BÜYÜKBAŞ HAYVAN GÜBRESİ VE TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN ADM1 KULLANILARAK MODELLENMESİ

One of the most important steps in establishing a biogas plant is the realistic modeling of the biogas plants. With the modeling operation, suitable operating conditions can be selected for the biogas plants. From this point of view, in this study, the Anaerobic Treatment Model No 1 (ADM1) giving results which have low error rates used in the modeling of treatment plants model was applied and a biogas plants using chicken manure and two cattle waste with different organic contents were modeled. The ADM1 model consists of a series of dynamic and steady-state processes and over 200 input parameters. In the model, the activities of microorganisms which are effective in the treatment process in the anaerobic reactor are defined by mathematical expressions obtained from experimental results. In order to be able to analyze by using different waste types at different temperatures and organic loading rates, various changes have to be made on the model. The necessary arrangements in this study were made using the results found in the literature studies. The model study was carried out for organic loading rates (OLR) of 1, 1.5 and 2 kg VS / d m3 respectively at temperatures of 35 °C, 30 °C and 25 °C chicken waste and for cattle manure having high organic content. Modeling for bovine waste with low organic content was carried out at 35 °C for OLR of 2 kg VS / d m3. In order to compare cattle waste with low and high organic content, the modeling work was carried out at a temperature of 35 °C and an organic loading rate of 2 kg VS / d m3. In this study, the amount of biogas production, the content of biogas methane, the biogas and methane production per gram of volatile solid material and the pH value in the reactor were investigated. Under the different modeling conditions, outputs are compared and the most advantageous situations are expressed. As a result of the modeling study, it was observed that the biogas production and the biogas and methane production per gram of volatile solid material (VS) pH level were increased when the operating temperature was increased. Whereas methane content of the biogas was has not changed significantly. It has been observed that when the organic loading rate is increased, the biogas and methane production per gram of volatile solid material and pH level decreases. Higher organic content of chicken waste resulted in higher biogas production, the biogas and methane production per gram of VS under all conditions compared to cattle waste with high organic content. As expected, higher biogas and biogas, methane production per gram of VS were obtained in each case from cattle manure having high organic content than in cattle manure having low organic content. As a result of the analysis made with ADM1, it was observed that the model gave appropriate results to the experimental studies in the literature.Sayfa ÖZET i ABSTRACT iii TEŞEKKÜR v İÇİNDEKİLER DİZİNİ vi ŞEKİLLER DİZİSİ ix TABLOLAR DİZİNİ x SİMGELER VE KISALTMALAR xii KISALTMALAR xii SİMGELER xiii 1. GİRİŞ 1 2. ANAEROBİK ARITMA 3 2.1. Anaerobik Arıtmanın Tarihi 3 2.2. Anaerobik Arıtma 5 2.2.1. Hidroliz Aşaması 5 2.2.2. Asit Oluşumu 6 2.2.3. Asetat Oluşumu 7 2.2.4. Metan Oluşumu 8 2.3. Anaerobik Arıtma Koşulları 9 2.3.1. pH 9 2.3.2. Sıcaklık 10 2.3.3. Karbon/Azot (C/A) Oranı 11 2.3.4. Bekletme Süresi 11 2.3.5. Organik Yükleme Hızı (OYH) 12 2.3.6. Karıştırma 13 2.4. Anaerobik Arıtma Modeli’ nin (ADM1) Tarihsel Gelişimi 13 2.5. Anaerobik Arıtma Modelleme Yaklaşımının Avantajları 15 3. ANAEROBİK ARITMA MODELİ NO:1 (ADM1) 16 3.1. Biyokimyasal Süreçler 16 3.2. Fizikokimyasal Süreçler 19 3.3. ADM NO:1 Modelinin Matematiksel Uygulaması 20 3.4. Substrat Karakterizasyonu 24 3.5. ADM1 Modeli Uygulamaları 27 4.UYGULAMA 39 5. BULGULAR TARTIŞMA VE SONUÇ 43 5.1. Büyükbaş Hayvan Gübresinden (Yüksek Organik İçerikli) Biyogaz Üretiminin Modellenmesi 43 5.1.1. Substrat A Set 1 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 43 5.1.2. Substrat A Set 2 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 44 5.1.3. Substrat A Set 3 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 45 5.1.4. Substrat A Set 4 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 46 5.1.5. Substrat A Set 5 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 47 5.1.6. Substrat A Set 6 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 48 5.1.7. Substrat A Set 7 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 48 5.1.8. Substrat A Set 8 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 49 5.1.9. Substrat A Set 9 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 50 5.2. Tavuk Gübresinden Biyogaz Üretiminin Modellenmesi 51 5.2.1 Substrat B Set 1 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 51 5.2.2. Substrat B Set 2 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 52 5.2.3. Substrat B Set 3 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 52 5.2.4. Substrat B Set 4 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 53 5.2.5. Substrat B Set 5 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 54 5.2.6. Substrat B Set 6 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 54 5.2.7. Substrat B Set 7 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 55 5.2.8. Substrat B Set 8 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 56 5.2.9. Substrat B Set 9 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 57 5.3. Düşük Organik İçeriğe Sahip Büyük Baş Hayvan Gübresinin Modellenmesi 57 5.3.1 Substrat C Set 1 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 58 5.4. Değiştirilen Model Parametre ve Katsayıların Üzerinde Hassasiyet Analizi Sonuçları 61 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 64 7. ÇALIŞMANIN LİTERATÜRE KATKISI 67 8. KAYNAKLAR 68 9. EKLER 72 ÖZGEÇMİŞ 77Biyogaz santrali kurma aşmasında en önemli aşamalardan biri bu santrallerin gerçekçi bir şekilde modellenmesidir. Modelleme çalışması sayesinde kurulacak santral için uygun işletme koşulları belirlenebilmektedir. Buradan yola çıkarak, bu çalışmada arıtma tesislerinin modellemesinde kullanılan ve düşük hata oranlarına sahip sonuçlar veren Anaerobik Arıtma Modeli No. 1 (ADM1) modeli uygulanmış; tavuk ve iki farklı organik içeriğe sahip büyükbaş atığının biyogaz üretim modellemesi yapılmıştır. ADM1 modeli bir dizi dinamik ve denge sürecinden ve 200’ ün üzerinde giriş parametresinden meydana gelmektedir. Modelde anaerobik reaktördeki arıtma sürecinde etkili olan mikroorganizmaların aktiviteleri deneysel sonuçlarla elde edilmiş matematiksel ifadeler ile tanımlanmıştır. Bununla birlikte, değişik sıcaklık ve organik yükleme hızlarında, farklı atık türlerini kullanarak analiz yapabilmek için model üzerinde çeşitli değişiklerin yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada da gereken düzenlemeler literatür çalışmalarında bulunan sonuçlar kullanılarak yapılmıştır. Modelleme çalışması tavuk atığı ve yüksek organik içerikli sahip sığır atığı için 35 °C, 30 °C ve 25 °C sıcaklık altında, sırasıyla 1, 1.5 ve 2 kg.UKM/m3.g organik yükleme hızları (OYH) için gerçekleştirilmiştir. Düşük organik içerikli büyükbaş atığı için modelleme ise 35 °C sıcaklık altında OYH 2 kg.UKM/m3.g iken gerçekleştirilmiştir. Çalışmada biyogaz üretim miktarı, biyogaz metan içeriği, 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretimi ve reaktör içindeki pH değeri incelenmiştir. Farklı organik içeriklere sahip atıklar için farklı modelleme koşulları altında model çıktıları karşılaştırılmış, en avantajlı durumlar ifade edilmiştir. Modelleme çalışması sonucunda reaktör işletme sıcaklığının arttırıldığı zaman biyogaz üretiminin ve 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretiminin, pH düzeyinin arttığı, biyogazın metan içeriğinin çok önemli ölçüde değişmediği görülmüştür. Organik yükleme hızı arttırıldığı durumda ise 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretiminin ve pH düzeyinin düştüğü gözlemlenmiştir. Her koşul altında; tavuk atığından, analizi yapılan diğer iki farklı sığır atığına göre daha yüksek biyogaz miktarı ve 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretimi, pH düzeyi elde edilmiştir. Tahmin edildiği gibi yüksek organik içerikli sığır atığından her durumda düşük organik içerikli sığır atığına göre daha yüksek biyogaz miktarı ve 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretimi elde edilmiştir. ADM1 ile yapılan analiz sonucunda modelin literatürdeki deneysel çalışmalara uygun sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir

The robust curve-fitting based method for coordinated voltage regulation with distributed generator and OLTC in distribution network

The voltage violation in distribution networks may occur frequently due to the rising integration of flexible demands and supplies. In this paper, the reactive power of the inverter-based distributed generator (DG) and OLTC tap position are adjusted for voltage regulation in coordinated manner. Firstly, the reactive power adjustment for the voltage regulation has been carried out by use of the DG reactive power capacity. Afterwards, the tap position of the OLTC has been changed to regulate the bus voltage that has a voltage violation problem in the case of insufficient reactive power capacity of the DG inverter. The value of the distributed generator reactive power output that regulates the voltage on the bus that has a voltage violation is found with proposed curve-fitting method and tested with the Grid Search, Artificial Bee Colony methods. The proposed method derives mathematical expressions between DG reactive power output and bus voltages as quadratic equations by curve-fitting technique. Moreover, addition to inherent upper and lower reactive power limits of the DG inverter, they are determined by the proposed curve-fitting based technique while considering voltage constraints on all buses. Proposed method is much faster than other two methods because of its plain structure and gives adequate accurate results

A Critical Review on the Impacts of Energy Storage Systems and Demand-Side Management Strategies in the Economic Operation of Renewable-Based Distribution Network

Energy storage systems (ESSs) and demand-side management (DSM) strategies have significant potential in providing flexibility for renewable-based distribution networks. Therefore, combining ESSs and DSM strategies with renewable energy sources (RESs) to solve economic, operational, environmental, and power-related political issues has received special attention from power system planners around the world. In this regard, developed countries, which are pioneers in renewable technologies, have proposed various supportive policies and practices for the widespread use of ESSs and DSM strategies in the context of distribution networks. Hence, this paper performs a comprehensive review of the most recent actions taken to build the infrastructure necessary to achieve 100% renewable energy. On this basis, this paper firstly surveys the necessity of using ESSs and DSM strategies in renewable-based distribution networks. Then, the existing policies and incentive programs implemented in different countries for the development of RESs in optimal coordination with ESSs and DSM strategies are presented. The impacts of utilizing ESSs and DSM strategies in improving the economic performance of the renewable-based distribution networks are also investigated. Finally, prevalent energy management strategies, which are proposed to optimize utilization of ESSs and DSM strategies in renewable-based distribution networks, are investigated from the perspective of optimization approaches

A Critical Review on the Impacts of Energy Storage Systems and Demand-Side Management Strategies in the Economic Operation of Renewable-Based Distribution Network

Energy storage systems (ESSs) and demand-side management (DSM) strategies have significant potential in providing flexibility for renewable-based distribution networks. Therefore, combining ESSs and DSM strategies with renewable energy sources (RESs) to solve economic, operational, environmental, and power-related political issues has received special attention from power system planners around the world. In this regard, developed countries, which are pioneers in renewable technologies, have proposed various supportive policies and practices for the widespread use of ESSs and DSM strategies in the context of distribution networks. Hence, this paper performs a comprehensive review of the most recent actions taken to build the infrastructure necessary to achieve 100% renewable energy. On this basis, this paper firstly surveys the necessity of using ESSs and DSM strategies in renewable-based distribution networks. Then, the existing policies and incentive programs implemented in different countries for the development of RESs in optimal coordination with ESSs and DSM strategies are presented. The impacts of utilizing ESSs and DSM strategies in improving the economic performance of the renewable-based distribution networks are also investigated. Finally, prevalent energy management strategies, which are proposed to optimize utilization of ESSs and DSM strategies in renewable-based distribution networks, are investigated from the perspective of optimization approaches