Geri Dön

Numerical simulation model of run of river hydropower plants: Concepts, Numericalmodeling, Turbine system and selection, and design optimization

Akarsu Hidroelektrik Santrallerinin Sayısal Simülasyon Modeli: Kavramlar, Sayısal Modelleme, Türbin Sistemi Seçimi ve Tasarım Optimizasyonu

  1. Tez No: 963341
  2. Yazar: VEYSEL YILDIZ
  3. Danışmanlar: PROF. JASPER VRUGT
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Doğrusal olmayan optimizasyon, Hidroelektrik, Hidroelektrik santralleri, Simülasyon optimizasyonu, Non-linear optimization, Hydroelectric, Hydroelectric power plants, Simulation optimization
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Unıversıty Of Calıfornıa Irvıne
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Hidroelektrik enerji, doğal kaynakları tüketmeyen, emisyon ve zehirli atık üretmeyen, nispeten ucuz, güvenilir, sürdürülebilir ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Gerçekte, tüm diğer enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında hidroelektrik, elektrik üretiminde en ucuz ve en verimli yöntemdir; maliyeti, fosil yakıtlar, gaz ve biyokütle gibi geleneksel enerji kaynaklarıyla rekabet edebilecek düzeydedir. Günümüzde dünyada üretilen hidroelektrik enerjisinin büyük kısmı, insan yapımı rezervuarlardan akan suyun potansiyel enerjisini dönüştürerek elektrik üreten (büyük) hidroelektrik barajlardan elde edilmektedir. Bu tür barajlı santraller, yerel çevre ve ekosistemi önemli ölçüde bozar; dolayısıyla yapımlarına ve işletilmelerine yönelik ciddi itirazlar söz konusudur. Akarsu tipi (Run-of-River, RoR) hidroelektrik santraller, büyük ölçekli santrallere uygun bir alternatiftir; çünkü rezervuar kapasitesine ihtiyaç duymazlar, menbadan gelen suyun ya anında elektrik üretiminde kullanılması ya da santrali bypass etmesine izin verilir. Bu nedenle RoR santraller, genellikle çevre dostu veya yeşil enerji olarak nitelendirilmektedir. Burada, HYdroPowER ya da kısaca HYPER adı verilen bir sayısal model tanıtılmaktadır. Bu model, günlük debi değerlerinin tarihsel kayıtlarına ve tasarım ile işletme değişkenlerine yanıt olarak bir akarsu tipi (RoR) santralin günlük enerji üretimini simüle etmektedir. HYPER, tasarım debisi, cebri boru çapı ve kalınlığı, özgül hız, dönme hızı, kavitasyon ve emme yüksekliği gibi parametreleri açıkça dikkate alan ilk sayısal modeldir. Bu parametreler aracılığıyla santralin teknik performansı, üretimi, maliyeti ve kârlılığı değerlendirilmektedir. Model, Kaplan, Francis, Pelton ve çapraz akış (crossflow) türbinleri ile bunların kombinasyonlarını içeren hem tekli hem de paralel türbin sistemlerini simüle edebilmektedir. HYPER, MATLAB ortamında kodlanmıştır ve bir evrimsel algoritma içermektedir. Bu algoritma, mevcut nehir ölçümleri ve hedef fonksiyon (net kârın ya da enerji üretiminin maksimize edilmesi) için RoR santralinin hidroelektrik sistem tasarımını otomatik olarak optimize eder. Ana model komut dosyasından çağrılabilen algoritma, türbinlerin tipi ve sayısı, tasarım debisi ve cebri boru çapı gibi değişkenleri optimize eder. Son olarak, HYPER için sayısal simülasyonu ve sonuçların yorumlanmasını kolaylaştıran bir grafiksel kullanıcı arayüzü (GUI) geliştirilmiştir. HYPER'in gücünü göstermek amacıyla üç farklı örnek çalışma kullanılmıştır. Model ve bileşenleri, yazarlarından talep üzerine temin edilebilir.

Özet (Çeviri)

Hydropower is a relatively cheap, reliable, sustainable, and renewable source of energy that does not consume natural resources nor produces emissions and toxic waste. In fact, compared to all other energy sources, hydropower is the least expensive and most efficient method for generating electricity, with a price competitive to traditional energy sources such as fossil fuels, gas, and biomass. Most hydroelectric power that is being generated in the world today comes from (large) hydroelectric dams that generate electricity by converting the potential energy of falling or running water from human-made reservoirs. These reservoir-fed plants distort significantly the local environment and ecosystem, and hence much opposition exists towards their use and construction. Run of the river (RoR) hydroelectric stations are a viable alternative to large-scale plants as they require no reservoir capacity, so that the water coming from upstream must be used for generation at that moment, or must be allowed to bypass the station. This is a key reason why such RoR plants are often referred to as environmentally friendly, or green power. Here, we introduce a numerical model, called HYdroPowER or HYPER, which simulates the daily power production of a RoR plant in response to a historical record of daily discharge values, and design and operation variables. HYPER constitutes the first numerical model that takes into explicit consideration the design flow, penstock diameter, penstock thickness, specific speed, rotational speed, cavitation, and suction head in evaluating the technical performance, production, cost, and profit of a RR plant. The model simulates both single and parallel turbine systems involving Kaplan, Francis, Pelton and crossflow turbines and combinations thereof. HYPER is coded in MATLAB and includes a built-in evolutionary algorithm that optimizes automatically the design of the hydropower system of the RoR plant for a given record of river flows and objective function (maximization of net profit or power production). This algorithm can be called from the main model script and maximizes (among others) the type and number of turbines, their design flow, and the penstock diameter. Finally, we introduce a graphical user interface (GUI) of HYPER which simplifies numerical simulation and interpretation of the results. Three different case studies are used to illustrate the power of HYPER. The model and its different components is available upon request from the authors.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    987419

    Hydrodynamics and hydraulic performances of fish-friendly fine screens at water intakes of hydropower plants

    Hidroelektrik santrallerin su alma yapılarında kullanılan balık dostu ince ızgaraların hidrodinamiği ve hidrolik performansı

    CUMHUR ÖZBEY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERHAT KÜÇÜKALİ

  2. Tez No

    65449

    Akarsu boyunca su kalitesinin simülasyonu: Gediz havzası örneğine uygulama

    Simulation of water quality along river courses a case study: Gediz river basın

    FİLİZ BARBAROS

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Çevre MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. NECDET ALPASLAN

  3. Tez No

    78069

    Doğu Karadeniz bölgesindeki Solaklı deresinin hidro dimnamik modeli

    Hydrodynamic modelling of solakli stream in the Eastern Black Sea region

    ŞAKİR ÖZÇOBAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Balıkçılık TeknolojisiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Balıkçılık Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERCAN KÖSE

  4. Tez No

    112254

    Şehirsel yerleşmelerde fraktal ve hücresel otomata yöntemi ile gelişme alanlarının belirlenmesi

    Determination of urban development area by fractal and cellular automata method

    MEHMET ALİ YÜZER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF. DR. CENGİZ GİRİTLİOĞLU

  5. Tez No

    606502

    U şeklindeki düzgün sığlaşan körfeze giren tsunami dalgasının etkileri

    The effects of tsunami wave entering into U shaped bay

    EBUBEKİR ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET NAZMİ POSTACIOĞLU

Geri Dön