PV-deniz suyu tabanlı pompaj depolamalı hidroelektrik santral (DPHES) sisteminin tasarımı ve değerlendirmesi
Design and evaluation of pv-seawater based pumped storage hydroelectric power plant (DPHES)) system
- Tez No: 956874
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YASİN PAŞA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Gelişim Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Bu çalışmada, Antalya ili Kaş ilçesinde deniz suyu bazlı pompalı hidroelektrik enerji depolama sistemi (DPHES) ile fotovoltaik (PV) sistemin entegre edildiği yenilikçi bir PV-DPHES modeli tasarlanmış ve teknik, ekonomik, çevresel açılardan değerlendirilmiştir. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının artan payı ile enerji üretiminde süreklilik ve depolama ihtiyacı kritik bir sorun haline gelmiştir. Özellikle güneş ve rüzgar enerjisinin kesintili yapısı, elektrik arz güvenliğini tehdit etmekte ve etkin enerji depolama çözümleri gerektirmektedir. Bu bağlamda, deniz suyu tabanlı pompalı hidroelektrik enerji depolama sistemi (DPHES), tatlı su kaynaklarının sınırlı olduğu bölgelerde sürdürülebilir, ekonomik ve çevresel açıdan avantajlı bir alternatif sunmaktadır. Sistem, 500 m kot farkı ile tasarlanmış olup, pompalama sırasında 557.84 m ve deşarj sırasında 442.16 m net düşü ile yüksek enerji dönüşüm verimliliği sağlamaktadır. 75,000 m³ hacminde, altıgen yapıda HDPE membran kaplı üst rezervuar ve 0.92 m çapında, 1450 m uzunluğunda cebri boru kullanılmıştır. Pompa ve türbin olarak yüksek verimli Francis tipi seçilmiştir. 78,235 adet, toplam 133.000 m² alana yayılmış CWT285-60P 285 Wp polikristal PV panelleri sayesinde 19 MW'a kadar güç sağlanabilmekte, sistem %79.1 verimlilikle çalışmaktadır. Deniz suyunun sınırsız ve sürekli kaynağı olması, tatlı su tabanlı pompalı depolama sistemlerine göre en önemli üstünlüktür. Tatlı su kaynaklarının sınırlı olması, yüksek yatırım ve işletme maliyetleri ve depolama kapasitesi kısıtları, geleneksel sistemlerin sürekliliğini ve uygulanabilirliğini zorlaştırmaktadır. Deniz suyu kullanan sistemler ise özellikle kıyı ve dağlık alanlarda düşük maliyetli ve sürdürülebilir su temini sunarak, güneş ve rüzgar enerjisiyle entegrasyonda önemli avantaj sağlar. Japonya'daki Okinawa Deniz Suyu Pompalı Depolamalı Santrali örneğinde görüldüğü gibi, deniz suyunun çevresel ve teknik zorlukları kontrollü olarak yönetilebilmekte ve bu sistemlerin güvenilirliği ispatlanmıştır. Sistem 7 saatlik pompalama ve 5 saatlik deşarj süresi ile çalışmakta; enerji üretiminin sürekliliği sabit debi-su seviyesi ilişkisi ile kontrol edilmektedir. Toplam kurulum maliyeti 81.04 milyon USD, yıllık işletme maliyeti 955,100 USD olup; PV-DPHES sisteminin LCOE değeri 0.0778 USD/kWh, PV sisteminin LCOE değeri 0.01391 USD/kWh olarak hesaplanmıştır. Bu değerler, 2023 elektrik satış fiyatının 0.1591 USD/kWh oldukça altındadır. Sistem, net yıllık 3.35 milyon USD gelir ve 50 yıl sonunda 86.4 milyon USD toplam net kazanç sağlamaktadır. Geri ödeme süresi 24.2 yıl olup, yatırım kârlılığı için iskonto oranının %3.33'ü geçmemesi gerekmektedir. PHES sistemlerinin genel geri ödeme süresi 30-50 yıl arasında değişmekle birlikte, literatürde 21 ile 80 yıl aralığında farklı değerler bulunmaktadır. Sonuç olarak, önerilen PV-DPHES sistemi, güneş ışınımı yüksek, kıyı ve dağlık bölgelerde sürdürülebilir, ekonomik ve çevresel açıdan uygun, güvenilir bir enerji depolama çözümü olarak enerji arz güvenliğine katkı sağlamaktadır. Sistem, Türkiye'nin enerji bağımsızlığı hedeflerine hizmet ederken, 2025 ve sonrasında piyasa koşullarına göre yeniden değerlendirmeye açıktır.
Özet (Çeviri)
In this study, an innovative photovoltaic–seawater-based pumped hydro energy storage (PV-DPHES) model, integrating a photovoltaic (PV) system with a seawater-based pumped hydro energy storage system (DPHES), was designed and evaluated from technical, economic, and environmental perspectives in the Kaş district of Antalya, Turkey. Today, with the increasing share of renewable energy sources, the need for continuity and storage in energy production has become a critical issue. The intermittent nature of solar and wind energy, in particular, threatens electricity supply security and necessitates effective energy storage solutions. In this context, a seawater-based pumped hydro energy storage system (DPHES) offers a sustainable, economical, and environmentally advantageous alternative, especially in regions where freshwater resources are limited. The system is designed with a 500-meter elevation difference and provides high energy conversion efficiency with a net head of 557.84 m during pumping and 442.16 m during discharge. A hexagonal HDPE-membrane-lined upper reservoir with a volume of 75,000 m³ and a 1,450-meter-long, 0.92-meter-diameter penstock are used. High-efficiency Francis-type pumps and turbines were selected. With 78,235 CWT285-60P polycrystalline PV panels, each with a capacity of 285 Wp, covering a total area of 133,000 m², the system can deliver up to 19 MW of power and operates at an efficiency of 79.1%. The most significant advantage of using seawater is its unlimited and continuous availability, compared to freshwater-based pumped storage systems. The limitations of freshwater sources, high investment and operational costs, and restricted storage capacity challenge the continuity and feasibility of conventional systems. In contrast, systems using seawater offer low-cost and sustainable water supply in coastal and mountainous regions, providing a major advantage for integration with solar and wind energy. As seen in the Okinawa Seawater Pumped Storage Power Plant in Japan, the environmental and technical challenges of seawater can be managed in a controlled manner, and the reliability of such systems has been demonstrated. The system operates with a 7 hours pumping and 5 hours discharge cycle, and continuity in energy production is managed via a constant flow–water level relationship. The total installation cost is calculated at USD 81.04 million, with annual operating costs of USD 955,100. The LCOE of the PV-DPHES system is USD 0.0778/kWh, while the LCOE of the PV system alone is USD 0.01391/kWh both significantly below the 2023 electricity sales price of USD 0.1591/kWh. The system generates a net annual revenue of USD 3.35 million and a total net profit of USD 86.4 million over 50 years. The payback period is 24.2 years, and the discount rate must not exceed 3.33% for the investment to be profitable. While the general payback period of PHES systems ranges from 30 to 50 years, different values between 21 and 80 years can be found in the literature. In conclusion, the proposed PV-DPHES system contributes to energy supply security as a sustainable, economical, environmentally suitable, and reliable energy storage solution for sunny coastal and mountainous regions. The system supports Turkey's energy independence goals and is open to reevaluation in line with market conditions after 2025.
Benzer Tezler
- Fotovoltaik panel beslemeli alternatif akım (AA) pompa motoru için sürücü devre tasarımı ve simülasyonu
Design and simulation of driver circuit for alternating current (AA) pump motor fed by photovoltaic panel
UĞUR HARMANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHarran ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURETTİN BEŞLİ
- PV CSP hybridization to produce irrigation water using desalination and wastewater treatment
Desalinasyon ve atıksu arıtımı ile sulama suyu üretmek için PV CSP hibridizasyonu
EYLÜL GEDİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DEREK KEITH BAKER
- Seawater desalination as renewable energy storage for wind energy production
Rüzgar enerjisi için yenilenebilir enerji depolama sistemi olarak deniz suyu arıtma tesisi
BERKE BIÇAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
EnerjiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMETTİN EMRE OTAY
- Güneş enerjisi destekli vakum destilasyon yöntemi ile deniz suyundan tatlı su eldesinin enerji analizi
Energetic analysis of freshwater production from sea water by vacuum distillation with solar energy support
MÜKERREM SİNEM MUNGAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiDicle ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN ARPA
- Ship populsion bearings computer aided calculation and operation program for propulsion bearings
Gemi tahrik yatakları ve gemi tahrik yataklarını bilgisayar yardımıyla hesaplama ve işletme programı
LEVENT BALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN KEMAL SAĞ