Power system stability assessment of future energy planning
Gelecekteki enerji planlamalarının güç sistemi kararlılığı açısından değerlendirmesi
- Tez No: 931664
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET CANSIZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Küresel iklim değişikliği son yıllarda gösterdiği etkiler dikkate alındığında insanoğlunun karşı karşıya kaldığı en önemli sınamalardan biri olarak görülmektedir. İnsanlığın varlığını tehdit eder boyutlara ulaşan tehlikeler karşısında dünya ülkeleri çözüm üretme arayışındadır. Bu kapsamda karbonsuzlaşma hedefleri ortaya atılmakta ve bu hedeflerin gerçekleştirilmesi için yeni yatırımlar yapılmaktadır. Enerji üretimini karbonsuzlaştırma, elektrikli araçların yaygınlaştırılması ile petrol kullanımını azaltma ve ulaşım araçlarında karbon bazlı yakıtlar yerine yenilikçi yakıtların geliştirilmesi gibi girişimlerle küresel iklim değişikliği ile mücadele hedeflenmektedir. Dünya ülkelerinin küresel iklim değişikli ile mücadele arayışlarının en somut örneği ise Paris İklim Anlaşması olup, anlaşmaya taraf ülkeler 2050 yılına kadar net sıfır hedefini taahhüt etmektedir. Bu bağlamda, bu yüzyılda küresel ortalama sıcaklık artışının sanayi öncesi seviyelere kıyasla tercihen 1,5°C olmak üzere 2°C ile sınırlandırılması için çaba gösterilmesi hedeflenmektedir. Anlaşmaya taraf devletlerden olan Türkiye de bu hedefe ulaşmak için yol haritasını hazırlayarak enerji alanında çeşitli hedefler ortaya koymuştur. Bu kapsamda elektrik üretiminin karbonsuzlaştırılması hedefleri için kömür santrallerinin payı azaltılırken yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılması, nükleer enerji kaynaklarının daha çok sisteme dahil olması öngörülmektedir. Nükleer enerji atomların parçalanması sonucu açığa çıkan enerjiden elektrik üretimini sağlamaktadır ve günümüzde birçok ülkede elektrik üretiminde kullanılmaktadır. Çoğunlukla gücü 1000 ila 1600 MWe arasında değişen büyük ölçekli reaktörler içeren nükleer santral teknolojilerinde ihtiyaçlara çözüm üretmek için yenilikler ortaya çıkmaktadır. Bu anlamda nükleer enerji alanında ortaya çıkan küçük modüler reaktör (SMR) teknolojilerinin ülkemizde ve dünyada yakın gelecekte devreye girmesi planlanmaktadır. SMR'lar büyük ölçekli nükleer santral projelerinde uzun inşaat dönemleri, buna bağlı olarak maliyet artışları, ilk yatırım maliyetinin çok yüksek olması ve güvenlik riskleri gibi sorunlara çözüm üretmek amacıyla ortaya çıkan nükleer santral teknolojileridir. Güçleri 10 ila 300 MWe olarak değişen SMR'ların modüler halde fabrikada üretilerek santral sahasına transfer edilmesi ve burada montajlanarak inşa edilmesi planlanmaktadır. Bu sayede kontrollü bir ortamda üretilecek modüllerin sahada sadece birleştirilmesi ile inşaat dönemi kısaltılarak riskler en aza indirilmiş olacaktır. Ayrıca kademeli şekilde devreye alınarak güç artırımına da izin veren SMR'ların yakın gelecekte bir çok ülkenin enerji üretim portföyünde yer alacağı değerlendirilmektedir. Bu santral tiplerinin güçleri ve soğutma ihtiyaçları dikkate alındığında işletme ömürleri tamamlanan kömür santrallerinin yerini alabileceği öngörülmektedir. Tüm bunlar dikkate alındığında SMR'ların potansiyel etkilerinin değerlendirilmesi büyük önem taşır hale gelmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları ise beslendikleri kaynağın bolluğu ve sundukları karbonsuz elektrik üretim avantajları ile öne çıkmaktadır. Ayrıca son yıllarda düşen maliyetler yenilenebilir enerji kaynaklarının daha çok devreye girmesini sağlamıştır. Avantajlarının yanında sürekli elektrik üretiminin beslendikleri kaynağa bağlı oluşu özellikle kesintili yenilenebilir kaynaklarının en önemli dezavantajı olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çerçevede güneş ve rüzgar santralleri kesintili güç sağlamakta ve sistemin elektrik ihtiyacına her zaman cevap verememektedir. Nükleer enerji ve yenilenebilir enerji santrallerinin önümüzdeki yıllarda güç sistemlerinin önemli ve baskın bileşenleri haline gelmesi, güç sistemlerinin büyük değişikliler yaşayacağını göstermektedir. Güç sistemlerinin sağlıklı çalışması için temel kriterlerden biri sistem kararlılığıdır. Frekans, rotor açısı ve gerilim kararlığını kapsayan sistem kararlılığı sürdürülebilir ve kesintisiz elektrik arzı açısından oldukça önemlidir. Diğer taraftan sağlıklı ve güvenilir güç sistemi nükleer güç santralleri gibi güvenilir güç sistemlerine ihtiyaç duyan güç sistemi bileşenleri için kritik önemi haizdir. Tüm bunlar dikkate alındığında güç sistemlerinde yaşanan kritik değişikliklerin analiz edilmesi doğru bir planlama yapmaya fırsat verirken, potansiyel sorunların erken tespit edilerek önlem alınmasına da imkan tanımaktadır. Bu tezin amacı elektrik üretim kaynaklarında yaşanması beklenen büyük değişikliklerin güç sistemi kararlılığı üzerine etkilerini incelemektir. Bu kapsamda IEEE 39-bus test sistemi kullanılarak DigSilent PowerFactory yazılımı üzerinden kesintili yenilenebilir enerji kaynakları ve SMR'lar modellenmiştir. Kesintili yenilenebilir enerji kaynakları için sadece rüzgar santralleri dikkate alınmıştır. SMR'lar içinse henüz ticarileşmeye yeni başlaması ve generator model parametrelerinin gizli bilgi olması sebebiyle tasarımcılar tarafından paylaşılmaması nedeniyle elde etmek mümkün değildir. Bu sebeple IEEE 39-bus test sistemi ve literatürde bulunan nükleer santral parametreleri kullanılarak bir ekstrapolasyon sonucunda veriler oluşturulmuş ve yine literatürde yer alan tipik termik santral parametreleri ile kıyaslanarak modelleme yapılmıştır. Kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarının paylarının kömür santrallerinin payları azaltılarak kademeli şekilde %20 ve %40 oranlarında artırılması ve sonrasında SMR'ların sistemde kalan kömür santralleri yerine devreye alınması senaryoları geliştirilmiştir. Her senaryo için sistemde yaratılan hata sonucunda sistem kararlılığına etkileri incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde görülmüştür ki, kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarının payı arttıkça sistem kararlılığı olumsuz etkilenmektedir. Frekans ve rotor açısı kararlılığı %20 kesintili yenilenebilir enerji penetrasyonundan %40 kesintili yenilenebilir enerji penetrasyonuna geçtiğinde olumsuz etkilenirken, gerilim kararlılğı açısından dikkate değer bir değişim gözlenmemiştir. %40 kesintili yenilenebilir enerji penetrasyonu sonrasında kalan kömür santralleri yerine SMR'ların devreye girmesi ise sistem kararlılığına olumlu katkı sağlamıştır. Hem frekans hem gerilim kararlılığı olumlu olarak etkilenmiştir. Diğer taraftan yenilenebilir kaynakların artırıldığı bölgelerdeki bazı SMR'ların rotor açısı kararlılığı için sınırları zorladığı görülmüştür. Bu belirli SMR'ların sistemin kararlı kalabilmesi ve yükleri karşılayabilmesi için daha çok zorlanması olarak yorumlanmıştır. Bu sonuçlar ışığında, bir nükleer santral olarak SMR'ların gelecekte hem karbonsuz elektrik üretimine hem kömür santrallerinin yerini alarak sistem kararlılığına katkı sağlayabileceği değerlendirilmiştir. Aynı zamanda yenilenebilir enerji kaynaklarının yoğun kullanıldığı bölgelerde sistem kararlılığının daha kritik hale gelebileceği görülmektedir. Nükleer santrallerin sürekli soğutma ihtiyacı sebebiyle sürekli ve güvenilir güce gereksinim duyması dikkate alındığında bölgesel analizlerin hem planlama hem işletme dönemlerinde periyodik olarak gerçekleştirilmesi gerektiği değerlendirilmiştir. Diğer taraftan SMR'ların güçleri ve soğutma sistemleri ihtiyaçlarının benzer olduğu dikkate alındığında işletilmekte olan kömür santralleri sahalarına bu santrallerin işletme ömürleri tamamlandığında kurulmasının yol, iletim hattı ve soğutma sistemleri gibi altyapı yatırımlarının en aza indirilmesini sağlayabilir.
Özet (Çeviri)
Considering the effects of global climate change in recent years, it is seen as one of the most important challenges that humanity has faced. In the face of dangers that have reached dimensions that threaten the existence of humanity, countries around the world are seeking solutions. In this context, decarbonization targets are being put forward and new investments are being made to achieve these targets. It is aimed to struggle against global climate change with initiatives such as decarbonizing energy production, reducing oil use by popularizing electric vehicles, and developing innovative fuels instead of carbon-based fuels in transportation vehicles. In this context, in line with the targets of decarbonizing electricity generation, it is envisaged to reduce the share of coal power plants while increasing the share of renewable energy sources (RES) and to include nuclear energy sources more in the system. In addition, it is planned that small modular reactor (SMR) technologies emerging in the field of nuclear energy will be put into operation in our country and in the world in the near future. When it is considered that these types of power plants can be used instead of coal power plants, the evaluation of their potential effects becomes of great importance. In this regard, the fact that nuclear power plants and renewable energy will become important and dominant components of power systems in the coming years indicates that power systems will experience major changes. One of the basic criteria for the healthy operation of power systems is system stability. System stability, which includes frequency, rotor angle, and voltage stability, is important for sustainable and uninterrupted electricity supply. On the other hand, a healthy and reliable power system is of critical importance for power system components that require reliable power systems such as nuclear power plants. Considering all these, analyzing critical changes in power systems allows for accurate planning, while also allowing for early detection of potential problems and taking precautions. This thesis aims to examine the effects of major changes expected to occur in electricity generation resources on power system stability. In this context, intermittent renewable energy sources and SMRs were modeled via DigSilent PowerFactory software using the IEEE 39-bus test system. Scenarios were developed for gradually increasing the shares of intermittent RES and then commissioning SMRs instead of the remaining coal power plants in the system. The effects on system stability as a result of the fault created in the system for each scenario were examined. When the results were examined, it was observed that as the share of intermittent RES increased, system stability was negatively affected. The integration of SMRs made a positive contribution to system stability. On the other hand, it was observed that some SMRs in regions where RES were increased pushed the limits for rotor angle stability. In the light of these results, it was evaluated that SMRs could contribute to system stability in the future by both generating carbon-free electricity and replacing coal power plants. At the same time, it was evaluated that system stability could become more critical in regions where RES are used intensively. Considering the continuous reliable power need of nuclear power plants, it was evaluated that regional analyses should be carried out periodically in both planning and operation periods.
Benzer Tezler
- Dynamic frequency response of wind power plants
Başlık çevirisi yok
MÜFİT ALTIN
Doktora
İngilizce
2012
EnerjiAalborg UniversitetDr. REMUS TEODORESCU
Dr. BIRGITTE BAK-JENSEN
Dr. PEDRO RODRIGUEZ
- Elektrik enerji iletim şebekelerinin optimal genişletme planlaması
Optimal expansion planning of power transmission networks
NAZİF HÜLAGÜ SOHTAOĞLU
Doktora
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Ticari banka yönetimi ve Türk ticari bankalarının temel yönetim sorunları
The management of the commercial bank and the basic problems of the Turkish comercial bank
AYŞE ÇİĞDEM ÖNAL
- Türkiye için temiz enerjiye geçiş sürecinde bir optimizasyon model önerisi
An optimization model proposal for clean energy transition in turkey
YAĞMUR TORUL YÜREK
Doktora
Türkçe
2024
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiGazi ÜniversitesiYönetim Bilişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHAR ÖZYÖRÜK
- Elektrikli araç şarj istasyonlarının alçak gerilim dağıtım şebekesine bağlantısı ve etkilerinin incelenmesi
Examination of the connection and impacts of electric vehicle charging station on the low voltage distribution network
EZGİ SOLAK ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK