Markov decision process formulations for management of pumped hydro energy storage systems
Pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin yönetimine ilişkin Markov karar süreci formülasyonları
- Tez No: 828114
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE NADAR, DOÇ. DR. AYŞE SELİN KOCAMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Renewable energy sources have received much attention to mitigate the high dependence on fossil fuels and the resulting environmental impacts. Since the variability and intermittency of such renewable sources lower the reliability and security of energy systems, they should often be accompanied by efficient and flexible storage units. This dissertation focuses on pumped hydro energy storage (PHES) facilities, which are one of the most commonly used large-scale storage technologies. We study the energy generation and storage problem for PHES facilities with two connected reservoirs, where water is pumped from the lower reservoir to the upper reservoir to store energy during low-demand/low-electricity price periods, and released back to the lower reservoir to generate energy during high-demand/high-electricity price periods. The first part of this dissertation investigates the potential benefits of transforming conventional cascading hydropower stations into PHES facilities by replacing turbines with reversible ones. The second part compares the short-term cash flows obtained from different PHES configurations (cascading vs. non-cascading facilities, upstream vs. downstream inflows, and closed-loop facilities). We formulate both problems as Markov decision processes under uncertainty in the streamflow rate and electricity price. We include the streamflow rate and electricity price as exogenous state variables in our formulation. We analytically derive bounds on the profit improvement obtained from PHES transformation in the first part and bounds on the revenue differences obtained from different configurations in the second part. In the last part, we establish several structural properties of the optimal profit function for general two-reservoir PHES systems. We show the optimality of a state-dependent threshold policy for non-cascading PHES facilities when the electricity price is always positive. Leveraging our structural results, we construct a heuristic solution method for more general settings when the electricity price can also be negative. In this dissertation, we also conduct comprehensive numerical experiments with data-calibrated time series models to provide insights into the optimal operation of PHES facilities, considering distinct seasons with different streamflow rates, different negative electricity price occurrence frequencies, and different system parameters.
Benzer Tezler
- Dynamic resource allocation in manufacturing and service industries
Başlık çevirisi yok
TUBA YILMAZ
Doktora
İngilizce
2013
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiGeorgia Institute of TechnologyPROF. DR. PINAR KESKİNOCAK
PROF. DR. ESMA GEL
- Enflasyon ve vergi etkilerini içeren stokastik kapsamlı bakım-onarım ve yenileme modeli
Stochastic overhaul-replacement incorporating inflation and tax effects
ERTUĞRUL KARSAK
- End-of-life inventory management problem: New results and insights
Son aşamada envanter yönetimi: Yeni sonuçlar ve çıkarımlar
EMİN ÖZYÖRÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. NESİM KOHEN ERKİP
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞIN ARARAT
- Continuous time control of tandem production lines
Seri bağlı üretim hatlarının sürekli zamanda kontrolü
ÖZGE BÜYÜKDAĞLI
Doktora
İngilizce
2018
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiYaşar ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET MURAT FADILOĞLU
