T.C.
SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
ARTVĠN ÇORUH ÜNĠVERSĠTESĠ YERLEġKESĠNDE YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ
KAYNAKLARI KULLANIMININ OPTĠMĠZASYONU
Enes Halit AYDIN YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Mayıs 2019 KONYA
iv
ÖZET
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
ARTVĠN ÇORUH ÜNĠVERSĠTESĠ YERLEġKESĠNDE YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ KAYNAKLARI KULLANIMININ OPTĠMĠZASYONU
Enes Halit AYDIN
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
DanıĢman: Prof. Dr. Mehmet ÇUNKAġ
2019, 82 Sayfa Jüri
Prof. Dr. Mehmet ÇUNKAġ Doç.Dr. Bahadır AKBAL Doç.Dr. Hayri ARABACI
Bu tez çalışmasında, Devlet Meteoroloji Genel Müdürlüğü Artvin Merkez Meteoroloji İstasyonuna ait güncel veriler kullanılarak bölge için güneşlenme süreleri belirlendi. Aynı istasyondan 10 metre yükseklikte saat başı ölçülen rüzgâr hızı verilerinden yararlanılarak, Artvin ili için rüzgâr potansiyeli sayısal olarak ifade edildi. Bu potansiyeli belirlemede Weibull, Rayleigh, Lognormal ve Gamma istatistik yaklaşımlarından yararlanıldı. Ayrıca Artvin Çoruh üniversitesi seyitler yerleşkesi elektrik ihtiyacının karşılanmasına yönelik rüzgâr türbini ve güneş panelinden oluşan hibrit bir sistem için ön fizibilite çalışması yapıldı. Bu hibrit sistemin optimum şartlarda kurulması için Renewable Energy Technology Screen (RETScreen) yenilenebilir enerji yazılımından faydanıldı.
v
ABSTRACT
MS THESIS
OPTIMIZATION OF RENEWABLE ENERGY SOURCES USAGE IN ARTVIN CORUH UNIVERSITY
Enes Halit AYDIN
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY
ELECTRIC ELECTRONĠC ENGINEERING DEPARMENT THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE
Advisor: Prof. Dr. Mehmet ÇUNKAġ
2019, 82 Pages Jury
Prof. Dr. Mehmet ÇUNKAġ Assoc.Prof.Dr. Bahadır AKBAL Assoc.Prof.Dr. Hayri ARABACI
In this study, using the current data of Artvin Central Meteorology Station of the General Directorate of State Meteorology, the sunshine duration was determined for the region. Using the wind speed data measured per hour at a height of 10 meters from the same station, the wind potential for Artvin province was expressed numerically. Weibull, Rayleigh, Lognormal and Gamma statistical approaches were used to determine this potential. In addition, a preliminary feasibility study was performed for a hybrid system consisting of wind turbines and solar panels to meet the electricity demand of the campus of Artvin Coruh University. Renewable Energy Technology Screen (RETScreen) renewable energy software has been used to ensure this hybrid system is optimally installed.
vi
ÖNSÖZ
Çalışmalarım esnasında akademik bilgi ve tecrübelerinden fazlasıyla istifade ettiğim, benden hiçbir zaman ilgi ve alakasını esirgemeyen, benim için bir danışmandan daha fazlası olan saygıdeğer tez danışmanım Prof. Dr. Mehmet ÇUNKAŞ‟a teşekkürlerimi sunarım.
Çalışmamın birçok aşamasında bilgi ve tecrübelerinden yararlandığım çok kıymetli arkadaşlarım Öğr. Gör. Fatih KARA, Öğr. Gör. Fatin SÖNMEZ, Dr. Öğr. Üyesi Ahmet ÖZTÜRK‟e teşekkür ederim.
Çalışmamın başından sonuna kadar benden maddi manevi desteklerini esirgemen üzerimdeki haklarını asla ödeyemeyeceğim pek kıymettar anne babama teşekkür ederim.
Ayrıca bu süreçte göstermiş olduğu sabır, fedakârlık ve hoşgörü ile beni her daim motive eden sevgili eşime teşekkür ederim.
Enes Halit AYDIN KONYA-2019
vii ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET ... iv ABSTRACT ... v ÖNSÖZ ... vi ĠÇĠNDEKĠLER ... vii ÇĠZELGELER TABLOSU ... xi
SĠMGELER VE KISALTMALAR ... xiii
GĠRĠġ ... 1 1. KAYNAK ARAġTIRMASI ... 4 2. YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ... 10 3. 3.1. Dünyada Yenilenebilir Enerji İle İlgili Gelişmeler ... 14
3.2. Türkiye‟de Yenilenebilir Enerji ... 14
ARTVĠN ĠLĠNDE YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ KAYNAKLARININ 4. DURUMU ... 26 4.1. Coğrafi Yapı ... 26 4.2. Hidroelektrik Enerji ... 27 4.3. Güneş Enerjisi ... 34 4.4. Rüzgâr Enerjisi ... 36
ARTVĠN RÜZGÂR ENERJĠ POTANSĠYELĠNĠN HESAPLANMASI... 39
5. 5.1. Weibull dağılım fonksiyonu ... 43
En yüksek olabilirlik metodu ... 44
5.1.1. 5.2. Rayleigh Dağılımı ... 45
5.3. Gamma Dağılımı (GD) ... 46
viii
5.5. Artvin Rüzgâr Hız Verilerinin, Weibull, Rayleigh, Gamma Ve Lognormal Dağılımlarına Göre Analizi ... 48
ARTVĠN ÇORUH ÜNĠVERSĠTESĠ SEYĠTLER YERLEġKESĠ ENERJĠ 6.
TALEBĠNĠN YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ KAYNAKLARIYLA KARġILANMASI 59
6.1. RETScreen Programı ... 59 6.2. Amaçlanan Sistem ... 63 Sistemin Yapısı ve Veriler ... 64 6.2.1.
RETScreen yazılımının sisteme uyarlanışı ... 69 6.2.2. 6.3. Değerlendirme ... 75 SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 76 7. KAYNAKLAR ... 78 8. ÖZGEÇMĠġ ... 82
ix ŞEKİLLER TABLOSU
Şekil 3.1 Dünyada en çok kullanılan enerji kaynaklarının oransal dağılımı ... 11
Şekil 3.2 Dünya geneli elektrik üretiminde yenilenebilir enerji ... 11
Şekil 3.3 2016 sonunda kaynak bazında ülkemiz elektrik enerjisi üretim oranları ... 13
Şekil 3.4 2017 yılı Türkiye yenilenebilir enerji kaynakları dağılımı(GW) ... 16
Şekil 3.5 Güneş enerjisi potansiyelinde Avrupa‟da ilk on ülke ... 18
Şekil 3.6 Türkiye güneş enerji potansiyeli atlası ... 19
Şekil 3.7 Türkiye rüzgâr enerji potansiyeli ... 22
Şekil 3.8 Türkiye‟nin rüzgâr enerjisi kurulu gücündeki değişim ... 23
Şekil 3.9 Hidroelektrik enerji üretim sistemi ... 24
Şekil 3.10 Türkiye‟nin termik ve hidrolik santrallerden elektrik üretiminin gelişimi (GWh) ... 25
Şekil 4.1 Çoruh havzası su sınırları ... 28
Şekil 4.2 Deriner barajı ... 30
Şekil 4.3 Artvin barajı ve HES ... 31
Şekil 4.4 Borçka barajı ve HES ... 32
Şekil 4.5 Muratlı barajı ve HES ... 33
Şekil 4.6 Güneş radyasyonu bakımından Almanya ve Doğu Karadeniz kıyaslaması .... 34
Şekil 4.7 Artvin bölgesi güneş enerji potansiyeli atlası ... 35
Şekil 4.8 Artvin‟de PV pillerden üretilebilecek enerji potansiyeli ... 36
Şekil 4.9 Artvin ili için 50 m yükseklikte rüzgâr hızı dağılımı ... 36
Şekil 4.10 Artvin İli için 50 m yükseklikte kapasite faktörü ... 37
Şekil 4.11 Rüzgâr enerji santrali kurulabilir alanlar ... 37
Şekil 5.1 Rüzgârın türbine girerken genişlemesi ... 40
Şekil 5.2 Gamma dağılımının olasılık yoğunluk fonksiyonu grafiği (c=1) ... 47
Şekil 5.3 Lognormal dağılımının olasılık yoğunluk fonksiyonu grafiği (c=1) ... 48
Şekil 5.4 R2‟ye göre weibull, rayleigh, gamma ve lognormal dağılımlarının karşılaştırılması ... 57
Şekil 5.5 WPE‟ye göre Weibull, Rayleigh, Gamma ve Lognormal dağılımlarının karşılaştırılması ... 58
Şekil 6.1 Seyitler yerleşkesi bir yıllık elektrik yükü (kWh) ... 66
Şekil 6.2 Sosyal tesisler çatı terası ve PV yerleşim alanı ... 68
x
Şekil 6.4 Kredi Yurtlar Kurumu uydu görünümü ... 69 Şekil 6.5 Yıllık nakit akışları ... 74 Şekil 6.6 Kümülatif nakit akışları ... 74
xi
ÇĠZELGELER TABLOSU
Çizelge 3.1 Yenilenebilir enerji alanında faaliyet gösteren dünya genelinde ilk beş ülke
... 15
Çizelge 3.2 Türkiye‟nin son yıllardaki elektrik enerjisi kurulu gücü ... 16
Çizelge 3.3 Türkiye‟nin güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ... 20
Çizelge 3.4 Türkiye'nin yıllık güneş enerjisi potansiyelinin 7 bölgeye göre dağılımı ... 20
Çizelge 3.5 Hidroelektrik Potansiyelin Proje Aşamalarına Göre Dağılımı ... 25
Çizelge 4.1 Artvin ili yıllara göre nüfus dağılımı ... 27
Çizelge 4.2 Artvin ilinde faaliyette olan baraj tipi hidroelektrik santraller ... 29
Çizelge 4.3 Artvin ilinde kullanımda olan nehir tipi hidroelektrik santraller ... 29
Çizelge 4.4 Artvin ilinde yapım aşamasında olan hidroelektrik santraller ... 29
Çizelge 4.5 Karakteristik özellikleri ... 30
Çizelge 4.6 Karakteristik özellikleri ... 31
Çizelge 4.7 Karakteristik özellikleri ... 33
Çizelge 4.8 Karakteristik özellikleri ... 34
Çizelge 4.9 Artvin ili güneşlenme süreleri ve küresel radyasyon değerleri ... 35
Çizelge 4.10 Artvin iline kurulabilecek rüzgâr enerjisi santrali güç kapasitesi ... 38
Çizelge 4.11 Artvin için aylık ortalama rüzgâr hızı ve yönü ... 38
Çizelge 5.1 Artvin merkez istasyonu 2017 yılı günlük maksimum rüzgâr yönü(0 ) verileri ... 49
Çizelge 5.2 Artvin merkez istasyonu 2018 yılı günlük maksimum rüzgâr yönü(0 ) verileri ... 50
Çizelge 5.3 Artvin merkez istasyonu 2017 yılı günlük maksimum rüzgâr hızı(m/s) verileri ... 51
Çizelge 5.4 Artvin merkez istasyonu 2018 yılı günlük maksimum rüzgâr hızı(m/s) verileri ... 52
Çizelge 5.5 Artvin ili, 2017 yılı için saatlik rüzgâr hızı verisi ... 52
Çizelge 5.6 Artvin ili, 2017 yılı için saatlik rüzgâr hızı verisi ... 53
Çizelge 5.7 Artvin ili 2017-2018 yılları arasında alınan saatlik veriler için Weibull Dağılımı ile hız ve güç tahmini ... 54
Çizelge 5.8 Artvin ili 2017-2018 yılları arasında alınan saatlik veriler için Rayleigh dağılımı ile hız ve güç tahmini ... 54
xii
Çizelge 5.9 Artvin ili 2017-2018 yılları arasında alınan saatlik veriler için gamma dağılımı ile hız ve güç tahmini ... 55 Çizelge 5.10 Artvin ili 2017-2018 yılları arasında alınan saatlik veriler için Lognormal dağılımı ile hız ve ... 55 Çizelge 5.11 Weibull, Rayleigh, Gamma, Lognormal dağılımlarında rüzgâr enerjisi WPE hata kriteri ... 56 Çizelge 5.12 Weibull, Rayleigh, Gamma, Lognormal dağılımları için R2
değerleri ... 57 Çizelge 6.1 Artvin ili güneş ve sıcaklık parametreleri ... 64 Çizelge 6.2 Artvin ili rüzgâr enerji verileri ... 65 Çizelge 6.3 Hibrit güç tesisi maliyet tablosu ... Hata! Yer iĢareti tanımlanmamıĢ. Çizelge 6.4 Finansal parametreler ... 72 Çizelge 6.5 Yıllık ciro ... 73 Çizelge 6.6 Finansal sürdürülebilirlik ... 73
xiii SĠMGELER VE KISALTMALAR Simgeler A : Alan a : Rüzgâr hız oranı α : Helmann sabiti c : Ölçek parametresi
Cp : En fazla elde edilebilecek rüzgâr hızı E : Birim zamanda üretilen enerji
Ej : Eksa joule
F(v) : v hızının Weibull kümülatifi f(v) : v hızının Weibull olasılığı GWh : Gigawatt saat
hR : Referans alınan seviye yüksekliği k : Şekil parametresi
kW : Kilowatt
L : Olabilirlik fonksiyonu
m : Kütle
m2 : Türbine giren havanın kütlesi
MW : Megawatt
P1 : 1 h yüksekliğindeki hız P2 : 2 h yüksekliğindeki hız
Pr : Rüzgâr türbinine giren rüzgârın gücü P/A : Weibull güç yoğunluğu
Pt : Türbin tarafından çekilen güç
TW : Terawatt V : Rüzgâr hızı V1 : Rüzgâr türbinine giren rüzgârın hızı V2 : Rüzgâr türbini içerisindeki rüzgârın hızı V3 : Rüzgâr türbininden çıkan rüzgârın hızı Vm : Ortalama hız
Vmax E : En fazla enerjiyi taşıyan hız
xiv
ρ : Hava yoğunluğu
Γ : Gamma fonksiyonu
σ : Standart sapmanın karesi
Kısaltmalar
AB : Avrupa Birliği
ABD : Amerika Birleşik Devleti
APK : Araştırma Politikaları Komisyonu
B : Batı
BEYOM : Basitleştirilmiş En Yüksek Olabilirlik Metodu BGB : Batı güney batı
BKB : Batı kuzey batı
D : Doğu
DERT : Dikey Eksenli Rüzgâr Türbini DGD : Doğu güney doğu
DMİ : Devlet Meteoroloji İşleri DKD : Doğu kuzey doğu DSİ : Devlet Su İşleri
EİE : Elektrik İşleri Etüt İdaresi
EPDK : Enerji Piyasaları denetleme kurulu EPF : Enerji Eğilim Faktörü
EÜAŞ : Elektrik Üretim Anonim Şirketi EYOM : En Yüksek Olabilirlik Metodu
G : Güney
GB : Güney batı
GD : Güney doğu
GD : Gamma dağılımı
GGB : Güney güney batı GGD : Güney güney doğu HES : Hidroelektrik Santral IEA : Uluslararası Enerji Ajansı
ICHET : Uluslararası Hidrojen Enerjisi Teknolojileri
K : Kuzey
xv
KD : Kuzey doğu
KDF : Kümülatif Dağılım Fonksiyonu KKB : Kuzey kuzey batı
KKD : Kuzey kuzey doğu LND : Lognormal Dağılımı
MGM : Meteoroloji Genel Müdürlüğü MTA : Maden Tetkik Arama
Mtpe : Milyon ton petrol eşdeğeri
OECD : Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü OYF : Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu
PV : Fotovoltaik
TEİAŞ : Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi
TÜBİTAK : Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu
TV : Televizyon
UNİDO : Birleşmiş Milletler Endüstri Geliştirme Organizasyonu WPE : Rüzgar Enerjisi Hatası
GĠRĠġ 1.
Sanayi devriminden sonra her geçen gün artan enerji ihtiyacı, dünya üzerindeki fosil kaynakların çok hızlı bir şekilde tükenmesine yol açmıştır. Devletler arasındaki anlaşmalar gereği elde edilen enerji kaynaklarında yaşanan fiziksel ve ekonomik sorunlar, devletleri yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yönlendirmiş buna birde çevresel sorunlar eklenince yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz hale gelmiştir. Ancak günümüzde, çevresel sorunların da ötesinde, ülkeler kendi enerji taleplerini karşılamak için birçok stratejiler ve politikalar geliştirmişlerdir. Dolayısıyla, son yıllarda hemen hemen bütün dünya ülkeleri enerji bağımsızlıklarını kazanabilmek adına enerji üretim oranları içerisinde yenilenebilir enerjinin payını arttırmayı amaçlamaktadırlar.
Dünya Enerji Forumundan alınan verilere göre; fosil enerji kaynakları olan kömür, petrol ve doğalgaz gibi maddelerin rezervleri aynı hızla tüketilirse önümüzdeki yüzyıl içerisinde bu yakıtlar bitme noktasına gelecek veya tamamen tükenecektir. Bu gibi sorunların yanında; fosil enerji kaynaklarının tüketimi ile zehirli gazların doğaya salınımı, insanların bu gazları soluması, çevresel ve hayati açıdan ciddi bir problem oluşturmaktadır.
Ülkelerin enerji politikalarında, süreklilik, kaynakların çeşitlendirilmesi, çevre etkilerinin azaltılması, milli güvenlik, zamanında ve ucuz şartlarda enerji temini başlıca ilkelerdir. Enerji piyasasında hızla gelişen bir ülke konumundaki Türkiye için enerji ve bu enerjiyi sağlayacak kaynakların organizasyonu çok önemlidir. Türkiye‟de elektriğin pahalı olmasının en temel nedeni elektrik üretiminde ithal enerji kaynaklarının kullanılmasıdır. Bu yüzden elektrik arzının yerli sermaye ile yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması sık sık gündemi meşgul etmektedir (Durna ve ark., 2013b). Türkiye kuruluşunun 100. yılı olan 2023 yılına kadar 20.000 MW‟lık lisanslı RES projesine onay vererek kurulumun sağlanmasını hedeflemektedir. Ayrıca, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğünden alınan verilere göre Türkiye‟nin bu bağlamdaki potansiyeli 48.000 MW‟ tır. Bu da kat edilmesi gereken daha çok yolun olduğunu göstermektedir. Ekonomik açıdan bakıldığında, dünyanın en hızlı büyüyen enerji piyasalarından biri haline gelen Türkiye, rekabetçi bir yapıya kavuşmak zorunda olduğunu bilerek bu yapıya kavuşma yolunda ilerleme kaydetmektedir. Bu nedenle dünyada ve özellikle de Avrupa‟da enerji stratejisi geliştirilirken, Türkiye‟nin merkezi bir rolü olduğunu düşünmek gayet normaldir.
Yenilenebilir enerji kaynağı denilince akla ilk gelen kaynaklardan biri hiç şüphesiz güneş enerjisidir. Güneş enerjisinden elektrik üretimi farklı yollarla yapılabilir. Ama şuan güneş enerjisini en verimli kullanabilen sistem fotovoltaik sistemdir.
Artık yavaş yavaş yurtiçinde de üretimine başlanan fotovoltaik sistemler, ekonomiyi güçlendirip ticaret açığını azaltabilir. Rüzgâr enerjisinin elektrik üretimi için kullanımı da oldukça yaygındır ancak ilk kurulum maliyetlerinin yüksek olması rüzgâr enerjisi santrallerindeki ilerlemenin güneşten daha yavaş olduğunu göstermektedir. Fakat yine de bu enerji kaynağının ülkemizde ve dünya da kullanımı oldukça yaygındır. Bu yüzden, hızla yatırımların merkezi haline gelen güneş ve rüzgâr enerji santrallerinin önemini kavrayıp, ülkemize nasıl fayda sağlanabileceği noktasında çalışmaların hızlandırılması gerekmektedir(Aboumahboub ve ark., 2010).
Güneş ve rüzgâr enerji santrallerinin yer seçiminde; enerji potansiyelleri, bulutluluk, nem, yağış, yükselti, bakı, eğim, arazi kullanımı gibi fiziki faktörler yanında enerji nakil hattına yakınlık, ulaşım, güvenlik gibi faktörler de önem arz etmektedir. Bu faktörlerin hepsini aynı anda değerlendirip tatminkâr sonuç elde etmeye yarayan birçok yazılım mevcuttur. Bu yazılımlardan birisi de birçok üniversite ve araştırmacı kuruluşların da kullandığı RETScreen yazılım programıdır. Bu tür yazılımların amacı, yeni gelişen güneş ve rüzgâr enerji teknolojilerinin hızla yayılmasında mekânı en iyi bilen coğrafyacılar ile birlikte, Nasa verilerini kullanarak optimum verimlilik sağlamaktır. Programlara, Meteorolojik veriler de eklenip yer seçimi yapılarak güneş ve rüzgâr enerji santrallerinin kurulumu sağlanabilir. Hatta iki enerji türünün bir arada uygun yerlere kurulmasını sağlamak için de imkân verir.
Tez kapsamında, Güneş ve rüzgâr enerji santrallerinin yer seçimi için enerji potansiyelleri, bulutluluk, nem, yağış, yükselti, bakı, eğim, arazi kullanımı gibi fiziki faktörler yanında ulaşım, enerji nakil hattı, güvenlik gibi faktörler göz önünde bulundurulmuştur. Asıl amaç, bu faktörlerin hepsini aynı anda değerlendirip tatminkâr sonuç elde etmektir. Bu verilerin genel bölümünü internetten bulmak mümkündür fakat günlük veya anlık veri ölçümleri meteoroloji genel müdürlüğünden alınarak kesin sonuçlar elde edilmiştir. Bu sayede yatırımcıların endişeleri de en aza indirilmiştir. Yenilenebilir enerji sektörüne yapılacak yatırımların daha hızlı bir şekilde artması için yatırımcıların güvenini sağlamak en önemli şartlardan biridir. Bu çalışma sayesinde fiziki koşullar ve mali tablo ön plana çıkarılarak yatırımcının aradığı güven sağlanmaya çalışılmıştır. Geleneksel, tek enerji kaynağından yararlanılan sistemin aksine yaz kış
enerji üretebilecek hibrit bir sistemin kullanımı enerjide dışa bağımlılığı azaltabilecek bir yöntem olarak görülebilir. Saha koşulları uygun bölgelere bu sistem kurulduğunda doğal kaynakların daha verimli kullanımı da sağlanmış olacaktır. Bu araştırmalardan yola çıkarak yapılacak analizlerde, rüzgar ve güneş enerjisinden oluşan hibrit bir sistemin optimum koşullarda ne kadar fayda sağlayacağı ve kaç yılda mali geri dönüş alınacağı hesaplanmıştır.
KAYNAK ARAġTIRMASI 2.
Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi elde etmek on yıllardır birçok hükümetin temel politikasıdır. Bu kaynakların kullanımına yönelik geliştirilen politikalar verilen teşvikler azımsanmayacak kadar çoktur. Devletler bu işte asıl araştırmayı yapacak olan üniversitelere ciddi miktarda ödenek ayırmaktadır. Bu sayede dünyada ve ülkemizde çalışmalar yapılarak yenilenebilir enerji sektörü hızlı bir gelişim göstermiştir. Bu araştırmalar ve yapılan icraatlar sonucunda ülke ekonomilerine büyük oranda katkı sağlanmaktadır. Aşağıda rüzgâr ile güneş enerji santrali ve bunların kullanımı noktasında Türkiye‟de ve dünyada yapılan çalışmalardan kısaca bahsedilmiştir.
Anadolu üniversitesi iki eylül kampüsünde rüzgâr ve güneş enerji potansiyelleri, ölçüm istasyonları aracılığıyla belirlenmiş, bu sayede hibrit bir santral kurulması amaçlanmıştır. Rüzgâr enerji potansiyelini analiz için Weibull ve Rayleigh istatistiksel dağılım fonksiyonlarını kullanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda Weibull fonksiyonunun daha az hatayla analiz yaptığı tespit edilmiştir (Kurban ve ark., 2007).
Tropikal yağış ölçme merkezinden alınan yağış verilerini kullanarak bir olasılık yoğunluk fonksiyonu (PDF) yardımıyla yağış modelinin mekânsal özellikleri araştırılmıştır. Bu araştırma için gama ve lognormal dağılımları kullanılmış ve ıslak bölgelerde gama, kuru bölgelerde lognormal dağılımının iyi performans verdiğini gözlemlenmiştir (Cho ve ark., 2004).
Karabük ili Eskipazar ilçesi rüzgâr hızı verileri ile Weibull, Rayleigh ve Lognormal dağılımları modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu verilerden elde edilen güç yoğunlukları gerçek verilerle kıyaslanmıştır. Performans analizi için de ortalama hata kareleri toplamı (RMSE) ve determinasyon katsayısı(R2) kriteri kullanılmıştır. Değerlendirmelerin sonucunda weibull fonksiyonun daha yüksek performans gösterdiği tespit edilmiştir (Köse ve ark., 2015).
Afyonkarahisar merkez, Sultandağı ve Dinar bölgesinin saatlik rüzgâr hızı verileri kullanılarak Weibull ve Rayleigh dağılımlarına göre hesaplamalar gerçekleştirilmiş, sonuç olarak Rayleigh dağılımının çalışılan bölgeyi modellemede daha uygun olduğunu belirlenmiştir (Demirkol ve Çunkaş, 2014).
2005 – 2014 yılları arasında Meteoroloji Genel Müdürlüğünden saatlik olarak ölçülen rüzgâr hızı verileri Elazığ ili için alınmış ve analiz gerçekleştirilmiştir. Modelleme için Weibull ve Rayleigh dağılımları kullanılmış ve bu modelleme işleminin
performansı R2, RMSE ve c2 parametrelerine göre değerlendirilmiştir. Bu çalışma
verilerine göre Elazığ ilinin rüzgâr verilerinin analizinde Weibull dağılımının Rayleigh dağılımına göre daha iyi sonuç verdiği görülmüştür (Balpetek ve Akpınar, 2018).
Weibull, Rayleigh, Log-normal, Gamma, Genelleşmiş Gamma dağılımları ve daha önce enerji alanında kullanılmamış olan Nakagami dağılımının performansı çeşitli kriterler yardımıyla değerlendirilmiştir. Türkiye‟nin farklı bölgelerinde ölçülen rüzgâr hızı verileri üzerinde ele alınan dağılımların performansları araştırılmış, yapılan analizler sonucunda Nakagami dağılımının performansının da diğer dağılımlar kadar iyi olduğu sonucuna varılıp, rüzgâr enerjisi alanında alternatif bir dağılım olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır (Usta ve Kantar, 2016).
Tokat Meteoroloji Müdürlüğü‟ne ait 2000-2010 yılları arasındaki günlük ortalama rüzgâr hızı verileri kullanılarak, analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz için Weibull, Rayleigh, Log-normal ve Gama dağılım fonksiyonları kullanılmış ve dağılımların parametrelerinin belirlenmesinde daha küçük standart sapma değerine sahip olan En Küçük Kareler Yöntemi ele alınmıştır. Performans kıyaslaması için RMSE ve ortalama karesel hata (MSE) kriterleri kullanılmıştır. Bunun sonucunda ortalama rüzgâr hız değerlerinin Şubat ve Mart aylarında yüksek Kasım ve Aralık aylarında düşük olduğunu gözlemlenmiştir. MSE ve RMSE değerleri dikkate alındığında ise Weibull dağılımının diğer yöntemlere göre daha güvenilir olduğu görülmüştür (Emeksiz ve ark., 2016).
Dünyanın dört farklı coğrafi bölgesinden alınan rüzgâr hızı verilerini değerlendirmek için beş olasılık dağılım fonksiyonu kullanılmıştır. Rüzgâr hızı verileri, ABD‟ deki üç adet rüzgâr çiftliğinden elde edilen 10 dakikalık veriler ve Kanada'daki bir hava istasyonunda kaydedilen saatlik verilerdir. Bu verilerin analizinde daha kararlı sonuçlar veren Weibull, Rayleigh ve Gamma fonksiyonları tercih edilmiştir. Parametrelerin değerlendirilmesinde ortalama kare hatası ve R2
metodu kullanılmıştır (Sohoni ve ark., 2016).
RETScreen programı ile yapılan çalışmada ekonomik yatırım ve kurulu güç kapasitesi yönünden en uygun RES yatırımının nasıl gerçekleştirilebileceği araştırılmıştır. Bu süreçte minumum şartlara sahip hayali bir yer düşünülerek; bu yerde kurulan RES'den elde edilebilecek yıllık enerji miktarı hesaplanmış; maliyet değerleri, Türkiye şartları göz önünde bulundurularak girilmiş ve ekonomik bir rüzgâr enerji santrali tasarlanmıştır (Akbulut ve ark., 2014).
Çalışmada genel olarak “uygulama yazılımları” diye adlandırılan bazı programların, çeşitli yönleriyle (kullanılabilirlik, güvenilirlik vb. alanlarda) değerlendirilme ve sorgulanma ihtiyacı üzerinde durulmuştur. EnergyPlus, DesignBuilder ve HAP programları bir binanın enerji yükünü hesaplamak için incelenmiş ve Energy Plus ile örnek bir uygulama gerçekleştirilmiştir. (Aktacir ve ark., 2011)
Güneş enerjisi ile elektrik üretiminin neden önemli olduğu ortaya konulmuş, elektrik sektöründe güneş enerjisine olan ihtiyacı ve güneş enerjisi ile elektrik üretiminin, Avrupa Birliği ve Türkiye‟de ki uygulamaları değerlendirilmiştir (Altıntaş, 2013).
Ülkemizin güneş enerjisi potansiyeli ve bu potansiyeli kullanma derecesi araştırılmıştır. Ayrıca enerji politikası, şekiller ve tablolarla çeşitli kaynaklardan yararlanılarak açıklamıştır. Buna ek olarak, bu konuda fikir verebilmek ve yatırımcılara destek olabilmek için örnek güneş enerjisi santrali kurulumu hakkında gerekli hesaplamalar yapılmış ve bütün bunlarla ilgili örnek projelere yer verilmiştir (Arslan, 2015).
Necmettin Erbakan üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesi‟nin mimari projesi dikkate alınarak sistem tasarımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan panellerin ve eviricilerin bilgileri, eğim açısı, azimut açısı ve çatı konumu RETScreen programına girilmiş, ardından sistemin enerji ve maliyet analizi yapılmıştır. Bunların hepsi için tablo ve grafikler oluşturulmuştur. Ardından bu tablo ve grafikler yorumlanarak projenin uygulanabilirliği belirlenmiştir (Büyükzeren ve ark., 2015).
Üniversite yerleşke arazisi içerisinde bulunan, bina ve tesislerin elektrik ihtiyacının karşılanmasına yönelik bir rüzgâr türbinin kurulması planlanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda kurulabilecek rüzgâr enerji santralinin 3,987 MWh yıllık enerji üretimi sağlaması kararlaştırılmış ve buna uygun bir yer tespiti yapılmıştır. RETScreen programı kullanılarak yapılan hesaplamalarda, rüzgâr hızı verilerine göre 800 kW‟lık güce sahip bir türbin tercih edilmiş ve kapasite faktörü %28.4 olarak görülmüştür. Bu verilere göre şebekeye 3,987 MWh elektrik verilebilmiştir. Neticede söz konusu bölge için ticari amaçlı bir rüzgâr santrali kurulabileceği sonucuna varılmıştır (Çetin, 2009).
Çok kriterli karar verme tekniklerinden birisi olan Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) tekniği ile güneş enerjisi santrali için kurulacak yer tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda 3 farklı yatırım yeri belirlenmiş ve bu yatırıma etki eden kriterler ortaya çıkarılmıştır. Bu 3 farklı alternatif, alanında uzman 3 danışman ile beraber
değerlendirilmiş ve yatırımın hangi alternatife uygulanması gerektiğine karar verilmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlar, Türkiye‟nin stratejik hedefleri doğrultusunda yorumlanmıştır (Demirer, 2017).
Hatay‟da kurulacak 1, 5 ve 10 MWh güçlerindeki 3 adet RES için maliyet analizi RETScreen analiz programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Minimum 2 MW ve üzeri kapasiteli RES yatırımlarının, bankaya faiz için yatırılan parayla kıyası yapılmış, yani yatırım yapılacak para en karlı banka faizi ile bankaya yatırılsa elde edilecek kardan daha fazla getirisinin olacağı rakamsal değerlerle ispatlanmıştır (Doğan ve ark., 2012).
Güç biçimlendirme ünitesi üzerinden, güç talebini karşılayan hibrit bir yenilenebilir enerji sisteminin tasarımı, optimizasyonu ve deneyi gerçekleştirilmiştir. Hibrit sistem rüzgâr türbini, fotovoltaik sistem, yakıt hücresi ve bataryadan oluşmaktadır. Bu sistem ile ilgili denemeler öncelikle simülasyon ortamında, daha sonra da test platformunda bizzat gerçekleştirilmiştir. Optimum boyutlandırma aşamasında hibrit sistem bileşenlerinin performans azalışlarını dikkate alan yeni bir perspektif ortaya konulmuştur (Dinç, 2012).
Günümüzde kullanılan altı farklı fotovoltaik panel çeşidi, iki farklı evirici modeli ve üç montaj yapısı tipi için enerji üretimi kıyaslaması yapılmıştır. Enerji üretimini incelemede PVsyst programı kullanılmıştır. Program verileri 4 farklı meteorolojik kaynaktan alınmıştır. Bunlara ek olarak, güneş enerjisi santralinde kullanılan tüm donanımlar ve güneş enerjisi santralinin kurulacağı bölgenin yapısı ayrıntılı olarak ele alınmıştır. YEK yasa tasarısı dikkate alınarak ekonomik analiz senaryoları oluşturulup bu senaryolar için geri ödeme süresi hesabı gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın sonunda enerji ve ekonomik analizleri gerçekleştirilen sistemler karşılaştırılmış ve ekonomik açıdan fotovoltaik panelli güneş enerji sistemlerinin birbirlerine göre durumları değerlendirilmiştir (Girgin, 2011).
Ridgecrest, NY'daki bir tarım arazisi uygulaması(aynı zamanda 2000 büyük baş hayvanın bulunduğu bir çiftlik) için yenilenebilir enerji kaynaklarının optimizasyonu hibrit bir sistem üzerinden gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, RETScreen programı mevcut veri tabanından, fotovoltaik güneş paneli ve rüzgâr türbinlerinin çeşitli kombinasyonları değerlendirmeye alınmıştır. Bu sayede en etkili çözümü bulmak için esneklik sağlanmıştır. İlk olarak sistemin koşulları seçilmiş ve bunu takiben tasarlanan projenin türünü (güneş / rüzgâr / hibrit) açıklayan bir enerji modeli geliştirilmiştir. Proje yapılandırmasını seçtikten sonra, farklı model türlerinden gelen bilgileri kullanarak
maliyet analizi gerçekleştirilmiştir. Projenin ömrü ve projeye ilişkin geri ödeme süresi, hesaplanan uygulanabilir teşvikler gibi tesisin ayrıntıları kullanılarak mali analizin son adımı gerçekleştirilmiştir. Dikkatli bir değerlendirme yapıldıktan sonra, en uygun çözüm, farklı vaka senaryolarını kullanarak ve çoklu yinelemeler yapılarak elde edilmiştir. Sonuç olarak yaklaşık 5 yıl geri ödeme süresi ve 5 yıldan az öz sermaye geri ödemesi sağlanmıştır (Jolly, 2009).
Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren ve cep telefonu, mp3 çalar, taşınabilir radyo gibi elektronik aygıtları şebekeden bağımsız şarj eden, çevre dostu bir sistem tasarlanmıştır. Sistem güneş paneli, şarj denetim birimleri ve aküden oluşmaktadır. Akü güneşin olmadığı ya da yetersiz olduğu zamanlarda kullanmak için sisteme alınmıştır. Şarj denetim birimleri ise, akünün aşırı dolup boşalmasını engellemektedir ve sistemin gerilim değerlerini sabit tutmaktadır. Sistem deneysel olarak incelenmiş ve fotoğraflanmıştır (Muhtaroğlu, 2012).
Gökçeada ki rüzgâr enerji santralleri kuruluş aşamasında yatırımcılara teknik destek verebilmek için örnek yazılımlar kullanılmıştır. Alana uygun rüzgâr türbinlerinin teknik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde daha gerçekçi sonuç elde edebilmek için RETScreen ve alwin yazılımlarına aynı türbin değerleri girilerek bir kıyaslama yapılmıştır (Sulukan ve Uyar, 2005).
Sayısal hava tahmini (SHT), istatistiksel yaklaşımlar ve yapay sinir ağları (YSA) ile hibrit sistemlerin analizi hakkında bilgi verilmiştir. Veriler, Ondokuz Mayıs Üniversitesi'nde bulunan bir hava istasyonundan on dakika aralıklarla bir yıl için alınmıştır. Programların başarısını kıyaslamak için RMSE ve MSE yöntemleri kullanılmıştır (Şenkal, 2014).
İç Anadolu Bölgesi verileri ile işlemler gerçekleştirilmiştir. Bu bölgedeki enlem sırasına göre kuzeyden güneye sırasıyla Ankara, Kayseri, Aksaray ve Karaman illeri için güneye bakan 10-90 derece eğimli yüzeylerde izotropik ve anizotropik saçılma koşullarında güneş radyasyonu bileşenleri hesaplanarak bu değerler analiz edilmiştir (Yenisey, 2015).
Bir üniversite yerleşkesinde yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) yasasına istinaden lisans alma zorunluluğu olmayan 500 kWp kurulu güce haiz bir fotovoltaik tesisin ön fizibilite çalışması gerçekleştirilmiştir. Çalışmada The Hybrid Optimizition Model for Electric Renewables (HOMER) ve RETScreen enerji model yazılımları kullanılmış ve karşılaştırmaya dayalı yorumlar yapılmıştır. Analizler sonucunda
fotovoltaik (PV) sistem verimliliğinin % 17‟lere ulaştığı görülmüştür (Durna ve ark., 2013a).
Politika amacı, politika aracı ve politika hedefi olmak üzere üç ayak üzerine kurulmuş politika önerileri geliştiren bir tasarım önerilmiştir. Bu modelde politika araçlarını belirlemek için güneş ve rüzgâr enerjisine dayalı elektrik üretimini etkileyen engelleyici ve destekleyici faktörler tespit edilmiştir. (Topal, 2016)
Şebekeye entegre edilmiş güç sistemlerinde iki seviyeli iletim hattı planlama metotları geliştirilmiştir. İki seviyeli planlama metodunda amaç, farklı çalışma koşullarında beslenemeyen, talep yük ile kullanılamayan rüzgâr veya güneş gücünü hesaplayabilmektir. Ayrıca farklı senaryolar için jeneratörlerin üretim maliyetleri ile birlikte, beslenemeyen talep yükü minimize edecek olan optimal güç akış problemleri ele alınmıştır. RES'lerin çıkış güçleri ve yüklerdeki değişimleri dikkate alan senaryolar kümeleme yöntemleri ile oluşturulmuştur (Ugranlı, 2016).
YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ 3.
Dünya ülkeleri arasında meydana gelen ilk petrol krizinin ardından enerjinin önemi tüm dünya ülkeleri tarafından iyice anlaşılmaya başlanmıştır. Daha sonra ülkeler farklı enerji kaynaklarını kullanma noktasında önemli atılımlar göstermiş, özellikle enerji ithal eden ülkeler enerjinin azalmadan kullanımı adına çeşitli devlet politikaları geliştirmişlerdir. 2000‟li yılların başında alternatif enerji arayışları büyük bir hızla ilerlemeye başlamış ve yenilenebilir enerji konusundaki çalışmalar artmıştır (Karagöl ve Kavaz, 2017).
Yenilenebilir enerji kaynakları sayesinde çevreye zarar veren karbon salınımı azalırken, ithal edilmeye ihtiyaç duyulmaması sayesinde de enerji konusunda ülkelerin dışa bağımlılığı azalmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarını “hidrolik”, “biyokütle”, “güneş”, “jeotermal”, “rüzgâr”, “dalga” enerjileri olarak gruplandırmak mümkündür. Aslında güneş yukarıda sayılan enerji çeşitlerinin tamamına yakınının ana kaynağıdır. Hatta eğer olaya biraz daha kimyasal açıdan bakarsak doğada fosil yakıt olarak bildiğimiz kömür, petrol ve doğalgaz da aslında güneş enerjisinin şekil değiştirmiş halleridir. Bu çıkarımlar ışığında bir genelleme yapacak olursak “Güneş dünyanın en önemli enerji kaynağıdır” (Karagöl ve Kavaz, 2017).
Bütün bu bilgilerden yola çıktığımızda doğada yenilenebilir enerji kaynakları kadar bol bir enerji kaynağı olmamasına ve bu kaynaklardan enerji elde etmenin diğer fosil yakıtlarla kıyaslandığında çok zor olamamasına rağmen, dünyada tüketilen enerjinin çeşitlerine bakıldığında hala durum beklenildiği düzeyde değildir. Enerji sağlama noktasında sıralama, sırasıyla petrol, kömür ve doğalgaz şeklindedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının dünya genelinde toplam enerji tüketimindeki payı 2016 sonunda sadece yüzde 9,5 (hidroelektrik ve yenilenebilir toplamı) kadardır. Şekil 3.1‟de dünyada en çok kullanılan enerji kaynaklarının oransal dağılımı gösterilmiştir (Bp, 2017).
16,6 1,2 3,7 0,8 2
Yenilenebilir Enerji
Hidroelektrik Güneş (FV) Rüzgar Jeotermal ve diğerleri Biyoenerji
ġekil 3.1 Dünyada en çok kullanılan enerji kaynaklarının oransal dağılımı
Dünyada birçok ülkenin fosil yakıtlara olan bağımlılığı hala çok fazla olmasına rağmen son dönemlerde yenilenebilir enerji alanında yapılan yatırımlar ve teknolojik ilerlemeler sayesinde “temiz enerji” diye adlandırılan yenilenebilir enerjinin kullanım oranları günden güne artmaktadır. 2018-2019 yıllarına gelindiğinde bu oranın yüzde otuzlara çıkması öngörülmektedir (OECD, 2018). Küresel bazda tüketilen toplam yenilenebilir enerjinin yaklaşık olarak yüzde 9‟u geleneksel olarak da bilinen biyokütle denilen ve özellikle pişirme de ve ısınmada kullanılan enerji kaynaklarından karşılanırken, yüzde 10,3‟ü ise bu günkü manada modern tabir edilen yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilmektedir. Dünya genelinde yenilenebilir enerjinin elektrik üretiminde kullanım oranları Şekil 3.2‟de görülmektedir (ETKB, 2017).
Yenilenebilir enerji kaynakları kullanımında yıllar içerisinde hızlı bir artışın olduğundan rahatlıkla bahsedilebilir. Ancak bu durum nihai enerji tüketimi ihtiyaçlarını tam olarak karşılamamaktadır. Bu durumun ana sebepleri incelendiğinde, özellikle gelişmiş ülkelerde enerji talebi yavaş bir seyirde artmakta ve mevcut olan altyapının ve enerji tüketim alışkanlıklarının değiştirilmesi kısa vadede mümkün görülmemektedir. Gelişmekte olan ülkelerde durum biraz daha farklıdır. Bu ülkelerde enerji talebi hızla artmaktadır. Bu talebi karşılamak için genellikle fosil yakıt kullanılmaktadır. Tüm bunlar göz önünde bulundurulduğunda yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmakta ancak bu kaynaklarında enerjinin fiyatlandırılması noktasında fosil yakıtlarla rekabet etmesi pek mümkün görülmemektedir. Bu durum yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam enerji kaynakları tüketimi içerisindeki payının artması zaman alacağı ihtimallerini kuvvetlendirmektedir. Ancak tüm bu bakış açılarına rağmen ülkeler, hükümet politikalarını yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırma ve bu alandaki teknolojileri geliştirme yönünde yapmaktadır.
Özellikle kıyı kesimlerinde rüzgâr ve güneş enerjisi kullanımı, diğer olumsuz yanları bir tarafa fosil yakıtlar ile maliyetler açısından rekabet edebilir hale gelmelidir (Adnan, 2016).
Rüzgâr enerjisi Güney Afrika, ABD, Meksika, Yeni Zelanda, Kanada, Türkiye, Çin, Avustralya ve Brezilya gibi birçok ülkede şebeke odaklı enerji açısından en uygun maliyetli seçenek olarak değerlendirilmektedir (Sawin ve ark., 2017). Ayrıca su, jeotermal ve biokütle gibi kaynaklardan elde edilen elektrik üretimi, birçok durumda fosil kaynaklı üretimden daha avantajlı olabilmektedir. Bunun artırılması için uygun koşullara yani kaliteli kaynaklara ve güvenli bir düzenleyici yapının inşa edilmesine ihtiyaç vardır.
Dünya genelinde yenilenebilir enerji bakımından durum böyle iken enerji ihtiyacının büyük bir kısmını dışarıdan temin eden Türkiye‟de, özellikle son 15 yılda yenilenebilir enerji alanında ciddi gelişmelerin olduğu söylenebilir. Bu sektörde faaliyet gösterilmeye başlanıldığı 2002 yılında yenilenebilir enerji kaynakları kurulu gücü 12 bin 277 MW olan Türkiye‟nin 2016 yılı sonuna kadar hızlı bir gelişme kaydederek bu gücünü % 172 oranında artırıp 33 bin 352 MW‟a kadar çıkardığı görülmektedir. Yıl bazında bakıldığında ise bu kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisi üretimi 2002 yılında 34 milyar kWh seviyelerinde iken 2015 yılına gelindiğinde bu rakam 84 milyar kWh seviyelerine kadar gelmiş ve bu alanda çok ciddi bir ilerleme sağlanmıştır (ETKB, 2017).
Türkiye‟nin Ulusal Yenilenebilir Enerji Eylem Planı kapsamında 2023 yılı için öngörülen toplam enerji tüketimi 1,2 trilyon MWh olarak öngörülmekte ve bu tüketimin 252 milyar MWh‟lık kısmının kendi kaynaklarımızdan karşılanması düşünülmektedir. Bu ilerlemeler ışığında Türkiye‟nin 2023 yılında enerji ihtiyacının yaklaşık olarak üçte biri (1/3) yenilenebilir kaynaklardan sağlanacağı söylenebilir. Şuan için Türkiye‟nin enerjide dışa bağımlılığının yüzde 60 seviyelerinde olduğu söylenmektedir. Bu oranın ilerleyen dönemlerde daha da artabileceği göz önüne alındığında yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasını ve inşasını teşvik etmek kaçınılmazdır. Ayrıca mevcut olan bu enerji potansiyelinin de verimli kullanılması Türkiye için oldukça önemlidir. Enerji verimliliğinin artırılması kaynakların daha etkin bir şekilde kullanılması, az maliyetle çok işin yapılabilmesi ve güvenliğin oluşturulabilmesi çevreye verilen zararın minimize edilmesine de olanak sağlamaktadır. Türkiye‟de yenilenebilir enerji adına 2001 yılında çıkarılan kanunlar bu enerji kaynaklarının doğru kullanılması adına süreci başlatan bir etken olmuştur. Bugün de yenilenebilir enerji kaynaklarının verimli kullanımı için birçok düzenleme yapılmaktadır. Bu düzenlemelerin ana hedefi tahmin edileceği gibi enerji de dışa bağımlılığı en aza indirmektir. Şu an için Türkiye‟de elektrik enerjisi üretiminde ilk sıradaki kömür ve doğalgazın çok ciddi bir üstünlüğü bulunmakta, bunu barajlar ve hidroelektrik santraller izlemektedir. 2016 sonu verilerine göre güneş, rüzgâr, jeotermal enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimindeki payları ise hala yüzde 10‟u geçmemektedir. Bu üretim oranları Şekil 3.3‟de görülmektedir (ETKB, 2017). Genel olarak bakıldığında ise yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretimi henüz yüzde 35‟i geçmemiştir denilebilir.
Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) ülkeleri arasında yer alan Türkiye, elektrikte yenilenebilir enerjiyi kullanan ülkeler sıralamasında 13. sırada yer almaktadır. Yapılan bazı analiz ve çıkarımlar sonucu Türkiye hidroelektrik santralleriyle beraber 2023 yılında yenilenebilir enerjiden, genel ihtiyacının yaklaşık yüzde 30‟unu karşılayacağı düşünülmektedir (Karagöl ve Kavaz, 2017).
TEİAŞ‟ın tahmin verilerine göre 2023 yılında Türkiye‟nin elektrik ihtiyacı bugüne oranla iki katına çıkacak ve 500 milyar MW‟a yaklaşacaktır. Bu talebi karşılamak için yılda en az 100 bin MW kurulu güç sağlamak gerekmektedir. Aslında bu bir varsayım ve öngörüden ziyade olmazsa olmaz zorunluluklardan biridir.
3.1. Dünyada Yenilenebilir Enerji Ġle Ġlgili GeliĢmeler
IEA 2014 verilerine göre dünyada yenilenebilir enerjinin diğer enerji türleri içerisindeki payı (hidroelektrik dâhil) yaklaşık yüzde 20 olarak hesaplanırken, bu oranın 2016 yılında yüzde 22 olmuştur. 2020 yılında ise en az yüzde 26‟ya çıkacağı tahmin edilmektedir. Yani 2020 yılında dünyanın enerji ihtiyacının yaklaşık dörtte biri yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanacaktır. Başta Çin, ABD, Hindistan ve Japonya gibi fosil kaynaklara dahi muhtaç olan ve ihtiyaç duyduğu enerjiyi dışarıdan temin eden birçok ülke, yenilenebilir enerjiye dönük önemli yatırımlar gerçekleştirmektedir. Ayrıca yenilenebilir enerjinin akla gelebilecek bütün alanlarına ve başta teknolojisine yapılan yatırımlar ve devletlerin uyguladıkları destek politikaları bu alana olan ilgiyi daha da artırmaktadır. Bu sayede de üretim maliyetleri yüksek ve pahalı teknoloji gerektiren projelerin, maliyetleri azalmaya ve kullanımı yaygınlaşmaya başlamaktadır. Dünya genelinde yenilenebilir enerji alanında yaptıkları yatırımlar ile başı çeken ülkeler Çizelge 3.1 „de gösterilmiştir (Karagöl ve Kavaz, 2017). Çin 2017 yılı itibarıyla en çok yatırım yapan ülke konumundadır. Onu ABD, Japonya, Birleşik Krallık ve Hindistan takip etmektedir.
3.2. Türkiye’de Yenilenebilir Enerji
Türkiye yenilenebilir enerji potansiyeli açısından oldukça iyi bir konuma sahiptir. Ancak yenilenebilir kaynaklardan enerji üretimi noktasında aynı şeyleri söylemek pek mümkün değildir. Enerji potansiyeli ile bu potansiyelden yararlanabilme
arasındaki farkın fazla olmasının sebepleri arasında maliyet yüksekliği ve yasal düzenlemelerdeki eksiklikler gelmektedir.
Çizelge 3.1 Yenilenebilir enerji alanında faaliyet gösteren dünya genelinde ilk beş ülke
1 2 3 4 5
Yenilenebilir enerji ve yakıtlara olan yatırım
Çin ABD Japonya Birleşik Krallık
Hindistan Yenilenebilir enerji ve
yakıtlara olan birim GSYİH başına yatırım
Moritanya Honduras Uruguay Fas Jamaika Jeotermal enerji kapasite artışı Türkiye ABD Meksika Kenya Almanya/Japonya Hidroelektrik enerji kapasite
artışı Çin
Brezilya Türkiye Hindistan Vietnam Güneş fotovoltaik sistem
kapasite artışı
Çin Japonya ABD Birleşik Krallık
Hindistan Yoğunlaştırılmış güneş enerji
sistemleri kapasite artışı
Fas Güney Afrika
ABD Güneş kollektörü kapasite
artışı Çin Türkiye
Brezilya Hindistan ABD Rüzgâr enerjisi kapasite artışı Çin ABD Almanya Brezilya Hindistan Biyodizel üretimi ABD Brezilya Almanya Arjantin Fransa Etanol yakıt üretimim ABD Brezilya Çin Kanada Tayland
Türkiye‟nin yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimindeki kurulu güç kapasiteleri toplamı 2009 yılında 15,5 GW‟tır. Bu rakam 2015 yılı itibarıyla 31,7 GW seviyelerine gelmiş ve bu alanda kayda değer bir ilerleme sağlanmıştır (IEA, 2013). 2016 yılsonu verilerine göre Türkiye‟nin yenilenebilir enerji kaynakları toplam kurulu gücü 34,2 GW olarak kaydedilmiştir. 2017-2018 yıllarında da hızlı bir yükseliş gösteren kurulu güç kapasitesi 2019 yılı ocak ayı verilerine göre 40,864 GW olmuştur. Çizelge 3.2‟de görüleceği gibi 2019 yılı itibariyle yenilenebilir enerji kaynaklarında en büyük pay 28.118 MW ile hidroelektrik santral (HES)‟lere aittir (TEİAŞ, 2019) .
Türkiye‟de yenilenebilir enerji alanında yapılan yatırımlar her geçen gün daha da artmaktadır. 2014 yılında yapılan yatırım bir sonraki yıl yüzde 46 oranında artarak 2015 yılında 1,9 milyar dolar seviyelerine yükselmiştir. Türkiye bu yatırımları yaparak bu alanda Avrupa ülkeleri arasındaki Fransa, İngiltere ve Hollanda ile birlikte 1 milyar dolar sınırını aşan dört ülkeden biri olmayı başarmıştır. Buradan açıkça anlaşılıyor ki Türkiye özellikle son yıllarda bu alanda yaptığı yatırımlarla ön plana çıkan önemli bir ülke konumunu almıştır.
Şekil 3.4‟den görüleceği gibi 2017 yılında Türkiye‟deki toplam enerji kaynaklarının yaklaşık yüzde 32‟sini yenilenebilir kaynaklar oluşturmaktadır (TEİAŞ, 2019). Dünyada yenilenebilir enerji üretim sektörünün hızla arttığı göz önüne alındığında Türkiye‟nin çağın gereklerini ve piyasanın taleplerini dikkate alıp, bu
alanlarda hızlı bir gelişme kaydetmesi gerektiği yadsınamaz bir gerçektir. Bu doğrultuda devlet tarafından konulan hedefler çerçevesinde yenilenebilir enerji potansiyelleri değerlendirilip analiz edilerek yatırımlar o ölçüde yapılmalıdır.
Çizelge 3.2 Türkiye‟nin son yıllardaki elektrik enerjisi kurulu gücü
Yakıt Cinsleri 2018 Yıl Sonu Ġtibariyle 31 Ocak 2019 Sonu Ġtibariyle
Fuel-Oil + Nafta + Motorin 294 294
Yerli Kömür(Taş Kömürü + Linyit + Asfaltit)
10.203,50 10.403,50
İthal Kömür 8.793,90 8.793,90
Doğalgaz + Lng 22.437,80 22.437,80
Yenilenen Atık + Atıksı + Pirolitik Yağ 738,8 738,8
Çok Yakıtlılar Katı + Sıvı 697,1 697,1
Çok Yakıtlılar Sıvı + Doğalgaz 3.443,20 3.358,30
Jeotermal 1.282,50 1.302,50 Hidrolik Barajlı 20.536,10 20.567,50 Hidrolik Akarsu 7.747,70 7.783,70 Rüzgâr 6.942,30 6.946,80 Güneş 81,7 81,7 Termik (Lisanssız) 300,5 319,3 Rüzgâr (Lisanssız) 63,1 63,1 Hidrolik (Lisanssız) 7,6 7,6 Güneş (Lisanssız) 4.981,20 5.098,50 Toplam 88.551,00 88.894,10
Türkiye‟de önümüzdeki dönem yenilenebilir enerji politikaları ve enerji stratejileri şu şekilde sıralanabilir (SETAV, 2017)
• Fosil yakıtlara duyulan bağımlılığı ve bu yakıtların oluşturduğu riskleri en aza indirerek, yenilenebilir enerji kaynaklı üretimi teşvik etmek.
•Hidroelektrik santrallerde dâhil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarından yapılan üretimin payını en az yüzde 50 seviyelerine çıkarmak.
•Mevcut yapıdaki kaynakların verimini artırarak üretim miktarlarını azami seviyelere çıkarmak.
Güneş enerjisi:
İnsanlar güneş enerjisi sayesinde, ısınma ve elektrik elde etme ihtiyaçlarını doğrudan karşılamaktadır. Güneşin içerisinde, saniyede 564 milyon ton hidrojen, füzyon sonucu 560 milyon ton helyuma dönüşmektedir. Bu olay sonucunda kaybolan 4 milyon ton hidrojenin kütle karşılığı 386.000.000 EJ (eksa joule) enerji olarak açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan toplam enerji dünyanın ihtiyacının 1600 katından çoktur. Güneşte meydana gelen bu enerjinin milyarlarca yıl kesintiye uğramadan devam edeceği düşünüldüğünde, güneş enerji kaynağı olarak sonsuz bir güce sahiptir denilebilir (Çakar ve ark., 2009) Güneş enerjisi, tükenmediğinden, yenilenebilir olduğundan ve de en önemlisi bedava olduğundan, oldukça avantajlı bir enerji kaynağıdır.
Fosil yakıtların kullanımının olmazsa olmaz sonucu, çevre düşmanı olan karbondioksit (CO2) yayılımı (emisyonu) dır. Son yıllarda karbondioksit yayılımı sonucunda atmosferdeki miktar yaklaşık olarak 1,3 kat artmıştır. Fosil yakıtlar böyle kullanılmaya devam ederse önümüzdeki 50 yıl içerisinde, bu miktarın bu güne oranla 1,4 kat daha artacağı düşünülmektedir. Bilindiği gibi karbondioksit yayılımının yol açtığı sera etkisi dünya sıcaklığını ciddi ölçüde arttırmaktadır. Bu etki ile birlikte son yüzyıl içinde dünya sıcaklığı ortalama 0.7 0C yükselmiştir. Dünyanın genel sıcaklığının
1 0C yükselmesi, iklim kuşaklarında ciddi değişimlere, 3 0C yükselmesi de, göllerin kurumasına ve tarımsal kuraklığa yol açabilecektir. (Varınca ve Gönüllü, 2006).
Ülkemiz, coğrafi konumu sayesinde güneş enerji potansiyeli açısından dünya genelinde birçok ülkeden daha avantajlı durumdadır. Eldeki veriler ışığında Türkiye'nin yıllık enerji üretiminin yaklaşık 100 milyon MW olduğu kabul edilirse, bir saniyede dünyaya gelen güneş enerjisi, Türkiye'nin enerji üretiminin 1.700 katıdır. Devlet
Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİ) veri tabanında mevcut bulunan ve 1966-1982 yılları arasında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanan EİE, yaptığı çalışmada, Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresinin 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddetinin 1.311 kWh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğunu tespit etmiştir. Türkiye yıllık güneşlenme süresiyle Almanya‟dan yüzde 60 daha fazla güneş ışını alır. Ancak bu potansiyel, kurulu güç açısından bakıldığında aynı oranda karşılık bulmaz. Türkiye 2015 yılı kurulu güç kapasiteleri göz önüne alındığında Almanya‟nın sadece binde 6‟sı kadar üretim yapabilmiştir.
ġekil 3.5 Güneş enerjisi potansiyelinde Avrupa‟da ilk on ülke
Yapılan hesaplamalar doğrultusunda Türkiye‟nin güneş enerjisinden elektrik üretme potansiyeli en az 500 bin MW olarak tahmin edilmektedir (TEİAŞ, 2019). Sahip olunan diğer kaynaklarla kıyaslandığında güneş enerjisi Türkiye için en fazla potansiyele sahip enerji kaynağıdır. Bu potansiyel Avrupa ülkelerinin birçoğunun toplam potansiyelinden bile daha fazladır. Şekil 3.5‟de bu potansiyeller MW cinsinden gösterilmiştir (Karagöl ve Kavaz, 2017). Daha iyi anlaşılması için şöyle bir kıyaslama yapılabilir. Türkiye alanında kendisine en yakın ülkeler olan İspanya ve Fransa‟dan yaklaşık yüzde 30 daha fazla potansiyele sahiptir.
Türkiye‟de 2016 yılı ölçümleri itibarıyla elektrik enerjisi toplam kurulu gücü yaklaşık 79 bin MW olduğu gözlenmiştir. Bu veriler dikkate alındığında güneş
enerjisindeki potansiyelin üretime dönüştürülmesinin önemi bir kez daha anlaşılmaktadır (Bayraktar, 2016). Türkiye güneş enerjisi potansiyeli Şekil 3.6‟da görülmektedir (YEGM, 2018).
ġekil 3.6 Türkiye güneş enerji potansiyeli atlası
Türkiye‟nin 2014 yılında yaklaşık 40 MW dolaylarında olan güneş enerjisi kurulu güç kapasitesi 2015 yılında yüzde 519 artmış ve 249 MW‟a yükselmiştir. 2016 yılında ise bu rakam 830 MW seviyesine kadar çıkmıştır (ETKB, 2017). Güneş enerjisinin kurulu güç toplamı içerisindeki payı yaklaşık yüzde 1 civarındadır.
Şuan için enerjide dışa bağımlılık bitirilmek istense, Türkiye‟nin toplam elektrik ihtiyacını karşılayabilmek için 790 km uzunluğunda bir alanı güneş enerji panelleriyle kaplamak gerekir(Wwf, 2017). 2023 yılında öngörülen brüt elektrik talebinin 500 bin MW olacağı varsayımından hareketle, güneş enerji potansiyelinin tamamı kullanılabilirse bütün enerji ihtiyacı sadece güneşten sağlanabilir. Ancak mevcut imkân ve maliyetle bunun sağlanamayacağı açıktır. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı (ETKB) tarafından 2019 yılı için yapılan tahminlere göre güneş enerjisinde 3 bin MW‟lık elektrik üretimi gerçekleştirilmesi beklenmektedir. Bu rakamın 2023 yılında 5 bin MW‟a çıkarılması için çalışmalar devam etmektedir. Çizelge 3.3' de Türkiye‟nin aylık güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi dağılımı verilmiştir (Varınca ve Gönüllü, 2006).
Çizelge 3.3‟de görüldüğü üzere Türkiye‟nin güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süreleri en çok olan aylar doğal olarak Haziran, Temmuz ve Ağustostur. Çizelgede ayrıca Türkiye‟nin ortalama güneş enerjisinin 3,6 kWh/m2
-gün, ortalama güneşlenme süresinin ise 7,2 saat/gün olduğu görülmektedir.
Çizelge 3.3 Türkiye‟nin güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri
Aylar Aylık toplam güneĢ enerjisi GüneĢlenme
süresi
(kcal/cm2-ay) (kWh/m2-ay) (saat/ay)
Ocak 4.45 51.75 103 Şubat 5.44 63.27 115 Mart 8.31 96.65 165 Nisan 10.51 122.23 197 Mayıs 13.23 153.86 273 Haziran 14.51 168.75 325 Temmuz 15.08 175.38 365 Ağustos 13.62 158.4 343 Eylül 10.6 123.28 103 Ekim 7.73 89.9 214 Kasım 5.23 60.82 157 Aralık 4.03 46.87 280 Toplam 112.74 1311 2640
Ortalama 308.0 cal/cm2-gün 3,6 kWh/m2-gün 7,2 saat/gün Çizelge 3.4 ‟de görülmektedir ki Güneydoğu Anadolu bölgesi ve Akdeniz bölgesi Türkiye‟de en çok güneş alan bölgelerdir. En az güneş alan bölgeler ise Marmara ve Doğu Karadeniz‟dir (Varınca ve Gönüllü, 2006).
Çizelge 3.4 Türkiye'nin yıllık güneş enerjisi potansiyelinin 7 bölgeye göre dağılımı
Bölge Toplam ortalam a güneĢ enerjisi kwh/m2 -yıl En çok güneĢ enerjisi Haziran kwh/m2 En az güneĢ enerjisi Aralık kwh/m 2 Ortalama güneĢlenm e süresi saat/yıl En çok güneĢlenm e süresi Haziran saat En az güneĢlen me süresi Aralık Saat Güneydoğu Anadolu 1.460 1.980 729 2.993 407 126 Akdeniz 1.390 1.869 476 2.956 360 101 Doğu Anadolu 1.365 1.863 431 2.664 371 96 İç Anadolu 1.314 1.855 412 2.628 381 98 Ege 1.304 1.723 420 2.738 373 165 Marmara 1.168 1.529 345 2.409 351 82 Karadeniz 1.120 1.315 409 1.971 273 87
Yukarıda açıklanan bu veriler doğrultusunda Türkiye‟nin güneş enerji potansiyeli açısından oldukça zengin bir ülke olduğu söylenebilir. Bu potansiyeli en iyi şekilde kullanmak adına yerli üretimin artırılması için farklı teşvik sistemlerine ihtiyaç
duyulmaktadır. Ayrıca bununla orantılı olarak finansal şartlar iyileştirilmelidir. Bankalar teminat koşullarını, sigorta şirketleri de poliçe koşullarını düzenlemelidirler. En önemlisi de sektörde kalifiye iş gücüne fazlasıyla ihtiyaç vardır. Bu doğrultuda çeşitli eğitim ve düzenlemeler yapılmalıdır.
Rüzgâr enerjisi:
Rüzgâr yön ve hız olmak üzere iki parametre ile ifade edilir. Rüzgâr hızı yükseklikle doğru orantılı olarak artar. Rüzgârın teorik gücü hızının küpü ile orantılıdır. Rüzgâr enerji santrallerinin ilk yatırım maliyetleri yüksek, kapasite faktörleri düşüktür. Bu, rüzgâr enerji santralleri kurulurken göz önünde bulundurulması gereken bir durumdur. Rüzgâr enerji santrallerinin dezavantajları yanında üstünlükleri genel olarak şu şekilde sıralanabilir;
Hammaddesi yerlidir, dışa bağımlılık gibi bir durum söz konusu değildir.
Tesisin kurulumu ve işletilmesi göreceli olarak basittir.
Atmosferde bol ve serbest halde bulunur.
Kurulum maliyetleri günümüz enerji santralleriyle rekabet edebilecek düzeye gelmiştir.
Bakım ve işletme maliyetleri düşüktür.
İstihdam olanağı sağlar.
Temiz ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır.
Çevre dostudur.
Hammadde kaynağının zamanla fiyat artış riski yoktur (YEGM, 2019).
Türkiye rüzgâr enerjisi bakımından oldukça önemli bir konumdadır. Bunun en önemli sebebi ülkenin üç tarafının denizlerle çevrili oluşudur. İlgili kurumların ülke için hesapladığı rüzgâr enerjisi potansiyeli yaklaşık 88 bin MW‟tır. Bu potansiyelin büyük çoğunluğu Ege, Doğu Akdeniz ve Marmara bölgelerinde bulunmaktadır. OECD üyesi ülkeler arasında en yüksek rüzgâr enerji potansiyeline sahip olan ülke Türkiye‟dir. Ayrıca teknik potansiyel bakımından Almanya‟nın 7, İspanya‟nın ise yaklaşık 2 katı daha fazla potansiyele sahiptir. Türkiye elinde bulundurduğu bu potansiyeli etkin bir şekilde kullanırsa Almanya‟dan 7 kat daha fazla enerji üretecek kapasiteye sahip olacaktır. Ancak güneş enerjisinde de olduğu gibi toplam kurulu güç kapasiteleri
karşılaştırıldığında Türkiye, OECD üyesi olan bu ülkelerin çok gerisindedir. Örneğin Almanya‟daki kurulu güç Türkiye‟dekinden yaklaşık 8,5 kat daha fazladır.
Rüzgar enerjisinden faydalanma noktasında tek kriter tabi ki potansiyel değildir. Bunun yanında rüzgâr hızının da fazla olması gerekmektedir. Türkiye‟de bu hız ortalama 7,5 m/s olarak hesaplanmaktadır (MGM, 2017). Bu potansiyelin en genel hali Şekil 3.7‟de gösterilmiştir (YEGM, 2019).
Türkiye‟nin rüzgâr enerjisi kurulu gücündeki değişim Şekil 3.8 ‟de verilmiştir. Türkiye‟nin 2011 yılında 1806 MW‟lık rüzgâr enerjisi kurulu gücü varken bu rakam 2016 yıl sonu itibarıyla 6 bin 81 MW seviyesine ulaşmıştır (IRENA, 2018). 2017 yılında bu değer 6 bin 306 MW seviyelerinde iken 2018 yılına gelindiğinde işletmede olan rüzgâr enerji santrallerinin toplam kurulu gücü 7.005 MW olmuştur. Aynı yıl içerisinde rüzgâr enerjisinden elde edilen elektrik enerjisi miktarı 19,882 milyar kWh‟tir. Bu rakamın 2002 yılında 18,9 MW olduğu bilinmektedir. Bu da gösteriyor ki 16 yıl içerisinde rüzgâr enerjisinde hızlı bir ilerleme söz konusudur. Bu hızlı ilerleyiş devam ettiği sürece 2023 yılı için rüzgâr enerjisi toplam kurulu güç kapasitesi (20 bin MW) dolaylarında olacaktır denilebilir (Karagöl ve Kavaz, 2017).
ġekil 3.8 Türkiye‟nin rüzgâr enerjisi kurulu gücündeki değişim
Rüzgâr enerji potansiyelinin etkin kullanılamamasının bazı sebepleri vardır. Bu durumun başlıca sebepleri mali kısıtlar ve teknolojik eksikliklerdir. Bunlara ek olarak birtakım projelerin orman izinlerinin alınamaması, projelerde kamulaştırmaların yürütmeyi durdurma kararları ve bürokratik engellemelerin azaltılamaması, rüzgâr enerjisi ile elektrik üretiminin önündeki en temel sorunlardır.
Hidroelektrik enerjisi:
Su insanlık tarihi boyunca vazgeçilmez bir enerji kaynağı olmuştur. İnsanlar su gücünden yararlanmaya milattan önceki çağlarda başlamışlardır. Bütün enerji kaynaklarında olduğu gibi suyun hareketinin güneş enerjisinin fiziksel ve kimyasal etkisi sonucunda ortaya çıktığı bilinmektedir. Hidroelektrik enerjisinin kaynağı nehir sularıdır. Güneş enerjisinin etkisiyle yeryüzünde bulunan nehir, göl ve denizlerdeki sular buharlaşmaktadır. Buharlaşma neticesinde oluşan su buharı rüzgârın yardımıyla hareket edip atmosfer şartlarında yoğunlaşarak yağmur, dolu veya kar halinde yeryüzüne düşmektedir. Nehirlerin kaynağı da bu yağmur, dolu ve kar olarak adlandırılan yağışlardır. Bu döngü devam ettiği müddetçe hidroelektrik enerji kendini sürekli olarak yenileyen, çevre dostu bir enerji kaynağı olarak hayatımıza önemli bir katkı sağlayacaktır (Ültanır, 1995).
Şekil 3.9‟da hidroelektrik enerji santralinden elektrik üretimi yapan bir sistem gösterilmiştir (Ültanır, 1995). Hidroelektrik santralden enerji üretimi, suyun potansiyel enerjisini kinetik enerjiye dönüştürerek yapılmaktadır. Hidroelektrik santraller (HES) genel olarak ana bölüm ve suyun dışarı akışını sağlayan bölüm olmak üzere iki bölüme ayrılır. Baraj seti akarındaki su, su alma kapakları, tüneller, cebri borular, türbinler ve jeneratörler hidroelektrik santralin ana bölümünü oluşturur. Su türbinden geçtikten sonra dışarı aktığı kısım ise, transformatörler gibi yardımcı donanımlardan oluşmaktadır. Hidroelektrik santrallerde suyun potansiyel ve kinetik enerjisi suyun hareketinden elde edilmektedir. Barajdaki potansiyel enerjiye sahip suyun, kapakların açılmasıyla birlikte cebri boru içinden akmasıyla elde ettiği kinetik enerji ile türbini çevirmesi ile elektrik enerjisi üretimi için gerekli olan hareket sağlanmış olur. Bu hareket jeneratörün stator içinde bulunan rotorunun dönmesine ve bobinlerinde bir manyetik alan oluşmasına neden olur böylece elektrik enerjisi üretilir. Üretilen elektrik enerjisi, transformatörler yardımıyla yükseltilerek uzak mesafelere iletilmek üzere hazırlanır (Özbay ve Gençoğlu, 2009).
ġekil 3.9 Hidroelektrik enerji üretim sistemi
Türkiye‟nin hidroelektrik enerji potansiyeli dünya potansiyelinin teorik olarak %1'ine denk gelmektedir. Bu oran ekonomik yönden kıyaslandığında Avrupa potansiyelinin %16'sına tekabül eder. Türkiye‟de yenilenebilir enerji bakımından en önemli yeri tutan hidrolik kaynakların potansiyeli yaklaşık 433 milyar kWh olup teknik olarak değerlendirilebilir potansiyel ise 216 milyar kWh‟dir. Türkiye‟de hidroelektrik santrallerden elektrik üretiminin payı, 1980‟lerde %60 seviyesinde iken, 90‟lı yıllardan itibaren doğal gazın, 2000‟li yıllardan itibaren ithal kömürün elektrik üretmek amacıyla kullanılması 2014 yılına gelindiğinde bu oranı %16‟lara kadar düşürmüştür.
ġekil 3.10 Türkiye‟nin termik ve hidrolik santrallerden elektrik üretiminin gelişimi (GWh) Son 32 yılda üretilen enerji verileri incelendiğinde; termik santrallerden üretilen enerjinin toplam üretim içindeki payının %55‟in altına hiç düşmediği görülmektedir. Bu süre zarfında yıllık ortalama, %67,8 seviyelerinde iken 2001, 2007, 2008 ve 2009 yıllarında toplam elektrik üretiminin %80‟den fazlası termik santrallerde üretilmiştir. Bu değişim şekil 3.10‟da açıkça gösterilmiştir (DSİ, 2018). Türkiye‟de 2017 yılında 58,2 milyar kWh elektrik, hidroelektrik kaynaklarla üretilmiştir. 2018 Haziran ayı sonu verilerine göre, hâlihazırda faaliyette bulunan 27.912 MW'lık kurulu güce sahip, 636 adet HES, Türkiye‟nin bütün kaynaklarından elde edilen toplam kurulu gücünün %32'sine karşılık gelmektedir (ETKB, 2019).
Çizelge 3.5 Hidroelektrik Potansiyelin Proje Aşamalarına Göre Dağılımı
HES AĢaması Hes Adedi Toplam Kurulu Kapasite (Mw) Ortalama Yıllık Üretim (Gwh/Yıl) Toplamdaki Payı(%) İşletmede 596 26.819 93.653 59 İnşa Halinde 83 5.424 16.508 10 İnş. Henüz Başlamayan 639 15.330 48.383 31 Toplam 1318 47.573 158.544 100
Çizelge 3.5‟de görüleceği gibi hidroelektrik potansiyelin elektriğe dönüştürülmesi sırasında inşa edilen 26.819 MW kurulu gücün 12.380 MW‟ı devlet su işleri (DSİ) tarafından yapılmıştır (DSİ, 2018). Bu potansiyel göz önüne alındığında 47.573 MW‟lık kurulu gücü teşkil eden HES projelerinin, toplam kapasitesi 29.625 MW olan 1.150 adedi özel sektöre aittir. Bu projelerin 12.106 MW‟lık 454 adedi faaliyette, 3.504 MW‟lık 80 adedi ise hala inşa halindedir.
