Fotovoltaik ve Rüzgâr Enerjisi Sistem Kapasitelerinin Tekno-Ekonomik Analizle Belirlenmesi: İndirim Oranı ve Satış Tarifesinin Etkileri

Artan enerji ihtiyacı ve azalan fosil kaynaklı yakıtların azalması yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi artırmıştır. Bu kaynaklardan fotovoltaik (PV) ve rüzgâr sistemleri ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada farklı indirim oranları ve şebeke tarife fiyatları kullanılarak şebekeye bağlı hibrit PV/rüzgar sistem kapasiteleri en düşük birim enerji maliyetini verecek şekilde optimizasyonla belirlenmiştir. Birim enerji maliyetinin ve sistem kapasitelerinin yanı sıra, sistemin ürettiği fazla enerji, talebin karşılanma oranı, net bugünkü değer (NPV), geri ödeme süresi ve önlenen CO2 salınım miktarları hesaplanmıştır. Çalışmada benzetimi yapılan durumlardan en yüksek NPV değeri olan 4.3 milyon USD ve en düşük birim enerji maliyeti olan 108,84 USD/MWh değerlerini %8 indirim oranında ve %40 oranındaki çift-yönlü tarifede bulunmuştur. Bu sonuçlara ideal 2572 kW PV ve 900 kW rüzgar türbin kapasitelerinde ulaşılmıştır. Ayrıca çalışmanın sonuçları, indirim oranının %4’ten %12 çıkmasının en düşük enerji maliyetini tutturabilmek için PV ve türbin kapasitelerini %20’ye kadar düşürmek gerektiğini ve bu düşüşe rağmen birim enerji maliyetinin ve NPV değerinin sırasıyla %12 ve %75 oranlarında düşebileceğini göstermiştir. Şebekeyle enerji transferinde satış/alış oranının da %0’dan %40’a çıkmasının PV ve türbin kapasitelerini sırasıyla %58 ve %50 artıracağını ve birim enerji maliyetlerini %5 azaltacağını, NPV değerini de %57’ye kadar artıracağını öngörülmüştür. Buna göre, indirim oranının yüksek olduğu ülkelerde yenilenebilir enerji yatırımlarının yaygınlaştırılması için indirim oranının düşük olduğu ülkelere nazaran teşviklerin daha yüksek olması gerektiğini ve bu teşviğin yüksek oranlı çift-yönlü tarifelerle yapılabileceği ortaya çıkmaktadır.

Sizing of Photovoltaic and Wind Energy Systems by Techno-Economic Analysis: Effects of Discount Rate and Feed-in-tariff

Increasing energy demand and depleting fossil fuels have increased the interest in renewable energy systems. Photovoltaic (PV) and wind systems are at the forefront of these systems. In this study, grid-connected hybrid PV/wind system capacities are optimized with the lowest cost of energy at different discount rates and feed-in-tariffs. In addition to the cost of energy and system capacities, produced excess energy, the ratio of the energy demand by the hybrid system, net present value (NPV), payback period and avoided CO2 emissions are calculated. The highest NPV value of 4.3 million USD and the lowest cost of energy of 108.84 USD/MWh are found at the discount rate of 8% and feed-in-tariff/grid tariff ratio of 40% using PV and wind capacities of 2572 and 900 kW, respectively. Moreover, the results show that when the discount rate increases from 4% to 12%, the PV and turbine capacities should be reduced by up to 20% to keep the lowest cost of energy cost. As a result of this capacity change, the cost of energy is increased by 12%, and NPV is decreased by 75%. Moreover, increasing the feed-in-tariff/grid tariff ratio from 0% to 40% increases the PV and turbine capacities by 58% and 50%, respectively, decreases the cost of energy by 5% and increases NPV by 57%. In conclusion, it is found that renewable energy incentives should be higher in countries with high discount rates than the ones with low discount rates to increase the renewable energy investments, and this incentive can be made with higher feed-in-tariffs.

___

  • [1] Çıtıroğlu, A. 2000. Güneş Enerjisinden Yararlanarak Elektrik Üretimi, Mühendis ve Makine, Cilt. 485, s. 1-5.
  • [2] Karaca, C. 2012. Güneş Ve Rüzgar Enerjisinden Elektrik Enerjisi Üretimi Sistemi Tasarımı.Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 114s, Konya, Türkiye.
  • [3] Ellabban, O., Abu-Rub, H. and Blaabjerg, F. 2014. Renewable Energy Resources: Current Status, Future Prospects and Their Enabling Technology, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 39, s. 748-764. DOI: 10.1016/j.rser.2014.07.113.
  • [4] Siddaiah, R. and Saini, R.P. 2016. A Review on Planning, Configurations, Modeling and Optimization Techniques of Hybrid Renewable Energy Systems for Off Grid Applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 58, s. 376-396. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.281.
  • [5] Bajpai, P. and Dash, V. 2012. Hybrid Renewable Energy Systems for Power Generation in Stand-Alone Applications: A Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 16, s. 2926-2939. DOI: 10.1016/j.rser.2012.02.009.
  • [6] Mahesh, A. and Sandhu, K.S. 2015. Hybrid Wind/Photovoltaic Energy System Developments: Critical Review and Findings, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 52, s. 1135-1147. DOI: 10.1016/j.rser.2015.08.008.
  • [7] Tezer, T., Yaman, R. and Yaman, G. 2017. Evaluation of Approaches Used for Optimization of Stand-Alone Hybrid Renewable Energy Systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 73, s. 840-853. DOI: 10.1016/j.rser.2017.01.118.
  • [8] Khan, F.A., Pal, N. and Saeed, S.H. 2018. Review of Solar Photovoltaic and Wind Hybrid Energy Systems for Sizing Strategies Optimization Techniques and Cost Analysis Methodologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 92, s. 937-947. DOI: 10.1016/j.rser.2018.04.107.
  • [9] Khare, V., Nema, S. and Baredar, P. 2016. Solar–Wind Hybrid Renewable Energy System: A Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 58, s. 23-33. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.223.
  • [10] Upadhyay, S. and Sharma, M.P. 2014. A Review on Configurations, Control and Sizing Methodologies of Hybrid Energy Systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 38, s. 47-63. DOI: 10.1016/j.rser.2014.05.057.
  • [11] Moghavvemi, M., Ismail, M.S., Murali, B., Yang, S.S., Attaran, A. and Moghavvemi, S. 2013. Development and Optimization of a Pv/Diesel Hybrid Supply System for Remote Controlled Commercial Large Scale Fm Transmitters, Energy Conversion and Management, Cilt. 75, s. 542-551. DOI: 10.1016/j.enconman.2013.07.011.
  • [12] Conti, J., Holtberg, P., Diefenderfer, J., LaRose, A., Turnure, J.T. and Westfall, L. 2016. International Energy Outlook 2016 with Projections to 2040. USDOE Energy Information Administration (EIA), Washington, DC (United States). Office of Energy Analysis,
  • [13] Borowy, B.S. and Salameh, Z.M. 1996. Methodology for Optimally Sizing the Combination of a Battery Bank and Pv Array in a Wind/Pv Hybrid System, IEEE Transactions on Energy Conversion, Cilt. 11, s. 367-375. DOI: 10.1109/60.507648.
  • [14] Shrestha, G.B. and Goel, L. 1998. A Study on Optimal Sizing of Stand-Alone Photovoltaic Stations, IEEE Transactions on Energy Conversion, Cilt. 13, s. 373-378. DOI: 10.1109/60.736323.
  • [15] Anoune, K., Bouya, M., Astito, A. and Abdellah, A.B. 2018. Sizing Methods and Optimization Techniques for Pv-Wind Based Hybrid Renewable Energy System: A Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 93, s. 652-673. DOI: 10.1016/j.rser.2018.05.032.
  • [16] Celik, A.N. 2003. Techno-Economic Analysis of Autonomous Pv-Wind Hybrid Energy Systems Using Different Sizing Methods, Energy Conversion and Management, Cilt. 44, s. 1951-1968. DOI: 10.1016/S0196-8904(02)00223-6.
  • [17] González, A., Riba, J.-R., Rius, A. and Puig, R. 2015. Optimal Sizing of a Hybrid Grid-Connected Photovoltaic and Wind Power System, Applied Energy, Cilt. 154, s. 752-762. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.04.105.
  • [18] Kellogg, W., Nehrir, M., Venkataramanan, G. and Gerez, V. 1998. Generation Unit Sizing and Cost Analysis for Stand-Alone Wind, Photovoltaic, and Hybrid Wind/Pv Systems, IEEE Transactions on Energy Conversion, Cilt. 13, s. 70-75. DOI: 10.1109/60.658206.
  • [19] Kıymaz, Ö. 2015. Rüzgar Santrallerinin Melez Elektrik Sistemine Entegrasyonu Ve Ekonomik Analizi.Başkent Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 114s, Ankara.
  • [20] Koutroulis, E., Kolokotsa, D., Potirakis, A. and Kalaitzakis, K. 2006. Methodology for Optimal Sizing of Stand-Alone Photovoltaic/Wind-Generator Systems Using Genetic Algorithms, Solar Energy, Cilt. 80, s. 1072-1088. DOI: 10.1016/j.solener.2005.11.002.
  • [21] Yang, H., Wei, Z. and Chengzhi, L. 2009. Optimal Design and Techno-Economic Analysis of a Hybrid Solar–Wind Power Generation System, Applied Energy, Cilt. 86, s. 163-169. DOI: 10.1016/j.apenergy.2008.03.008.
  • [22] Maleki, A. and Pourfayaz, F. 2015. Optimal Sizing of Autonomous Hybrid Photovoltaic/Wind/Battery Power System with Lpsp Technology by Using Evolutionary Algorithms, Solar Energy, Cilt. 115, s. 471-483. DOI: 10.1016/j.solener.2015.03.004.
  • [23] Cooper, P. 1969. The Absorption of Radiation in Solar Stills, Solar Energy, Cilt. 12, s. 333-346.
  • [24] Duffie, J.A. and Beckman, W.A. 2013. Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley & Sons, New Jersey.
  • [25] AXITECH 2016. Specifications of Axitec Ac-250m/156-60s. http://www.axitecsolar.com/data/document_files/DB_60zlg_mono_premium_MiA_US.pdf (Erişim Tarihi: January 15).
  • [26] Vestas 2016. Specifications of Vestas V90-1.8 Mw. http://www.esi-africa.com/wp-content/uploads/i/Product_BrochureV90_1_8MW_US.pdf (Erişim Tarihi: 11.09.2018).
  • [27] Siemens 2016. Specifications of Siemens Swt-2.3-101 Wind Turbine. http://www.siemens.com/content/dam/internet/siemens-com/global/market-specific-solutions/wind/data_sheets/data-sheet-wind-turbine-swt-2.3-101.pdf (Erişim Tarihi: 11.09.2018).
  • [28] Northel 2018. Specifications of Northel Poyra P36/300 Wind Turbine. http://www.northel.com.tr/products-pdf/300.pdf (Erişim Tarihi: 11.09.2018).
  • [29] Johnson, G.L. 2006. Wind Energy Systems. Citeseer, Manhattan, KS.
  • [30] Justus, C. and Mikhail, A. 1976. Height Variation of Wind Speed and Wind Distributions Statistics, Geophysical Research Letters, Cilt. 3, s. 261-264. DOI: 10.1029/GL003i005p00261.
  • [31] Mikhail, A. 1985. Height Extrapolation of Wind Data, Journal of Solar Energy Engineering, Cilt. 107, s. 10-14. DOI: 10.1115/1.3267645.
  • [32] Manwell, J.F., McGowan, J.G. and Rogers, A.L. 2010. Wind Energy Explained: Theory, Design and Application. John Wiley & Sons.
  • [33] Benseman, R. and Cook, F. 1969. Solar Radiation in New Zealand-Standard Year and Radiation on Inclined Slopes, New Zealand Journal of Science, Cilt. 12, s. 696.
  • [34] Andersen, B., Eidorff, S., Lund, H., Pedersen, E., Rosenorn, S. and Valbjorn, O. 1977. Meteorological Data for Design of Building and Installation: A Reference Year (Extract) Contract No.: 66,
  • [35] Lund, H. and Eidorff, E. 1981. Selection Methods for Production of Test Reference Years. Office for Official Publications of the European Communities,
  • [36] Hall, I.J., Prairie, R., Anderson, H. and Boes, E. 1978. Generation of a Typical Meteorological Year. Sandia Labs., Albuquerque, NM (USA),
  • [37] Remund, J., Müller, S., Kunz, S., Huguenin-Landl, B., Studer, C., Klauser, D., Schilter, C. and Lehnherr, R. 2013. Meteonorm Global Meteorological Database. Version 7.
  • [38] Sajed Sadati, S.M., Jahani, E., Taylan, O. and Baker, D.K. 2018. Sizing of Photovoltaic-Wind-Battery Hybrid System for a Mediterranean Island Community Based on Estimated and Measured Meteorological Data, Journal of Solar Energy Engineering, Cilt. 140, s. 011006-011012. DOI: 10.1115/1.4038466.
  • [39] The National Renewable Energy Laboratory 2016. U.S. Department of Energy: Distributed Generation Renewable Energy Estimate of Costs. https://www.nrel.gov/analysis/tech-lcoe-re-cost-est.html (Erişim Tarihi: 12 Mart 2019).
  • [40] Ilas, A., Ralon, P., Rodriguez, A. and Taylor, M. 2018. Renewable Power Generation Costs in 2017. International Renewable Energy Agency, Masdar City, UAE.
  • [41] Lazard 2017. Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis–Version 11.0. Lazard, New York.
  • [42] Al-Ghussain, L., Taylan, O. and Fahrioglu, M. 2018. Sizing of a Photovoltaic-Wind-Oil Shale Hybrid System: Case Analysis in Jordan, Journal of Solar Energy Engineering, Cilt. 140, s. 011002-011002-011012. DOI: 10.1115/1.4038048.
  • [43] Finance, B.N.E. 2014. Turkey’s Changing Power Markets. Bloomberg,
  • [44] Kıb-Tek 2018. Kıbrıs Türk Elektrik Kurumu-Tarifeler. http://www.kibtek.com/tarifeler/ (Erişim Tarihi: 15.01.2018).
  • [45] Lasdon, L.S., Fox, R.L. and Ratner, M.W. 1974. Nonlinear Optimization Using the Generalized Reduced Gradient Method, Revue française d'automatique, informatique, recherche opérationnelle Recherche opérationnelle, Cilt. 8, s. 73-103.
Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-9304
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 1999
  • Yayıncı: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Çevresel Kirleticilere Karşı Kuyu Koruma Alanının Parçacık Taşınımı ile Değerlendirilmesi: Menderes (İzmir) Örneği

Celalettin ŞİMŞEK, Nurcihan TAŞKIN, Murat ÖZDAYI, VEHBİ ÖZACAR, Feride ÖZYOL

Zamanda Sürekli ve Süreksiz Yeraltısuyu Kot, Sıcaklık ve Özgül Elektriksel İletkenlik Verileri Işığında Demre Kıyı Akiferinde (Antalya) Yeraltısuyu Akım Dinamiği

PINAR AVCI, CELAL SERDAR BAYARI, NACİYE NUR ÖZYURT

Türkçe Metinlerde Duygu Analizi için Farklı Makine Öğrenmesi Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Mansur Alp TOÇOĞLU, AZER ÇELİKTEN, İrfan AYGÜN, ADİL ALPKOÇAK

Helianthus Annuus Çekirdeği Kabuklarında Toryum Sorpsiyonunun Taguchi Metodu Kullanılarak İncelenmesi

Cansu ENDES YILMAZ, Mahmoud A. A. ASLANI, CEREN KÜTAHYALI ASLANİ

Eu (III) 'un Narcissus Tazetta L. Yaprak Tozu Üzerine Biyosorpsiyonu

SÜLEYMAN İNAN, Bekir ÖZKAN

Doluluk Oranının 3B Yazıcıda Üretilen TPU ve TPE Numunelerinin Mekanik Özellikleri Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

HATİCE EVLEN

Gezgin Satıcı Problemi İçin Yeni Bir Çözüm Yaklaşımı: TPORT

KENAN KARAGÜL

Al2124 Alüminyum Alaşımının Frezeleme Performansı Üstüne Takım Kaplamasının Etkisi

EMEL KURAM

İnsansız Görüntüleme Sistemleri ile Elde Edilen Sayısal Yüzey Modellerinin Mermer Madenciliğinde Kullanımı

METE KUN, Özgür GÜLER

R290(Propan) ve R600(N-Bütan) Soğutucu Akışkanlarının Kullanıldığı Ardışık İki Kademeli (Kaskad) Bir Soğutma Sisteminin Optimum Çalışma Parametrelerinin Belirlenmesi

Halil ATALAY