Geri Dön

Optimization of cost and energy production at hydroelectric power plants

Hidro-elektrik santrallerde enerji üretimi ve yatırım maliyeti optimizasyonu

  1. Tez No: 847289
  2. Yazar: VEDAT ASLANKARA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER BOZKUŞ, DOÇ. DR. TEVFİK KUTAY ÇELEBİOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    Türkçe

    2017

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU

    PROF. DR. ERDEM ACAR

  2. Pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin optimizasyonu

    Optimization of pumped storage hydroelectric plants

    HASAN GÜRSAKAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYUMAZ

  3. 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

    Türkçe

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN

  4. 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

    Türkçe

    2023

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖNDER GÜLER

  5. Farklı iklim şartlarındaki jeotermal santrallerin soğutma sisteminin optimizasyonu

    Optimisation of geothermal power plant cooling systems at different climatic conditions

    TUĞRUL BAŞARAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURHANETTİN ÇETİN