Şebeke Bağlantılı Hibrit Yenilenebilir Enerji Sisteminin Homer ile Ekonomik ve Çevresel Analizi: İzmir Endüstriyel Bölgesi Örneği

Year 2023, Volume: 13 Issue: 3, 1090 - 1106, 15.09.2023

Güler Yılmaz , Mertkan Şahin , Ömür Akyazı , Barış Öztürk

https://doi.org/10.31466/kfbd.1292005

Cited By: 1

Abstract

Bu çalışma kapsamında İzmir ilinde bulunan endüstriyel bölgenin elektrik ihtiyacının karşılanması için şebeke bağlantılı hibrit enerji sistemi tasarımı yapılmıştır. Yapılan tasarımla, seçilen endüstriyel bölgenin enerji talebinin karşılanması, birim elektrik maliyetinin minimize edilmesi ve elektrik üretiminden kaynaklanan karbon emisyonunun azaltılması amaçlanmıştır. Bölgenin meteorolojik verileri incelendiğinde yıllık güneş radyasyon miktarı ve rüzgâr hızının yenilebilir enerji santralleri kurulumu açısından yeterli olduğu görülmüştür. Çalışmada enerji potansiyeli yüksek olan İzmir ilinde şebeke bağlantılı ve yenilebilir enerji sistemlerinden oluşan beş farklı senaryo tasarlanmıştır. Senaryoların oluşturduğu santrallerde kullanılan bileşenler; güneş paneli, rüzgâr türbini, dönüştürücü ve bataryadan oluşmaktadır. HOMER yazılımı kullanılarak alınan simülasyon sonuçlarında birim enerji maliyeti, net şimdiki maliyeti, başlangıç maliyeti ve yıllık emisyon değerleri karşılaştırılmıştır. Özellikle yıllık emisyon değeri ve birim elektrik maliyet kriterleri göz önüne alındığında en verimli sistemin bataryalı hibrit enerji sistem tasarımı olduğu sonucuna varılmıştır. Bu sistem tasarımında birim elektrik maliyeti 0,0730 $ seviyesine düşürülmüş ve elektrik tüketiminden kaynaklanan yıllık emisyon değerleri %82 azaltılmıştır.

Keywords

HOMER, Hibrit Enerji Sistemi, Güneş Enerjisi, Rüzgâr Enerjisi, Batarya Sistemleri, Emisyon.

Economic And Environmental Analysis of Grid-Connected Hybrid Renewable Energy System with Homer: Case of İzmir Industrial Region

Abstract

Within the scope of this study, a grid-connected hybrid energy system was designed to meet the electricity needs of the industrial region in Izmir. The design aims to meet the energy demand of the selected industrial region, minimize the unit electricity cost, and reduce the carbon emissions caused by electricity production. Upon examination of meteorological data from the region, it was found that the annual amount of solar radiation and wind speed is sufficient for the establishment of renewable energy power plants. In this study, five different scenarios consisting of grid-connected and renewable energy systems were designed for Izmir, a region with high energy potential. The power plants created by these scenarios consist of solar panels, wind turbines, converters, and batteries. Simulation results obtained using HOMER software compared unit energy cost (COE), net present cost (NPC), initial cost, and annual emission values. The most efficient system was found to be the battery-powered hybrid energy system design, especially when considering annual emission value and unit electricity cost criteria. In this system design, the unit electricity cost was reduced to $0.0730 and annual emission values from electricity consumption were reduced by 82%.

Keywords

HOMER, Hybrid Energy System, Solar Energy, Wind Energy, Battery Systems, Emission

References

• Al-Ameri, A., Ounissa, A., Nichita, C., & Aouzellag, D. (2017). Power Loss Analysis for Wind Power Grid Integration Based on Weibull Distribution, Energies, 10, 463. https://doi.org/10.3390/en10040463
• Atik, İ., ve Sekin, A. (2022). Hibrit yenilenebilir enerji sistem tasarımı: Balıkesir örneği, DÜMF Mühendislik Dergisi. https://doi.org/10.24012/dumf.1148223
• Baran, B., Mamis, M. S., ve Alagöz, B. B .,(2016, Aralık). Çok-Kaynaklı Yenilenebilir Enerji Mikro-şebekesinin Yönetim Simülasyonu. ELECO 2016-Elektrik Elektronik ve Biyomedikal Mühendisliği Konferansı (s. 33-37). Bursa
• Bhattacharjee, S., & Nandi, C., (2021). Design of a voting based smart energy management system of the renewable energy based hybrid energy system for a small community. Energy, 214, 118977. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118977
• Bilhan, A., & Emikonel, S. (2021). Nevşehir İli Güneş Enerji Potansiyelinin Analizi ve Kurulu Güneş Enerji Santralleri. European Journal of Science and Technology. 24, 289-294 https://doi.org/10.31590/ejosat.900024
• BP Statistical Review of World Energy 2022, British Petroleum, 2022.
• Çetin, B., & Avcı, H. (2019). Mevcut Kömürlü Bir Termik Santralin Güneş Destekli Hibrit Santrale Dönüşümünün Teknik ve Ekonomik Analizi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35 (2), 1027-1046. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.418417
• Elektrik Piyasası 2022 Yılı Aralık Ayı Piyasa Gelişim Raporu, T.C. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu Strateji Geliştirme Dairesi Başkanlığı, Ankara 2022.
• Global Electricity Review. (2022). EMBER. https://ember-climate.org/insights/research/global-electricity-review-2022/
• Güçyetmez, M. (2023). Mikro ve Akıllı Şebekelere Geçiş Sürecinde Binaya Entegre Düşey Rüzgâr Türbini ve Güneş Hibrit Enerji Sistemi (DRTG-HES)’in İncelenmesi, Journal of the Institute of Science and Technology, 13(1). https://doi.org/10.21597/jist.1142036
• Güven, A. F., & Mete, M. K. (2021). Balıkesir’in Erdek İlçesi için Şebeke Bağlantılı Hibrit Enerji Sistemi Fizibilite Çalışması ve Ekonomik Analizi, Mühendis ve Makina, 63(706), 706. https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1085748
• Gyam, M. (2022). Güneş Enerjisi Santrallerinin Türkiye ve Avrupa’daki Geri Ödeme Sürelerinin Karşılaştırması. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Karabük. http://acikerisim.karabuk.edu.tr:8080/xmlui/handle/123456789/2400
• Hakyemez, C., (2022). Aylık Enerji Bülteni, TSKB Ekonomik Araştırmalar,7,1-7.
• Holechek, J. L., Geli, H. M. E., Sawalhah, M. N., & Valdez, R. (2022). A Global Assessment: Can Renewable Energy Replace Fossil Fuels by 2050? Sustainability, 14(8), https://doi.org/10.3390/su14084792
• IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.
• Kalamaras, E., Belekoukia, M., Lin, Z., Xu, B., Wang, H., & Xuan, J. (2019). Techno-economic Assessment of a Hybrid Off-grid DC System for Combined Heat and Power Generation in Remote Islands. Energy Procedia, 158, 6315-6320. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.01.406
• Kayikci, B. (2020). Aydın İli Didim İlçesindeki Kırsal Bölgede Yer Alan Bir Konutun Elektrik İhtiyacının Hibrit Güneş-Rüzgar Enerji Sistemi İle Karşılanmasının Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.
• Kılıç, M., & Adali, S., (2022). Elektrik İhtiyacının Karşılanmasında Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemi-Süpermarket Örneği, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(1). https://doi.org/10.47495/okufbed.998900
• Kılınç, C., (2022), Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemleri ile Sera Sulama Sistemi Tasarımı: İzmir Örneği. Politeknik Dergisi, 25(1). https://doi.org/10.2339/politeknik.1085855
• Kumaş, K., Akyüz, A. Ö., Zaman, M., & Güngör, A., (2019). Sürdürülebilir Bir Çevre İçin Karbon Ayak izi Tespiti: MAKÜ Bucak Sağlık Yüksekokulu Örneği. El-Cezeri, 6(1). https://doi.org/10.31202/ecjse.459478
• Mamur, H., Yakar, M. C., & Zerafet, A. (2019). Bir Kamu Binası İçin Hibrit Enerji Sistemi Fizibilitesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 11(1).
• Özkoca, M. İ. (2019). Kojenerasyon ve Güneş Enerjisinin Bütünleştirildiği Hibrit Sistemin Ekonomik Ve Emisyon Analizi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, İstanbul.
• Öztürk, Z., Tosun, S., & Öztürk, A. (2019). Örnek Bir Hibrit Yenilebilir Enerji Sisteminin HOMER ile Modellenmesi, Ekonomik ve Teknik Yönden Analizleri, Bayburt Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(2).
• Padrón, I., Avila, D., Marichal, G. N., & Rodríguez, J. A. (2019). Assessment of Hybrid Renewable Energy Systems to supplied energy to Autonomous Desalination Systems in two islands of the Canary Archipelago, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 101, 221-230. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.11.009
• Tabak, A. (2021). Analysis and Design of a Hybrid Energy Production System to Meet the Energy Demand of a Plant in Konya, Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 13(1), 220-230. https://doi.org/10.29137/umagd.794898
• TEİAŞ Aralık Kurulu Güç Raporları (2022). Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Web Site: https://www.teias.gov.tr/kurulu-guc-raporlari, (Erişim Tarihi: 2 Ocak 2023)
• Thirunavukkarasu, M., & Sawle, Y. (2020). Design, analysis and optimal sizing of standalone PV/diesel/battery hybrid energy system using HOMER. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 937(1), 012034. https://doi.org/10.1088/1757-899X/937/1/012034
• TÜİK, “Türkiye İstatistik Kurumu”, Elektrik ve Doğal Gaz Fiyatları. Web. (https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Electricity-and-Natural-Gas-Prices-Period-I:-January-June,-2021-37459%20), (Erişim Tarihi: 12 Aralık 2022).
• Türkdoğan, S., Mercan, M. T., & Çatal, T. (2020). Şebekeden Bağımsız Hibrit Enerji Sistemleri Kullanılarak 40 Hanelik Bir Topluluğun Elektrik ve Termal Yük İhtiyacının Karşılanması: Teknik ve Ekonomik Analizleri, European Journal of Science and Technology, 476-485. https://doi.org/10.31590/ejosat.688048
• URL-1: https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Sera-Gazi-Emisyon-Istatistikleri-1990-2020-45862 (Erişim Tarihi 23 Kasım 2022).
• URL-2:https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-59088481 , (Erişim Tarihi 14 Nisan.2023)
• URL- 3 : https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-elektrik (Erişim Tarihi: 08.08.2023)
• URL-4:2022 https://www.enerji.gov.tr/anasayfa, (Erişim Tarihi 20 Aralık 2023)
• URL-5:2023 https://www.homerenergy.com/ (Erişim tarihi: 11 Kasım 2022)
• URL-6: https://tr.db-city.com/T%C3%BCrkiye--%C4%B0zmir--%C4%B0zmir, (Erişim tarihi: 09 Nisan 2023).
• Yalılı Kılıç, M., Adalı, S. & Aydın, M. (2022). Elektrik İhtiyacının Sağlanmasında Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistem Tasarımı: Bursa Tekstil Fabrikası Örneği. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 27 (3), 897-910. https://doi.org/10.17482/uumfd.1161361
• Yılmaz, S., ve Dincer, F. (2017). Optimal design of hybrid PV-Diesel-Battery systems for isolated lands: A case study for Kilis, Turkey, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 344-352. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.037