Biyokütle-Rüzgar-Güneş Hibrit Güç Üretim Sistemi Kullanılarak Kırklareli Üniversitesi Kayalı Yerleşkesinin Tekno-Ekonomik Açıdan Değerlendirilmesi

Abstract

Günümüzde elektrik enerjisi tüketiminin her geçen yıl hızla artması, kullanılan kaynakların fosil kökenli kaynaklar oluşu, bu kaynakların rezervlerinin sınırlı olması ve dışa bağımlılık gibi etkenler, yenilenebilir enerji kaynaklarına verilen önemi artırmaktadır Dahası, fosil kaynakların kullanımından dolayı açığa çıkan sera gazlarının etkisi ile meydana gelen küresel ısınma ve hava kalitesinin bozulması gibi çevresel sorunlarda, yenilenebilir enerji kaynaklarını öne çıkaran diğer etkenlerdir. Bu tez çalışmasında, Kırklareli Üniversitesi Kayalı yerleşkesi Merkezi Derslik-2’nin elektrik enerjisi gereksinimini birden fazla yenilenebilir enerji kaynağı kullanılarak karşılanılabilirliği analiz edilmiştir. Kırklareli’nin yenilenebilir enerji kaynakları potansiyeli açısından en uygun enerji kaynaklarının rüzgar, güneş ve biyokütle olduğu TÜİK ve YEGM verilerinden tespit edilmiştir. Bu kapsamda Merkezi Derslik-2’nin enerji gereksiniminin rüzgar, güneş ve biyokütle enerji kaynakları kullanarak oluşturulan hibrit yenilenebilir güç üretim sistemi ile karşılanması üzerine bir çalışma yapılmıştır. Bu amaçla Merkezi Derslik-2’nin elektrik yükünü karşılayabilecek en uygun hibrit yenilenebilir güç üretim sistemini belirlemek için, HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables) yazılımı, NREL (National Renewable Energy Laboratory) tarafından geliştirilmiş olup, önerilen ve gerçek dağıtılmış üretim sistemlerinin karşılaştırmalı ekonomik analizini yapan ve sistemlerin toplam bugünkü net maliyetlerine (Total Net Present Cost) göre sıralayan bir yazılımdır. Bir sistem, yatırım maliyeti daha yüksek olmasına rağmen, sistemin ömür boyu maliyeti dikkate alındığında daha ekonomik olabilir. HOMER yazılımı incelenen sistem için belirli parametrelerin değerlerinin değiştirilebildiği hassaslık analizi (Sensitivity Analysis) de yapabilmektedir. Bu çalışmada HOMER yazılımı kullanılarak en uygun hibrit güç üretim sistemi belirlendikten sonra bu sistemin tekno-ekonomik analizi gerçekleştirilecektir. Ayrıca biyokütle kaynağı ($/ton), rüzgar hızı (m/s) ve güneş radyasyonu (kWh/m2/gün) değişkenleri kullanılarak hassaslık analizi yapılacaktır. Tezin tamamı sekiz bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde tezin amacı ve kapsamı belirtilecektir. İkinci bölümde dünyada, Türkiye’de ve Kırklareli’nde yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelinden bahsedilecektir. Üçüncü bölümde rüzgar, güneş ve biyokütle enerji teknolojileri hakkında detaylı bilgi verilecektir. Dördüncü bölümde rüzgar/fotovoltaik/biyokütle/batarya hibrit yenilenebilir güç sistemleri ile ilgili literatürde yapılmış çalışmaların özeti verilecektir. Beşinci bölümde HOMER yazılımının tanıtılması ve hibrit sistemler için tekno-ekonomik parametrelerinin belirlenmesi anlatılacaktır. Altıncı bölümde Kırklareli Üniversitesi Kayalı yerleşkesi için fotovoltaik/rüzgar/ biyokütle/batarya hibrit güç üretim sistemi konfigürasyonlarında kullanılan sistem bileşenlerinin modellenmesi gerçekleştirilecektir. Yedinci bölümde ise rüzgar/biyokütle/batarya, fotovoltaik/biyokütle/batarya, rüzgar/ fotovoltaik/batarya, rüzgar/fotovoltaik/biyokütle/batarya ve şebekeye bağlı rüzgar/ fotovoltaik/biyokütle/batarya hibrit yenilenebilir güç üretim sistemlerinin modellenerek tekno-ekonomik açıdan analizleri gerçekleştirilecektir. Son bölümde ise hibrit yenilenebilir güç üretim sistemlerinin birbirlerine göre karşılaştırılmalı analizi yapılacak ve bu analizden elde edilen sonuçlar irdelenecektir.

Today, such factors as the rapid increase of electricity energy consumption, the fact that the used resources are fossil fuels, the limited reserve of these resources and external dependence raise the importance attached to renewable energy sources. Furthermore, such problems as global warming resulting from the greenhouse impact emerging with the use of fossil resources and the deterioration of air quality are the other factors putting renewable energy resources into the limelight. In this thesis study, the feasibility of meeting electric energy need of Kırklareli University Kayalı Campus Central Classroom-2 using more than one renewable energy resources has been analyzed. It has been ascertained from TUIK and YEGM data that the most appropriate energy sources of Kırklareli with respect to renewable energy resources potential are wind, solar and biomass. In this context, a study has been carried out over how to meet the energy need of Central Classroom-2 with hybrid renewable power generation system formed by using wind, solar abd biomass energy resources. For this purpose, in order to determine the most suitable hybrid renwable power system that can meet the electric load of Central Classroom-2, HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables) software was developed by NREL (National Renewable Energy Laboratory), and it is a software which is advised and makes the comparative economic analysis of production systems and sorts the systems according to their total net present cost. Despite its higher investment cost, a system can be more economic considering its lifetime cost. HOMER software can also achieve sensitivity analysis for the analyzed system where the values of certain parameters can be changed. In this study, after ascertaining the most suitable hybrid power generation system through using HOMER software, the techno-economic analysis of this system will be performed. Besides, using biomass resource ($/ton), wind speed (m/s) and solar radiation (kWh/m2/day)variables, sensitivity analysis will be conducted. The whole thesis consists of six chapters In the first chapter, the purpose and scope of thesis will be declared. In the second chapter, the potential of renewable energy sources in the world, Turkey and Kirklareli have been handled. In the third chapter, detailed information will be given about wind, solar and biomass energy technologies. In the fourth chapter, the summary of the studies in the literature regarding wind/photovoltaic/biomass/battery hybrid renewable power systems will be presented. In the fifth chapter, HOMER software will be introduced and the determination of techno-economic parameters for hybrid systems will be discussed. In the sixth chapter, modellling of the system components used in photovoltaic/wind/biomass/battery hybrid power generation system configurations for Kırklareli University Kayalı campus will be achieved. In the seventh chapter, wind/biomass/battery, photovoltaic/biomass/battery, wind/photovoltaic/battery, wind/photovoltaic/biomass/battery and network connected wind/photovoltaic/biomass/battery hybrid renewable power production systems will be modelled and their techno-economic analyses will be made. In the last chapter, the comparative analysis of of hybrid renewable power generation systems will be made and the results to be obtained from the analysis will be scrutinized.