Şebekeden Bağımsız Güneş/Rüzgâr/Biyogaz/Yakıt Hücresi/Batarya Tabanlı Hibrit Enerji Sisteminin Tekno-Ekonomik Analizi: Muğla Zaferler Köyü Vaka Çalışması

Year 2022, Volume: 12 Issue: 1, 53 - 65, 21.06.2022

Aykut Fatih Güven , Cüneyt Hatipoğlu

Abstract

Dünya çapında hızla artan enerji tüketimi, fosil yakıtlar ve sera gazları nedeniyle sürdürülebilir bir dünya için alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Geleneksel enerji varlıklarına bağımlılığı azaltmak için hibrit bir şebekeden bağımsız yenilenebilir enerji çerçevesi kullanılabilir. Bunun yanında Hibrit Yenilenebilir Enerji Sisteminin (HRES) ani yük değişimlerine karşı duyarlı ve düşük maliyetli olması içinde en iyi şekilde boyutlandırılması gerekmektedir. Bu bağlamda çalışmada, 220 hane ve 590 kişiden oluşan, ortalama 1.087,26 kWh/gün elektrik ve 162,15 kWh pik yükü talebine sahip Muğla ili Köyceğiz ilçesine bağlı olan Zaferler köyü için şebekeden bağımsız HRES 3 farklı senaryo oluşturularak araştırılmıştır. HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) programı kullanılarak seçilen pilot bölgenin enerji ihtiyacının HRES ile 3 farklı senaryoya göre optimal olarak sağlanıp sağlanamayacağı analiz edilmiştir. Şebekeden bağımsız güneş paneli/rüzgar türbini/biyogaz jeneratörü/yakıt hücresi jeneratörü/batarya bileşenlerine sahip HRES için senaryo 3 en optimum sonuç olarak değerlendirilmiştir. Optimizasyon sonucunda, sistemin birim enerji maliyeti ve net bugünkü değer maliyeti 0,152 $ ve 2.69 milyon $ olarak hesaplanmıştır. Burada, güneş paneli % 78.9, rüzgar türbini % 1.52, biyogaz jeneratörü % 1.15 ve yakıt hücresi jeneratörü % 18.4 katkı oranı ile ihtiyaç olan toplam enerjiyi karşılamaktadır. Genel olarak çalışmada yenilenebilir enerji alanında kurulabilecek hibrit enerji sistemlerine iyi bir örnek teşkil ederek özellikle ülke olarak bu alanda büyük bir potansiyelimiz olduğunu göstermekte ve araştırmacıların da bu alanda çalışma yapmalarını teşvik edici özelliktedir.

Keywords

Hibrit enerji sistemleri, yenilenebilir enerji optimizasyonu, maliyet analizi, HOMER

Techno-Economic Analysis of Off-Grid Solar/Wind/Biogas/Fuel Cell/Battery Based Hybrid Energy System: Muğla Zaferler Village Csase Study

Abstract

Alternative energy sources are needed for a sustainable world due to rapidly increasing energy consumption, fossil fuels and greenhouse gases worldwide. A hybrid off-grid renewable energy framework can be used to reduce reliance on traditional energy assets. In addition, the Hybrid Renewable Energy System (HRES) should be optimally sized to be sensitive to sudden load changes and low cost. In this context, in the study, the off-grid HRES was investigated by creating 3 different scenarios for Zaferler village, which is connected to the Köyceğiz district of Muğla province, which consists of 220 households and 590 people, and has an average electricity demand of 1,087.26 kWh/day and a peak load of 162.15 kWh. By using the HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) program, it has been analyzed whether the energy need of the selected pilot region can be optimally met with HRES according to 3 different scenarios. For HRES with off-grid solar panel/wind turbine/biogas generator/fuel cell generator/battery components, scenario 3 was evaluated as the most optimal result. As a result of the optimization, the unit energy cost and net present value cost of the system were calculated as $0.152 and $2.69 million. Here, solar panel 78.9%, wind turbine 1.52%, biogas generator 1.15% and fuel cell generator 18.4% contribute to the total energy needed. In general, the study sets a good example for hybrid energy systems that can be established in the field of renewable energy, showing that we have a great potential in this field, especially as a country, and it encourages researchers to work in this field.

Keywords

Hybrid energy systems, renewable energy optimization, cost analysis, HOMER

References

• [1] S. Jaman, “Techno-Economic Analysis Of A Solar Pv-Fuel Cell Based Hybrid Energy System For St. Martin Island Using Homer,” Seu J. Sci. Eng., Vol. 12, No. 1, 2018.
• [2] A. Maleki, M.G. Khajeh, M. Ameri, Optimal sizing of a grid independent hybrid renewable energy system incorporating resource uncertainty, and load uncertainty, Int. J. Electr. Power Energy Syst. 83 (2016) 514–524.
• [3] G. Tina, S. Gagliano, S. Raiti, Hybrid solar/wind power system probabilistic modelling for long-term performance assessment, Sol. Energy. 80 (2006) 578–588.
• [4] A. Tabak, “Konya İlinde Bir Fabrikanın Enerji Talebinin Karşılanması Için Hibrit Enerji Üretim Sisteminin Analiz Ve Tasarımı Analysis And Design Of A Hybrid Energy Production System To Meet The Energy Demand Of A Plant In Konya,” 2021.
• [5] B. E. Türkay And A. Y. Telli, “Economic Analysis Of Standalone And Grid Connected Hybrid Energy Systems,” Renew. Energy, Vol. 36, No. 7, Pp. 1931–1943, 2011.
• [6] D. Ribó-Pérez, Á. Herraiz-Cañete, D. Alfonso-Solar, C. Vargas-Salgado, And T. Gómez-Navarro, “Modelling Biomass Gasifiers In Hybrid Renewable Energy Microgrids; A Complete Procedure For Enabling Gasifiers Simulation In Homer,” Renew. Energy, Vol. 174, Pp. 501–512, 2021.
• [7] M. S. Hossain, A. G. Alharbi, K. Z. Islam, And M. R. Islam, “Techno-Economic Analysis Of The Hybrid Solar Pv/H/Fuel Cell Based Supply Scheme For Green Mobile Communication,” Sustain., Vol. 13, No. 22, Pp. 1–29, 2021.
• [8] Ş. Emeç and G. Akkaya, “Techno-economic analysis of a university’s electrical energy consumption with hybrid systems,” J. Inf. Optim. Sci., vol. 42, no. 2, pp. 417–430, 2021.
• [9] A. Singh and P. Baredar, “Techno-economic assessment of a solar PV, fuel cell, and biomass gasifier hybrid energy system,” Energy Reports, vol. 2, pp. 254–260, 2016.
• [10] B. K. Das, R. Hassan, M. S. Islam, and M. Rezaei, “Influence of energy management strategies and storage devices on the techno-enviro-economic optimization of hybrid energy systems: A case study in Western Australia,” J. Energy Storage, vol. 51, no. March, p. 104239, 2022.
• [11] S. Madhura and V. Boddapati, “Optimal sizing and assessment of a hybrid energy based AC microgrid,” Mater. Today Proc., vol. 49, pp. 326–332, 2021.
• [12] A. E. Akan, “Techno-Economic Analysis Of An Off-Grid Hybrid Energy System With Homer Pro,” Icontech Int. J., Vol. 5, No. 3, Pp. 56–61, 2021.
• [13] R. Rajbongshi, D. Borgohain, And S. Mahapatra, “Optimization Of Pv-Biomass-Diesel And Grid Base Hybrid Energy Systems For Rural Electrification By Using Homer,” Energy, Vol. 126, Pp. 461–474, 2017.
• [14] P. Nema and S. Dutta, “Feasibility Study of 1 MW Standalone Hybrid Energy System: For Technical Institutes,” Low Carbon Econ., vol. 03, no. 03, pp. 63–68, 2012.
• [15] S. Dursun, “Optimal Wind / Pv / Biomass Hybrid Power System For Forest Mugla Journal Of Science And Technology Optimal Wind / Pv / Biomass Hybrid Power System For Forest,” Vol. 2, No. June, Pp. 43–47, 2016.
• [16] M. A. Vaziri Rad, M. Panahi Vaghar, A. Kouravand, E. Bellos, and A. Kasaeian, “Techno-economic evaluation of stand-alone energy supply to a health clinic considering pandemic diseases (COVID-19) challenge,” Sustain. Energy Technol. Assessments, vol. 51, no. August 2021, p. 101909, 2022.
• [17] S. Basu, A. John, Akshay, And A. Kumar, “Design And Feasibility Analysis Of Hydrogen Based Hybrid Energy System: A Case Study,” Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 46, No. 70, Pp. 34574–34586, 2021.
• [18] A. F. Güven And M. Mete, “Balikesii̇li̇ Erdei̇lçesii̇çi̇n Bağimsihi̇bri̇tenerjsi̇stemi̇nfi̇zi̇bi̇li̇te Çalişmasi Ve Ekonomi̇anali̇zi̇,” Konya J. Eng. Sci., Vol. 8055, Pp. 1063–1076, 2021.
• [19] M. F. Roslan, M. A. Hannan, P. Jern Ker, R. A. Begum, T. M. Indra Mahlia, and Z. Y. Dong, “Scheduling controller for microgrids energy management system using optimization algorithm in achieving cost saving and emission reduction,” Appl. Energy, vol. 292, no. October 2020, 2021.
• [20] T. Türkoğlu And C. Gökoğlu, “Kızılçam Ormanları Hasat Artıklarından Yapılan Odun Peletinin Yakıt Özelliklerinin Belirlenmesi,” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., Vol. 21, No. 1, P. 58, 2016. [21] F. Dawood, G. M. Shafiullah, And M. Anda, “Standalone Microgrid With 100% Renewable Energy: A Case Study With Hybrid Solar Pv-Battery-Hydrogen,” Sustain., Vol. 12, No. 5, 2020.