International Journal of Architecture and Engineering, cilt.4, sa.1, ss.20-31, 2024 (Hakemli Dergi)
Dağıtık Enerji Sistemleri (DES), küçük yerel ünitelerde elektrik
enerjisi ile birlikte ısıtma ve soğutma enerjilerini de bir arada
üretebilirler. Kojenerasyon (ikili üretim, ısı ve elektrik enerjisi) veya
trijenerasyon (üçlü üretim, ısıtma, soğutma ve elektrik enerjisi) sistemleri
ile eş zamanlı enerji üretiminden yüksek termodinamik verim ve birincil enerji
tasarrufu sağlanmaktadır. Son kullanıcıların yakınında konumlandırılan enerji
üretim üniteleri ile de enerji iletim kayıpları önemli ölçüde
azaltılabilmektedir. Ayrıca bu sistemler, yerel yenilenebilir enerji
kaynaklarından da (örneğin güneş, rüzgâr ve biokütle) yararlanma fırsatı
sunarak enerji üretim sistemlerine esneklik katmaktadırlar. Matematiksel
modelleme, DES'lerin optimum tasarımı için sıklıkla tercih edilen bir
yaklaşımdır. Ancak NP-zor yapısındaki bu ağ tasarımı ve atama modellerinde
değişken sayısı arttıkça model karmaşıklaşmaktadır. Dağıtık enerji
sistemlerinin altyapı ihtiyaçlarını dikkate alan sürdürülebilir kentsel
planlama için genel bir çerçeve öneren matematiksel modelde, özellikle talep
noktası sayısı ve kapsama mesafesi arttıkça çözüm süresinin uzadığı
görülmüştür. Bu çalışmada, bölgesel ölçekli dağıtık enerji üretim noktalarının
atanması ve ısıtma/soğutma ağının optimum tasarımı için geliştirilen
matematiksel modele alternatif olarak sezgisel bir algoritma önerilmektedir.
Enerji dağıtım kayıplarını ve taşıma maliyetlerini azaltmak amacıyla önerilen
kapasiteli sabit maliyetli yer seçimi modeline, arz ve talep noktaları
arasındaki olabilecek en büyük mesafenin de dikkate alındığı maksimum kapsama
mesafesinin entegre edilmesiyle oluşturulan matematiksel modelin çözüm
sonuçları, sezgisel algoritma ile elde
edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Bu bağlamda, daha kısa çözüm süresinde
optimuma yakın çözümler elde etmek amacıyla genetik algoritma temelli bir çözüm
yöntemi geliştirilerek elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.
Distributed energy systems (DER) can
produce heating and cooling energy, along with electrical energy, in small local
units. High thermodynamic efficiency and primary energy savings are achieved
from simultaneous energy production with cogeneration (dual production, heat
and electrical energy) or trigeneration (triple production, heating, and cooling)
and electrical energy) systems. Energy transmission losses can be significantly
reduced with energy production units located near end users. In addition, these
systems add flexibility to energy production systems by offering the
opportunity to benefit from local renewable energy sources (e.g. solar, wind)
and biomass). Mathematical modeling is a frequently preferred approach for the
optimal design of DERs. However, as the number of variables increases in these
NP-hard network design and assignment models, the model becomes more complex.
In the mathematical model, which proposes a general framework for sustainable
urban planning that takes into account the infrastructure needs of distributed
energy systems, it has been observed that the solution time increases.
especially as the number of demand points and coverage distance increases. In this study, a heuristic algorithm is proposed as an alternative to the
mathematical model developed for the assignment of regional-scale distributed
energy production points and the optimum design of the heating and cooling network.
In order to reduce energy distribution losses and transportation costs, the
solution results of the mathematical model created by integrating the maximum
coverage distance, which also takes into account the largest possible distance
between the supply and demand points, into the proposed capacity fixed-cost
location selection model, were compared with the results obtained with the
heuristic algorithm. In this context, a genetic algorithm-based solution method
was developed and the results were evaluated in order to obtain near-optimal
solutions in a shorter solution time.