Yenilenebilir enerji destekli hidrojen dolum istasyonlarında maliyet–karbon dengesinin optimizasyonuna yönelik bir yaklaşımın geliştirilmesi
Development of an optimization approach for achieving the cost-carbon balance in hydrogen refueling systems
- Tez No: 987545
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPASLAN DEMİRCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrojen dolum sistemleri (HRS), karbonsuz taşımacılığın stratejik omurgasını oluşturmaktadır. Ancak, gelişen politika kısıtları altında maliyet etkinliği ile karbon azaltımı arasında etkili bir denge kurmak hâlâ önemli bir zorluk teşkil etmektedir. Mevcut çalışmalar, karbon vergisi, enerji piyasası reformları ve yenilenebilir enerji payı zorunluluklarının sistem düzeyinde optimizasyon üzerindeki ortak etkilerini nadiren ele almıştır. Bu çalışmada, fotovoltaik (PV) üretimi, elektrolizör işletimi, hidrojen depolaması ve şebeke etkileşimini bütünleştiren, Bayesyen tabanlı parametre uyarlamasıyla geliştirilmiş bir Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması kullanan yüksek çözünürlüklü bir tekno-ekonomik çerçeve geliştirilmiştir. Model, yenilenebilir enerji payı gereklilikleri, pik saat şebeke sınırlamaları, karbon fiyatlandırması ve sübvansiyonların kademeli olarak kaldırılması gibi politika odaklı koşulları açık biçimde içermektedir. Elde edilen sonuçlar, ekonomik verimlilik ile karbon azaltımı arasında politika kaynaklı bir ayrışma olduğunu ortaya koymaktadır. Düşük LCOH (8.10 $/kg) değerine ulaşan maliyet minimizasyonu, en düşük emisyon düzeyine sahip konfigürasyonla örtüşmemekte; bu durum, maliyet ve karbon hedeflerinin sistematik olarak uyumlaştırılmasındaki güçlüğü göstermektedir. Duyarlılık analizleri, %60-70 aralığında yenilenebilir enerji payının CO2 emisyonlarını %30-50 oranında azaltabileceğini ve aynı ölçüde öz-yeterliliği artırabileceğini, ancak bununla birlikte sermaye maliyetlerinde (CAPEX) orta düzeyde bir artışa yol açtığını göstermektedir. Karbon fiyatlandırmasının tek başına uygulanması (25-100 $/tCO2), hidrojen maliyetlerini en fazla %20 oranında artırırken emisyon azaltımı açısından sınırlı fayda sağlamaktadır. Buna karşın, tarife reformlarıyla birlikte uygulandığında PV ve enerji depolama kapasitelerinde yapısal genişlemelere yol açarak %50'nin üzerinde emisyon azaltımı sağlamaktadır. Bu bulgular, yalnızca orta düzeyde karbon vergilendirmesinin ekonomik ve çevresel hedefleri uyumlaştırmak için yeterli olmadığını göstermektedir. Gelecekteki hidrojen altyapısında maliyet ve karbon hedeflerinin dengelenebilmesi için tarife reformları, yenilenebilir enerji teşvikleri ve enerji depolama desteklerini bir arada içeren entegre politika paketlerinin uygulanması gerekmektedir.
Özet (Çeviri)
Hydrogen refueling systems (HRS) constitute the strategic backbone of decarbonized transportation. However, achieving an effective balance between cost efficiency and carbon reduction remains a major challenge under evolving policy constraints. Existing studies have rarely examined the combined effects of carbon taxation, energy market reforms, and renewable share mandates on system-level optimization. This study develops a high-resolution techno-economic framework integrating photovoltaic (PV) generation, electrolyzer operation, hydrogen storage, and grid interaction through an enhanced Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm with Bayesian-based parameter adaptation. The model explicitly incorporates policy-driven conditions such as renewable share requirements, peak-hour grid limitations, carbon pricing, and subsidy phase-out scenarios. The results reveal a policy-induced divergence between economic efficiency and carbon mitigation. Minimizing the Levelized Cost of Hydrogen (LCOH = 8.10 $/kg) does not correspond to the configuration achieving the lowest emissions, highlighting the systemic difficulty of aligning cost and carbon objectives. Sensitivity analyses indicate that a renewable share of 60-70% can reduce CO2 emissions by 30-50% and increase self-sufficiency to similar levels, albeit with moderate CAPEX escalation. Carbon pricing alone (25-100 $/tCO2) raises hydrogen costs by up to 20% while providing limited emission reduction benefits. In contrast, its combination with tariff reforms structurally expands PV and storage capacities, enabling more than 50% emission reduction. These findings demonstrate that moderate carbon taxation alone cannot harmonize economic and environmental goals. Integrated policy packages combining tariff reforms, renewable incentives, and storage support are required to achieve a coherent cost-carbon balance in future hydrogen infrastructure.
Benzer Tezler
- Hidrojen enerji sistemlerini içeren mikroşebekelerin yönetimi için optimizasyon tabanlı yeni bir karar verme mekanizmasının geliştirilmesi
Development of a new optimization-based decision making mechanism for the management of microgrids including hydrogen energy systems
NAZMİYE KOPACAK
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Tesisleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN ERDİNÇ
DR. İBRAHİM ŞENGÖR
- Techno-economic analysis of hybrid renewable energy systems for the optimal design of a hydrogen refuelling station in Germany
Almanya'da bir hidrojen yakıt dolum istasyonunun optimum tasarımı için hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin tekno-ekonomik analizi
BERNA BURCU KALYONCU
Doktora
İngilizce
2026
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN SADIKOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ KIRIM
- Use of solar and wind energy in hydrogen production for transportation
Ulaşım için hidrojen üretiminde güneş ve rüzgar enerjisinin kullanımı
BERK ÇETİNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU
- Değiştirilebilir hidrojen kapsülü teknolojisi için lojistik ve üretim süreçlerinin optimum yönetimi
Optimum management of logistics and production processes for swappable hydrogen capsule technology
GİZEM MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN ERDİNÇ
DOÇ. DR. ALPER ÇİÇEK
- Conceptual design and exergy based sustainability performance evaluation of an integrated wind-to-hydrogen energy system with 20 MW electrolyzer
Rüzgar enerjisi destekli 20 MW elektrolizörlü hidrojen enerji sisteminin kavramsal tasarimi ve ekserji temelli sürdürülebilirlik performans değerlendirmesi
ALİ EREN ALUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ