character of wastewater plays a fundamental role in the treatment and consequently in the plant's energy demand; high pollutant loads or high flow rates, respectively, increase the energy demand of the biological phase and pumping, while at the same time affecting the output of methane gas and thus the efficiency of the gas that can be produced. Small and flexible energy suppliers such as wastewater treatment plants adapt to this change during the day is very important for both the grid and the plants. In this case, it is necessary to determine and model the energy consumption of wastewater treatment plants according to grid status, current flow and current stored gas status. In order to determine the scenarios and constraints to be used for modeling, the technical limitations specified in the standards and the information compiled from the studies in the literature were used. The focus of this research was to model the pilot wastewater treatment plant to examine the flexibility of the units and to make assessments to ensure flexibility, with regard to the energetic flexibility potential of WWTPs, to ensure that the units start time, restart time and limits of shutdown times and water quality for specific units to determine the control parameters and constraints within this framework. Constraints were created to include all the necessary arrangements to avoid costly situations except for the rules set by the standards. The scenarios were determined with the available consumption data and flexibility potentials obtained from the literature. While determining these scenarios, criteria such as the flexibility value applicability of each unit were taken into consideration, and the ranking between the units was established based on the TOPSIS method. In order to this ranking, the units that will contribute the most to the flexibility, energy consumption will directly affect the total consumption or the units that contribute to production are at the top, while the units with low impact are not included in the scenarios. Modeling of the wastewater treatment plant was carried out with the constraints from the literature and standards and the scenarios determined. Mathematical modeling was created on MATLAB program. The basis of the algorithm is based on the greedy algorithm.This algorithm is the general name of all algorithms developed for the best decision making considering the situation in the current step. The results obtained by running the algorithm showed that the optimization of the flexible units can reduce the energy consumed by wastewater treatment plants by 16%. Even though a decrease in production values is observed as a result of the optimization made in the study, in case of optimization of the plant, net profit amount is 3,640,696 kWh which corresponds to 14% of annual consumption.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    461811

    Tunceli Biyolojik Atık Su Arıtma Tesisi'nin yeniden boyutlandırılması

    Tunceli Biological Wastewater Treatment Plant resizing

    ŞAFAK BUL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Çevre MühendisliğiTunceli Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NUMAN YILDIRIM

    YRD. DOÇ. DR. VEYSEL DEMİR

  2. Tez No

    606813

    İç anadolu bölgesinde bulunan atıksu arıtma tesislerindeki yapısal hasarların araştırılması

    Investigation of structural damages in wastewater treatment plants in central anatolia region

    AYÇA DURAK YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat MühendisliğiYozgat Bozok Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FUAT KÖKSAL

  3. Tez No

    877052

    Aktif çamur ünitelerinde artan kirlilik yükü için reaktör hacmini artırmadan uygulanabilecek stratejiler

    Strategies for addressing increasing organic load in activated sludge units without increasing reactor volume

    TUBA ÇOBAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Çevre MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DENİZ UÇAR

  4. Tez No

    872651

    Optimization of wastewater and sludge treatment plants regarding efficiency, flexibility and reduction of CO2 emissions

    Atıksu ve çamur arıtma tesı̇slerı̇nı̇n verı̇mlı̇lı̇k, esneklı̇k ve CO2 salımlarının azaltılması yönünden optı̇mı̇zasyonu

    NİLÜFER TOPUZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN

  5. Tez No

    213386

    Evsel atık sulardan partikül kirliliği gideriminde alüm çamurunun koagülant olarak kullanılması

    Re-use of alum sludge as a coagulant in particulate pollution removal from wastewaters

    SEZEN COŞKUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET BEYHAN

Geri Dön