Optimization of cost and energy production at hydroelectric power plants
Hidro-elektrik santrallerde enerji üretimi ve yatırım maliyeti optimizasyonu
- Tez No: 847289
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER BOZKUŞ, DOÇ. DR. TEVFİK KUTAY ÇELEBİOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 181
Özet
Dünyanın enerji talebi arttıkça mevcut enerji kaynaklarının etkin kullanılması büyük önem taşımaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları, özellikle de hidroelektrik, enerji üretiminde önemli bir rol oynamaktadır. Bu nedenle hidroelektrik enerji üretimini artırmak için rezervuar işletmesini optimize etmek üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada tekil depolamalı sistemler, nehir tipi sistemler ve kaskat depolamalı sistemlerin işletme optimizasyonu için farklı rezervuar işletme modelleri geliştirilmiştir. On üçü tekil depolamalı sistemler için, beşi kaskat depolamalı sistemler için ve ikisi nehir tipi sistemler için olmak üzere toplam yirmi farklı araç geliştirilmiştir. Modeller, farklı operasyon senaryolarında enerji üretimini, geliri ve karı en üst düzeye çıkarmayı amaçlamaktadır. İlk model olan İşletme Sonu Sabit Rezervuar Seviyesi (FRLEO), işletme süresi sonundaki rezervuar seviyesini kullanıcı tarafından belirlenen bir değerle sınırlandırmakta ve tüm işletme dönemi için enerji üretimini veya geliri maksimuma çıkarmayı amaçlamaktadır. İkinci model olan Yıl Sonu Sabit Rezervuar Seviyesi (FRLEY), her su yılı sonundaki rezervuar seviyesini kullanıcı tarafından belirlenen bir değerle sınırlandırmakta ve tüm işletme dönemi için üretilen enerjiyi veya geliri maksimuma çıkarmayı amaçlamaktadır. Üçüncü ve son model olan Rezervuar Seviyesi İşletim Kuralı (RLOR), tüm işletme dönemi boyunca yılın aynı ayına ait rezervuar seviyelerini sabitler ve enerji üretimini veya geliri maksimuma çıkaran oniki ay sonu rezervuar seviyesini bulur. Tüm modeller için Genelleştirilmiş Azaltılmış Gradyan (GRG) Doğrusal Olmayan optimizasyon algoritması kullanılmıştır. Geliştirilen modeller, Türkiye'nin Güneydoğu Anadolu Bölgesinde yer alan üç baraj içeren kaskat depolamalı bir sistem ve aynı bölgedeki nehir tipi bir hidroelektrik santral için kullanılmıştır. Sonuçlar, farklı işletme modellerinin ve kaskat etkisinin depolama kapasitesi büyük olan barajların enerji üretim kapasitesini etkilediğini göstermektedir. Küçük depolama kapasiteli barajlar, farklı işletme modellerinden önemli ölçüde etkilenmemektedir. Ancak ay sonu rezervuar işletme seviyelerine ek kısıtlamalar getirilerek işletme modelleri daha katı hale geldikçe, enerji üretim kapasiteleri olumsuz etkilenmekte ve beklendiği gibi dolusavaktan atılan su hacimleri artmaktadır. Mevcut çalışma, enerji üretimini artırmak veya geliri artırmak için rezervuar operasyonlarının optimize edilmesine ilişkin fikir vermektedir. Tekil veya kaskat sistemler için çalışma modellerinin uygunluğu ve etkinliği, söz konusu sistemin belirli özelliklerine bağlıdır. En uygun seçeneğe karar vermeden önce denemeler yapmak ve sonuçları değerlendirmek önemlidir. Bununla birlikte, bu çalışmada geliştirilen modeller, herhangi bir tekil veya çoklu rezervuar sistemi ile nehir tipi sistemler için en uygun işletme kurallarının belirlenmesinde kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
As the world's demand for energy increases, it is crucial to use available energy sources effectively. Renewable energy sources, especially hydropower, play a significant role in energy generation. Therefore, there have been efforts to optimize reservoir operations for hydropower generation. In this study, different reservoir operation optimization models were developed for single storage systems, run-of-river systems, and cascade storage systems of hydropower plants. Twenty different tools were developed, with thirteen being for single storage systems, five for cascade storage systems, and two for run-of-river systems. The models aim to maximize energy generation, revenue, and profit in different operation scenarios. The first model, Fixed Reservoir Level at the End of Operation (FRLEO), limits the reservoir level at the end of the operation duration to a user-specified value and aims to maximize energy generation or maximize revenue for the entire period. The second model, Fixed Reservoir Level at the End of Year (FRLEY), limits the reservoir level at the end of each water year to a user-specified value and aims to maximize energy generated or maximize revenue for the whole operation duration. The third and last model, the Reservoir Level Operation Rule (RLOR), fixes the reservoir levels of every same month of the year for the entire operation period and finds twelve end-of-month reservoir levels that maximize energy generation or maximize revenue. The Generalized Reduced Gradient (GRG) Nonlinear optimization algorithm is used for all the models. The developed models were tested with a cascade of three dams in Southeast Central Turkey and a run-of-river hydropower plant in the same region. The results show that different operation models affect the energy generation capacity of dams with a considerably large storage capacity, as well as the cascade effect. Small storage capacity dams are not significantly affected by different operation models. However, as the operation models become stricter with additional constraints on end-of-month reservoir operation levels, energy generation capacities are negatively affected, and spilled water volumes increase as expected. Present study provides insight into optimizing reservoir operations to increase energy generation or increase revenue. The suitability and effectiveness of the operation models for single or cascade systems depend on the specific characteristics of the system under consideration. It is important to conduct trials and evaluate the results before deciding on the most appropriate option. Nevertheless, the models developed in this study can be used to determine the optimal operation rules for any single or multi-reservoir system as well as run-of-river systems.
Benzer Tezler
- Francis tipi hidrotürbin ayar kanadı ve çarkının hesaplamalı akışkanlar dinamiği bazlı eniyilenmesi
Computational fluid dynamics aided optimization of guide vane and runner of a francis hydroturbine
ALEV ELİKALFA KÖKSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU
PROF. DR. ERDEM ACAR
- Pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin optimizasyonu
Optimization of pumped storage hydroelectric plants
HASAN GÜRSAKAL
Doktora
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYUMAZ
- Ülkemiz yerli enerji kaynaklarının yeni teknolojilerle değerlendirilmesi sonucunda oluşacak sera gazı azaltım potansiyelinin belirlenmesi ve maliyet analizleri
Determination of greenhouse gas mitigation potential resulting from the utilization of our country's domestic energy resources with new technologies and cost analysis
ECE GİZEM ÇAKMAK
Doktora
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Yüzer güneş enerjisi sistemleri: Enerji verimliliği açısından yüzer güneş enerjisi sistemlerinin dizayn optimizasyonu
Floating photovoltaic systems: Design optimization of floating solar systems in terms of energy efficiency
MUSTAFA MESUT BOZOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- Farklı iklim şartlarındaki jeotermal santrallerin soğutma sisteminin optimizasyonu
Optimisation of geothermal power plant cooling systems at different climatic conditions
TUĞRUL BAŞARAN
Doktora
Türkçe
2019
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ÇETİN