Konvansiyonel ve mikro şebeke içeren güç sistemlerinde dinamik ekonomik yük ve emisyon dağıtımının sezgisel yöntemlerle analizi

Abstract

Yıllar içerisinde yaşanan nüfus artışı ve teknolojik gelişmeler ile birlikte enerji talebinde artış yaşanmaktadır. Bu artış ile birlikte elektrik enerjisi üretim sistemlerinin sayısında artış yaşanmakta ve güç sistemleri, daha büyük ve daha karmaşık bir hale gelmektedir. Talebin artması ile güç sistemlerinde yaşanan büyüme, bu sistemlerin ekonomik olarak işletilmesi konusuna büyük önem kazandırmaktadır. Bu hususta, güç sistemlerinin optimizasyon planlamalarından biri olan Ekonomik Yük Dağıtımı problemi oldukça önemli bir hale gelmiştir. Ekonomik yük dağıtımı, termik santrallerde yakıt maliyetinin en aza indirgenmesinin amaçlandığı ekonomik bir planlamadır. Bu kapsamda, güç ünitelerinin çıkış güçleri talep gücü karşılayacak şekilde yakıt maliyetinin minimum olması için optimum planlama yapılır. Bu planlama yapılırken sistemin kısıtları göz önünde bulundurulmalıdır. Güç denge kısıtları, generatör kısıtları ve rampa oranı kısıtları dahilinde en optimum planlama yapılmalıdır. Fosil yakıtların kullanıldığı güç ünitelerinde atmosfere emisyon gazları salınır. Sera gazı olarak da bilinen bu gazlar, atmosferde sera etkisine sebep olarak dünyadaki yaşamı pek çok açıdan tehdit etmektedir. Atmosferdeki emisyon gazı yoğunluğunu azaltmaya yönelik çalışmalar küresel bir boyuta ulaşmıştır. Güç sistemlerinin, emisyon yoğunluğuna en fazla sebep olan birimlerden biri olduğu düşünüldüğünde, emisyon yoğunluğunun minimuma indirilmesinin amaçlandığı ekonomik emisyon dağıtımı, önemli bir konu haline gelmiştir. Ekonomik emisyon dağıtımında, emisyon yoğunluğunun minimuma indirgenmesi amaçlanır, yakıt maliyetinden bağımsızdır. Ekonomik yük dağıtımı probleminde ise yakıt maliyetinin minimum olması amaçlanır, emisyon yoğunluğu önemsenmez. Ekonomik yük dağıtımı ve emisyon dağıtımının birlikte ele alındığı durumda ise birleşik ekonomik emisyon-yük dağıtımı fonksiyonu oluşturulur ve hem yakıt maliyetinin hem de emisyon yoğunluğunun en aza indirilmesi amaçlanır. Güç sistemlerinin ekonomik yük ve emisyon dağıtımı problemlerinin çözümünde çeşitli optimizasyon yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemler klasik ve sezgisel yöntemler olarak ikiye ayrılır. Sistemlerin büyük boyutlu olması sebebi ile klasik yöntemlerden ziyade sezgisel yöntemlerin kullanımı daha uygun olmaktadır. Sezgisel yöntemlerin karmaşık problemlere uygulanabilirliği, çözüm süresinin hızlı olması gibi sağladığı avantajlar popülerliğini arttırmıştır. Genetik Algoritma, Parçacık Sürü Optimizasyonu, Tabu Araştırma ve Yapay Sinir Ağları günümüzde uygulamalarda en çok tercih edilen sezgisel yöntemlerdendir. Bu tez çalışmasında, güç sistemlerinin dinamik ekonomik yük dağtımı ve emisyon dağıtımı gerçekleştirilmiştir. Problemlerin analizi için sezgisel algoritma yöntemlerinden olan Genetik Algoritma (GA) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) yöntemleri kullanılmıştır. Algoritmalar, 5 ve 10 üniteli sistemler ile mikro şebeke içeren sisteme uygulanmıştır. Algoritmalara ait kodlamalar MATLAB programında oluşturulmuştur. 5 ve 10 üniteli sistemlerin dinamik ekonomik yük dağıtımı, emisyon dağıtımı ve dinamik ekonomik emisyon-yük dağıtımı gerçekleştirilmiştir. Mikro şebeke içeren sistem için ekonomik yük dağıtımı gerçekleştirilmiştir. Uygulamada güç denge kısıtı, generatör limitleri, hat kayıpları, rampa oranı kısıtları ve valf nokta etkisi dikkate alınmıştır. Analiz sonuçları literatürde yapılan çalışmaların bulguları ile karşılaştırılmış, GA ve PSO yöntemleri ile daha optimum sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Ayrıca bu yöntemler kendi arasında karşılaştırıldığında ise PSO algoritmasının daha uygun sonuçlar verdiği görülmüştür.