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
- Tez No: 989962
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN SADIKOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ KIRIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, Almanya'nın Schleswig-Holstein bölgesinde bir hidrojen dolum istasyonunda yeşil hidrojen üretimi için hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin (HRES) optimum konfigürasyonunu tasarlamak amaçlanmıştır. Çoklu Enerji Kaynakları Hibrit Optimizasyon (HOMER) Pro yazılımı, farklı konfigürasyonları modellemek ve tekno-ekonomik analizler gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Birinci bölümde, fotovoltaik (PV), çeşitli rüzgar türbinleri (WT) ile %100 yenilenebilir oranında çalışan çeşitli HRES konfigürasyonları incelenmiştir. Simülasyon sonuçları, XANT L-36 ve XANT L-36 & Vestas V47 rüzgar türbinleri içeren sistemlerin yıllık 700 tondan fazla karbondioksit (CO2) emisyonunu önleyebileceğini göstermiştir. Ayrıca, küresel yeşil hidrojen üretiminin ekonometrik analizi, doğrusal, ridge (RR), lasso (LR) ve elastic net regresyon (ENR) modelleri kullanılarak R programında (R) gerçekleştirilmiştir. Kök ortalama kare hatası (RMSE) ve belirleme katsayısı (R²) değerlerine göre RR modeli en iyi tahmin performansını göstermiştir. Nihai model, küresel hidrojen dolum istasyonlarının yeşil hidrojen üretimini en çok etkilediğini göstermiştir. İkinci bölümde, bir ısıl yük kontrolörü (TLC), kazan ve mikro gaz türbini (MGT) fazla elektriği kullanmak ve ısı elde etmek için sistemlere ilave edilmiştir. Sonuçlar, TLC ve kazan kullanılan sistemlerin ekonomik olarak uygun olmadığını, MGT entegrasyonunun ise atık ısı geri kazanımı sayesinde maliyetleri önemli ölçüde azalttığını göstermiştir. Optimum sistem; PV, XANT L-36, Vestas V47, elektrolizör, hidrojen depolama tankı, batarya, TLC, kazan ve MGT'den oluşmakta olup, $6.28 milyon net bugünkü maliyet (NPC), $0.249/kWh seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE) ve $2.14/kg seviyelendirilmiş hidrojen maliyeti (LCOH) değerlerine sahiptir. Üçüncü bölümde, biyokütle destekli HRES analiz edilmiştir. Konfigürasyonlar, saman yakıtlı bir biyokütle jeneratörünün PV ve rüzgar türbinleriyle birlikte kullanılmasını içermektedir. Sonuçlar, biyokütle jeneratörünün PV ve rüzgar türbinleriyle entegrasyonunun daha düşük NPC ve LCOH değerleri sağladığını ve fazla elektriği (EE) %1–2'nin altına indirdiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the optimal configuration of stand-alone hybrid renewable energy systems (HRES) for green hydrogen production at a hydrogen refuelling station in Schleswig-Holstein, Germany. The Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER) Pro software is utilized to simulate different configurations and perform techno-economic analyses. In the first part, several HRES configurations powered by photovoltaic (PV) panels and different wind turbines (WT) were examined to achieve 100% renewable fraction. Simulation results indicated that the systems with XANT L-36 and XANT L-36 & Vestas V47 WT could prevent more than 700 tons of carbon dioxide (CO2) emissions annually. Additionally, econometric analysis of global green hydrogen production was conducted using linear, ridge regression (RR), lasso regression (LR), and elastic net regression (ENR) models in R programming language (R). The RR model demonstrated the best predictive ability based on the root mean square error (RMSE) and the coefficient of determination (R²) value. The final model highlighted that global hydrogen refuelling stations had the most significant influence on green hydrogen production. In the second part, a thermal load controller (TLC) and boiler were integrated, along with a micro gas turbine (MGT) to manage surplus electricity and provide heat. Results showed that systems with TLC and boiler were not feasible, while MGT integration significantly reduced the costs by recovering waste heat. The optimum system includes PV, XANT L-36, Vestas V47, electrolyser, hydrogen storage, battery, TLC, boiler, and MGT, with $6.28 M net present cost (NPC), $0.249/kWh levelized cost of energy (LCOE), and $2.14/kg levelized cost of hydrogen (LCOH). In the third part, biomass-based HRES were analysed. The configurations include a straw-fuelled biomass generator with PV and WT. The results demonstrated that integrating a biomass generator with PV and WT achieved lower NPC and LCOH values while minimizing excess electricity (EE) to below 1-2%.
Benzer Tezler
- Afganistan'da kırsal alanların elektrifikasyonu için hibrit elektrik üretim sistemlerinin tekno-ekonomik analizi
Techno-economic analysis of hybrid electricity generation systems for electrification of rural area of afghanistan
SHIR AHMAD DOST MOHAMMADI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CENK GEZEGİN
- Akıllı şebekelerde şebekeye bağlı ve şebekeden bağımsız hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin tekno-ekonomik karşılaştırmalı analizi ile akıllı ev uygulamaları
Techno-economic comparative analysis of grid-connected and islanded hybrid renewable energy systems and smart home applications in smart grids
ONUR AYAN
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN EMRE TÜRKAY
- Biyokütle tabanlı hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin tekno-ekonomik ve çevresel analizi
Techno-economic and environmental analysis of biomass-based hybrid renewable energy systems
RECEP TAYYİP AKARSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
- Limanlar için bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin tekno-ekonomik analizi
Techno-economic assessment of hybrid power systems for ports
MEHMET MİRDALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ PELİN BOLAT
- Afet bölgelerinde kurulan yerleşim birimlerinin enerji ihtiyacının şebekeden bağımsız hibrit sistemlerle karşılanmasının tekno-ekonomik analizi
Techno-economic analysis of energy demand of settlements established in post-disaster areas with off-grid hybrid systems
ENDER YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ÇAKAN