Feasibility Study and Economic Analysis of Stand-Alone Hybrid Energy System for Balıkesir Province Erdek

Abstract

In this study, the most optimal off-grid hybrid energy system design that can be created in order to meet the monthly electricity consumption values of Balıkesir's Erdek district for 2020 was carried out in the HOMER program. The aim of this study is to obtain electrical energy from cheaper and cleaner renewable energy sources in the selected region due to the increasing costs and environmental damage caused by the depletion of fossil fuels. Different scenarios were created and analyzed in search of the most optimal system to meet the energy needs of the region. System components that make up these scenarios are solar panel, wind turbine, battery, converter, fuel cell, electrolyzer, hydrogen tank, diesel and biogas generator. The difference between the different scenarios created is due to the generator types used. As a result of the analyzes made between the optimization results of the scenarios created, it is revealed that the off-grid Solar panel /Wind turbine/Diesel Generator/Battery system is the most suitable system with a net current cost of 165 million $ and a unit energy cost of 0.109 $. Although the Solar panel/Wind turbine/Diesel Generator/Battery system off- grid connection has higher emission values than other systems, these values are at an acceptable level. It represents the most optimum system design in terms of both the desired cost values and the desired environmentalist approach.

Keywords

• Electricity consumption
• hybrid energy system
• HOMER
• cost analysis
• renewable energy

BALIKESİR İLİ ERDEK İLÇESİ İÇİN BAĞIMSIZ HİBRİT ENERJİ SİSTEMİNİN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI VE EKONOMİK ANALİZİ

Öz

Bu çalışmada Balıkesir’in Erdek ilçesinin 2020 yılı aylık elektrik tüketim değerlerini karşılamak amacı ile oluşturulabilecek en optimum şebeke bağlantısız hibrit enerji sistemi tasarımı HOMER programında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı ise fosil yakıtların tükenmesi ile artan maliyetleri ve çevreye verdikleri zararlardan ötürü seçilen bölgenin daha ucuz ve temiz olan yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi eldesini sağlamaktır. Bölgenin enerji ihtiyacını karşılayacak en optimum sistem arayışında farklı senaryolar oluşturulup analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu senaryoları oluşturan sistem bileşenleri ise güneş paneli, rüzgar türbini, batarya, dönüştürücü, yakıt pili, Elektrolizör, hidrojen tankı, dizel ve biyogaz jeneratörü olmaktadır. Oluşturulan farklı senaryolar arasındaki fark kullanılan jeneratör tiplerinden kaynaklanmaktadır. Oluşturulan senaryoların optimizasyon sonuçları arasında yapılan analizler sonucunda şebeke bağlantısız Güneş paneli /Rüzgar türbini/Dizel Jeneratör/Batarya sisteminin 165 milyon $ net bugünkü maliyet ve 0,109 $ birim enerji maliyeti ile en uygun sistem olduğu ortaya koyulmaktadır. Şebeke bağlantısız Güneş paneli/Rüzgar türbini/Dizel Jeneratör/Batarya sisteminin her ne kadar diğer sistemlere göre daha yüksek emisyon değerleri olsa da bu değerler kabul edilebilir düzeyde olmaktadır. Hem istenilen maliyet değerlerini hem de istenilen çevreci yaklaşım açısından en optimum sistem tasarımını temsil etmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Elektrik tüketimi
• hibrit enerji sistem
• HOMER
• maliyet analizi
• yenilenebilir enerji

References

1. Dursun, S., 2016, “Techno-Economic Evaluation of Kırklareli University Kayali Campus using Biomass-Wind-Solar Hybrid Power Generation System”, Master's thesis, Kırklareli University institute of science.
2. Güven, A., Poyraz, E., 2021, “Feasibility Study and Techno-Economic Analysis of Stand-Alone Hybrid Energy System for Muğla Province Köyceğiz”, Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, Vol.11(1), pp.70-85.
3. https://temizenerji.org/2021/04/27/almanya-2022-yili-yenilenebilir-enerji-hedefini-artirdi/, ziyaret tarihi: 09 Kasım 2021 .
4. https://www.enerjigazetesi.ist/gunes-almanya-nin-birincil-elektrik-uretim-kaynagi-oldu/, ziyaret tarihi: 09 Kasım 2021.
5. https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-media/news/2020/publ ic-net-electricity-generation-in-germany-2020-share-from-renewables-exceeds-50-percent.html, ziyaret tarihi: 09 Kasım 2021.
6. https://www.tskb.com.tr/i/assets/document/pdf/enerji-sektor-gorunumu-2020.pdf, ziyaret tarihi: 19 Ağustos 2021.
7. Khadem, T., Billah, S. B., Barua, S., Hossain, M. S., 2017, ”Homer based hydrogen fuel cell system design for irrigation in bangladesh”, 2017 4th International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE), pp. 445-449.
8. Kharrich M., Mohammed O., Akherraz M., 2020, “Design of Hybrid microgrid PV/wind/diesel/battery system: case study for Rabat and Baghdad”, EAI Endorsed Transactions on Energy Web.

9. Lau K.Y., Yousof M.F.M., Arshad S.N.M., Anwari M., Yatim A.H.M., 2010,“Performance analysis of hybrid photovoltaic/diesel energy system under Malaysian conditions”,Energy,Vol. 35, No.8, pp.3245-3255.
10. Okedu, K. E., Uhunmwangho, R., 2014, "Optimization of Renewable Energy Efficiency using HOMER", International Journal Of Renewable Energy Research, Vol.4(2), pp. 421-427.
11. Salihoğlu, N. K., Teksoy, A., Altan, K., 2019, “Determination of Biogas Production Potential from Cattle and Cattle Wastes: Example of Balikesir Province”, Nigde Omer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences, Vol.8(1), pp.31-47.
12. Tabak, A ., 2021, “Analysis and Design of a Hybrid Energy Production System to Meet the Energy Demand of a Plant in Konya”, International Journal of Engineering Research and Development, Vol.13 (1), pp.220-230 .
13. Yılmaz,U., Demiroren, A., Zeynelgil, H.L., 2010, ” Gökçeada’da Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Elektrik Enerjisi Üretim Potansiyelinin Araştırılması”, Journal of Polytechnic, Vol. 13, No. 3, pp.215-233.