Hibrit pompaj depolama sistemlerinin modellenmesi, optimizasyonu ve fayda maliyet analizi
Yükleniyor...
Tarih
2025-03-21
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Batman Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Günümüzde artan enerji talebi ve iklim değişikliğiyle mücadele gerekliliği, sürdürülebilir enerji çözümlerine olan ilgiyi artırmaktadır. Fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmaya yönelik politikalar, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırmaktadır. Bu doğrultuda, enerji depolama sistemleri enerji güvenliğini sağlamak, arz-talep dengesini korumak ve yenilenebilir enerji kaynaklarını entegre etmek açısından kritik bir rol oynamaktadır. Özellikle Pompalı Hidroelektrik Depolama (PHD) sistemleri, uzun ömürlü, çevre dostu ve yüksek kapasiteli bir depolama yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Türkiye'nin hidroelektrik potansiyeli göz önüne alındığında, mevcut rezervuarların PHD sistemlerine dönüştürülmesi, enerji sürekliliği için önemli bir fırsat sunmaktadır.
Bu çalışma, Türkiye'deki hidroelektrik rezervuarlarının PHD sistemlerine dönüştürülmesini teknik, ekonomik ve çevresel boyutlarıyla kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. İlk olarak, ikinci rezervuar için saha seçimi gerçekleştirilmiştir. Ardından, hidrolik kayıpları dikkate alan detaylı matematiksel modelleme ile PHD sisteminin enerji potansiyeli belirlenmiştir. Hibrit enerji sistemleriyle entegrasyonu değerlendirilerek, farklı senaryolar altında maliyet ve verimlilik analizleri yapılmıştır. Bu araştırma, saha seçimi, teknik modelleme ve ekonomik analizi bir arada ele alarak literatüre önemli bir katkı sunmaktadır.
Pilot bölge olarak Batman Barajı ve Hidroelektrik Santrali belirlenmiştir. Uygun ikinci rezervuar alanının belirlenmesi için Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) tabanlı çok kriterli karar verme analizi uygulanmıştır. Dijital Yükseklik Modeli (DYM) kullanılarak jeoloji ve arazi kullanım haritaları oluşturulmuş ve potansiyel rezervuar alanı belirlenmiştir. Enerji potansiyelini hesaplamak için hidrolik kayıplar, buharlaşma ve yağış etkilerini içeren matematiksel model Simulink ortamında geliştirilmiştir.
Matematiksel modelleme sonuçlarına göre, tasarlanan PHD sisteminin kurulu gücü 1299 kW olarak hesaplanmış ve sistemin 5 saat boyunca 6500 kWh enerji sağlayabileceği belirlenmiştir. Elde edilen enerji potansiyeli verileri, Çoklu Enerji Kaynakları Hibrit Optimizasyonu yazılımına entegre edilerek üç farklı senaryo kapsamında teknik ve ekonomik fizibilite analizleri yapılmıştır. Senaryolar, güneş-rüzgâr-jeneratör-PHD, güneş-jeneratör-PHD ve rüzgâr-jeneratör-PHD sistemlerini kapsamaktadır. Her bir sistemin geri ödeme süresi, seviyelendirilmiş enerji maliyeti (COE) ve net bugünkü maliyet (NPC) açısından karşılaştırmalı analizleri yapılmıştır. Sonuçlara göre, PHD entegrasyonu ile enerji maliyetlerinde %30’a kadar düşüş sağlamıştır. Güneş-rüzgâr-jeneratör-PHD sisteminin yatırım getirisi (ROI) %48,2'ye ulaşırken, geri ödeme süresi yaklaşık 2 yıl olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, analizler sonucunda karbon emisyonlarında %66,2’ye varan bir azalma sağlandığı belirlenmiştir. Bu bulgular, hibrit enerji sistemlerine PHD entegrasyonunun ekonomik ve çevresel kazanımlar sağlayarak sürdürülebilir enerji politikalarına önemli katkılar sunduğunu göstermektedir.
Gelecekteki çalışmalarda, PHD sistemlerinin farklı enerji depolama yöntemleriyle karşılaştırılması ve saha verileri ile model doğrulamalarının yapılması, sistemin uygulanabilirliğinin daha kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine katkı sağlayacaktır. Ayrıca, yüzer PV sistemleri gibi alternatif yenilenebilir enerji çözümleriyle entegrasyon incelenerek, verimlilik ve su kaybı yönetimi açısından potansiyel avantajlar araştırılabilir.
Today, the increasing energy demand and the necessity to combat climate change are driving greater interest in sustainable energy solutions. Policies to reduce dependence on fossil fuels are increasing the use of renewable energy sources. In this direction, energy storage systems play a critical role in ensuring energy security, maintaining supply-demand balance, and integrating renewable energy sources. Particularly, Pumped Hydroelectric Storage (PHS) systems stand out as a long-lasting, environmentally friendly, and high-capacity storage method. Considering Turkey's hydroelectric potential, the conversion of existing reservoirs into PHS systems offers a significant opportunity for energy continuity. This study comprehensively examines the conversion of hydroelectric reservoirs in Turkey into PHS systems from technical, economic, and environmental perspectives. Firstly, site selection for the second reservoir was carried out. Then, the energy potential of the PHS system was determined through detailed mathematical modeling that considers hydraulic losses. The integration with hybrid energy systems was evaluated, and cost and efficiency analyses were conducted under different scenarios. This research makes a significant contribution to the literature by addressing site selection, technical modeling, and economic analysis together. Batman Dam and Hydroelectric Power Plant were selected as the pilot region. A Geographic Information System (GIS)-based multi-criteria decision-making analysis was applied to determine the suitable second reservoir area. Geological and land use maps were created using the Digital Elevation Model (DEM), and the potential reservoir area was determined. To calculate the energy potential, a detailed mathematical model including hydraulic losses, evaporation, and precipitation effects was developed in the Simulink environment. According to the mathematical modeling results, the installed capacity of the designed PHS system was calculated as 1299 kW, and the system was found to provide 6500 kWh of energy for 5 hours. The obtained energy potential data were integrated into the Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources software, and technical and economic feasibility analyses were conducted under three different scenarios: solar-wind-generator-PHS, solar-generator-PHS, and wind-generator-PHS systems. Each system was comparatively analyzed in terms of payback period, Levelized Cost of Energy (COE), and Net Present Cost (NPC). The results showed that PHS integration reduced energy costs by up to 30%. The return on investment (ROI) of the solar-wind-generator-PHS system reached 48.2%, while the payback period was approximately 2 years. Additionally, the analyses determined that carbon emissions were reduced by up to 66.2%. These findings indicate that PHS integration into hybrid energy systems provides significant economic and environmental benefits, contributing to sustainable energy policies. In future studies, comparing PHS systems with different energy storage methods and validating models with field data will contribute to a more comprehensive evaluation of the system's feasibility. Furthermore, the integration of alternative renewable energy solutions such as floating PV systems can be examined to investigate potential advantages in terms of efficiency and water loss management.
Today, the increasing energy demand and the necessity to combat climate change are driving greater interest in sustainable energy solutions. Policies to reduce dependence on fossil fuels are increasing the use of renewable energy sources. In this direction, energy storage systems play a critical role in ensuring energy security, maintaining supply-demand balance, and integrating renewable energy sources. Particularly, Pumped Hydroelectric Storage (PHS) systems stand out as a long-lasting, environmentally friendly, and high-capacity storage method. Considering Turkey's hydroelectric potential, the conversion of existing reservoirs into PHS systems offers a significant opportunity for energy continuity. This study comprehensively examines the conversion of hydroelectric reservoirs in Turkey into PHS systems from technical, economic, and environmental perspectives. Firstly, site selection for the second reservoir was carried out. Then, the energy potential of the PHS system was determined through detailed mathematical modeling that considers hydraulic losses. The integration with hybrid energy systems was evaluated, and cost and efficiency analyses were conducted under different scenarios. This research makes a significant contribution to the literature by addressing site selection, technical modeling, and economic analysis together. Batman Dam and Hydroelectric Power Plant were selected as the pilot region. A Geographic Information System (GIS)-based multi-criteria decision-making analysis was applied to determine the suitable second reservoir area. Geological and land use maps were created using the Digital Elevation Model (DEM), and the potential reservoir area was determined. To calculate the energy potential, a detailed mathematical model including hydraulic losses, evaporation, and precipitation effects was developed in the Simulink environment. According to the mathematical modeling results, the installed capacity of the designed PHS system was calculated as 1299 kW, and the system was found to provide 6500 kWh of energy for 5 hours. The obtained energy potential data were integrated into the Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources software, and technical and economic feasibility analyses were conducted under three different scenarios: solar-wind-generator-PHS, solar-generator-PHS, and wind-generator-PHS systems. Each system was comparatively analyzed in terms of payback period, Levelized Cost of Energy (COE), and Net Present Cost (NPC). The results showed that PHS integration reduced energy costs by up to 30%. The return on investment (ROI) of the solar-wind-generator-PHS system reached 48.2%, while the payback period was approximately 2 years. Additionally, the analyses determined that carbon emissions were reduced by up to 66.2%. These findings indicate that PHS integration into hybrid energy systems provides significant economic and environmental benefits, contributing to sustainable energy policies. In future studies, comparing PHS systems with different energy storage methods and validating models with field data will contribute to a more comprehensive evaluation of the system's feasibility. Furthermore, the integration of alternative renewable energy solutions such as floating PV systems can be examined to investigate potential advantages in terms of efficiency and water loss management.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Yenilenebilir Enerji Kaynakları (YEK), Hibrit Enerji Sistemleri, Pompalı Hidroelektrik Depolama (PHD), Tekno Ekonomik Analiz, Renewable Energy Sources (RES), Hybrid Energy Systems (HES), Pumped Hydro Storage (PHS), Techno-Economic Analysis
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Oymak, A. (2025). Hibrit pompaj depolama sistemlerinin modellenmesi, optimizasyonu ve fayda maliyet analizi. (Yayınlanmamış Doktora Tezi). Batman Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Batman.
