Üzerinde fotovoltaik panele sahip olan elektrikli araçları içeren bir şarj otoparkının çok amaçlı optimum enerji yönetim stratejisi

Year 2024, , 1 - 9, 15.01.2024

Burak Şafak , Deniz Özekinci , Alper Çiçek

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1323236

Abstract

Dünyada taşımacılık sektörünün enerji ihtiyacının önemli bir bölümünün fosil yakıtlardan karşılandığı bilinmektedir. Bu sebeple hem sürdürülebilirliğin sağlanması hem de çevresel sorunların giderilmesi amacıyla elektrikli araçların (EA) sayısının her geçen gün arttığı gözlenmektedir. EA’ların enerjisinin fosil kaynaklardan karşılanması yerine yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması da önemli konulardan birini oluşturmaktadır. Bu açıdan üzerinde fotovoltaik panelli EA’lar gelecekte bu konuya bir çözüm sunabilir. Ayrıca çok sayıdaki EA’nın şarj durumu şebekede yük faktörünün azalması başta olmak üzere sistem veriminin azalmasına sebep olabilir. Bu çalışmada fotovoltaik panele sahip EA’ları da içeren bir şarj otoparkının çok amaçlı optimum enerji yönetim modeli karışık tam sayılı doğrusal programlama yöntemi aracılığı ile sunulmaktadır. Otopark işletmesinin hem maliyet minimizasyonu sağlanabilirken hem de yük faktörü maksimizasyonu ayrı ayrı ya da her ikisi de birlikte dikkate alınarak yönetimi sağlanabilmektedir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre sunulan model uygulanan amaç doğrultusunda otopark işletmesini yönetmektedir. Sadece maliyetinin azaltılmak istendiği durumunda maliyet en aza inerken, sadece yük faktörünün arttırılmak istendiği durumunda yük faktörü 0.091 değerinden 0.92’ye çıkartılabilmektedir. Ayrıca her iki amaç da uygulanmak istediğinde hem maliyet hem de yük faktörü arada bir değer alarak istenen sonuçların elde edilmesini sağlayabilmektedir. Gerçekleştirilen çalışma için araçların fotovoltaik panele sahip olmasının toplam maliyet üzerinde %4.5’luk etkisi söz konusudur.

Keywords

Elektrikli araç, araç üzeri fotovoltaik panel, elektrikli araç şarj otoparkı, optimum enerji yönetimi, yük faktörü

Multi-objective optimum energy management strategy of a charging parking lot including electric vehicles with on-board photovoltaic panels

Abstract

It is widely recognized that a significant portion of the transportation sector's energy demand is met by fossil fuels. As a result, there has been a notable increase in the electric vehicles’ (EVs) number to promote sustainability and address environmental concerns. Shifting the energy source for EVs from fossil fuels to renewables is a critical matter. In this regard, EVs equipped with photovoltaic hold the potential to offer a solution in the future. However, the charging infrastructure for a large fleet of EVs can lead to decreased system efficiency, particularly a reduction in the grid's load factor. This study presents multi-objective optimal energy management model for a charging parking lot that incorporates EVs with photovoltaics. The model is developed using the mixed-integer linear programming. By employing the model, both cost minimization and load factor maximization can be achieved separately or simultaneously, addressing the management needs of the parking lot. The results obtained from the study demonstrate that the proposed model effectively manages the parking lot operations according to the intended objectives. When the objective is solely to reduce costs, the model minimizes expenses. Alternatively, if the objective is to increase the load factor, it can be enhanced from 0.091 to 0.92. Furthermore, when both objectives are pursued simultaneously, a balance can be achieved between cost reduction and load factor optimization, resulting in desired outcomes. For the conducted study, the inclusion of photovoltaic panels on EVs has a 4.5% impact on the overall cost.

Keywords

Electric vehicle, electric vehicle charging station, load factor, optimal charge management, on-board photovoltaic panel

References

• International Energy Agency (IEA), Technology needs in long-distance transport. https://www.iea.org/reports /energy-technology-perspectives-2020/technology-ne eds-in-long-distance-transport, Accessed 10 June 2023.
• F. Leach, G. Kalghatgi, R. Stone, and P. Miles, The scope for improving the efficiency and environmental impact of internal combustion engines. Transportation Engineering, 1, 100005, 2020. doi: https://doi.org/10. 1016/j.treng.2020.100005.
• S. TURAN ve S. B. Efe, Elektrikli bisiklet paylaşımı: çanakkale onsekiz mart üniversitesi terzioğlu yerleşkesi örneği. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, 3 (2), 112-122, 2020.
• A. Çiçek, S. Güzel, O. Erdinç, and J. P. S. Catalão, Comprehensive survey on support policies and optimal market participation of renewable energy. Electric Power Systems Research, 201, 107522, 2021. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2021.107522.
• International Energy Agency (IEA), Global EV Outlook 2020. https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2020, Accessed 10 June 2023.
• N. Neyestani, M. Y. Damavandi, M. Shafie-Khah, J. P. S. Catalão, and J. Contreras, PEV parking lot behavior equilibria in energy and reserve markets, IEEE Power & Energy Society General Meeting, pp. 1-5, Denver, CO, USA, 26-30 July 2015.
• Ö. Bingöl and A. Yıldız, Fuzzy logic and proportional integral derivative based multi-objective optimization of active suspension system of a 4×4 in-wheel motor driven electrical vehicle, Journal of Vibration and Control, 29 (5-6), 1366-1386, 2023. doi: https://doi .org/10.1177/1077546321106269.
• L. Chen, C. Y. Chung, Y. Nie, and R. Yu, Modeling and optimization of electric vehicle charging load in a parking lot, IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), pp. 1-5, Hong Kong, China, 08-11 December 2013.
• E. Mohammadi, R. Fadaeinedjad, M. Rashidinejad, and A. Mahdavinia, Optimal placement and charge/discharge scheduling of electric parking lots considering reactive power generation capability, Smart Grid Conference (SGC), pp. 1-6, Tehran, Iran, 20-21 December 2017.
• H. Wu, G. K. H. Pang, K. L. Choy, and H. Y. Lam, A scheduling and control system for electric vehicle charging at parking lot, 11th Asian Control Conference (ASCC), pp. 13-18, Gold Coast, QLD, Australia, 17-20 December 2017.
• D. Güneş, İ. G. Tekdemir, M. Ş. Karaarslan, ve B. Alboyacı, Elektrikli araç şarj istasyonu yüklerinin güvenilirlik indisleri üzerine etkilerinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33 (3), 1073-1084, 2018. doi: https:/10.17341 /gazimmfd.416408.
• A. Çiçek ve O. Erdinç, PV-batarya hibrit sistemi içeren elektrikli araç otoparkının şarj yönetimi, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 15, 466-474, 2019, doi:https:// doi.org/10.31590/ejosat.527350.
• O. Kırat ve A. Çiçek, Nesnelerin interneti uygulamalarıyla rezervasyon sistemli ve PV destekli bir elektrikli araç şarj istasyonunun işletimi: bir üniversite örneği, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 25 (75), 659-674, 2023. doi: https://doi.org/10.21205/deu fmd.2023257512.
• W. Jiang and Y. Zhen, A real-time EV charging scheduling for parking lots with PV system and energy store system, IEEE Access, 7, 86184-86193, 2019. doi: https:/10.1109/ACCESS.2019.2925559.
• V. Lakshminarayanan, V. G. S. Chemudupati, S. K. Pramanick, and K. Rajashekara, Real-time optimal energy management controller for electric vehicle integration in workplace microgrid, IEEE Transactions on Transportation Electrification, 5 (1), 174-185, 2019. doi: https:/10.1109/TTE.2018.2869469.
• İ. Şengör, S. Güner, and O. Erdinç, Real-time algorithm based intelligent EV parking lot charging management strategy providing PLL type demand response program, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 12 (2), 1256-1264, 2021. doi: https://doi.org/10.1109/TST E.2020.3040818.
• A. Mohammad, R. Zamora, and T. T. Lie, Transactive energy management of PV-based EV integrated parking lots, IEEE Systems Journal, 15 (4), 5674-5682, 2021. doi: https://doi.org/10.1109/JSYST.2020.304332 7.
• G. G. Zanvettor, M. Casini, R. S. Smith, and A. Vicino, Stochastic energy pricing of an electric vehicle parking lot, IEEE Transactions on Smart Grid, 13 (4), 3069-3081, 2022. doi: https://doi.org/10.1109/TSG.2022.31 60229.
• S. Kaya ve N. Fığlalı, Çok amaçlı optimizasyon problemlerinde pareto optimal kullanımı’, Social Sciences Research Journal, 5 (2), 9-18, 2016.
• A. Çiçek, İ. Şengör, S. Güner, F. Karakuş, A. K. Erenoğlu, O. Erdinç, M. Shafie-Khah, and J. P. S. Catalão, Integrated rail system and EV parking lot operation with regenerative braking energy, Energy Storage System and PV Availability’, 13 (4), 3049-3058, 2022. doi: https://doi.org/10.1109/TSG.2022.3 163343.
• Enerji Piyasaları İşletme A.Ş. (EPİAŞ), Piyasa Takas Fiyatı,https://seffaflik.epias.com.tr/electricity/electri city-markets/day-ahead-market-dam/market-clearing-price-mcp, Accessed 10 June 2023.
• NASA, Prediction Of Worldwide Energy Resources (POWER). https://power.larc.nasa.gov/, Accessed 10 June 2023.