Geri Dön

Robust design of small hydropower plants in a changing world

Küçük hidroelektrik santrallerin değişen bir dünyada dirençli tasarımı

  1. Tez No: 963343
  2. Yazar: VEYSEL YILDIZ
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. CHARLES ROUGé, PROF. DR. SOLOMON BROWN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Hidroelektrik, Hidroelektrik santralleri, Çok amaçlı karar verme, Hydroelectric, Hydroelectric power plants, Multiobjective decision making
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: The Unıversıty Of Sheffıeld
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Hidroelektrik, önde gelen yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olarak ucuz, güvenilir ve sürdürülebilirdir. 10 MW altındaki küçük hidroelektrik santraller (SHP), geleneksel barajlara çevre dostu bir alternatif sunmasına rağmen, küresel ölçekte kapasitelerinin yalnızca %36'sı kullanılmaktadır. Bu araştırma, küçük hidroelektrik santrallerin yaygın tipi olan, günlükten daha az depolama kapasitesine sahip akarsu tipi (Run-of-River, RoR) santrallere odaklanmaktadır. İklim değişikliği ve sosyo-ekonomik belirsizliklere rağmen, önümüzdeki otuz yıl içinde gelişmekte olan ekonomilerde 2000'den fazla RoR'un planlandığı veya inşa aşamasında olduğu öngörülmektedir. Geleneksel tasarımlar maliyet-fayda analizlerine dayanmakta; hidroklimatik değişkenleri, işletme koşullarını ve yatırımların geleceğe dönük direncini göz ardı etmektedir. Bu tezin temel amacı, RoR hidroelektrik santraller için dirençli bir tasarım çerçevesi önermektir; ikincil amaçları ise hesaplama verimliliğini sağlamak ve optimize edilmiş işletmenin tasarıma entegrasyonudur. Bu hedefler, tarafımdan yürütülen üç temel çalışma ile gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, yağış-akış modellerine ihtiyaç duymadan akarsu akım senaryoları üreten yeni bir istatistiksel yöntem geliştirdim. Bu yöntem, hidroelektrik santrallerin değerlendirilmesinde iklimsel belirsizliği temsil etmek için tez boyunca kullanılmıştır. Ardından, geleneksel yaklaşımların limitlerine yanıt olarak RoR tasarımına yönelik Çok Amaçlı Dirençli Karar Alma yaklaşımını geliştirdim. Bu çalışma, değişken türbin verimliliğini çok amaçlı hidroelektrik tasarım çerçevesine entegre eden öncü bir çalışmadır ve belirsiz gelecekler altında finansal uygulanabilirliği değerlendirmektedir. Beş farklı örneğe uygulanması, temel tasarım varsayımlarının sorgulanmasını sağlamış; farklı türbin kapasitelerine sahip daha küçük tasarımların ve yüksek fayda-maliyet oranlarının, çok çeşitli olası gelecekler karşısında dirençli çözümler olduğunu göstermiştir. Son olarak, söz konusu çerçevenin yüksek hesaplama gereksinimini ele almak için HYPER-FORD modelini geliştirdim. Bu model, dirençli tasarımla ilişkili hesaplama gereksinimlerini %92'den fazla azaltan yaklaşımlar sunmakta; doğruluktan ödün vermemekte, aksine optimize edilmiş işletmeyi ilk kez tasarıma açıkça entegre etmektedir. Bu katkılar bir bütün olarak RoR tasarımını ilerletmekte, karar alma süreçlerine fayda sağlamakta ve etkili, sürdürülebilir su kaynakları yönetimini teşvik etmektedir.

Özet (Çeviri)

Hydropower, a leading renewable energy source, is cheap, reliable, and sustainable. Small hydropower plants (SHPs) under 10 MW offer an eco-friendly alternative to traditional dams, yet only 36 % of their capacity is exploited globally. This research focuses on run-of-river (RoR) plants, having (sub-daily) storage capacity, making them the predominant type of SHPs. Over 2,000 RoRs are planned or under construction in emerging economies over the next three decades despite challenges posed by climate change and socio-economic uncertainties. Traditional designs rely on cost-benefit analyses, ignore hydroclimatic variations, operational considerations and future-proofing investments. The primary goal of this thesis is to propose a robust framework for designing RoR hydropower plants, with secondary objectives to ensure computational efficiency and integration of optimized operations into design. These aims have been achieved through three core papers, all led by me. First, I developed a novel statistical generation method for generating plausible streamflow futures, enabling robust hydropower assessment without rainfall-runoff models. I used this method to represent climatic uncertainty in the rest of this thesis. I then proposed a Multi-Objective Robust Decision-Making approach to RoR design in response to the limitations of traditional approaches. This study pioneers integrating variable turbine efficiency into a framework for multi-objective hydropower design, assessing its financial viability under uncertain futures. Application to five cases challenges fundamental design assumptions, advocating for smaller designs with varying turbine capacities and high benefit-cost ratios as robust solutions across diverse plausible futures. Finally, to address the computational expense of the above framework, I developed the HYPER-FORD toolbox. It proposes approximations to slash the computational requirements associated with the robust design by over 92%, without compromising accuracy and in fact, by explicitly incorporating optimised operations into design for the first time. These contributions collectively advance RoR design, benefiting real-world decision-making and promoting effective, sustainable water resource management.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    199372

    Robust design of a breast scintigraphy collimator using monte carlo simulations and response surface methodology

    Monte carlo benzetimi ve tepki yüzey yöntemi kullanılarak gürbüz meme sintigrafisi kolimatörü tasarımı

    SİNEM BALTA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    BiyomühendislikBoğaziçi Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALBERT GÜVENİŞ

  2. Tez No

    845179

    Robust design simulation of a horizontal axis wind turbine

    Yatay eksenli rüzgar türbini gürbüz tasarım simülasyonu

    AYŞE HAZAL ALTUĞ YALÇIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZ UZOL

    PROF. DR. İLKAY YAVRUCUK

  3. Tez No

    259213

    Design and optimization of a mixed flow impeller using robust design methods

    Karışık akışlı bir kompresörün robust tasarım metodları kullanılarak tasarım ve optimizasyonu

    MERT ÇEVİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM SİNAN AKMANDOR

    YRD. DOÇ. DR. OĞUZ UZOL

  4. Tez No

    583481

    Design of robust power system stabilizer for single machine infinite bus system using modern control approaches

    Modern denetim yaklaşımları kullanan tek makinalı sonsuz büs sistemi için gürbüz güç sistemi kararlılaştırıcı

    ISSA YOUSF SAID ALI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mekatronik MühendisliğiAtılım Üniversitesi

    Mühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLENT İRFANOĞLU

    PROF. DR. SEDAT NAZLIBİLEK

  5. Tez No

    695537

    Design, modeling, and optimal control allocation of a heavy-lift aerial vehicle consisting of large and small tilt-rotors

    Büyük ve küçük pervanelerden oluşan ağır yük kaldıran hava aracının tasarımı, modellenmesi ve optimal kontrol tahsisi

    GÖKHAN ÖZDOĞAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET KEMAL LEBLEBİCİOĞLU

Geri Dön