POMPAJ DEPOLAMALI HİDROELEKTRİK SANTRALLERİN OPTİMİZASYONUNDA KARLILIK ANALİZİ VE ÇALIŞMA SÜRESİ TAYİNİ

Abstract

Bu çalışmada, pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin yapı boyutları, kurulu güç ve üretim miktarlarının optimizasyonunda kullanılacak olan karlılık oranları ve pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin (PDHES) çalışma süreleri göreceli karlılık analizi yaklaşımı (GÖKAY) ile ele alınacaktır. GÖKAY, piyasada oluşan saatlik elektrik fiyatlarını oransal olarak değerlendirmeyle, sistemin iç verim oranı (İVO) esas alınarak alış ve satış fiyatları arasında oluşan karlılık analizini yapan bir yaklaşımdır. GÖKAY ile gün içindeki elektrik en düşük ve en yüksek fiyatlar arasındaki karlılık oranları elde edildiği gibi buna bağlı olarak da İVO’ya karşılık gelen PDHES’in çalışma saatleri de belirlenmiş olmaktadır. Elde edilen sonuçlar da PDHES’lerin optimizasyon çalışmalarında kullanılabilecektir. Optimizasyon çalışmasını yaparken öncelikle karar değişkenleri belirlenerek, bu parametreler belirli aralıklar içerisinde modelde kullanılır. Parametrelerin çalışma aralıkları da dünyada tesis edilmiş PDHES’ler örnek alınarak ve piyasa ihtiyaçları dikkate alınarak belirlenir. PDHES’lerin optimizasyon sonucunda en uygun yapı boyutları, kurulu güç ve üretim miktarlarının seçilerek ekonomik analizlerinde rantabilitesinin 1’in üzerinde olduğu sınır değerler ve maksimum rantabilite değerlerine ulaşılan sınırlar belirlenir. PDHES’lerin ekonomik analizlerine ve optimum sonuçlara ulaşılmasında karlılık analizleri ve çalışma saatlerinin belirlenmesi en önemli etkenlerdir. Çalışma neticesinde PDHES’lerin İVO değerinin artışına göre karlılık oranının azaldığı görülse de, çalışma saatlerinde ve 12 saatlik süre ile normalize edilmiş karlılık oranı (NKO) değerlerinde artış olduğu görülmektedir.

Keywords

• Pompaj Depolamalı Hidroelektrik Santraller
• Göreceli Karlılık Analizi
• Optimizasyon
• Yenilenebilir Enerji
• Elektrik Depolaması

DETERMINATION OF OPERATION TIME AND PROFITABILITY ANALYSIS OF PUMPED STORAGE HYDROELECTRIC POWER PLANTS OPTIMIZATION

Abstract

This study discusses the structural dimensions of pumped-storage hydroelectric power plants (PSHPP), the profitability ratios to be used in the optimization of installed capacity and energy production as well as operating times of pumped-storage hydroelectric power plants (PSHPP), from the perspective of relative profitability analysis approach (RPAA). RPAA is an approach which makes the analysis of profitability emerging between the purchase and sale prices based on the system’s internal rate of return (IRR) by assessing the hourly electricity prices in the market proportionately. By RPAA, not only the profitability ratios between the maximum and minimum prices during the day are obtained, but also the PSHPP’s operating times corresponding to the IRR are determined as well in relation to these ratios. The results obtained may also be used in the optimization studies of PSHPPs. In the optimization studies, firstly the stability variables are determined and then these parameters are used in the model within certain intervals. The operating intervals of the parameters are determined by taking into consideration the PSHPPs established worldwide and the needs of the market. As a result of the optimization, PSHPPs’ most appropriate structural dimensions, the limit values in cases where the profitability is over 1 in the economic analyses that select the installed capacity and energy production as well as the limits where the maximum profitability values are reached, are determined. In economic analyses of PSHPPs and in reaching the optimum results with regard to PSHPPs, profitability analyses and the determination of operating times are the most important factors. As a result of the study, although it is seen that the profitability rate decreases according to the increase in the IRR of PSHPP, it is seen that there is an increase in the operating hours and the normalized profitability rate (NPR) values for 12 hours.

Keywords

• Pumped Storage Hydroelectric Power Plants
• Relative Profitability Analysis
• Optimization
• Renewable Energy
• Electricity Storage

References

1. Anagnostopoulas, J. S., Papantonis, D. E. 2012. Study of Pumped Storage Schemes to Support High RES Penetration In The
2. Electric Power System of Greece. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.02.031. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
3. Ayder, E. 2015. Pompaj depolamalı hidroelektrik santraller (Rapor No.01). İstanbul : İTÜ Makina Fakültesi.
4. Brown, P. D., Lopes, J. A. P., Matos, M. A. 2008. Optimization of Pumped Storage Capacity In An Isolated Power System With Large Renewable Penetration, IEEE Transactions on Power Systems, 23 (2), 523-531.
5. Carton, J. G., Olabi, A. G. 2010. Wind/Hydrogen Hybrid Systems: Opportunity for Ireland’s Wind Resource to Provide Consistent Sustainable Energy Supply. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.010. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
6. De Boer, H. S., Grond, L., Moll, H., Benders, R. 2014. The Application of Power-to-Gas, Pumped Hydro Storage And Compressed Air Energy Storage In an Electricity System at Different Wind Power Penetration Levels. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.05.047. . (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
7. Dursun, B. 2010. Türkiye’de hazneli pompalı rüzgar-hidro santrallerinin uygulanabilirliğinin belirlenmesi Kocaeli Üniversitesi, “Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora tezi, 120s, Kocaeli.
8. EPİAŞ, 2021. https://www.epias.com.tr/ (Erişim Tarihi: 28.04.2021).

9. ESA, 2021. https://energystorage.org/why-energy-storage/technologies/pumped-hydropower. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
10. Gürel, B. Sert M. 2020. Türkiye’deki Güncel Biyokütle Potansiyelinin Belirlenmesi Ve Yakılmasıyla Enerji Üretimi İyi Bir Alternatif Olan Biyokütle Atıklar İçin Sektörel Açıdan Ve Toplam Yanma Enerji Değerlerinin Hesaplanması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(2), 407-416.
11. Johnson, J. X., De Kleine, R., Keoleian, G. A. 2014. Assessment of Energy Storage for Transmission – Constrained Wind.
12. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.03.006. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
13. Kocaman, A. S. 2019. Pompaj depolamalı hibrid enerji sistemi optimizasyonu – Türkiye için vaka analizi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34 (1), 53-68.
14. Mert, M. S., Sert M., Mert H. H. 2018. Isıl Enerji Depolamal Sistemleri için Organik Faz Değiştiren Maddelerin Mevcut Durumu Üzerine Bir İnceleme, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6(1), 161-174.
15. Papaefthymiou, S. V., Papathanassiou, S. A. 2014. Optimum Sizing of Wind-Pumped-Storage Hybrid Power Stations in Island Systems. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.10.047. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
16. Sertkaya, A. A., Saraç, M., Omar, M. A. 2015. Pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerinin Türkiye için önemi, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 1/3, 369-382.
17. Sivakumar, N., Das, D., Padhy, N. P. 2014. Economic Analysis of Indian Pumped Storage Schemes. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.010. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
18. Sousa, J. A. M., Teixeira, F., Faias, S. 2014. Impact Of A Price-Maker Pumped Storage Hydro Unit On The Integration Of Wind Energy In Power Systems. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.03.039. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
19. Tuohy, A., O’Malley, M. 2011. Pumped Storage In Systems With Very High Wind Penetration. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2011.01.026. (Erişim Tarihi: 28.04.2021).
20. Ünver, Ü., Bilgin, H., Güven, A. 2015. Pompaj depolamalı hidroelektrik sistemleri. Mühendis ve Makina, 56(663), 57-64.