An all-vanadium redox flow battery: A comprehensive equivalent circuit model and co-simulation between matlab-simulink and trnsys
Vanadyum temelli bir redoks akiş bataryası: Kapsamlı eşdeğer devre modeli ve matlab-simulink ile trnsys arasında eş zamanlı benzetim
- Tez No: 884668
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSEYİN AYHAN YAVAŞOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Bu tez, güneş (PV), rüzgar, VRFB depolama ve ısıtma/soğutma (ASHP) bileşenlerini birleştiren hibrit yenilenebilir enerji sistemini (SWEG-VRFB-ASHP) optimize etmeye odaklanmaktadır. Tezin anahtar yeniliği, MATLAB Simulink ortamında geliştirilen oldukça detaylı bir VRFB batarya modelidir. Bu model, genellikle ihmal edilen faktörleri içerir; akışkan dağılımı (CFD ile analiz edildi), VRFB'nin kendine özgü özellikleri (shunt akımı, iyon difüzyonu, pompa enerji tüketimi) ve basitleştirilmiş yük transfer direnci (EIS ölçümlerine dayanır). Kabul edilebilir doğrulukla (%3 sapma ile), bu model TRNSYS gibi yenilenebilir enerji sistemi simülasyon programları için eksiklik arz eden bir boşluğu doldurmaktadır. VRFB modelinin bir co-simülasyon ortamına (MATLAB Simulink ve TRNSYS) entegre edilmesi, VRFB davranışı ve bina enerji ihtiyaçları gibi faktörleri hesaba katarak karmaşık SWEG-VRFB-ASHP sistemlerinin simülasyonunu gerçekleştirilmesine olanak sağlamaktadır. Bu co-simülasyon çerçevesinde yapılan geleneksel bir ekserji analizi, yüksek ekserji tahribatı ve düşük verimliliği nedeniyle öncelikli olarak iyileştirilmesi gereken alanın fotovoltaik sistemi olduğunu ortaya koymuştur. Rüzgar türbini performansının mevsimsel değişiklikler gösterdiği ve yaz aylarında iyileştirme potansiyeli olduğu görülmüştür. VRFB verimliliği de çift taraflı rolü nedeniyle mevsimsel olarak değişmiştir. ASHP, en düşük genel ekserji verimliliğine sahiptir ve sezona bağlı olarak WT veya VRFB'den sonra ele alınmalıdır. Son olarak, invertörler ve redresörler zaten etkileyici performansları nedeniyle minimum iyileştirme ihtiyacı göstermiştir. Bu tez, VRFB modelinin iyileştirilmesi, VRFB kontrol algoritmaları, eş-simülasyon modelinin genişletilmesi, maliyet-fayda analizleri, gerçek zamanlı hava durumu verisi entegrasyonu ve eş-simülasyon sonuçlarının gerçek dünya verileriyle doğrulanması konularında daha fazla araştırmanın önünü açmaktadır. Bu gelişmelerin üzerine inşa ederek, sürdürülebilir bir gelecek için hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin hem performansını hem de ekonomik uygulanabilirliğini daha da optimize edebiliriz.
Özet (Çeviri)
This thesis tackles optimizing a hybrid renewable energy system (SWEG-VRFB-ASHP) that combines solar (PV field), wind, VRFB storage, and heating/cooling (ASHP) components. A key innovation is a highly detailed VRFB battery model developed in MATLAB Simulink. This model incorporates often neglected factors like fluid distribution (analysed via CFD), inherent VRFB characteristics (shunt current, ion diffusion, pumping energy), and simplified charge transfer resistance (based on EIS measurements). With acceptable accuracy (3% deviation), this model fills a gap for renewable energy system programs like TRNSYS. Integrating this VRFB model into a co-simulation environment (MATLAB Simulink and TRNSYS) allows for simulating complex SWEG-VRFB-ASHP systems, considering factors like renewable energy availability, VRFB behaviour, and building energy demands. A conventional exergy analysis within this co-simulation framework revealed the PV field as the priority for improvement due to its high exergy destruction and low efficiency. Wind turbine performance showed seasonal variations, with summer optimization potential. VRFB efficiency also varied seasonally due to its dual role. The ASHP had the lowest overall exergy efficiency and should be addressed after WT or VRFB depending on the season. Finally, inverters and rectifiers displayed minimal improvement needs due to their already impressive performance. This thesis paves the way for further research on refining the VRFB model, VRFB control algorithms, co-simulation model expansion, cost-benefit analyses, real-time weather data integration, and co-simulation result validation with real-world data. By building on these advancements, we can further optimize both performance and economic viability of hybrid renewable energy systems for a sustainable future.
Benzer Tezler
- Vanadyum redoks akışkan akülerin elektriksel karakterizasyonunun belirlenmesi ve performans ölçümlerinin gerçekleştirilmesi
Determination of electrical characterization and measuring performance of the vanadium redox flow battery
KENAN KILAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTUĞ ŞİŞMAN
- Surface modification and application of porous membranes for all-vanadium redox flow batteries
Poroz membranların yüzey modifikasyonu ve tüm vanadyum redoks bataryalar için uygulanması
DİLEK YALÇIN
- Akıllı şebekelerde depolama sistemlerine sahip rüzgar enerji santrallerinde üretim tahmini ve sisteme katılım miktarının belirlenmesi
Prediction and penetration of wind energy with storage system analysis
BETÜL AKYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN TÜRKAY
- Seryum (IV)-poliaminokarboksilli asit redoks başlatıcılı akrilamid polimerizasyonu
Polymerization of acrylamide by cerium (IV) polyaminocarboxylic acid redox initiation
CANAN CİN
- Bazı porfirazin komplekslerinin voltametrik incelenmesi
Voltammetric investigation of some porphyrazine complexes
ATIF KOCA
Doktora
Türkçe
2002
KimyaMarmara ÜniversitesiOrtaöğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSA ŞAHİN
