Development of a home energy management system to increase renewable self-consumption in households considering demand-side flexibility
Talep tarafı esnekliği dikkate alınarak konutlarda yenilenebilir öz tüketimi artırmaya yönelik bir ev enerji yönetim sistemi geliştirilmesi
- Tez No: 845325
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 234
Özet
Küresel elektrik enerjisi talebindeki artış, mevcut şebeke altyapısının verimsizliği ve konvansiyonel kaynakların yarattığı çevresel tahribat nedeniyle kesintili yenilenebilir kaynakların hızlı bir şekilde elektrik şebekesine entegre olmaya başlaması, güvenilir ve temiz enerji elde etmek için geleneksel elektrik şebekesinin iyileştirilmesini, izlenebilirliğini ve modernizasyonunu gerektirmiştir. Bunun sonucunda enerji üretimi, iletimi ve dağıtımı alanlarında istikrarı, kaynak verimliliğini ve sürdürülebilirliği artırmak için şebeke ağındaki tüm oyuncuların bilgi ve iletişim teknolojileri (ICT) aracılığıyla birbirleriyle bağlantı kurduğu ve etkileşimde bulunduğu akıllı şebekeler kavramı ortaya çıkmıştır. Akıllı şebekelerde gelişmiş takip, iletişim ve kontrol teknikleri sayesinde elektrik enerjisi arzını talebe göre düzenlemek yerine, talebi arza göre düzenleyebilmek mümkün olmuştur. Talep tarafı yönetimi (DSM) olarak adlandırılan bu yaklaşım, son kullanıcıların, enerji verimliliği, stratejik yük artışı veya yük yönetimi için elektrik yük taleplerini azaltarak, artırarak veya farklı zaman dilimlerine kaydırarak elektrik enerjisi kullanım alışkanlıklarını değiştirmesine yönelik bir dizi stratejiyi ifade etmektedir. Kullanıcıların DSM yapabilme yeteneği onların“talep tarafı esnekliği”olarak tanımlanabilir. DSM stratejilerinden biri olan talep cevabı (DR), elektrik tüketicilerinin, bir sistem operatörü ya da hizmet sağlayıcıdan aldıkları sinyallere göre güç taleplerini elektrik şebekesindeki düşük talep dönemine kaydırarak yük eğrisini dengelemesini ifade etmektedir. Tüketiciler DSM yoluyla DR programlarına aktif olarak katılarak elektrik faturalarını azaltabilir ya da diğer maddi teşviklerden yararlanabilmektedir. Ayrıca, tesislerinde dağıtık üretim (DG) birimlerinin bulunması halinde yine DSM yoluyla elektrik tüketimlerini yenilenebilir enerji üretiminin olduğu zaman aralıklarına kaydırarak yenilenebilir iç tüketimi arttırabilmektedirler. Günümüzde yenilenebilir kaynaklarla üretilen enerjinin tarife garantisi (FiT) oranı önemli ölçüde düştüğünden, yenilenebilir enerji sistem yatırımlarının değerini artırmak için öz tüketimin arttırılması bir gereklilik haline gelmiştir. DR programlarına katılmak ve yenilenebilir iç tüketimi arttırmak son kullanıcılara sadece maddi avantajlar sunmaz, aynı zamanda onlara sürdürülebilir bir elektrik şebekesine katkıda bulunma imkanı da tanır. Şebekeye bağlı çatı üstü fotovoltaik (PV) sistemler güneş enerjisi potansiyelinin kentsel alanlarda kullanılmasına olanak tanımakta, elektrifikasyon ve CO2 azaltımı için yerinde çözümler sunmakta, iletim ve dağıtım maliyetlerini azaltmakta ve arazi maliyetlerini ortadan kaldırmaktadır. Bu avantajlarına ve Türkiye'nin yüksek güneş enerjisi potansiyeline rağmen Türkiye'de şebekeye bağlı çatı üstü PV sistemlerin kullanım oranı çok düşüktür. Tez çalışmasının başlangıcında (2017) Türkiye'deki toplam PV kurulu güç 3700 MW iken toplam çatı üstü PV kurulu güç 200 MW'de kalmıştır. Toplam PV kurulu gücün %5'i dahi etmeyen bu oranın, Çin (%21,5), Almanya (%70) ve Avustralya (%76,5) gibi örneklerle karşılaştırıldığında oldukça düşük olduğu görülmektedir. Ayrıca, bu oranın büyük kısmı endüstriyel ve ticari uygulamalara ait olduğundan, Türkiye'de çatı üstü PV sistemlerin konutlarda yaygınlaşamadığı söylenebilir. Bu nedenle bu tez çalışmasının amaçlarından biri Türkiye'de konut tipi çatı üstü PV sistemleri ekonomik açıdan cazip hale getirmektir. Bu, politikalar üretme yoluyla başarılabileceği gibi teknolojik çözümlerle de başarılabilir. Makale 1'de, çatı üstü PV sistemleri cazip kılabilmek için garantili satış tarifesi miktarlarının bölgesel farklılıklara göre düzenlenmesi ve PV kurulum maliyetlerinin sübvanse edilmesi gibi politika çözümleri önerilmiştir. Makale 2'de konutlarda talep tarafı esnekliğini artırmaya yönelik bir ev enerji yönetim sistemi (HEMS) aracı geliştirilmiştir. Geliştirilen HEMS, DSM yoluyla yönetilebilir elektrik yüklerin çalışma saatlerini planlayarak hanelerde enerji optimizasyonu gerçekleştirebilmektedir. HEMS, öz tüketimi artırmak için elektrik yükleri güneş enerjisi üretiminin yüksek olduğu periyotlara, DR gerçekleştirmek için ise yükleri elektrik şebekesinin yoğun olmadığı yani elektriğin ucuz olduğu periyotlara kaydırarak zamana bağlı elektrik fiyatlarından yararlanmaktadır. Makale 3'de, geliştirilen HEMS aracı modifiye edilerek HEMS kurulumuna sahip haneler için optimal PV-batarya tasarımı yapabilen bir boyutlandırma modeli geliştirilmiştir. Bu model, HEMS işletimi nedeniyle hanenin elektrik yük profili (günlük değişen elektrik fiyatları, güneş radyasyonu ve sıcaklıklar nedeniyle) her gün değişse bile PV-batarya boyutlandırması yapabilmeyi amaçlamıştır. Makale 4'te Türkiye'deki talep tarafı esnekliğini, özellikle de konut son kullanıcılarının DR ve HEMS kullanımına ilişkin algılarını anlamak için ülke çapında bir anket yürütülmüştür. Anket sayesinde elektrik tüketicilerinin HEMS kullanımı ve DR katılımı tercihleriyle ile ilgili varsayımlar yapmak yerine bu tercihlerin sınırları belirlenmiştir. Ardından, anket katılımcılarının yanıtları geliştirilen HEMS aracıyla simüle edilerek Türkiye'de DR bazlı HEMS kullanımıyla günlük yük eğrisinin ne ölçüde değiştirilebilceği hesaplanmıştır. Bu doktora tez çalışması birbiriyle bağlantılı dört bilimsel yayının bir araya getirilmesiyle hazırlanmıştır. Makale 1'de, Türkiye'deki şebekeye bağlı konut tipi çatı üstü PV sistemlerinin ekonomik fizibilitesi incelenmektedir. Bu çalışma, sistemlerin Türkiye'deki yaygınlığının düşük olmasının ekonomik nedenlerini anlamak ve politika oluşturmaya yönelik sonuçlar çıkarmak amacıyla yapılmıştır. Çalışmanın başlangıcında Türkiye güneş enerjisi potansiyel atlası (GEPA) üç bölgeye ayrılmış ve ülke çapında bir fizibilite analizi için her bölgeden üçer il seçilmiştir. Toplam dokuz il için 5 kW'lık çatı üstü PV sistemlerin ekonomik analizi HOMER Grid yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Simülasyon sonuçları göstermiştir ki, Türkiye'de konut tipi çatı üstü PV sistemler ülkenin güney kesimi haricinde fizibıl değildir. Bunu aşmak için ülkedeki bölgesel güneş ışınımı farklılıkları dikkate alınarak güneş enerjisinden üretilen elektrik için bölgesel alım fiyatı garantisi uygulamaya konulabilir. Ya da, başka ülkelerde uygulanan ancak Türkiye'de uygulanmayan yatırım sübvansiyonları bölgesel olarak sunulabilir. Türkiye'de 2011 yılında lisanssız üretim kanununda değişiklik yapıldığından beri alım fiyatı garantisi sabit kalmıştır. Aralarında Almanya, İngiltere, Japonya ve Avustralya'nın da bulunduğu birçok ülkede bu fiyatlar periyodik olarak güncellenmektedir. Türkiye'de de yerinde üretilen elektrik için alım fiyatı, ülkenin çatı üstü PV hedeflerine ve PV kurulum maliyeti, perakende elektrik fiyatı ve şebeke ihtiyacı gibi parametrelerdeki değişikliklere göre periyodik olarak güncellenebilir. Makale 2'de, hanelerin talep tarafı esnekliğini otomasyon yoluyla artırmak ve bu sayede çatı üstü PV sistemleri ekonomik olarak cazip hale getirmek amacıyla bir HEMS modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen karma tamsayılı doğrusal programlama (MILP) tabanlı bu model, maliyet minimizasyonu için gün öncesi yük çizelgelemesi gerçekleştirerek optimum DR ve PV öz tüketimi sağlayabilmektedir. HEMS, konut, batarya enerji depolama sistemi (BESS), elektrikli araç (EV) ve şebeke arasında çift yönlü güç akışına izin vermekte ve batarya sağlığını korumak için verdiği kararlarda batarya bozunumunu dikkate almaktadır. Model, tüm yönetilebilir elektrikli ev aletlerinin (zamana bağlı kaydırılabilir (TSA), termostatik olarak kaydırılabilir (TCA), güce bağlı kaydırılabilir (PSA)) çalışma saatlerini optimal bir şekilde ayarlayabilmektedir. Ayrıca, batarya bozunumunu da dikkate alarak her türlü bataryadan her şeye (B2X) ve araçtan her şeye (V2X) taleplerine yanıt verebilmektedir. Model, eğik düzleme düşen güneş ışınımını izotropik model kullanarak hesaplayabilmekte ve bu sayede günlük güneş radyasyonu tahmini üzerinden PV dizinin, dizinin eğim açısına, günlük dış sıcaklığa ve dizinin teknik özelliklerine göre üretebileceği güç çıkışını belirleyebilmektedir. Önerilen HEMS, bünyesinde bir akıllı termostat da barındırmaktadır. Bu akıllı termostat, değişen elektrik fiyatları, güneş radyasyonu ve sakinlerin evde bulunup bulunmama durumlarına göre günün farklı zaman dilimleri için farklı klima sıcaklık ayar noktaları tanımlayabilmektedir. Bu sayede klima kullanıcıları için DR katılımı esnek bir şekilde sağlanmaktadır. Simülasyon sonuçları, önerilen HEMS'in hane tipine bağlı olarak yaz aylarında günlük elektrik faturasını %53,2 (TSA'lara, TCA'lara, PV'ye, BESS'e ve EV'ye sahip hane) ile %13,5 (TSA'lara ve TCA'lara sahip hane) arasında azaltmayı başarabileceğini göstermiştir. HEMS'e entegre akıllı termostat, yaz aylarında İstanbul'da günlük klima faturasını %15 ile %24 arasında azaltmayı başarmıştır. Geliştirilen HEMS'in performansı Türkiye'de konut elektrik tüketicileri için başka bir alternatif olmadığı için sadece TOU tarifesine göre test edilebilmiştir. HEMS'in başka tarifeler altındaki performansını görmek için Türkiye'nin TOU tarifesi RTP'ye modifiye edilerek simülasyonlar tekrarlanmıştır. RTP altında, HEMS'in daha fazla fatura düşüşü sağlayabildiği görülmüştür. RTP altında TOU altında mümkün olmayan şebekeye elektrik satma ve araçtan şebekeye (V2G) güç aktarımı mümkün olmuştur. Makale 3'de HEMS donanımlı evler için optimal PV-BESS-PV eğim açısı hesaplayabilen bir yenilenebilir enerji sistem boyutlandırması modeli geliştirilmiştir. Bunun nedeni, HEMS kullanan hanelerde DSM nedeniyle yıl boyunca günlük olarak değişen yük profilinin PV-BESS boyutlandırmasını daha karmaşık bir hale getirmesidir. Geliştirilen boyutlandırma modeli, bir yıl için hane halkı yük profilini HEMS kullanılması durumu için simüle etmekte ve simülasyonları her bir PV dizisi kapasitesi-eğim açısı-batarya sayısı kombinasyonu için tekrarlamaktadır. Model, her kombinasyonun NPV'sini belirleyerek bunları en yüksekten en düşüğe doğru sıralamaktadır. Sonuçlara göre mevcut akü ve elektrik fiyatları altında İstanbul'da HEMS donanımlı bir ev için en yüksek NPV'ye sahip optimal konfigürasyon, bataryasız 3 kW PV – 10° eğim açılı konfigürasyon olarak bulunmuştur. Optimal konfigürasyonda batarya bulunmamasının nedeni, Türkiye'de elektrik fiyatlarının düşük olmasıdır. Elde edilecek fatura tasarrufları bataryaya yapılacak yatırımı karşılamamaktadır. Çalışmada geleceğe yönelik projeksiyonlar yapabilmek amacıyla artan elektrik ve düşen pil fiyatlarına göre hassasiyet analizi de yapılmıştır. Batarya kullanımı elektrik fiyatlarının %25 artması veya batarya fiyatlarının %25 düşmesi durumlarında mümkün hale gelmiştir. HEMS kullanımı durumunda PV-BESS yatırımının NPV'si 920 $'dan 2273 $'a yükselmiştir. Bu önemli bir bulgudur, çünkü birçok ülkede PV projeleri teşviklerin yokluğunda fizibilitenin düşük olmasından dolayı hayata geçememektedir. HEMS kullanımı, PV sistemleri ekonomik açıdan daha cazip hale getirdiğinden PV-BESS boyutlandırması için yük profillerini simüle etmek isteyen haneler bu boyutlandırma modelinden yararlanabilir. Çalışmada aynı zamanda Türkiye ile aynı enlemde bulunan fakat farklı elektrik fiyatlarına sahip diğer Güney Avrupa ülkelerinde, HEMS kurulumu yapmak isteyen haneler için gerekli olan optimal PV-BESS konfigürasyonları da araştırılmıştır. Akıllı ev aletlerinin artan kullanımı ve artan elektrik fiyatları, HEMS kullanımını giderek daha cazip hale getirmektedir. Ancak HEMS'ler şu ana kadar yaygınlaşmamıştır ve yaygınlaşsalar bile, bu cihazların kitlesel olarak benimsenmesinin gelecekteki potansiyeli ve kullanımlarına dair tüketici tercihleri hakkında hala yeterince bilgi bulunmamaktadır. Bu potansiyelin anlaşılması, cihaz kullanım davranışı, elektrik tarifesi algısı ve DR katılım eğilimi ile yakından ilgilidir. HEMS yeni bir teknoloji olduğundan ve günümüzde yaygın olarak kullanılmadığından, yapılacak anketler gelecekteki kullanıcı davranışları ve tercihlerini anlamak açısından faydalı olabilir. Literatürde yapılan simülasyon çalışmalarında HEMS ve DR katılımına dair birçok varsayımda bulunulduğundan bu teknolojilere dair tüketici tercihlerinin sınırlarının belirlenmesi sonuçların tutarlığı açısından önem arz etmektedir. Ayrıca günümüzde Türkiye'de konut tüketicilerine yönelik herhangi bir DR programı sunulmamaktadır. Son kullanıcıları DR gerçekleştirmeye motive edecek tek araç TOU tarifesidir. Bu nedenle Makale 4'te Türkiye'de elektrik tüketicilerinin HEMS kullanımına (kullanıcıların hangi elektrikli aletlerinin yönetimini HEMS'e vermek isteyecekleri, HEMS'in bu aletleri günün hangi saatlerinde çalıştırmasını isteyecekleri vb.), zamana bağlı elektrik tarifelerine ve DR programlarına yönelik algılarını anlamayı amaçlayan bir anket yapılmıştır. Ardından, Türkiye genelini temsil eden anket katılımcılarının yanıtları geliştirilen HEMS'de simüle edilerek, Türkiye'de DR programlarına HEMS kullanımı yoluyla katılım durumunda Türkiye'nin günlük yük eğrisinin ne ölçüde değişebileceği araştırılmıştır. Sonuçlara göre anket katılımcılarının %78'i HEMS kullanmaya sıcak bakmaktadır. Katılımcıların beyanına göre Türkiye'de DR amaçlı HEMS kullanımıyla günlük puant talebin %33 oranında azaltılmasına yönelik bir teknik potansiyel bulunmaktadır. Ancak HEMS sahiplerinin elde edebileceği ortalama elektrik faturası tasarrufu yalnızca %6,7 olduğundan bu potansiyele ulaşılması mümkün olmayabilir. Bunu aşmanın yolu konut tüketicileri için daha cazip elektrik tarifelerinin tasarlanması olacaktır. Yine de simülasyonlarda anket katılımcılarının %21'i (toplam yanıt verenlerin %16,4'ü) HEMS kullanmaları durumunda faturalarını %10'un üzerinde azaltmayı başarmıştır. Katılımcıların %8'i %15'in üzerinde, %3'ü ise %20'nin üzerinde fatura tasarrufu sağlamıştır. Bu haneler gelecekteki HEMS pazarının ve DR kampanyalarının hedef kitlesi olabilir. Simülasyonlar, anket katılımcılarının cihaz ve HEMS kullanım davranışlarının Türkiye nüfusunu temsil etmesi durumunda, tepe güç/ortalama güç oranını (PAR) en aza indirmek için tüm konut son kullanıcılarının kış aylarında %40'ının ve yaz aylarında %20'sinin DR katılımının gerekli olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The increase in global electrical energy demand and the rapid integration of intermittent renewable resources into the electricity grid has required the improvement and modernization of traditional grid infrastructure to achieve reliable and clean energy. As a result, the concept of smart grid has emerged, where all players in the grid network connect and interact with each other through information and communication technologies (ICT) to increase stability, resource efficiency and sustainability in the areas of energy production, transmission and distribution. In smart grids, unlike in the traditional grid, it becomes possible to adjust electricity demand according to supply. Demand side management (DSM) stands out as one of the ways to achieve this. DSM refers to a set of strategies for end-users to change their electrical energy usage habits by reducing, increasing or shifting their electrical load demands to a different time period for the purposes of energy efficiency, strategic load increase or load management. The ability of users to perform DSM can be described as their“demand side flexibility”. Demand response (DR), one of the DSM strategies, refers to balancing the load curve by encouraging end-users to shift their electricity demand to low demand period on the electricity grid. End-users can reduce their electricity bills or benefit from other incentives by actively participating in DR programs through DSM. Additionally, in case they have distributed generation (DG) units, users can increase renewable self-consumption by shifting their electricity consumption to the period of renewable energy production. Today, since feed-in tariff (FiT) rates for selling electricity to grid has decreased significantly, increasing self-consumption becomes a necessity to increase the value of renewable energy system investments. Increasing DR and renewable self-consumption not only offers financial advantages to end-users, but also gives them the opportunity to contribute to a sustainable electricity grid. Grid-connected rooftop photovoltaic (PV) systems enable the use of solar energy potential in urban areas, provide on-site solutions for electrification and CO2 reduction, create no land costs, and reduce transmission and distribution costs. Despite these advantages and Türkiye's high solar energy potential, the deployment rate of grid-connected rooftop PV systems in Türkiye has stayed low. At the beginning of this thesis study (2017), the share of rooftop PV capacity (200 MW) in the total installed PV capacity (3700 MW) was only 5%. This was a very low rate compared to examples in other countries (21.5% in China, 70% in Germany and 76.5% in Australia). In addition, most of this amount belonged to industrial and commercial buildings and the share of residential rooftop PVs were very low. Therefore, one of the aims of this thesis is to accelerate investments in residential rooftop PV systems in Türkiye. This can be achieved through policy mechanisms such as FiT schemes, purchase subsidies, regulatory supports, information campaigns, etc., as well as through engineering solutions that include smart home automation. For this purpose, a home energy management system (HEMS) tool has been developed to increase residential demand-side flexibility. The developed HEMS performs energy optimization by planning the operating hours of manageable electrical household loads through DSM. To increase self-consumption, HEMS shifts electrical loads to periods of high solar energy production. And to realize DR, it takes advantage of time-based electricity prices by shifting the loads to cheap electricity period. The developed HEMS tool then was modified to a PV-battery sizing model. PV-battery sizing model can perform component sizing for a flexible household load profile due to optimal DR and self-consumption operations of HEMS. Lastly, a nationwide survey was conducted to understand demand-side flexibility in Türkiye, specifically residential end users' perceptions of DR and HEMS usage. The survey aimed to identify the limits of HEMS use and DR participation rather than making assumptions for simulation studies (as is often done in the literature). Survey participants' responses were entered into the HEMS tool and simulated to observe to what extent the daily load curve of Türkiye could change with the use of DR-based HEMS. This Ph.D. thesis consists of four thematically linked scientific publications. Paper 1 examines the economic feasibility of grid-connected residential rooftop PV systems in Türkiye. This study was conducted to understand the economic reasons for the low prevalence of the systems in the country and to draw conclusions for policy making. Economic analysis of 5 kW rooftop PV systems for a total of nine provinces was made using HOMER Grid software. Simulation results have shown that residential rooftop PV systems were not feasible in Türkiye except for one of the nine selected provinces. To overcome this, first, the amount of FiT rates that could make the systems attractive were calculated, and then, based on solar radiation differences in Türkiye, a regional FiT scheme was proposed, as applied in many other countries. It was also recommended to update FiT rates periodically (as applied in Germany, England, Japan and Australia) taking into account the country's rooftop PV targets and changes in parameters such as PV installation costs, retail electricity prices and grid needs. In Paper 2, a HEMS model is developed to increase the demand-side flexibility of households through automation, thereby making rooftop PV systems economically attractive. The developed mixed integer linear programming (MILP)-based HEMS model provides optimum DR and PV self-consumption by performing day-ahead load scheduling for cost minimization. HEMS allows bi-directional power flow between the household, battery energy storage system (BESS), electric vehicle (EV) and the grid. The model can calculate the solar radiation falling on an inclined plane using an isotropic model and thus determine the power output that the PV array can produce according to the technical specifications of the array, the inclination angle and the daily outdoor temperature. The proposed HEMS also includes a smart thermostat which can define different air conditioning temperature set-points for different periods of the day based on changing electricity prices, solar radiation, and occupancy level. In this way, DR participation is provided flexibly for air-conditioner owners. Simulation results showed that the proposed HEMS can reduce the daily electricity bill during summer days by between 53.2% (household with time-shiftable appliances (TSAs), thermostatically controlled appliances (TCAs), PV, BESS and EV) and 13.5% (household with TSAs and TCAs) depending on the household type. The smart thermostat integrated into HEMS managed to reduce the daily air conditioning bill by 15% to 24% during the summer months. It was seen that the HEMS could provide more bill reduction under RTP than under TOU. Under RTP, the HEMS achieved to sell a portion of the produced electricity to the grid and perform vehicle-to-grid (V2G). PV-BESS sizing becomes complicated for a household that wants to install an HEMS due to the load profile changing throughout the year according to HEMS oeprations. Therefore, in Paper 3, a renewable energy system sizing model that can calculate the optimal PV-BESS-PV tilt angle for HEMS-equipped households is developed. The proposed model simulates the load profile of a HEMS-equipped household for a year and repeats the simulations for each PV array capacity-tilt angle-number of batteries combination. The model determines the NPV of each combination and ranks them from highest to lowest. According to the results, under current battery and electricity prices, the optimal system design with the highest NPV for a HEMS-equipped household in Istanbul, Türkiye is 3 kW PV – no battery – 10° tilt angle. The reason why the optimum configuration is without a battery is that electricity prices are very low in Türkiye. The savings made cannot cover the investment made in the battery. In order to make future projections, a sensitivity analysis is conducted according to increasing electricity and decreasing battery prices. Battery use becomes possible if electricity prices increase by 25% or battery prices decrease by 25%. In the case of HEMS use, the NPV of the PV-BESS investment increases from $920 to $2273. This is an important finding, because in many countries PV projects cannot be implemented due to low feasibility in the absence of incentives. The rising adoption rate of smart home appliances and rising electricity prices make the use of HEMSs increasingly attractive. However, HEMSs have not yet become widespread, and even if they did, there is still not enough information about the future potential for mass adoption of these devices and consumer preferences for their use. Understanding this potential is closely related to appliance usage behavior, electricity tariff perception and DR perception. Since HEMS is a new technology and no DR programs are offered for residential consumers in Türkiye today, surveys can be very useful to understand future user behavior and preferences before the wide-scale deployment of these technologies. Therefore, in Paper 4, we conduct a nationwide survey aiming to understand the perceptions towards HEMS use (which electrical appliances users would want to give management to HEMS, at what time of day they would like HEMS to operate these appliances, etc.), time-based electricity tariffs and DR programs. Then, the responses of the survey participants are simulated using the developed HEMS, and it is investigated to what extent Türkiye's daily load curve could change in case of participation in DR programs with HEMSs in Türkiye. According to the results, 78% of the survey participants are willing to use HEMS. There is a technical potential to reduce daily peak demand by 33% with the use of HEMS for DR purposes. However, this potential may not be possible to achieve, as the average electricity bill savings HEMS owners can achieve is only 6.7%. Yet in simulations, 21% of survey participants (16.4% of total respondents) were able to reduce their bills by over 10% if they used HEMS. 8% of the participants saved more than 15% on their bills, and 3% saved more than 20%. These households may be the target audience of future HEMS market and DR campaigns. Simulations show that if survey participants' device and HEMS usage behaviors are representative of the Turkish population, DR participation of 40% of all residential end-users in winter period and 20% in summer period is required to minimize the peak to average power ratio (PAR) of the Turkish load curve.
Benzer Tezler
- Konut binalarındaki kurulu kapasite fazlası ve yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu ile dinamik yük yönetiminin şarj istasyonu boyutlandırılmasına etkileri
Efects of dynamic load management on sizing of charging operations with the integration of surplus installed capacity in residential building and renewable energy
ÖZCAN AKBIYIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- Sıfır enerjili konut binalarında ısı pompası ve PV uygulamalarının enerji performans yaşam döngüsü ve maliyet analizleri
Energy performance life cycle and cost analysis of heat pump and pv applications in zero energy residential buildings
MEHMET YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SÖZER
- İnovatif bir düşünce olarak solar sistemlerin yerel işletmelerde kullanımı: Safranbolu turizm ulaştırma işletmeleri üzerine bir araştırma
Using solar systems in local enterprises as an innovative thoughts: A research on Safranbolu tourism transportation enterprises
AHMET CİNKARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
TurizmKarabük Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET MURAT TUNÇBİLEK
- Akıllı şebekeler için yeni bir ev enerji yönetim algoritmasının geliştirilmesi ve uygulanması
Development and implementation of a new home energy management algorithm for smart grids
ONUR ELMA
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR SAVAŞ SELAMOĞULLARI
- Akıllı ev sisteminde ısıl modelleme oluşturularak enerji yönetimi
Energy management by creating thermal modeling in the smart home system
ONUR ÖZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ RIFAT BOYNUEĞRİ