Şebekeye Bağlı Photovoltaıc Sistem ile Çalışan Yeşil Hidrojen Dolum İstasyonu Tasarımı

Abstract

Gelişen ve büyüyen sanayi, artan dünya nüfusu ve artan enerji ihtiyaçları, alternatif enerji kaynaklarının kullanımını zorunlu kılmaktadır. Artan dünya nüfusunun enerji ihtiyacı dikkate alındığında geçmişte kullanılan ve günümüzde de kullanılmaya devam eden fosil kaynaklar dünyaya zarar vermektedir. Fosil kaynakların kullanımı sonucu açığa çıkan zararlı gazlar dünya atmosferini kirletmekte, fosil kaynakların ulaşım araçlarında kullanılması ise sera gazı etkisini arttırmaktadır. Bu kirlilik, hem yeryüzündeki canlıların sağlığını tehdit etmekte olup yaşam kalitemizi düşürmektedir. Bu ve bunun gibi birçok zararlı etkileri olan fosil kaynaklar yerine temiz enerji kaynakları kullanılmalıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları çevreye zarar vermediği gibi doğru kullanıldığında sürdürülebilir bir enerji kaynağına da dönüşebilmektedir. Güneş, rüzgâr, hidroelektrik, biyokütle ve hidrojen gibi yenilenebilir enerji kaynakları temiz bir gelecek için önemlidir. Bu çalışmada güneş enerjisi temelli yeşil hidrojen kullanan yakıt ikmal istasyonları Türkiye'de yedi farklı bölge için tasarlanarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tasarlanan sistemde anyon değişim membran su elektrolizörü (ADME) ile güneş enerjisinden sağlanan elektrik kullanılarak sudan hidrojen üretilmekte ve üretilen hidrojen, hidrojen yakıt ikmal istasyonlarında depolanmaktadır. Yakıt ikmal istasyonları her istasyonda on adet yakıt hücreli araç ve iki adet yakıt hücreli otobüs tankı doldurulacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan yeşil hidrojen temelli sistemde her ilin güneş ışınım ve sıcaklık değerleri göz önünde bulundurularak belirlenen panel sayıları ile toplam 5 MW kurulu gücünde güneş enerji santrali, elektrolizör, kompresör, yüksek basınçlı kademeli hidrojen depolama tankları, invertör ve ön soğutma üniteleri içermektedir. Güneş enerji santrali her bölgede kurulum için seçilen ilin günlük güneş radyasyonu ve sıcaklık değerlerine göre elektrik üretim değerleri hesaplanmıştır. Hedeflenen yakıt ikmal istasyonu kapasitesine göre elektrolizörün günlük üretmesi gereken hidrojen miktarı belirlenmiş ve bu ihtiyacın karşılanması için gerekli olan elektik güneşten karşılanmadığı durumda şebekeden elektrik karşılanacaktır. Güneş enerjisinden üretilen elektrik enerji ihtiyacını aştığında, kalan elektrik şebekeyi besleyecektir. Tasarlanan sistemde kurulum yapılan farklı bölgeler için ekonomik analiz yapılmış ve Antalya, Aydın, Çanakkale, Çorum, Hakkâri, Konya ve Şanlıurfa illeri için LCOH değerleri sırasıyla 7.18 €/kg H2, 7.57 €/kg H2, 8.39 €/kg H2, 8.99 €/kg H2, 6.90 €/kg H2, 7.69 €/kg H2 ve 7.29 €/kg H2 olarak hesaplanmıştır.

Developing and growing industries, increasing the world population, and increasing energy needs necessitate the use of alternative energy sources. Considering the energy needs of the increasing world population, fossil resources used in the past and continue to be used today are harming the world. Harmful gases released as a result of the use of fossil resources pollute the world's atmosphere, and the use of fossil resources in vehicles increases the greenhouse gas effect. This pollution threatens the health of living things on Earth and reduces our quality of life. Clean energy sources should be used instead of fossil resources, which have these and many other harmful effects. Renewable energy sources do not harm the environment and can also become a sustainable energy source when used correctly. Renewable energy sources such as solar, wind, hydroelectricity, biomass, and hydrogen are important for a clean future. In this study, refuelling stations using solar energy-based green hydrogen were designed for seven different regions in Türkiye and the results were compared. In this system, hydrogen is produced from water using electricity provided by solar energy with an anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE), and the produced hydrogen is stored in hydrogen refuelling stations. The refuelling stations are designed to fill ten fuel cell vehicles and two fuel cell bus tanks at each station. The designed green hydrogen-based system includes a solar power plant with a total installed power of 5 MW, an electrolyzer, a compressor, high-pressure cascade hydrogen storage tanks, and pre-cooling units, with several photovoltaic panels. Electricity production values were calculated according to the daily solar radiation and temperature values of the city selected for installation of the solar power plant in each region. According to the targeted refuelling station capacity, the amount of hydrogen that the electrolyzer should produce daily has been determined, and if the electricity required to meet this need is not met by the sun, electricity will be supplied from the grid. When electricity produced from solar energy exceeds demand, the remaining electricity will feed the grid. Levelized cost of hydrogen analysis was performed for different regions where the designed system was installed and LCOH values were calculated as 7.18 €/kg H2, 7.57 €/kg H2, 8.39 €/kg H2, 8.99 €/kg H2, 6.90 €/kg H2, 7.69 €/kg H2 and 7.29 €/kg H2 for Antalya, Aydın, Çanakkale, Çorum, Hakkâri, Konya and Şanlıurfa cities, respectively.