Geri Dön

Hibrit pompaj depolama sistemlerinin modellenmesi, optimizasyonu ve fayda maliyet analizi

Hybrid pumped hydro storage systems modeling, optimization and cost-benefit analysis

PDF İndir

  1. Tez No: 932079
  2. Yazar: AYŞENUR OYMAK
  3. Danışmanlar: DOÇ. MEHMET RIDA TÜR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Batman Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 156

Özet

Günümüzde artan enerji talebi ve iklim değişikliğiyle mücadele gerekliliği, sürdürülebilir enerji çözümlerine olan ilgiyi artırmaktadır. Fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmaya yönelik politikalar, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırmaktadır. Bu doğrultuda, enerji depolama sistemleri enerji güvenliğini sağlamak, arz-talep dengesini korumak ve yenilenebilir enerji kaynaklarını entegre etmek açısından kritik bir rol oynamaktadır. Özellikle Pompalı Hidroelektrik Depolama (PHD) sistemleri, uzun ömürlü, çevre dostu ve yüksek kapasiteli bir depolama yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Türkiye'nin hidroelektrik potansiyeli göz önüne alındığında, mevcut rezervuarların PHD sistemlerine dönüştürülmesi, enerji sürekliliği için önemli bir fırsat sunmaktadır. Bu çalışma, Türkiye'deki hidroelektrik rezervuarlarının PHD sistemlerine dönüştürülmesini teknik, ekonomik ve çevresel boyutlarıyla kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. İlk olarak, ikinci rezervuar için saha seçimi gerçekleştirilmiştir. Ardından, hidrolik kayıpları dikkate alan detaylı matematiksel modelleme ile PHD sisteminin enerji potansiyeli belirlenmiştir. Hibrit enerji sistemleriyle entegrasyonu değerlendirilerek, farklı senaryolar altında maliyet ve verimlilik analizleri yapılmıştır. Bu araştırma, saha seçimi, teknik modelleme ve ekonomik analizi bir arada ele alarak literatüre önemli bir katkı sunmaktadır. Pilot bölge olarak Batman Barajı ve Hidroelektrik Santrali belirlenmiştir. Uygun ikinci rezervuar alanının belirlenmesi için Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) tabanlı çok kriterli karar verme analizi uygulanmıştır. Dijital Yükseklik Modeli (DYM) kullanılarak jeoloji ve arazi kullanım haritaları oluşturulmuş ve potansiyel rezervuar alanı belirlenmiştir. Enerji potansiyelini hesaplamak için hidrolik kayıplar, buharlaşma ve yağış etkilerini içeren matematiksel model Simulink ortamında geliştirilmiştir. Matematiksel modelleme sonuçlarına göre, tasarlanan PHD sisteminin kurulu gücü 1299 kW olarak hesaplanmış ve sistemin 5 saat boyunca 6500 kWh enerji sağlayabileceği belirlenmiştir. Elde edilen enerji potansiyeli verileri, Çoklu Enerji Kaynakları Hibrit Optimizasyonu yazılımına entegre edilerek üç farklı senaryo kapsamında teknik ve ekonomik fizibilite analizleri yapılmıştır. Senaryolar, güneş-rüzgâr-jeneratör-PHD, güneş-jeneratör-PHD ve rüzgâr-jeneratör-PHD sistemlerini kapsamaktadır. Her bir sistemin geri ödeme süresi, seviyelendirilmiş enerji maliyeti (COE) ve net bugünkü maliyet (NPC) açısından karşılaştırmalı analizleri yapılmıştır. Sonuçlara göre, PHD entegrasyonu ile enerji maliyetlerinde %30'a kadar düşüş sağlamıştır. Güneş-rüzgâr-jeneratör-PHD sisteminin yatırım getirisi (ROI) %48,2'ye ulaşırken, geri ödeme süresi yaklaşık 2 yıl olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, analizler sonucunda karbon emisyonlarında %66,2'ye varan bir azalma sağlandığı belirlenmiştir. Bu bulgular, hibrit enerji sistemlerine PHD entegrasyonunun ekonomik ve çevresel kazanımlar sağlayarak sürdürülebilir enerji politikalarına önemli katkılar sunduğunu göstermektedir. Gelecekteki çalışmalarda, PHD sistemlerinin farklı enerji depolama yöntemleriyle karşılaştırılması ve saha verileri ile model doğrulamalarının yapılması, sistemin uygulanabilirliğinin daha kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine katkı sağlayacaktır. Ayrıca, yüzer PV sistemleri gibi alternatif yenilenebilir enerji çözümleriyle entegrasyon incelenerek, verimlilik ve su kaybı yönetimi açısından potansiyel avantajlar araştırılabilir.

Özet (Çeviri)

Today, the increasing energy demand and the necessity to combat climate change are driving greater interest in sustainable energy solutions. Policies to reduce dependence on fossil fuels are increasing the use of renewable energy sources. In this direction, energy storage systems play a critical role in ensuring energy security, maintaining supply-demand balance, and integrating renewable energy sources. Particularly, Pumped Hydroelectric Storage (PHS) systems stand out as a long-lasting, environmentally friendly, and high-capacity storage method. Considering Turkey's hydroelectric potential, the conversion of existing reservoirs into PHS systems offers a significant opportunity for energy continuity. This study comprehensively examines the conversion of hydroelectric reservoirs in Turkey into PHS systems from technical, economic, and environmental perspectives. Firstly, site selection for the second reservoir was carried out. Then, the energy potential of the PHS system was determined through detailed mathematical modeling that considers hydraulic losses. The integration with hybrid energy systems was evaluated, and cost and efficiency analyses were conducted under different scenarios. This research makes a significant contribution to the literature by addressing site selection, technical modeling, and economic analysis together. Batman Dam and Hydroelectric Power Plant were selected as the pilot region. A Geographic Information System (GIS)-based multi-criteria decision-making analysis was applied to determine the suitable second reservoir area. Geological and land use maps were created using the Digital Elevation Model (DEM), and the potential reservoir area was determined. To calculate the energy potential, a detailed mathematical model including hydraulic losses, evaporation, and precipitation effects was developed in the Simulink environment. According to the mathematical modeling results, the installed capacity of the designed PHS system was calculated as 1299 kW, and the system was found to provide 6500 kWh of energy for 5 hours. The obtained energy potential data were integrated into the Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources software, and technical and economic feasibility analyses were conducted under three different scenarios: solar-wind-generator-PHS, solar-generator-PHS, and wind-generator-PHS systems. Each system was comparatively analyzed in terms of payback period, Levelized Cost of Energy (COE), and Net Present Cost (NPC). The results showed that PHS integration reduced energy costs by up to 30%. The return on investment (ROI) of the solar-wind-generator-PHS system reached 48.2%, while the payback period was approximately 2 years. Additionally, the analyses determined that carbon emissions were reduced by up to 66.2%. These findings indicate that PHS integration into hybrid energy systems provides significant economic and environmental benefits, contributing to sustainable energy policies. In future studies, comparing PHS systems with different energy storage methods and validating models with field data will contribute to a more comprehensive evaluation of the system's feasibility. Furthermore, the integration of alternative renewable energy solutions such as floating PV systems can be examined to investigate potential advantages in terms of efficiency and water loss management.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    473044

    Design and implementation of magnetic bearings in rotary blood pump

    Dönel kan pompasında manyetik rulmanların tasarlanması ve uygulanması

    HARIS SHEH ZAD

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER TUNGA ERDOĞAN

    PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU

  2. Tez No

    634910

    Developing optimum operation strategies for wind-hydro hybrid systems

    Rüzgar-hidro hibrit sistemler için optimum çalışma stratejilerinin geliştirilmesi

    ERAY ERCAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELÇİN KENTEL ERDOĞAN

  3. Tez No

    327086

    Rüzgâr enerjisi- pompaj depolamalı hidrolik hibrit güç sisteminin tasarımı ve optimizasyonu

    Design and optimization of a wind-pumped hydro hybrid power system

    MEHMET NUMAN KAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    EnerjiSelçuk Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FARUK KÖSE

  4. Tez No

    937369

    Hibrit enerji santralleri için fizibilite çalışması: Karacaören-2 barajı ve hidroelektrik santrali örneği

    Feasibility study for hybrid power plants: The case of Karacaören-2 dam and hydroelectric power plant

    EMRE DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    İnşaat MühendisliğiPamukkale Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERSİN BAHAR

  5. Tez No

    886493

    Renewable energy system design and operational planning for demand fulfillment

    Talep karşılama için yenilenebilir enerji sistemleri tasarımı ve yönetimi

    GÜLİN YURTER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE SELİN KOCAMAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE NADAR

Geri Dön