GENETİK ALGORİTMA İLE DAĞITIK ENERJİ SİSTEMLERİNİN MODELLENMESİ


Ok Y., Atak M.

International Journal of Architecture and Engineering, cilt.4, sa.1, ss.20-31, 2024 (Hakemli Dergi)

Özet

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.