T.C.
SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
GÜNEġ VE RÜZGÂR ENERJĠSĠ ĠLE ÇALIġAN SU POMPALAMA SĠSTEMĠNĠN
DENEYSEL ĠNCELENMESĠ Muharrem Hilmi AKSOY
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Makine Mühendisliği Anabilim Dalı
Temmuz-2011 KONYA Her Hakkı Saklıdır
TEZ BĠLDĠRĠMĠ
Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
DECLARATION PAGE
I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work.
Muharrem Hilmi Aksoy Tarih:22 Ağustos 2011
iv
ÖZET YÜKSEK LĠSANS
GÜNEġ VE RÜZGÂR ENERJĠSĠ ĠLE ÇALIġAN SU POMPALAMA SĠSTEMĠNĠN DENEYSEL ĠNCELENMESĠ
Muharrem Hilmi AKSOY
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı DanıĢman: Yrd. Doç. Dr. Faruk KÖSE
2011, 121 sayfa Jüri
Prof. Dr. Saim KOÇAK Doç. Dr. Ramazan AKKAYA
Yrd. Doç. Dr. Faruk KÖSE
Ülkemizde tarımda kullanılan birçok arazinin yakınından geçen ulaşılabilir bir elektrik hattı olmaması sebebi ile sulama kuyulardan, akarsulardan ya da sulama kanallarından dizel jeneratörler yardımıyla yapılmaktadır. Bu durumda sulama sırasında oldukça fazla miktarda enerji harcanmakta ve ürün maliyetleri artmaktadır. Bu çalışmada, güneş ve rüzgâr enerjisinden oluşan hibrit sistem ile elektrik üretimi yapan bir yenilenebilir enerji sisteminin tarımsal sulama amaçlı teorik ve deneysel araştırması yapılmıştır. Selçuk Üniversitesi Konya Teknokent bahçesine kurulan 1500 W kapasiteli rüzgâr türbini ve toplam 480 W kapasiteli 4 adet fotovoltaik panelden üretilen elektrik enerjisi, şarj kontrol cihazlarında regüle edilerek kapasiteleri 12V 200Ah olan toplam 4 aküde depolanmıştır. 24 Volt DC olarak tasarlanan sistemden üretilen elektrik enerjisi ile 2,5 m yeraltında bulunan sulama deposuna kurulan 300 W kapasiteli DC sürücülü dalgıç pompa tahrik edilmiştir. Deney süresince fotovoltaik panellerden ve rüzgâr türbininden üretilen elektrik enerjisi ile pompa tarafından tüketilen elektrik enerjisi değerleri kayıt edilmiştir. Ayrıca, rüzgâr hızı ve güneş ışınım şiddeti, pompalanan su miktarı ve pompa çıkış basıncı da anlık olarak ölçülerek ortalamalar halinde kaydedilmiştir. Türbin direği ile aynı yükseklikte 10,5 metrede anemometre ile ölçülen rüzgâr hızı Mayıs ayında 3,49 m/s, Haziran ayında 3,76 m/s, Temmuz ayında ise 4,66 m/s olarak gerçekleşmiştir. Temmuz ayında rüzgâr türbininden 3805 Wh elektrik enerjisi üretilmiştir. Yatayla 12° açı ile ve 0° güneye yönlendirilmiş piranometre ile günlük toplam ışınım değeri Haziran ayında 6480 W/m2gün, Temmuz ayında ise 7737 W/m2gün olarak ölçülmüştür. Fotovoltaik panellerden Haziran ayında günlük ortalama 2413 Wh, Temmuz ayında ise 2841 Wh elektrik enerjisi elde edilmiştir. Yapılan analizlerle, hibrit sistemle yıl boyunca rüzgâr türbininden 635 kWh, PV panellerinden ise 738 kWh elektrik üretilebileceği hesaplanmıştır. Ölçüm süresince rüzgâr türbini verimi ortalama %33,3, fotovoltaik panellerin hücre verimi %10,07 olarak bulunmuştur. Üretilen elektrik enerjisi ile DC pompa vasıtası ile Temmuz ayında günlük ortalama 44,1 m3
, ay boyunca toplam 1368 m3/gün su yaklaşık 2,5 m kot farkı oluşturacak şekilde pompalanmıştır. Ayrıca üretilen 24 V DC elektrik enerjisi, invertörde 220 V AC‟ye dönüştürülerek ölçümlerin kaydedilmesinde kullanılan 90 W gücündeki dizüstü bilgisayarda ölçüm süresince kullanılmıştır. Hibrit sistem ile pompalanan su doğal sulamaya ek olarak damla sulama yöntemi ile 12,4 da (dekar) şeker pancarı, 13,0 da patates, 13,6 da mısır, 31,4 da kavun tarlası için yetebilecek miktardadır.
Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, fotovoltaik piller, hibrit enerji, rüzgâr enerjisi, rüzgâr türbinleri, tarımsal sulama, yenilenebilir enerji.
v
ABSTRACT
MS THESIS
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF A WATER PUMPING SYSTEM DRIVEN BY WIND AND SOLAR ENERGY
Muharrem Hilmi AKSOY
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCEOF SELÇUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE INMECHANICAL ENGINEERING
Advisor: Assist. Prof. Dr. Faruk KÖSE 2011, 121 pages
Jury
Prof. Dr. Saim KOÇAK Assoc. Prof. Dr. Ramazan AKKAYA
Assist. Prof. Dr. Faruk KÖSE
Many of the land used in agriculture in our country doesn‟t have an electricity power line nearby. Therefore, the need for irrigation from wells, streams or irrigation channels are met by the help of diesel generators. In this case, a large amount of energy consumed during irrigation and it is increased product costs. In this study, a theoretical and experimental researches for agricultural irrigation purpose is completed for a renewable hybrid power generation system consisting of solar and wind energy. The hybrid electric production system consisting of 1500 W wind turbine and 4 pieces photovoltaic panels with total capacity of 480 W was established in the garden of Konya Selcuk University Technology Development Zone. The produced electricity was regulated by a charge controller device and stored at accumulators with a total capacity of 9600 Ah. Generated 24 V DC electricity was used to drive a 300 W DC-driven submersible pump placed in a water irrigation tank under 2,5 m depth of the earth surface. Generated electricity from both wind turbine and photovoltaic panels along with consumption of the pump were recorded with a datalogger during the experiment period. In addition, wind speed and solar radiation values were also measured and stored, separately. The amount of the pumped water and the output pressure of the pump in the pipeline were instantaneously measured and recorded. The monthly mean measured wind speeds by anemometer located at the same mass height with the wind turbine hub as 10,5m were found to be 3,49 m/s, 3,76 m/s and 4,66 m/s for May, June and July, respectively and 3.805 Wh electric energy produced in July by the wind turbine. The daily total radiation were measured as 6.480 W/m2day and 7.737 W/m2day for June and July, respectively with an pyranometer located at an angle of 12° oriented towards south from horizontal surface. The amount of the daily mean produced electricity from photovoltaic panels in June and July were found as 2413 Wh and 2841Wh, respectively. Total electric energy production of the hybrid system during the year is calculated as 635 kWh by the wind turbine and 738 kWh by the photovoltaic panels. Overall efficiency of wind turbine and cell efficiency of photovoltaic panels during the measuring period was calculated as 33,3% and 10,07%, respectively. The daily mean produced electricity of the hybrid system in July was used to pump 44,1 m3/day of water from 2,5 m dept water and totally 1368 m3 during the month. In addition, a control computer with 90 W during the experiment period was supplied by the produced electricity of the hybrid system powered with 24 V DC electric energy after converting 220 V AC. The pumped water amount with the hybrid system in July, can be enough to meet water need of the agricultural products that are 12,4 da of sugar beet, 13,0 da of potatoes, 13,6 da for corn and 31,4 for melon over natural raining with drip irrigation method.
Keywords: agricultural watering, hybrid energy, photovoltaic cells, renewable energy, solar energy, wind energy, wind turbines.
vi
ÖNSÖZ
Türkiye‟de toplam arazinin % 33,1‟i tarımsal amaçla işlenmektedir. Çoğu tarım ürünü için yağışlar yeterli olmamakta, kaliteli mahsul elde etmek için sulama gereksinimi duyulmaktadır. Sulama yapılan yerlerde şebekeden kullanılan elektrik veya dizel jeneratörler kullanıldığı yerlerde sulama maliyeti büyük boyutlara ulaşmaktadır ve çiftçilere fazladan masraflar oluşturmaktadır. Elektrik şebekesinin olmadığı yerlerde ise kullanılan dizel jeneratörler üreticiye yüksek enerji ve ürün maliyeti yanında çevre kirliliğine de neden olmaktadır.
Yenilenebilir enerji kaynakları ile elektrik üretimi ile ilgili farklı uygulamalar vardır. Tek başına kullanılan güneş enerjisi sistemleri periyodik olmayan saatler ve kış mevsiminde güneş ışınım yoğunluğunun düşük olduğundan dolayı sürekli bir güç kaynağı sağlayamamaktadır. Benzer durum yıl boyunca ve gün boyunca rüzgâr hızlarının büyüklüğünün önemli çalkantılarından dolayı tek başına rüzgâr enerji sistemlerinde sabit güç üretememektedir.
Hibrit sistemler aktif olmayan bir veya daha fazla güç kaynaklarının sürekli çalışmasını sağlamak için birden çok enerji kaynağının birlikte kullanılmasıdır. Alternatif hibrit enerji sistemini oluşturan rüzgâr enerjisi ve fotovoltaik panellerin kombinasyonu sistemin genel verimini iyileştirmektedir. Yapılan tez çalışmasında denenen hibrit sistemde güneş ve rüzgâr enerjisi ile tarımda önemli giderlerden biri olan sulamayı karşılamak amacı ile elektrik enerjisi üretilmesi önerilmiştir. Konya bölgesinde tarımsal sulamada kullanılan elektrik enerjisinin yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş ve rüzgâr enerjisi ile karşılanması durumunda; temiz enerji kullanmanın önemi vurgulanmış ve değerlendirilmiştir. Sistemin deneysel uygulaması Selçuk Üniversitesi Konya Teknokent bahçesinde yapılarak sonuçları paylaşılmıştır.
Tez çalışmasında değerlendirilen rüzgâr türbini ve panelleri temin ederek kullanılmasına izin veren Konya Teknokent A.Ş. Yönetim Kurulu Başkanı ve S.Ü. Makine Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof. Dr. Fatih M. Botsalı‟ya, deney düzeneğinin kurulmasında katkıda bulunan MPG Makine Genel Müdürü Veysel Alver‟e ve Solimpeks Enerji A.Ş. çalışanlarına, S.Ü. Yapı İşleri Daire Başkanlığı‟na, sonuçların alınması ve değerlendirilmesi sürecinde yardımcı olan Arş.Gör. Özgür Solmaz‟a, Bünyamin Küçükokka‟ya, Efe Can Gürkan‟a ve Sercan Yağmur‟a teşekkür ederim.
Tez konusunun belirlenmesinden, çalışmanın tamamlanmasına kadar her süreçte yardımcı olan ikinci danışmanım Doç.Dr. Muammer Özgören‟e, tezimin hazırlanmasında beni yönlendiren ve anlayışla her zaman destekleyen danışmanın Yrd.Doç.Dr. Faruk Köse‟ye teşekkür ederim.
Bu günlere gelmemde büyük emekleri olan, haklarını hiçbir zaman ödeyemeyeceğim Anne ve Babama, çalışmalarımda manevi desteğini ve hoşgörüsünü benden esirgemeyen eşim Zeynep Aksoy‟a ve oğlum Talha Esat Aksoy‟a teşekkür ederim.
Muharrem Hilmi AKSOY KONYA-2011
vii ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET ... iv ABSTRACT ... v ÖNSÖZ ... vi SĠMGELER VE KISALTMALAR ... ix 1. GĠRĠġ ... 1 2. KAYNAK ARAġTIRMASI ... 7 3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 17
3.1. Dünyada Enerji ve Elektrik Üretim Durumu ... 17
3.2. Türkiye‟de Enerji ve Elektrik Üretim Durumu ... 19
3.3. Yenilenebilir Enerji Kaynakları ... 25
3.3.1. Güneş enerjisi ... 27
3.3.2.Fotovoltaik paneller (Güneş panelleri) ... 30
3.3.3. Fotovoltaik güç hesaplamaları ... 36
3.3.4. Rüzgâr enerjisi ... 38
3.3.5. Rüzgâr türbinleri ... 41
3.4. Hibrit Enerji Sistemleri ... 46
3.4.1. Şarj regülâtörleri ... 47
3.4.2. Akümülatörler ... 48
3.4.3. İnvertörler (Eviriciler) ... 49
3.5. Tarımsal sulama ... 50
3.5.1. Bitki sulama ihtiyacının hesaplanması ... 52
3.5.2. Borularda basınç kaybı ... 53
3.6. Deney Düzeneği ... 54
3.6.1. Sistemin montajı ... 57
3.6.2. Rüzgâr türbini ... 61
3.6.3. Fotovoltaik paneller ... 63
3.6.4. Solar şarj regülâtörü ... 64
3.6.5. Solar datalogger ... 65 3.6.6. Batarya grubu ... 66 3.6.7. Rüzgâr hızı ölçümü ... 67 3.6.8. Rüzgâr datalogger ... 69 3.6.9. Güneş ışınım şiddeti ölçümü... 69 3.6.10. Güç analizörü ... 72 3.6.11. İnvertör ... 73 3.6.12. AC yükler ... 74 3.6.13. Dalgıç DC pompa ... 74
3.6.14. Pompa kontrol ünitesi ... 77
3.6.15. Debi ve basınç ölçümü ... 78
viii
4. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE TARTIġMA ... 81
4.1. Güneş ve PV Ölçüm Sonuçları ... 81
4.2. Rüzgâr ve Rüzgâr Türbini Ölçümleri ... 88
4.3. Hibrit Sistem ... 93
4.4. Pompa ve Debi Ölçümleri ... 95
4.5. Sulama İhtiyacı ... 99 4.6. Belirsizlik Analizi ... 101 4.7. Ekonomik Analiz ... 104 5. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 109 5.1. Sonuçlar ... 109 5.2. Öneriler ... 110 KAYNAKLAR ... 112 ÖZGEÇMĠġ ... 120
ix
SĠMGELER VE KISALTMALAR Simgeler
Kısaltmalar
Mtep :Milyon ton eşdeğer petrol TEP :Ton eşdeğer petrol
kWh :Kilovat saat MWh :Megavat saat GWh :Gigavat saat TWh :Teravat saat MW :Megavat GW :Gigavat PV :Fotovoltaik mmSS :milimetre su sütunu FF :Dolum çarpanı
Isc :Kısa devre akımı ( A ) Voc :Açık-devre gerilimi (V) αs :Güneşin geliş açısı (o) β :Beta açısı (o ) γ :Gamma açısı (o ) γs :Azimut açısı (o) δ :Denklinasyon açısı (o ) θz :Zenit açısı (o)
𝑃𝑃𝑉 :Fotovoltaik panel sisteminin ürettiği elektrik gücü (W) APV :Fotovoltaik panellerin alanı (m2)
Ig :PV yüzeyine gelen ışınım miktarı (W/m2)
𝜂PV :PV verimi
𝑃𝑅 :Rüzgâr gücü (W)
ρ :Hava yoğunluğu (kg/m3)
ART :Rüzgâr türbini kanatlarının süpürme alanı (m2)
V :Rüzgâr hızı (m/s)
Cp :Rüzgâr türbini verim katsayısı
Pm :Rotor gücü (W)
V0 :Rotor kanatlarına giren alt akıntı rüzgâr hızını (m/s)
I :Sulama İhtiyacı (mmSS) U :Bitki Su İhtiyacı (mmSS)
P :Yağış (mmSS)
$¢ :Dolarcent
x ETKB :Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı KOP :Konya Ovası Projesi
RT :Rüzgâr Türbini
IEA :Uluslararası Enerji Ajansı ABD :Amerika Birleşik Devletleri
AB :Avrupa Birliği
OECD :Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü ETKB :Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı YEK :Yenilenebilir Enerji Kanunu
GEPA :Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası DMİ :Devlet Meteoroloji İşleri
DC :Doğru Akım
AC :Alternatif Akım Rs :Hindistan rubisi Dekar :da
1. GĠRĠġ
Enerji, günümüzde hayatı devam ettirmek için gerekli olan en önemli unsurlardan biri haline gelmiştir. Dünyada enerji ihtiyacı her geçen gün artarken bilinen enerji kaynakları da hızlı bir Şekilde tükenmektedir. Ülkemiz için de benzer durum söz konusu olup, üretimin tüketimi karşılama oranı giderek azalmakta, enerji arzının sıkıntıya girmemesi için yabancı ülkelerle yeni enerji tedarik anlaşmaları yapmak kaçınılmaz hale gelmektedir. Dünya genelinde en büyük enerji tüketimi ve talebi iletim ve kullanım kolaylığından dolayı elektrik enerjisinedir. Nükleer enerji santrallerinin güvenlik problemleri ve konvansiyonel (kömür, petrol ve yan ürünleri) kaynakların kullanımı sonucu ortaya çıkan karbondioksit, metan, karbonmonoksit ve azotoksit gibi sera etkisine neden olan gazların atmosfere salınımıyla oluşan çevre kirliliği; araştırmacıları, bilim insanlarını, yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarını değerlendirmeye yöneltmiştir. Özellikle küresel ısınma ve iklim değişikliği konusunda mücadeleyi sağlamaya yönelik uluslararası tek çerçeve olarak ifade edilen Türkiye‟nin de aralarında bulunduğu Kyoto Protokolüne (Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi) imza atan ülkeler, konvansiyonel kaynakların kullanılmasına ciddi sınırlamalar getirmektedir. Son yıllarda, Avrupa Birliği ülkeleri, çevreci ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması için yeni enerji politikaları üretmekte ve bu yönde bazı kanuni zorunluluklar ve uygun teşvikler sunmaktadırlar.
İnsanların ihtiyaçlarının karşılanmasında ve gelişmenin sağlıklı olarak sürdürülmesinde gerekli olan enerji özellikle sanayi, konut ve tarım gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Ancak enerji; yaşantımızdaki vazgeçilmez yararlarının yanı sıra üretim, çevrim, taşınım ve tüketim esnasında büyük oranda çevre kirliliğine de yol açmaktadır. Bu zararlardan uzak olan yenilenebilir enerji kaynakları biyokütle, jeotermal, güneş, rüzgâr, hidrojen, hidrolik, gelgit ve dalga enerjisi şeklinde sınıflandırılmaktadır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarının başında rüzgâr ve güneş enerjisi gelmektedir. Kurulan konvansiyonel yakıtlı enerji üretim ve çevrim sistemleri ekolojik dengeyi büyük ölçüde etkiledikleri gibi sınırlar ötesindeki ekonomik dengelerin değişiminden de etkilenmekte, hatta enerji kaynağı bulunamayacak duruma gelmektedirler. Bu nedenle, küçük ölçekli üretim santralleri üretim, iletim ve güvenlik açısından daha elverişlidir (Anonim, 2002). Yenilenebilir enerji kaynakları ise küçük bir lambanın elektrik ihtiyacından büyük bir şehrin elektrik ihtiyacına kadar değişik kapasitedeki talebi karşılayabilecek aralıklarda kurulabilmektedir.
Ülkemizde elektrik üretiminin büyük kısmı Doğu ve Güney Doğu Anadolu bölgelerinde olmasına rağmen sanayi ve yerleşimden dolayı en fazla tüketim ülkemizin batı kısmındadır. Üretilen elektriğin iletim şebekesiyle uzun mesafeler taşınması %20‟lere varan şebeke kayıplarına neden olmaktadır. Tüketilecek elektriğin tüketim yerinde üretilmesi bu şebeke kaybını azaltacaktır (Anonim, 2005).
Enerji kaynaklarındaki fiyat artışlarına bakıldığında; 2000-2009 arasında petrol fiyatlarında %76, doğal gaz fiyatlarına %114, kömür fiyatlarında ise %136‟lık artışlar yaşanmıştır (Anonymous, 2010a). Dünyada artan enerji fiyatlarına rağmen özellikle fotovoltaik panellerin ve rüzgâr türbinlerinin fiyatları her geçen yıl azalmakta, üstelik verimlerinde de kayda değer artışlar görülmektedir. Mevcut fiyatlara göre ekonomikliği tartışma konusu olan bu kaynakların 5 yıl içerisinde bu kaygıları aşabilecek boyuta gelecektir.
Dünya genelinde enerji kaynakları olarak 2011 itibariyle petrol ve doğal gaz rezervlerinin dağılımına bakıldığında, kanıtlanmış petrol rezervlerinin bulunduğu en büyük rezervlere sahip 8 ülkenin sırasıyla, S.Arabistan, Kanada, İran, Irak, Kuveyt, Venezuela, Birleşik Arap Emirlikleri ve Rusya‟dır. Bu ülkeler dünya toplam rezervlerinin yaklaşık %70,9‟una sahiptirler. Doğal gaz rezervlerinin de yaklaşık %73‟ü Rusya Federasyonu, Eski Sovyet Cumhuriyetleri ve Ortadoğu ülkelerinde bulunmaktadır. Sadece Rusya, İran ve Katar bu rezervlerin %54,5‟ini elinde bulundurmaktadır. 2009 sonu itibariyle, dünya genelinde bir değerlendirme yapıldığında, mevcut kanıtlanmış petrol rezervlerinin 46, doğal gaz rezervlerinin 63, kömür rezervlerinin de 119 yıllık ömre sahip olduğu hesaplanmaktadır (Anonymous, 2011a; Anonymous, 2010b). Sadece belirli ülkelerin kontrolünde bulunan konvansiyonel kaynakların diğer ülkeler ve ülkemiz tarafından ithal ediliyor olması ekonomi açısından negatif etki oluşturmaktadır. Sürdürülebilir bir ekonomik ve sosyal kalkınma için enerji, ekonominin en temel girdisi olma özelliğini korumaktadır. İthalat bağımlılık oranının %72 seviyesinde olduğu ülkemizde tüketilen petrol ve doğalgazın neredeyse tümünü, kömürün ise beşte biri ithal edilmektedir. Bu bağlamda, ülkemizin dışa bağımlılığını azaltma için alternatif enerji kaynaklarının önemi büyüktür.
Güneş ve rüzgâr enerjilerinin elektrik enerjisine dönüştürülmelerinin önünde duran en büyük engel, sürekli ve sabit olmamalarıdır. Güneş enerjisi mevsimlere göre değişmekle beraber ancak günün üçte biri (Türkiye ortalaması 7,2 h/yıl) süresince elektrik enerjisine dönüştürülebilmektedir. Bunun yanında bilhassa Konya bölgesinde rüzgâr enerjisinde de durum farklı değildir. Selçuk Üniversitesi kampüs bölgesinde ve
Konya Teknokent Alanında yapılan ölçümlere göre rüzgâr hızı sabah ve öğlen saatlerinde düşük, diğer saatlerde daha yüksek olarak gerçekleşmektedir. Bundan dolayı, sadece rüzgâr veya sadece güneş enerjisinin yeterli olmadığı durumlarda hem rüzgâr ve hem de güneş enerjisini birlikte kullanarak elektrik üretimi yapan hibrit sistemler daha uygun olabilmektedir. Tek başına kullanılan güneş enerjisi sistemleri periyodik olmayan saatler ve kış mevsiminde güneş ışınım yoğunluğun düşük olduğundan dolayı sürekli bir güç kaynağı sağlayamamaktadır. Benzer durum yıl boyunca ve gün boyunca rüzgâr hızlarının büyüklüğünün önemli çalkantılardan dolayı tek başına rüzgâr enerji sistemlerinde sabit güç üretememektedir. Bu alanda yapılan teknolojik gelişmeler sonucunda, güneş enerjisinden elektrik üretmek için kullanılan ticari fotovoltaik panellerin (PV) verimleri ortalama %9-17 arasında değişmektedir. Rüzgâr türbinlerinin verimleri %20-%40 arasında değişmektedir. Özellikle coğrafik olarak elektrik dağıtımının çok zor olduğu bölgeler Fotovoltaik ve rüzgârdan oluşan hibrit sistemler kurularak elektrik ihtiyacının karşılanması ekonomik açıdan daha avantajlı olmaktadır. Hibrit sistem, birden çok güç kaynağının bir arada kullanılmasıdır. Bu sistemler kurulum yerine göre ve uygunluğa göre şebeke ile birlikte (on-grid), şebekeden bağımsız (off-grid) ve şebeke destekli (green-line) olarak uygulanabilmektedir.
Hibrit güç sistemleri enerji depolama gereksinimlerini azaltmak için de kullanılır. Alternatif hibrit enerji sistemini oluşturan rüzgâr enerjisi ve güneş enerjisinin kombinasyonu sistemin genel verimini iyileştirmekte ve enerji depolama gereksinimini azaltmaktadır. Toplam hibrit sistem çıktı gücü tek başına çalışan daha büyük bir sistemin tek başına güç üretim kapasitesinden daha küçük olabilmesine rağmen, enerji depolama cihazının (akü) boyutunu azaltılması ekonomik açıdan büyük önem taşımaktadır (Habib ve ark. 1999).
Tarım sektörü, ülke nüfusunun, zorunlu gıda maddeleri ihtiyacını karşılaması, sanayi sektörüne hammadde sağlaması sanayi ürünlerine talep yaratması, ulusal gelir ve ihracata katkıları ve işsizliğe karşı istihdam yaratma gibi özellikleri nedeniyle büyük öneme sahiptir. Tarım sektörü ulusal gelirin yaklaşık %15‟ini, istihdamın %45‟inı, ihracatın %14‟ünü oluşturması nedeniyle ekonomik olduğu kadar sosyal sektör olma özelliğini de taşımaktadır (Kıral ve Akder, 2000). Türkiye‟de toplam arazinin % 33,1‟i tarımsal amaçla işlenmektedir. Çoğu tarım ürünü için yağışlar yeterli olmamakta, kaliteli mahsul elde etmek için sulama gereksinimi duyulmaktadır. Sulama yapılan yerlerde şebekeden kullanılan elektrik veya dizel jeneratörler kullanıldığı yerlerde
sulama maliyeti büyük boyutlara ulaşmaktadır ve çiftçilere fazladan masraflar oluşturmaktadır. Elektrik şebekesinin olmadığı yerlerde ise kullanılan dizel jeneratörler üreticiye yüksek enerji maliyeti yanında çevre kirliliğine de neden olmaktadır. Tarımda doğal enerji kaynaklarının etkin kullanımı konusu, özellikle temel enerji üretimleri petrol ve türevlerine bağımlı olan ülkemizde son zamanlarda ön plana çıkmaktadır. Meteorolojik verilere ve ölçülen güneş ışınım değerlerine göre Konya bölgesinin iyi bir güneş enerjisi potansiyeline sahip olduğu söylenebilir. Bununla beraber Konya bölgesine kurulan rüzgâr ölçüm istasyonu sonuçlarına göre de bölgenin orta düzeyde yatırıma uygun rüzgâr potansiyeli olduğu da belirtilmektedir (Köse, 2008). Bu çalışma ile özellikle küçük boyutlu tarımsal işletmelerin sulama ihtiyaçlarını rüzgâr türbinleri ve güneş panelleri ile karşılanabilirliği durumu araştırılmıştır.
Tez çalışmasının Konya için yapılmasının önemi büyüktür. Konya ovasında kırsal kesimde, çiftçilik ve hayvancılık genel geçim kaynaklarındandır. İlde tarım sektörüne hububat tarımı egemendir. Bunun yanında meyvecilik ve sebze tarımı da yapılmaktadır. İlin 4.169.400 ha (hektar) mevcut alanının % 64‟ü (2.659.890 ha) tarım arazisi, % 17‟si (709.894 ha) çayır-mera, % 13‟ü (540.189 ha) ormanlık-fidanlık, % 6‟sı da (259.427 ha) tarım dışı arazilerden oluşmaktadır. Mevcut su potansiyeline göre sulanabilir arazi miktarı 1.652.762 hektar olup, halen 377.426 hektar arazi sulanmaktadır. Bu alan toplam tarım arazisinin % 14‟ünü oluşturmaktadır (Anonim, 2008a). Sulu tarıma dayalı çiftçiliğin maliyeti oldukça yüksektir. Bu maliyetin azaltılması amacıyla gerek yeraltındaki suyun çıkarılması, gerekse yeryüzündeki kanallardan veya nehirlerden akan suyun seviyesi yükseltilerek tarımsal ürünlerin sulanması amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanılabilir.
Kısa adı KOP olarak geçen ve Konya ilinde 10, Karaman ilinde ise 3 adet olmak üzere toplam 12 adet projeyi kapsamına alan Konya Ovası Projeler demeti ile bugüne kadar 347.081 ha alan suya kavuşturulmuş olup bu miktarın toplam 645.205 ha alana çıkarılması için çalışmalara devam edilmektedir. Kanallar ile dağıtımı yapılacak suyu tarlaya aktarmak için pompalama sistemleri kullanılacaktır. Ancak, su kanallarının geçtiği her tarlada elektrik olmayabilir. Bu durumda ilk tercih edilen jeneratör sistemleri olmaktadır. Ancak, bu sistemlerin de yakıt ve bakım maliyetleri oldukça yüksektir. Bu nedenle, tez çalışmasında deneysel olarak incelenen sistem KOP‟ta tarımsal sulamadaki elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanması amacı için de kullanılabilecektir. Ayrıca, üretilen elektrik sulama amacı yanında aydınlatma, soğutma, ısıtma, güvenlik ve elektrik ihtiyacı olan her yerde kullanılabilecektir.
Sulama; bitkilerin ideal gelişmesini sürdürebilmesi için gerekli olan ancak doğal yağışlarla karşılanamayan suyun bitkilere ölçülü ve kontrollü biçimde verilerek bitki kök bölgesinde kontrollü ve dengeli olarak depolanması şeklinde tanımlanır (Kara, 2005). Tarım arazilerinin şehir alanlarına göre daha geniş olmaları nedeniyle kurulacak elektrik dağıtım şebekesinin yatırım maliyeti yüksek olacaktır. Özellikle ülkemizde tarımsal sulama için teşvik verilse de elektrik fiyatlarının yüksek olduğu düşünülürse PV, rüzgâr türbini gibi ilk yatırım maliyetleri yüksek fakat işletme maliyetleri yok denecek kadar az olan yenilenebilir enerji kaynaklarının su pompalama amaçlı kullanımı uygun olacaktır. Dünyada Amerika başta olmak üzere birçok gelişmiş ülkede sulu tarım ve hayvancılıkta yenilenebilir sistemlerinin kullanımına son çeyrek asırda hız verilmiştir. Bu eğilim son on yılda Meksika, Hindistan, Brezilya ve Güney Kore gibi gelişmekte olan ülkelere de yansımıştır (Engin, 2004).
Konya ovası tarımsal ve ekonomik anlamda Türkiye‟nin önemli üretim bölgelerinden biridir. Konya bölgesi, Türkiye'nin tahıldan elde ettiği toplam gelirin %9,2'sini, baklagillerden elde ettiği toplam gelirin %6,2'sini ve endüstriyel mahsullerden elde ettiği toplam gelirin %8,5'ini sağlamaktadır. Tarıma uygun arazinin oldukça fazla olduğu ülkemizde, özellikle Konya bölgesinde tasarlanan sistemin kullanılabilirlik potansiyeli de oldukça yüksektir. Tez çalışmasında değerlendirilen hibrit sistem başta elektrik şebekesinin olmadığı arazilerde, tarlalarda, çiftlik evlerinde, yüzme havuzlarında, termal tesislerde, meyve bahçelerinde, seralarda su temin amaçlı kullanılabilir. Ayrıca, elektrik şebekesi olan; fakat temiz ve çevre dostu enerji ihtiyacı olan yerlerde, uygun yasal mevzuat oluşması halinde ihtiyaç fazlası elektriğin şebekeye satılıp gelir elde edilmesi ve elektrik maliyetinin düşürülmesi amaçları ile de kullanılabilir.
Bu tez çalışmasında öncelikle yenilenebilir enerji, PV-Rüzgâr hibrit sistemler ve pompalama sistemleri hakkında detaylı bir kaynak araştırması yapılarak ikinci bölümde derlenmiştir. Materyal ve yöntem bölümünün başında Dünya‟da ve Türkiye‟de enerji durumu, enerji kullanımı ve yenilenebilir enerji kaynaklarının durumu hakkında bilgiler verilmiştir. Ayrıca Türkiye‟nin enerji üretimi ve tüketimi ayrıntılı rakamsal veriler ile desteklenmiştir. Hesaplamalarda kullanılan dataların ölçülmesi, temin proses edilmesi, bir pompa sisteminin elektrik enerjisi ihtiyacının hesaplanması, fotovoltaik sistem ve rüzgâr türbininden verimleri ile ilgili formüller de materyal ve metot bölümünde verilmiştir. Kullanılan rüzgâr türbini, güneş panelleri, akü grubu, şarj regülatörü, pompa, datalogger, anemometre piranometre vb. tüm sistem elemanları, özellikleri,
uygulama alanı bilgileri de yine bu bölümde verilmiştir. Kurulan hibrit sistemin elektrik üretim bilgileri, rüzgâr hızı ve güneş ışınımı değerleri, pompalanan suyun debi ve basınç değerleri dördüncü bölüm olan araştırma sonuçları ve tartışma bölümünde detaylı olarak değerlendirilmiştir. Teorik ve deneysel sonuçlar ile yenilenebilir enerji kullanımının ekonomik analizi de yapılmıştır. Elde edilen veriler grafikler ve tablolar ile gösterilmiştir. Sonuç ve öneriler bölümünde ise elde edilen sonuçlar Konya ili için değerlendirilmiş, karşılaştırılmış ve gelecekte yapılması gereken çalışmalar için önerilerde bulunarak tez çalışması tamamlanmıştır.
2. KAYNAK ARAġTIRMASI
Bu çalışma ile ilgili yapılan literatür taramasında çoğunlukla hibrit veya tekil sistemlerden oluşan yenilenebilir enerji kaynaklarının uygulamaları ile ilgili çalışmalara rastlanmıştır. Kaynaklar genellikle sulama amaçlı rüzgâr ve güneş enerjisinin tek başına kullanımı ve hibrit sistemlerden elektrik elde edilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Hibrit elektrik üretim sistemlerinin sulama alanına uygulanması ile ilgili yapılan çalışmalar oldukça azdır. Ayrıca, hibrit enerji dönüşüm sistemleri üzerine yapılan çalışmalarda ise genellikle sistem optimizasyonu üzerinde durulmuştur. Yapılan kaynak araştırması neticesinde literatür özeti hazırlanmış ve son yıllarda yapılmış çalışmalar göz önüne alınarak tarih sırasına göre verilmiştir.
Mokeddem ve ark. (2011), yaptıkları deneysel çalışmada PV‟lerden üretilen elektriğin direk verildiği bir DC pompalama siteminin fizibilitesini yapmışlardır. Sistem 1,5 kW PV, DC motor ve santrifüj pompadan oluşmaktadır. Deneysel çalışma 4 ay boyunca yapılmış ve değişik iklim koşullarında ve ışınım miktarlarında incelenmiştir. Analizde pompa verimi %30‟u geçmemesine rağmen, şebekeden uzak ve özellikle düşük kot farkı bulunan yerlerde pompalama için oldukça elverişli olduğu görülmüştür. Sistemin bataryasız ve karmaşık elektronik sistemlere ihtiyaç duymadan çalışması da ayrı bir avantaj olarak vurgulanmıştır.
Türkay ve Telli (2011) yaptıkları çalışmada pilot bölge olarak seçilen İstanbul Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Fakültesinde şebeke bağlantılı ve şebekeden bağımsız yenilenebilir kaynaklarının kullanımını ekonomik açıdan değerlendirmiştir. Kullanılacak enerji kaynağı seçimi, optimum boyutlandırma ve hibrit sistemlerin işletme stratejisi için farklı senaryolar incelenmiştir. Sistemin simülasyonu, teknik ve ekonomik parametreleri hesaplamak için, bir güç optimizasyon programı olan Homer (Optimization Model for Electric Renewables NREL, ABD) kullanılmıştır. Araştırma sonuçları şebeke bağlantılı hibrit enerji sistemlerin bağımsız sistemlere göre daha avantajlı ve uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Bu çalışma yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ile üretilen enerjinin kullanımda kesintiye uğramaması için sistem boyutlarının büyük olması gerektiğini göstermiştir. Çalışmada aylık ortalama güneş ışınım şiddeti, bölgenin rüzgâr enerjisi kapasitesi ve ekipman maliyetleri değerlendirildiğinde PV, hidrojen ve şebeke bağlantısı ile oluşturulan hibrit sistemin en iyi çözüm olduğu görülmüştür. Bu sistemin birim elektrik maliyeti 0,307 $ / kWh olarak bulunmuştur.
Hibrit sistemlerin kullanımı ile ilgili yapılan diğer bir çalışmada (Dalton ve ark., 2011) elektrik şebeke bağlantılı 100 yatak kapasiteli bir otelde elektrik ihtiyacını karşılamada yalnız şebeke, yalnız rüzgâr enerjisi ve ikisinin birlikte kullanımı ile oluşturulan hibrit sistemin teknik ve ekonomik analizi yapılmıştır. Optimum hibrit sistem 1.8MW kapasiteli rüzgâr enerjisi şebeke bağlantılı sistem olarak bulunmuştur. Herhangi bir invertör veya akünün kullanılmadığı bu çözümde yenilenebilir enerjinin kullanım oranı %73 olmuştur. Analizi yapılan sistem ile yıllık toplam 3.800 ton CO2 gazı salınımının önüne geçileceği belirtilmiştir. Sistemin basit geri ödeme süresi ise 14 yıl olarak bulunmuştur. PV içeren çözümlerin ekonomik olabilmesi için fiyatların bugünkü değerlerinden en az %10 daha ucuz olması gerektiği de belirtilmiştir.
Gupta ve ark. (2011), elektrik şebekesinin olmadığı dokuz köyde elektrik ihtiyacının batarya depolama türünde hibrit sistemlerin optimal boyutlandırma ve tekno-ekonomik analizlerini yapmışlardır. Analizde en tekno-ekonomik çözüm 1,45 Rs/kWh (Rs: Hindistan Rubisi) ile mikro-hidro sistem bulunmuştur. En pahalı sistem 15,68 Rs/kWh ile tek başına fotovoltaik sistem olmuştur. (100 Hindistan Rubisi = 3,64 Türk Lirasıdır. 24.06.2011).
PV teknolojilerinden başlıca kullanım alanlarından bahsedilen bir diğer çalışmada (Parida ve ark., 2011), PV güç üretimi, hibrit sistemler, boyutlandırma, performans, enerji güvenliği ve kontrolüne genel bir bakış yapılmıştır. Ayrıca, PV sistemlerini farklı uygulama alanlarından uzay, deniz suyu arıtma, bina uygulamaları, su pompalama sistemleri üzerinde de durulmuştur. Çalışmada hibrit sistemlerin giderek artan bir kullanım alanı olduğu ve özellikle iki farklı yenilenebilir enerjiden oluşan sistemlerin çevre dostu olduğu belirtilmiştir.
Aksoy ve ark. (2010), bu tez çalışmasında da değerlendirilen Konya ilinde sulama amaçlı hibrit güç üretim sisteminin uygulanabilirliğini teorik olarak araştırmışlardır. Hesaplamalarında iki yıl boyunca oluşan 10 metre yükseklikteki rüzgâr hızlarını ve uzun yıllar boyunca ölçülen güneş ışınım verilerini kullanmışlardır. Hibrit sistemin yıllık 4080 kWh/yıl elektrik üretimi sağlayacağını hesaplamışlardır. Üretilen elektriğin derin kuyudan su pompalama amacıyla kullanılmasını değerlendirilmiş haziran temmuz ve ağustos aylarında günlük ortalama sırası ile 64,9 m³, 81,3 m³ ve 63,9 m³ suyun 50 metre derinlikten çıkarılabileceğini belirmişlerdir. Güneş-rüzgâr enerjisinden oluşan hibrit sistemin mevcut fiyatlarla maliyetinin yüksek olmasına rağmen düşük bakım maliyetine sahip, çevre dostu olduğunu belirtmişlerdir.
Erdoğan (2010), yaptığı yüksek lisans tez çalışmasında örnek bir binanın, ışınım zaman serileri metoduna göre saatlik dinamik ısı kazancı değerlerini hesaplamıştır. Antalya, Konya, Mersin, Muğla, Şanlıurfa gibi güneş ışınım potansiyeli yüksek illere ait (1997-2008 yılları arasında) sıcaklık, rüzgâr hızı ve ışınım şiddeti verileri DMİ‟den alınarak kullanmış, ısı kazancı değerleri hesaplanmıştır. 5 farklı şehirde değerlendirilen bir binanın soğutma ihtiyacını karşılamak için buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan hava-hava ısı pompasının termodinamik analizini yapmıştır. Kompresörün elektrik ihtiyacının güneş ve rüzgâr enerjisinden oluşan hibrit sistemden üretilen enerji ile karşılanmasını değerlendirmiştir. Farklı soğutucu akışkanlar (R134a, R410a ve R407), değişik buharlaşma (-5o
C, 0oC ve 5oC) ve yoğuşma sıcaklıklarının dış ortam sıcaklığından (10o
C, 15oC ve 20oC) yüksek olması durumları, izentropik verim, 5oC aşırı ısıtma, 5oC aşırı soğutma, buharlaştırıcıdaki ve yoğuşturucudaki basınç kayıpları da dikkate alınarak hesaplar yapılmıştır. Soğutma sistemi için gerekli elektrik enerjisi ihtiyacının farklı kombinasyonlar ile karşılanması durumları değerlendirilmiştir. Hesaplamalarda %17-20 PV verimi ve %30 rüzgâr türbin verimi olduğunu kabul etmiş ve elde edilen sonuçlardan seçilen beş il için sistemin kullanılabileceği görülmüştür. Bu tez çalışması sonuçlarını Özgören, Erdoğan ve ark. (2009a, 2009b, 2010a ve 2010b) ile yayımlayarak değerlendirmiştir.
Dursun ve ark. (2010), Ege bölgesindeki iller için fotovoltaik, rüzgâr türbini ve yakıt pili güç üretim sistemlerinin performansını araştırmışlardır. Güneş ve rüzgâr enerjisinin tüm dünyada en yaygın olarak kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları olduğunu vurgulamışlardır. Hesaplamalarında NASA‟nın atmosferik veri merkezinden aldıkları rüzgâr hızlarını kullanmışlardır. Rüzgâr ve Güneş enerjisi sistemlerinin meteorolojik şartlara bağlı yaygın olarak kullanılabileceğini, yakıt pilinin ise iyi bir destek sistemi olduğunu belirtmişlerdir.
Yapılan bir tez çalışmasında (Çetin, 2010), bir fotovoltaik-rüzgâr türbini-yakıt pili hibrit enerji sistemi ele alınmıştır. Çalışmada toplam 565 W gücünde 12 V DC karakteristikli yükler ile toplam 170 W gücünde 24 V DC karakteristikli yüklerin yer aldığı bir mikro DC dağıtım sistemi kurulmuştur. Sistem üzerinde bu yüklerin devreye alınması ile çeşitli elektriksel deneyler yapılmıştır. Yapılan deney sonuçları, hazırlanan Matlab benzetimi ile de karşılaştırılmıştır. Neticede DC enerji dağıtım sistemlerinin yenilenebilir hibrit enerji sistemlerinde kullanılabilirliği, AC sistemlere göre avantajlı yönleri ortaya konmuştur.
Yapılan bir diğer tez çalışmasında (Düzenli, 2010), güneş panelleri ile su pompalama sistemleri incelenmiş ve ekonomik açıdan da değerlendirilmiştir. Sistemde batarya kullanımının maliyeti artırdığı ancak, batarya kullanmadan da şebekeden bağımsız yerlerde bu sistemin kullanımının sulama ihtiyacına cevap vermediğini belirtmiştir. Hazırlanan tezde özellikle ekonomik analiz kısmında elde edilen veriler ışığında fotovoltaik sistem kullanımının jeneratörlü bir sisteme nazaran son derece ekonomik olduğunu ortaya konmuştur. Bununla birlikte detaylı bir inceleme ile bu sistemde birim elektriğe düşen fiyat şebeke elektriğinden fazla olduğu belirtilmiştir. Ancak, mevcut bazı dezavantajlara rağmen fotovoltaik sistemler, güneş enerjisinden enerji elde etmek son derece çevreci, nispeten temiz, güvenilir, orta vadede kendini amorti edebilen, kullanımı kolay ve güvenilir sistemler olduğu da ifade edilmiştir.
Nema ve ark. (2010), mevcut kullanıma alternatif oluşturabilecek telefon baz istasyonları için hibrit elektrik üretim sisteminin uygulanabilirliğini araştırmışlardır. İşletme ve bakım maliyetleri göz önüne alındığında hibrit sistemin geri ödeme süresinin 2–4 yıl kadar çok kısa süre olacağını belirlemişlerdir. Hibrit sistem kullanımı ile dizel yakıt kullanımının %70-80 oranında düştüğünü ve dolayısıyla CO2 salınımının azaldığı ifade etmişlerdir. Dizel sisteme göre hibrit sistemin daha az işletme ve bakım maliyetlerinin olduğu ve bunun yanı sıra hibrit sistemin çevre dostu olduğunu vurgulamışlardır.
Bekele ve Palm (2010), Etiyopya‟da elektrik şebekesi olmayan yerleşim yerlerine güneş ve rüzgârdan oluşan bir hibrit sistemden elektrik enerjisi tedarik etmenin fizibilite çalışmasını yapmışlardır. Addis Ababa şehri için sonuçları ayrıntılı Şekilde verip, diğer şehirler için diyagramlar kullanmışlardır. Toplamda 1.000 kişiyi kapsayan, 200 ailelik bir toplum modeline gerekli enerjinin nasıl sağlanacağını değerlendirmişlerdir. Elektrik enerjisi, aydınlatma, su pompalama, radyo alıcıları ve bazı ekipmanlarında kullanılmıştır. Analiz için, hibrit sistemlerin simülasyonunda kullanılan Homer (NREL, ABD) yazılımı kullanmışlardır. Analiz sonuçları, net bugünkü değer yöntemine göre sınıflandırılmış olası enerji arz sistemleri dikkate alınarak hesaplanmıştır. En optimum çözümde rüzgâr hızlarının etkisini gösteren hassas diyagramlar, PV maliyetleri ve dizel fiyatları verilmiştir. Dizel jeneratörlerin yanında rüzgâr ve güneş enerjisi sistemleri değişik oranlarda kullanımını incelenmiştir. İhtiyacın %51‟i yenilenebilir kaynaklarla karşılandığında birim enerji maliyeti 0.383 $/kWh, %81 yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılandığında 0.464 $/kWh olarak bulunmuştur.
Chen ve ark. (2010), rüzgâr ve güneş enerji üretim sistemlerini açıklamış, uygulamada başarı kriterlerini geliştirmeye çalışmışladır. Uygun bir güneş – rüzgâr hibrit enerji üretim projesi için, faydaları, maliyetleri ve riskleri ile birlikte analitik hiyerarşi sürecini oluşturmuşlardır.
Zhou ve ark. (2010), şebekeden bağımsız batarya depolamalı rüzgâr ve güneş enerjisinden oluşan hibrit enerji üretim sistemi simülasyonunu, optimizasyonunu ve kontrol teknolojilerinin mevcut durumunu incelemişlerdir. Bu alanda devam etmekte olan araştırmalara ve gelişmelere, sistem performansının geliştirilmesinde, çıktı tahmin tekniklerinin oluşturulmasında ve bu kriterlerin diğer enerji kaynaklarıyla veya geleneksel enerji kaynaklarıyla bir bütün haline getirilmesinde ihtiyaç duyulduğu sonucuna varılmıştır.
Köse (2010), tarafından tamamlanan tez çalışmasında; Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Merkez Kampus alanı içerisinde rüzgâr ve güneş enerjisinden oluşan şebekeden bağımsız ve şebekeye bağlı hibrit enerji sistemlerinden elektrik üretimi teorik olarak incelenmiştir. Bölgede rüzgâr ve güneş potansiyeline ilişkin daha önce yapılmış ve bunlar yayımlanmış olup elde edilen veriler kullanılmıştır. Oluşturulan hibrit enerji sisteminde kurulu gücü 1-10 kW arasında olan on adet şebekeden bağımsız, 15 kW ile 45 kW arasında altı adet şebekeye bağlı olmak üzere toplam 16 farklı senaryo oluşturulmuş, elektrik enerjisi üretimi araştırılmıştır. Hibrit enerji sisteminin kurulu güç kapasitesi, elektrik enerjisi üretimi, sistem yapısı ve maliyeti dikkate alınarak sistem bileşenlerinden invertör, şarj regülatörü, akümülatör, rüzgâr türbini ve güneş paneli seçimi yapılmıştır. Yıllık ortalama panele gelen güneş ışınımı dikkate alındığında güneş panelinin en uygun konumunun güney yönünde 30 o eğimli olacağını da belirtmiştir.
Paska ve ark. (2009) Varşova Teknoloji Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Enstitüsünde yaptıkları araştırmada hibrit elektrik üretim sistemlerinin birincil enerji kaynakları ile birlikte kullanımın en optimum çözüm olduğunu ortaya koymuşlardır. Yenilenebilir enerji sistemlerini kullanımındaki en büyük problemin yerel elektrik şebekesinin bu sistemler ile entegrasyonu olduğunu belirmişlerdir. Denenen farklı hibrit uygulamalarda (PV-rüzgâr, PV- fuel cell, rüzgâr-akü, şebeke-jeneratör) en ekonomik çözümün jeneratör destekli şebeke sistemi olduğunu bulmuşlardır. Ancak Yenilenebilir enerji sistemlerinin maliyetlerinde önemli bir azalma ve teknolojilerinde hızlı bir gelişim olduğunu, bunun da hibrit sistemlerin ekonomikliğinin ilerleyen yıllarda artacağı ifade edilmiştir. Bu çalışmada önerilen çözümde ülkesel bazda değişiklik gösteren petrol ürünleri fiyatının düşük olması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının ilk
kurulum maliyetlerinin yüksek olması bu sistemlerin ekonomik olmamasının başlıca nedenlerindendir.
Ekren ve ark. (2009), İzmir‟in Urla ilçesinde batarya depolama, başa baş noktası analizi ve iletim hattının uzunluğunu dikkate alarak bir fotovoltaik- rüzgâr hibrit enerji sisteminin optimum boyutlandırma işlemini göstermişlerdir. Hibrit enerji sistemi ve iletim hattının uzunluğu konularının ekonomik açıdan değerlendirilmesi için net bugünkü değer yöntemini kullanmışlardır. İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü kampüs alanındaki mobil iletişim baz istasyonu için elektrik ihtiyacını sağlamak amacıyla çalışmalarını yapmış olup tasarım parametreleriyle birlikte istatistik ve matematiksel metotların birleşimini kullanarak fotovoltaik-rüzgâr hibrit enerji sistemini optimize etmişlerdir. Sonuç olarak optimum fotovoltaik alanı, rüzgâr türbinin süpürdüğü alanı ve batarya kapasitesini sırasıyla 3,95 m2
, 29,4 m2 ve 31,92 kWh bulmuşlardır. Hibrit sistem maliyetini ise 37.034 Amerikan Doları olarak hesaplamışlardır. Eğer mobil iletişim baz istasyonu ile enterkonnekte şebeke arasındaki uzaklık 4.817 metreden fazla olursa, hibrit enerji sisteminin kurulmasının elektrik ağından daha ekonomik olduğunu göstermişlerdir.
Setiawan ve ark. (2009), saat 07:00-16:00 arasında güç talebi fazla olan, bir içme suyu tuz arıtma tesisinin elektrik ihtiyacını karşılamak için, hibrit bir sistem tasarlamayı düşünmüşler. PV/rüzgâr türbini/dizel/akü içeren konfigürasyonlar arasında bu bölge için rüzgâr türbini ve dizel jeneratörden oluşan sistem en optimum sistem olarak bulunmuştur. Buradaki inceleme sonucunda rüzgâr türbini/dizel jeneratörden oluşan sistemin birim enerji maliyetini 0,437$/kWh, bu sistemde, üretilen enerjinin %80‟ninin dizel jeneratörden ve %20‟sinin ise rüzgâr türbininden karşılandığı belirlenmiş, geri ödeme süresi de 11 yıl olarak bulunmuştur.
Liu ve Wang (2009), Çin‟in enerji yapısının mevcut durumunu değerlendirdikleri çalışmalarında Çin‟deki rüzgâr ve güneş enerjisi uygulamalarını tanımlamışlardır. Merkezi ve yerel yönetim politikalarının karşılaştıkları engelleri açıklamışlardır. Sadece güneş veya rüzgâr enerjisi sağlanmasının hava ve iklim koşullarındaki değişimlerin doğru olarak tahmin edilemediğinden dolayı elektrik enerjisi üretiminin doğru olarak hesap edilemediğini belirtmişlerdir. Güneş ve rüzgâr enerjisinden oluşan hibrit sistemlerin yol aydınlatması, sulama için pompalama enerjisinin sağlanması uygulamalarını analiz etmişlerdir.
Nandi ve Ghosh (2009), ortalama toplam günlük tüketimi 169kWh olan 120 köy evinin bulunduğu bir bölgenin elektrik ihtiyacını, şebekeden bağımsız hibrit bir sistem
ile karşılamayı değerlendirmişlerdir. Rüzgâr türbini/PV/akü, rüzgâr türbini/akü ve PV/akü‟den oluşan 3 farklı sistem arasında, paranın bugünkü değeri (NPV) ve enerji maliyeti değerlerine göre karşılaştırma yapmışlardır. Yapılan hesaplamalar sonucu en düşük NPV 319.132 $ değerine sahip olan, RT/PV/akü sistemi olarak bulunmuş. Ayrıca birim enerji maliyeti de 0,363 $/kWh olarak bulunmuştur. Bu değerlere en yakın sistem ise 461.600 $ ve 0,525 $/kWh değerleri ile PV/akü sistemi olarak hesaplanmıştır.
Kaya (2009), yüksek lisans tez çalışmasında; rüzgâr enerjisinin sulama amaçlı kullanılabilirliği ile ilgili deneysel bir rüzgâr türbini ve değişken stroklu pistonlu pompa tasarım ve imalatını yapmıştır. Kurulan deney düzeneği ile doğal şartlarda suyun düşük kotlu bir ortamdan daha yüksekteki bir depoya pompalanması sağlanarak, sistemin performansı araştırılmıştır. Sistem veriminin piston strokuna ve rüzgâr hızına bağlı olarak % 4 - % 13 arasında değiştiği bulunmuştur.
Bir orta Amerika ülkesi olan Guatemala‟da Granich ve Elmore (2009), yaptıkları çalışmada, derin kuyudan paralel pompa sistemi ile yüksek bir depoda biriktirilen su ile evlerde su gereksinimi karşılanmasını incelemişlerdir. Çalışmada kullanılacak güneş ve rüzgâr enerjisi değerleri için 1 senelik ölçümler yapmışlardır. 216 W güneş paneli ile ayda ortalama 26 kWh enerji elde etmişler ama bu paralel pompaların ihtiyacı için yeterli olmamıştır. Analiz sonucunda güneş paneli ve rüzgâr türbininin evlerde su temini amaçlı kullanılmasının, mevcut elektrik fiyatlarına göre ekonomik olmadığını ancak elektrik şebekesi olmayan yerlerde bu sistemin şebeke hattı çekilmesi yanında ekonomik olabileceği sonucuna varmışlardır.
Cezayir‟in altı farklı kırsal bölgesinde elektrik ihtiyacını karşılamak için şebeke bağlantısı olmayan rüzgâr, güneş ve dizel jeneratör ile elektrik ihtiyacının karşılanabilirliği Koussa ve ark. (2009) tarafından incelenmiştir. Sistemin optimizasyonu için Matlab programını kullanmışlardır. Farklı bölgelerde aynı kurulu kapasite için yapılan çalışmalarda yenilenebilir enerji kalitesi arttıkça ilk kurulum maliyetinin düştüğünü bulmuşlardır. Rüzgâr hızı yüksek olan yerlerde enerji ihtiyacının yarısından fazlasının rüzgâr türbini ile karşılanabileceği sonucuna da ulaşılmıştır.
Ramos ve Ramos (2008), kırsal kesimlerde kuyulardan pompa ile su çekilmesinde gerekli olan elektriğin güneş panelleri ile karşılanmasını incelemişlerdir. Özellikle Afrika, Kuzey Asya ve Latin Amerika ülkeleri gibi gelişmekte olan ülkelerde bu sistemin kullanım alanının çok daha fazla olduğunu vurgulamışlardır. Su tüketimi 100 l/gün olduğu 10 ailenin yaşadığı ve 100 metre derinlikteki kuyudan 10 metre
yükseklikteki depoya pompalanan su düşünülerek tasarım yapılmıştır. Yatırım maliyeti 3019 € olan tasarımda su maliyeti 1.07 €/m3
bulunmuştur.
Himri ve ark., (2008), Cezayir‟in güneybatısında şebekeden bağımsız hibrit enerji sisteminin teknolojik ve ekonomik değerlendirmesini yapmışlardır. Homer (NREL, ABD) ile enerji üretimini, ekonomik ömür maliyetini, sera gaz emisyonlarını belirmeyi amaçlamışlardır. Bu senaryoda rüzgâr hızının 5 m/s„den az olduğunda simülasyonda kullanılan mevcut dizel fiyatlarıyla uygun bulmuşlardır. Rüzgâr hızı 5,48 m/s‟den ve yakıt fiyatları 0,162 $/lt‟den daha fazla olduğunda rüzgâr-dizel hibrit enerji sisteminin uygun hale geldiğini tespit etmişlerdir.
Diaf ve ark. (2008), yaptıkları çalışmada, Korsika adasında 5 farklı bölgede incelemeler ile bir güneş/rüzgâr hibrit elektrik üretim sisteminin tasarım boyutlarını ve tekno-ekonomik optimum şartlarını, yaptıkları benzeşimle belirlemişlerdir. Benzeşimi yapılan hibrit sistem performansının, sadece rüzgâr veya güneş enerjili sisteme göre daha yüksek olduğunu ifade etmişlerdir. Rüzgâr potansiyelinin yüksek olduğu bölgelerde üretilen toplam gücün %40‟nın, rüzgâr potansiyelinin düşük olduğu bölgelerde ise %20‟sinin rüzgâr enerjisinden sağlandığını belirlemişlerdir. Bunun yanında üçüncü bir güç kaynağının (dizel jeneratör) sistemi kesintilere karşı koruyabileceğini de eklemişlerdir.
Yapılan diğer bir çalışmada (Mahmoudi ve ark., 2008), güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını birleştiren sistemlerin kullanımının artan bir eğilimle devam ettiği belirtilmiştir. Bu sistemlerin, petrol kaynaklarının yerine kullanılması ile küresel ısınmanın hızının azaltılabileceğini belirtmişlerdir. Hibrit sistemin en büyük avantajı, güneş ve rüzgâr enerjisinin birlikte kullanımı ile sistemden üretilen enerjinin güvenilirliğini ve sürekliliğini artırdığı ifade edilmiştir. Çalışmada Umman körfezinde rüzgâr ve güneş enerjisi değerlerini saatlik olarak ölçebilecek bir istasyon kurulmuş, bölgedeki bir sera için gerekli su ihtiyacının güneş ve rüzgâr enerjisinden üretilen elektrik ile deniz suyunu arıtarak karşılandığı bir fizibilite çalışması yapılmıştır. Ölçüm yaptıkları sera boyutları 16m genişliğinde ve 60m uzunluğunda ve günlük su kullanımı 297 litredir. Seranın saat 9:00-17:00 arasında toplam kullandığı suyun %98‟ini kullandığını belirtmişler ve bu zaman aralığının rüzgâr hızı ve güneş ışınımının yoğun olduğu sürelere karşılık geldiğini ifade etmişlerdir. Değerlendirilen sistemin teknik olarak mümkün ve avantajlı olduğunu belirtmişlerdir.
Glasnovic ve Margeta (2007), güneş enerjisi ile çalışan bir sulama sistemi optimizasyonu için bir matematiksel model oluşturmuşlar ve Hırvatistan‟da iki farklı
bölge için ışınım değeri, iklim koşulları, sulama yöntemleri, ekilen bitkileri de dikkate alarak boyutlandırmışlardır. Osijak bölgesi için kritik sulama zamanı ağustos ayının ikinci yarısında ortalama günlük sulama ihtiyacı 15,6 m3/h, Split bölgesinde kritik sulama zamanı temmuz ayının son on gününde sulama ihtiyacı 26,3 m3
/h olarak bulunmuştur. Çalışma neticesinde güneş enerjisinin sulama için kullanılabileceği fakat güneşlenme süresinin değişkenliği nedeni ile yalnız başına optimum bir çözüm olmadığı sonucuna varmışlardır.
Vick ve Clark (2006), hayvansal sulama için küçük çapta rüzgâr türbinlerinin ses ve performans analizini yapmışlardır. Çalışmada iki farklı türbin rotor çapı (2,77m ve 3 m) üç farklı derinlikte (50m, 75m ve 100m) denenmiştir. Çalışmada kullanılan helisel pompanın verimi santrifüj pompa ve pistonlu pompaya göre daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca, ses şiddeti küçük çaplı türbin için maksimum 80 desibel büyük çaplı türbin için de maksimum 85 desibel bulunmuştur.
Bir diğer araştırmada, (Engin ve Çelik, 2005) güvenlik aydınlatması yapacak güneş-rüzgâr hibrit enerji üretim sistemi boyutlandırılmıştır. Boyutlandırılan sistem kurularak bir yıl boyunca güneş gözesi, rüzgâr türbini, batarya gurubu, şarj regülâtörleri ve invertörün performans değerleri ölçülmüştür. Ölçümlerden elde edilen veriler kullanılarak üretilen enerjinin kaynaklara göre dağılımı, sistemin verimi, güvenirliği ve tüketilen enerjinin birim maliyeti hesaplanmıştır. Hibrit enerji sistemi tarafından üretilen enerjinin tüketiciye maliyeti 0,89 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Sistemin bu yüksek birim fiyatı ile ulusal elektrik dağıtım şebekesinin bulunduğu yerlerde kullanılması mümkün olmadığı da belirtilmiştir.
Konya‟da yapılan bir çalışmada Köse ve Özgören (2005), Selçuk Üniversitesi Alaeddin Keykubat Kampüsü bölgesindeki Yüv tepede kurulan rüzgâr ölçüm istasyonunda yapılan ölçümler değerlendirilerek, üç farklı marka ve yedi değişik tipteki türbin için ekonomik analiz yapılmış ve basit geri ödeme sürelerini bulmuşlardır. Rüzgâr enerjisi santralinin maliyet analizinde geri ödeme süresinin 5,21-6,37 yıl arasında değiştiğini hesaplamışlardır. Ayrıca yenilenebilir enerji kullanımı ile elektrik üretiminin yaygın olarak gerçekleştirilmesinin, milli ekonomiye azımsanmayacak oranda katkı sağlanabileceği belirtilmiştir.
Elhadily ve Shaahid (2003), yıllık ortalama enerji ihtiyacı 620.000 kWh olan iş merkezinin enerji ihtiyacını hibrit bir enerji üretim sistemi ile karşılamayı düşünmüşlerdir. Yapılan araştırmada o bölge için, 30 adet 10 kW rüzgar türbini, 150m2 boyutunda PV, 3 günlük ihtiyacı karşılayacak akü grubu, toplam ihtiyacın %17‟lik
kısmını karşılayacak dizel jeneratör optimum sistem olarak bulunmuştur. Ayrıca, bu çalışmada akü grubunun sistemden çıkarılmasının dizel kullanımına etkileri de araştırılmış ve dizel kullanımının %38‟lere ulaştığı görülmüştür.
Türkiye‟nin batı ve güney bölgelerinde Nisan-Kasım ayları arasında sadece güneşten elektrik enerjisi üreten sistem için gerekli güneş enerjisi bulunmasına rağmen kış aylarında yardımcı kaynak kullanılması gerektiği vurgulayan Engin ve ark. (2001), bu açığın rüzgâr potansiyeli yüksek olan yerlerde rüzgâr enerjisi ile tamamlanabileceğini belirtmişlerdir.
Elhadidy ve Shaahid (1999) Suudi Arabistan‟ın doğusunda, Basra körfezine kıyısı olan Zahran şehrinde rüzgâr-güneş-dizel hibrit sisteminin yıllık 41.500 kWh elektrik üretebilmesi için gerekli fotovoltaik kurulu gücünü, rüzgâr türbini sayısını ve batarya depolama kapasitesini belirlemişlerdir. Buna göre, iki adet 10 kW rüzgâr türbini, 30 m2
alana sahip güneş paneli ve yük talebinin %23 karşılamak zorunda olan dizel sistemden oluştuğunu göstermişlerdir. Bununla birlikte batarya depolama çıkarılacak olursa, yükün %48‟inin dizel sistemden sağlanması gerektiğini tespit etmişlerdir.
Yukarıda özetlenen çalışmalarda görüldüğü gibi sulama ve su pompalama alanlarında sadece rüzgâr enerjisi veya güneş ile çalışan sistemlerin üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Az da olsa hibrit sulama sistemi ile ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır. Ancak hibrit sistem ile pompalanan suyun ne kadar alana yeteceği üzerine bir çalışmaya rastlanmamıştır. Benzer alanda yapılan çalışmaların çoğu da deneysel uygulama değildir. Hibrit sistemler üzerine yapılan çalışmalar ise çoğunlukla elektrik ihtiyacının karşılanabilirliği ve enerji güvenliği üzerinedir. Bu çalışmada; Konya Teknokent bahçesine kurulan sistem ile tarımsal sulamada derin kuyudan pompalanan su miktarı ölçülmüştür. Depolanan su miktarının, değişik bitkiler için ne kadar ekili alana yeterli olduğu araştırılmış ve sistemin kullanılabilirliği değerlendirilmiştir.
3. MATERYAL VE YÖNTEM
Konvansiyonel kaynaklar olarak nitelendirilen fosil yakıtlar kolayca başka formlara dönüştürülerek enerji ihtiyacı giderebilir. Ancak, bu enerji kaynaklarının sınırlı ömürlerinin kalması, artan fiyatları ve çevreye olumsuz etkileri enerji güvenliği ve doğa için kaygılara neden olmaktadır. Bu durum bilim insanlarını yeni enerji kaynaklarını araştırmaya yöneltmiştir. Özellikle 1974 enerji krizinden sonra bütün dünyada bu alandaki çalışmalara daha çok ağırlık verilmiştir ve günümüzde de çalışmalar devam etmektedir. Bu alanda üzerinde en çok çalışılan enerji kaynakları ise güneş ve rüzgâr enerjisidir. Günümüzde enerji ihtiyacının karşılandığı kaynakların artan enerji ihtiyacına cevap verebilmesi yıllarla sınırlı görünmektedir. Dünya yakıt ihtiyacının giderek artmakta olduğu bunun yanı sıra sıvı ve gaz yakıtların yıllık üretimleri düşmeye başladığı bilinmektedir. Artan enerji ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaştırılmalıdır.
Tarımda kaliteli ürün yetiştirmek için Dünyanın birçok yerinde sulama gerekmektedir. Tarıma elverişli tüm toprakların kullanılması da artan dünya nüfusu için önem arz etmektedir. Ancak, tarımda kullanılan her alana elektrik şebekesi kurulması da maddi açıdan çok büyük bir külfettir. Bu nedenle, şebekeden bağımsız (off-grid) Şekilde de çalışabilen hibrit sistemler bu soruna etkili, ekonomik ve sürekli bir çözümdür.
3.1. Dünyada Enerji ve Elektrik Üretim Durumu
Enerji, hayat kalitesini artıran, sosyal ve ekonomik ilerlemeyi destekleyen en önemli faktördür. Günümüzde dünya nüfusunun %20‟sinden fazlasını teşkil eden yaklaşık 1,4 milyar insan halen elektrikten mahrumdur. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) projeksiyonları bu durumun uzun dönemde de devam edeceğini ve 2030 yılında da %87‟si kırsal bölgede yaşayan yaklaşık 1,2 milyar insanın elektriksiz yaşamaya devam edeceğini göstermektedir. Bu durumun önüne geçilmesi için 2030 yılına kadar ilave yıllık 36 milyar $ harcama yapılmasına ihtiyaç bulunmaktadır (Anonymous, 2010a).
Yapılan projeksiyon çalışmaları mevcut enerji politikalarının devamı halinde, 2035 yılında dünya enerji talebinin, ortalama yıllık %1,4‟lük artışlarla, 2008 yılına göre % 47 (12,271 Mtoe‟den 18,048 Mtoe‟ye) daha fazla olacağına işaret etmektedir. 2015-2035 yılları arasında Çin‟in, dünyanın en fazla enerji tüketen ülkesi konumunda olacağı,
2035 yılında Hindistan‟ın sırasıyla Çin, ABD ve Avrupa Birliği‟nin ardından dördüncü büyük enerji tüketicisi olması beklenmektedir. Söz konusu dört büyük tüketici, 2035 yılına gelindiğinde dünya toplam enerji arzının %55‟ini tüketmekte olacaktır. Bu talep artışının sürdürülebilir koşullarda karşılanabilmesi için ise enerji sektöründe yaklaşık 33 trilyon ABD Doları (2009 rakamlarıyla) değerinde yatırım yapılmasına ihtiyaç duyulduğu hesaplanmaktadır (Anonymous, 2010c).
Türkiye‟nin girmeye aday olduğu Avrupa Birliği (AB) ülkelerinde enerji talebi artışı 2000-2008 döneminde düşük hızlarda seyretmiştir (yıllık ortalama %0,5). Bu eğilimin devam edeceği ve 2035 yılına kadar yıllık ortalama %0,2 oranlarında artışlar yaşanacağı beklenmektedir. AB genelinde birincil enerji arzında 2007 yılında %53 düzeyinde olan ithalat bağımlılığı oranının 2030 yılına kadar olan dönemde %59,1‟e ulaşması beklenmektedir (Anonymous, 2010d; Anonymous, 2010e).
Tüm dünyada son 25 yılda, talebin özellikle elektrik enerjisine yoğunlaştığı gözlemlenmektedir. Elektriğin 2035 yılına kadar en hızlı büyüyen (%2,5) son kullanıcı enerji formu olması, nihai enerji tüketimindeki payının 2008‟deki %17 düzeyinden 2020‟de %20‟ye, 2035‟te ise %23‟e çıkması beklenmektedir. Bununla birlikte 2010 yılında elektrik talep artışı kriz öncesi düzeylere yaklaşmıştır. Elektrik üretiminin, 2008‟de 20.183 TWh‟den ortalama %2,4‟lük artışlarla 2020‟de 28.032 TWh‟ye, 2030‟da 34.716 TWh‟ye ve 2035‟de de 38.423 TWh‟ye yükselmesi beklenmektedir. Bu rakamlar 2008-2035 döneminde %90‟lık artışa işaret etmektedir. 2008 yılı verilerine göre dünya elektrik üretimi 20.181 TWh olarak gerçekleşmiştir ve bunun % 41‟i kömürden, % 21‟i doğal gazdan, % 16‟sı da hidroelektrik kaynaklardan sağlanmıştır. Küresel elektrik üretiminin kaynaklara göre dağılımı Şekil 3.1‟deki gibidir (Anonymous, 2010a).
Çevre-enerji ilişkisinde önemli bir yer tutan iklim değişikliği ile mücadelede enerji sektörünün etkin rol oynaması öngörülmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımında yaygınlaşma, çevresel etkileri azaltma hedefine yoğunlaşan Ar-Ge faaliyetleri (karbon tutma ve depolama ve temiz kömür teknolojileri), gaz emisyonlarının azaltılmasına yönelik geliştirilen politikaların temel unsurları görünümündedir.
ġekil 3.1. 2008 yılı dünya elektrik üretiminin kaynaklara göre dağılımı (Anonymous, 2010a)
3.2. Türkiye’de Enerji ve Elektrik Üretim Durumu
Enerji kullanımı açısından bir doygunluk düzeyine ulaştıkları belirtilen gelişmiş ülkelerin aksine, artan bir nüfusa ve büyüyen bir ekonomiye sahip olan ve tarımdan sanayiye doğru yapısal bir dönüşüm gerçekleştiren Türkiye enerji sektöründe dünyanın en hızlı büyüyen ülkeleri arasında yer almaktadır (Anonymous, 2001). Türkiye‟nin enerji tüketimi ürettiği enerjiden daha hızlı artmakta ve bu da Türkiye‟yi hızla büyüyen bir enerji ithalatçısı ülke konumuna getirmektedir. Türkiye‟nin enerji talebindeki büyümenin ilerleyen yıllarda da sürmesi beklenmektedir.
Ülkemiz, kalkınma hedeflerini gerçekleştirme, toplumsal refahı artırma ve sanayi sektörünü uluslararası alanda rekabet edebilecek bir düzeye çıkarma çabası içindedir. Bu durum, enerji talebinde uzun yıllardır hızlı bir artışı beraberinde getirmektedir. 2009 yılında 106,1 Mtep olarak gerçekleşen yıllık enerji arzının, 2015 yılında 170 Mtep, 2020 yılında ise 222 Mtep düzeyine ulaşacağı beklenmektedir. Bu değerler enerji arzının yılda yaklaşık %6 düzeyinde artış göstereceğine işaret etmektedir. 2009 verilerine göre enerji arzında %31 ile kömür en büyük payı alırken, bunu %30,9 ile doğal gaz, %28,8 ile petrol izlemiş, geri kalan %9,3‟lük bölüm ise hidrolik dahil yenilenebilir ve diğer kaynaklardan karşılanmıştır (Anonim, 2010a).
Enerji kaynakları bakımından net ithalatçı ülke konumunda olan Türkiye‟de 2009 yılında enerji arzının petrolde %98, doğalgazda %91 olmak üzere toplam %72‟lik bölümü ithalat ile karşılanmıştır. 2009 yılında ithal edilen doğalgazın yaklaşık %51‟i
41%
21% 16%
13%
6% 3%
Rusya (2008‟de %62), %16‟sı İran (2008‟de %12), %15‟i Azerbaycan (2008‟de %12), %14‟ü Cezayir (2008‟de %11) ve %3‟ü de Nijerya‟dan (2008‟de %3) temin edilmektedir. İthal edilen doğalgazın %52,9‟u elektrik üretiminde (2008‟de %55,7), %25,4‟ü konutlarda (2008‟de %22,2), %19,5‟i ise sanayide (2008‟de %22,0) kullanılmaktadır. Türkiye‟nin doğal gaz tüketimi 2002 yılındaki 17,4 milyar m3 düzeyinden, 2009 yılında 32,4 milyar m3
düzeyine yükselmiştir. 2009 yılında bir önceki yıla göre doğal gazın sanayi ve elektrik sektöründe kullanımı azalırken konutlarda kullanımı artmıştır. 2020 yılında tüketimin 61,5 milyar m3
düzeyine ulaşması beklenmektedir (Anonim, 2010b ).
Gelişme düzeyi ile elektrik enerjisinin nihai enerji tüketimindeki payı arasında bir ilişki bulunmaktadır. Şekil 3.2‟de 1975-2010 arasında iletim kayıpları hariç Türkiye‟de elektrik tüketiminin değişimi görülmektedir. Değerler hesaplanırken üretim ve ithal edilen elektrik miktarından, ihraç edilen elektrik miktarı çıkarılmıştır. Yıllar itibari ile elektrik tüketimi artan bir eğilimle devam etmiş, 2008 yılında 198.000 GWh düzeyine ulaşmıştır. Ekonomik krizin etkisiyle 2009 yılı itibarıyla düşüş gözlenmiş, ancak 2010 yılı itibarıyla son on yılın en yüksek artış oranı %7,9 gerçekleşerek 209.390 GWh‟e ulaşmış ve toparlanma sürecine girmiştir. 2009 yılında ithalat 0,8GWh, ihracat ise yaklaşık 1,6 GWh olmuştur (Anonim, 2009). Bu değerlerde şebeke iletim kaybı değerleri hariç tutulmuştur. 35 yıllık ortalama artış miktarı yıllık %8 olarak gerçekleşmiştir.
ġekil 3.2. Türkiye‟nin elektrik enerjisi tüketiminin yıllar itibari ile gelişimi (Anonim, 2009) 0 25.000 50.000 75.000 100.000 125.000 150.000 175.000 200.000 225.000 1975 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2007 T ü k etim G Wh
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığının hazırladığı son elektrik talep tahmini rakamlarının (2010-2019), 2018 yılı baz alındığında, bir önceki çalışmaya (2009-2018) göre %1,65 (Yüksek Talep için) ve %2,62 (Düşük Talep için) arttığı görülmüştür. 2019 yılında Yüksek Talep Senaryolarına göre 389,98milyar kWh, Düşük Talep Senaryolarına göre ise yaklaşık 367,35 milyar kW-saat düzeyine ulaşılacağını göstermektedir (Anonim, 2010c). Düşük talep senaryosuna göre bile 9 yılda %75‟in üzerinde bir talep artışı öngörülmektedir. Bu artışı karşılamak için de enerji ihracatından öncelikle yerli üretime ağırlık verilmesi gerekmektedir.
18 Mayıs 2009 tarihinde yayınlanan Elektrik Enerjisi Piyasası ve Arz Güvenliği Strateji Belgesi‟ne göre 2023 yılına kadar elektrik üretimi için tüm yerli ve kömür ve hidrolik potansiyelimizin kullanılması, rüzgâr kurulu gücünün 20.000 MW‟a, jeotermal kurulu gücünün 600 MW‟a ulaştırılması hedeflenmektedir. Ayrıca 2020 yılında elektrik üretimimizin %5‟inin nükleer enerjiden sağlanması öngörülmektedir (Yıldız, 2011).
Yapılan çalışmalar sonucunda 2009 yılı sonu itibariyle tespit edilmiş bulunan yerli enerji kaynakları potansiyelimiz ise aşağıdaki Çizelge 3.1‟de verilmektedir. 2008 yılına değişen tek rakam linyit rezervlerindeki 8,4 milyar tondan 11,4 milyar tona (yaklaşık %36‟lık bir artış) olan artıştır. Ham petrol ve doğalgaz açısından düşük rezervlere sahip olan ülkemiz, güneş ve rüzgâr enerjisi açısından oldukça şanslı konumda olduğu da görülmektedir.
Çizelge 3.1. 2009 yılı itibariyle Türkiye‟nin yerli kaynak potansiyeli* (Anonim, 2010d) Kaynak Potansiyel
Linyit 11,4 milyar ton Taşkömürü 1,3 milyar ton Asfaltit 77,0 milyon ton Ham Petrol 42,0 milyon ton Bitümler 18,5 milyon ton Hidrolik 129,4 milyar kWh/yıl Doğalgaz 7,0 milyar m³ Rüzgâr 48.000 MW Jeotermal 32.010 MW/yıl Biyokütle 8,6 Mtep Güneş Enerjisi 32,6 Mtep Doğal Uranyum 9.129 Ton
