Farklı Tip Batarya Etkilerinin Şebekeden Bağımsız Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemleri Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi

Yıl 2023, Cilt: 13 Sayı: 3, 943 - 964, 15.09.2023

Aykut Fatih Güven , Şaban Türkmen , Ertuğrul Aşıklı , Gamze Örnek

https://doi.org/10.31466/kfbd.1275823

Cited By: 1

Öz

Enerji bir ülkenin gelişiminde önemli bir rol oynamaktadır. Gelişmekte olan ülkeler enerjide dışa bağımlılığını azaltmak için yerli yenilenebilir enerji kaynakları kullanımına doğru eğilim göstermektedir. Fakat tüm dünyaya bakıldığında fosil yakıtların enerji üretimindeki payı yüksek seviyelerdedir. Fosil yakıtların hızla tükenmesiyle birlikte maliyetlerinin artması ve çevreye verdikleri zararlardan dolayı çalışma yapılacak bölgede daha ucuz ve temiz olan yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretimi hedeflenmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının (rüzgâr ve güneş) değişken yapısından dolayı hibrit enerji sistemleri yedekleme üniteleriyle birlikte kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Balıkesir’in Burhaniye ilçesinde bulunan kapalı cezaevinin elektrik yük talebini karşılamak amacıyla güneş-rüzgâr-dizel jeneratör-batarya bileşenlerine sahip hibrit enerji sistemi tasarlanmış ve tasarım aşamaları HOMERPro yazılım aracılığı ile gerçekleştirilmiştir. Hibrit enerji sisteminde, 5 farklı batarya senaryoları uygulanarak simülasyonlar gerçeklenmiş ve en optimum sonuç elde edilmiştir. Sonuç olarak kullanılan bataryaların sistem üzerindeki etkisi incelenmiş, yenilenebilir enerji oranı yüksek ve en düşük birim enerji maliyetli vanadyum redoks bataryalı sistem olmuştur.

Anahtar Kelimeler

Hibrit enerji sistemleri, Yenilenebilir enerji kaynakları, Enerji optimizasyonu, Tekno-ekonomik analiz, Vanadyum redoks batarya.

Investigating the Effects of Different Types of Battery Impacts in Energy Storage Systems on Standalone Hybrid Renewable Energy Systems

Öz

Energy plays an important role in the development of a country. Developing countries tend to lean towards the use of domestic renewable energy sources to reduce their dependency on foreign energy. However, when looking at the world as a whole, the share of fossil fuels in energy production is at high levels. Due to the rapid depletion of fossil fuels and their increasing costs, as well as the environmental damage they cause, electricity generation from cheaper and cleaner renewable energy sources is being targeted in the area where work will be done. Hybrid energy systems are used in conjunction with backup Unitss due to the variable nature of renewable energy sources such as wind and solar. In this study, a hybrid energy system with solar-wind-diesel generator-battery components was designed through HOMERPro software to meet the electricity demand of the closed prison in Burhaniye district of Balikesir. Simulations were carried out by applying 5 different battery scenarios in the hybrid energy system, and the optimum result was obtained. As a result, the effect of the batteries used on the system was examined, and the vanadium redox battery system with a high renewable energy ratio and the lowest Units energy cost was determined to be the most optimum.

Anahtar Kelimeler

Hybrid energy systems, Renewable energy sources, Energy optimization, Techno-economic analysis, Vanadium redox battery.

Kaynakça

• Aziz, A. S., Tajuddin, M. F. N., Adzman, M. R., Ramli, M. A. M., and Mekhilef, S. (2019). Energy management and optimization of a PV/diesel/battery hybrid energy system using a combined dispatch strategy. Sustainability (Switzerland), 11(3). doi: 10.3390/su11030683
• Barakat, S., Emam, A., and Samy, M. M. (2022). Investigating grid-connected green power systems’ energy storage solutions in the event of frequent blackouts. Energy Reports, 8, 5177–5191. doi: 10.1016/j.egyr.2022.03.201
• Bindner, H., Cronin, T., Lundsager, P., Manwell, J. F., Abdulwahid, U., and Baring-gould, I. (2005). Lifetime Modelling of Lead Acid Batteries. In Contract (Vol. 1515, Issue April). Retrieved from http://130.226.56.153/rispubl/VEA/veapdf/ris-r-1515.pdf
• Fodhil, F., Hamidat, A., and Nadjemi, O. (2019). Potential, optimization and sensitivity analysis of photovoltaic-diesel-battery hybrid energy system for rural electrification in Algeria. Energy, 169, 613–624. doi: 10.1016/j.energy.2018.12.049
• Güven, A. F. (2017). Bahçelievler Belediye Başkanlık Binasının Enerji İhtiyacının Güneş ve Rüzgar Sistemi ile Karşılanması, Optimizasyonu ve Maliyet Analizi. Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(1), 24–36. Retrieved from http://dergipark.gov.tr/sinopfbd/issue/28364/255023
• Güven, A. F. and Mete, M. K. (2021). Balıkesir’in Erdek İlçesi için Şebeke Bağlantılı Hibrit Enerji Sistemi Fizibilite Çalışması ve Ekonomik Analizi. Mühendis ve Makina , 63 (706) , 138-158. doi: 10.46399/muhendismakina.1085748
• Güven, A. F., and Hatipoğlu, C. (2022). Şebekeden Bağımsız Güneş/Rüzgâr/Biyogaz/Yakıt Hücresi/Batarya Tabanlı Hibrit Enerji Sisteminin Tekno-Ekonomik Analizi: Muğla Zaferler Köyü Vaka Çalışması. EMO Bilimsel Dergi, 12(1), 53-65. https://dergipark.org.tr/tr/pub/emobd/issue/69857/1103479
• Güven, A. F., and Mete, M. (2021). Balikesir İli Erdek İlçesi Için Bağımsız Hibrit Enerji Sisteminin Fizibilite Çalişmasi ve Ekonomik Analizi . Konya Journal of Engineering Sciences , 9 (4) , 1063-1076 .doi: 10.36306/konjes.978002
• Güven, A. F., and Poyraz, E. (2021). Feasibility Study and Techno-Economic Analysis of Stand-Alone Hybrid Energy System for Muğla Province Köyceğiz. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 11(1), 70–85. doi: 10.31466/kfbd.880437
• Güven, A. F., and Samy, M.M. (2022). Performance analysis of autonomous green energy system based on multi and hybrid metaheuristic optimization approaches. Energy Conversion and Management, 269(April), 116058. doi: 10.1016/j.enconman.2022.116058
• Güven, A. F., and Yörükeren, N. (2022). Bir Hibrit Enerji Sisteminin Parçacık Sürüsü Optimizasyon Algoritması- Genetik Algoritma ve Gri Kurt Optimizasyon Algoritma Tekniği ile Enerji Yönetimi ve Optimizasyonu: Yalova Üniversitesi için bir vaka çalışması. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 12(2), 853–879. doi: 10.31466/kfbd.1169643
• Güven, A. F., Yörükeren, N., and Samy, M. M. (2022). Design optimization of a stand-alone green energy system of university campus based on Jaya-Harmony Search and Ant Colony Optimization algorithms approaches. Energy, 253. doi: 10.1016/j.energy.2022.124089
• Jing, W., Lai, C. H., Wong, W. S. H., and Wong, M. L. D. (2018). A comprehensive study of battery-supercapacitor hybrid energy storage system for standalone PV power system in rural electrification. Applied Energy, 224(April), 340–356. doi: 10.1016/j.apenergy.2018.04.106
• Li, J., Gee, A. M., Zhang, M., and Yuan, W. (2015). Analysis of battery lifetime extension in a SMES-battery hybrid energy storage system using a novel battery lifetime model. Energy, 86, 175–185. doi: 10.1016/j.energy.2015.03.132
• Lujano-Rojas, J. M., Monteiro, C., Dufo-López, R., and Bernal-Agustín, J. L. (2012). Optimum load management strategy for wind/diesel/battery hybrid power systems. Renewable Energy, 44, 288–295. doi: 10.1016/j.renene.2012.01.097
• Majidi, M., Nojavan, S., and Zare, K. (2017). Optimal stochastic short-term thermal and electrical operation of fuel cell/photovoltaic/battery/grid hybrid energy system in the presence of demand response program. Energy Conversion and Management, 144, 132–142. doi: 10.1016/j.enconman.2017.04.051
• Mokhtara, C., Negrou, B., Settou, N., Settou, B., and Samy, M. M. (2021). Design optimization of off-grid Hybrid Renewable Energy Systems considering the effects of building energy performance and climate change: Case study of Algeria. Energy, 219, 119605. doi: 10.1016/j.energy.2020.119605
• Nojavan, S., Majidi, M., and Zare, K. (2017). Performance improvement of a battery/PV/fuel cell/grid hybrid energy system considering load uncertainty modeling using IGDT. Energy Conversion and Management, 147, 29–39. doi: 10.1016/j.enconman.2017.05.039
• Rehman, S., and Al-Hadhrami, L. M. (2010). Study of a solar PV-diesel-battery hybrid power system for a remotely located population near Rafha, Saudi Arabia. Energy, 35(12), 4986–4995. doi: 10.1016/j.energy.2010.08.025
• Ren, H., Wu, Q., Gao, W., and Zhou, W. (2016). Optimal operation of a grid-connected hybrid PV/fuel cell/battery energy system for residential applications. Energy, 113, 702–712. doi: 10.1016/j.energy.2016.07.091
• Rezzouk, H., and Mellit, A. (2015). Feasibility study and sensitivity analysis of a stand-alone photovoltaic-diesel-battery hybrid energy system in the north of Algeria. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43, 1134–1150. doi: 10.1016/j.rser.2014.11.103
• Zhang, G., Hu, W., Cao, D., Liu, W., Huang, R., Huang, Q., Chen, Z., and Blaabjerg, F. (2021). Data-driven optimal energy management for a wind-solar-diesel-battery-reverse osmosis hybrid energy system using a deep reinforcement learning approach. Energy Conversion and Management, 227, 1-16. [113608]. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113608