Elektrikli araç şarj istasyonlarında sezgisel yöntemler kullanılarak talep cevabı tabanlı optimum enerji yönetimi

Abstract

Günümüzde elektrik enerjisi insanoğlunun günlük hayatının her aşamasında sürekli ve kesintisiz olarak kullandığı vazgeçilmez enerji kaynakları arasında bulunmaktadır. Hem dünyanın genel nüfus miktarındaki artışı hem de teknolojik gelişmelerin elektrik enerjisinin kullanımına daha sık yönelmesinden dolayı elektrik enerjisine olan talep son yüzyılda da olduğu gibi gün geçtikçe artış göstermektedir. Elektrik enerjisine olan talep miktarının artması Tellegen teoremine göre, elektrik enerjisinin üretimine olan ihtiyacında aynı oranda artış göstermesi gerektiğini belirtmektedir. Ülkelerin elektrik enerjisi üretiminin bir bölümünde ise ısıl değeri yüksek fosil yakıtlar temel hammadde olarak kullanılmaktadır. Fosil yakıt tüketimi ise sera gazı emisyonunu arttırmakta ve bununla birlikte küresel ısınma ve iklim değişikliğiyle sadece insan hayatını değil dünyadaki tüm canlıların yaşamını tehdit etmektedir. Fosil yakıt tüketimi sadece enerji üretiminde değil, ulaşım sektörünün de can damarını oluşturmaktadır. Petrol ve türevlerinin gelecekteki belirsiz krizlere yol açabilmesinin yanı sıra tükenebilir bir enerji kaynağı olması, karayolu taşımacılığını geleneksel içten yanmalı motorlu araçlardan farklı tipte araçlara yöneltmektedir. Hem bahsedilen bu sebeplerden dolayı hem de hava ve çevre kirliliği bakımından sera gazı emisyonları azaltmak için ulaşım sektöründe elektrikli araçların kullanımı sıklıkla teşvik edilmektedir. Son yıllarda elektrikli araç sayısındaki büyük miktardaki artış, farklı talep cevabı programlarını ve elektrikli araçların şarj yönetimi ile araştırmacıların odak noktası haline gelmiştir. Elektrikli araçlar, bulundurdukları bataryayla birlikte farklı güç aktarım tekniklerinin kullanılabildiği, yer değiştirebilen esnek yüklerdir. Bununla birlikte dağıtım sistemine bağlı çok sayıdaki elektrikli araç, güç sisteminde gerilim ve frekans dalgalanmaları, harmonik oluşumlar gibi farklı güç kalitesi sorunlarına ve arz-talep dengesinin bozulması ile yük profilinde puant güç talebinin artmasına neden olabilmektedir. Bu tez çalışmasında ise, elektrikli araç otoparklarında optimum şarj planlamasını hedefleyen, sezgisel algoritmalardan Genetik Algoritma (GA) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) tabanlı enerji yönetim modeli önerilmiştir. Önerilen yöntemler, puant yük sınırlamasını temel alarak güç profilinde yük faktörünün azami değere getirilmesini amaçlamaktadır. Elektrikli araçlar ve elektrikli araç şarj istasyonlarıyla ilgili matematiksel modelleme oluşturulmuş ve uygulamadaki kısıtlar ele alınmıştır. Ayrıca araçtan şebekeye enerji aktarımının (V2G) yanı sıra elektrikli araçların otoparka varış zamanı ve vardıkları andaki enerji durumları gibi belirsizlikleri de dikkate alan bir talep cevabı sistemi geliştirilmiştir. 5 farklı durum analizini içeren ilgili enerji yönetim sistemi, kullanılan algoritmalar ve analiz yöntemleri ise MATLAB ortamında gerçekleştirilmiştir. 5 farklı durum analizinin içerisinde çeşitli puant yük sınırlaması ile farklı miktarlarda V2G işlem gücünü içermektedir. Sonuçlar incelendiğinde önerilen enerji yönetim sisteminin kullanıldığı durum analizlerinde yük faktörü değerinin kayda değer miktarda yükseltilebildiği farkedilmiştir. Ayrıca önerilen yöntemlerde analiz sonuçları karşılaştırıldığında, GA ile elde edilen yük faktörü değerlerinin PSO'ya göre daha iyi olduğu görülmüştür.