Konut tipi tüketiciler için tüketim modeli ile dinamik tarife ve yük kaydırma tasarımlarını içeren istatistik temelli bir talep tarafı yönetimi uygulaması

Abstract

Günümüzde, artan güç talebi, tüketimdeki değişimin dalgalılığı ve verimsiz bir şekilde elektrik enerjisi üretimi gibi sorunlar güç sisteminin büyük problemleri arasında yer almaktadır. Buna ek olarak enerji kaynaklarındaki fosil kaynaklara bağımlılık karbon salımının yüksek olmasına ve buna bağlı olarak çevreye karşı olumsuz etkiler bırakmasına neden olmaktadır. Akıllı şebeke sistemleri, enerji şebekelerini daha etkili, güvenilir ve çevre dostu bir yapıya dönüştürmek amacıyla geliştirilen çeşitli yaklaşımları içermektedir. Bu yaklaşım kapsamında yer alan Talep Tarafı Yönetimi (TTY) çalışmaları, tüketicilerin enerji tüketimlerini bilinçli bir şekilde yönetmelerine olanak tanıyarak, sürdürülebilir bir enerji altyapısının oluşturulmasına katkıda bulunur. Bu tez çalışmasında konut tüketicilerinin elektrik enerjisi kullanım alışkanlıkları ve tüketim davranışlarının Talep Tarafı Yönetimi hedefleri doğrultusunda modellenmesi hedeflenmiştir. Konutlardaki elektrikli cihazların modellenmesi için bir anket gerçekleştirilmiştir. Bu anketin bulguları, talep tarafı yönetimi uygulamaları için tasarlanan olasılıksal modellerin geliştirilmesine temel oluşturmuştur. Anket verileri kullanılarak istatistiksel verilerin ve ilgili olasılıksal modellerin kapsamlı bir olasılıksal benzetim sağlaması için Monte Carlo örnekleme yöntemi uygulanmıştır. Benzetim programı kapsamında bu yaklaşım kullanılarak 300 sanal tüketici ve bu tüketicilerin ev aleti kullanımı verileri oluşturulmuştur. 300 sanal tüketicinin verileri kullanılarak TTY kapsamında dinamik tarife modeli geliştirilmiştir. Buna ek olarak, fiyatlandırma ve tüketicinin evde olup olmadığı duruma göre olasılıksal bir TTY davranışı (TTYD) stratejisi oluşturulmuştur. Dinamik tarife ve üç zamanlı tarifeye göre TTYD modeli 300 sanal tüketiciye uygulanmış ve TTYD sonrası tüketim davranışları teknik ve ekonomik açıdan incelenmiştir. Bunun yanı sıra, sonuçları göstermek için MATLAB programında bir grafik kullanıcı arayüzü oluşturulmuş; böylece TTYD sonrası işlem ile tüketicilerin faturalarında olumlu yönde iyileştirme ve tüketimin daha dengeli olması sağlanmıştır. Bu çalışmada gerçekleştirilen benzetim sonuçlarının talep tarafı yönetimi bağlamında faydalı olduğu ve gelecekte yeni dinamik fiyat modellerinin incelenmesi veya bazı TTY fonksiyonlarının test edilmesi için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar kelimeler: Talep tarafı yönetimi, Monte-Carlo örneklemesi, Dinamik tarife, Yük kaydırma.Some major problems of the power system are, currently, the increasing demand for power, volatility of the changes in consumption and inefficient production of electrical energy. In addition, dependence on fossil energy sources leads to high carbon emission, thus affecting the environment negatively. Smart grid systems include various approaches developed to transform the energy grids into a more effective, reliable and environmentally-friendly structures. Demand Side Management (DSM) studies, as a part of the scope of this approach, contribute to the creation of a sustainable energy infrastructure by allowing customers to consciously manage their energy consumption. The aim of this thesis is to model the residential consumers' habits of electrical energy use and consumption behaviours in line with the objectives of Demand Side Management. A survey was conducted to model residential electrical devices. The findings of this survey formed the basis for the development of stochastic models designed for Demand Side Management applications. Monte Carlo sampling method was used to provide a comprehensive stochastic simulation of statistical data and related stochastic models based on the survey data. With the help of this approach within the scope of the simulation program, the data for 300 virtual consumers and their use of residential devices data were created. A dynamic tariff model was developed within the scope of DSM using the data of 300 virtual consumers. Besides, a stochastic DSM behaviour (DSMB) strategy was formed based on pricing and whether the consumer was at home or not. DSMB model was applied to 300 virtual consumers based on the dynamic tariff and three-time tariff and their consumption behaviours following DSMB were analysed from a technical and economic perspective. In addition, a graphical user interface was created in MATLAB to show the results and, with the post-DSMB process, the bills of consumers were positively improved with a more balanced consumption. It is concluded that the simulation results carried out in this study are useful in the context of Demand Side Management and can be used in the future to examine new dynamic price models or test some DSM functions. Keywords: Demand side management, Monte-Carlo sampling, Dynamic tariff, Load shifting.