Enerji Verimliliğinde Kurumsal Kapasitenin Geliştirilmesi için Teknik Destek Projesi
3. Eğitim: Tarım Sektöründe Enerji Verimliliği Konu: Enerji ve Tarım
25 - 27 Ağustos 2020, Ankara 1. Gün
Örnek
Bir çiftlikte enerji tüketimi
2
Enerji Miktar
Motorin 3500 litre
Benzin 120 litre
LPG 120 kg
Yakacak odun 15 m3
Elektrik 9600 kWh
Toplam ?
Enerjiyle ilgili sorunlar
• Enerji birçok farklı biçimde satıldığı için enerji ihtiyaçlarının hesaplanmasında birimler arasında dönüştürme işlemine ihtiyaç vardır
• SI birimlerine göre temel enerji birimi J’dir (= NM) fakat enerji ticaretinde bu birim kullanılmamaktadır
• Ancak temel birim olan J yanmayla oluşan ısı söz konusu olduğu zaman kullanılmaktadır
• Normalde kWh ve katları kullanılmaktadır
1 kWh 1 000 Wh
1 MWh 1 000 kWh
1 GWh 1 000 MWh
1 TWh 1 000 GWh
1 = 1 3600 = 3600 J 1 kWh = 3,6 MJ
1 MJ = 1 kWh = 0,2778 kWh 3,6
N m s
Wh s
⋅ ⋅
Yanmayla oluşan ısı (ısıl değer, kalorik değer)
• Madde yanabilir veya yenilebilirse maddenin ısıl değeri bir patlamalı kalorimetrede yakılarak
ölçülmektedir.
• Maddeden salınabilecek en büyük miktardaki enerji budur
• Pratikte verimlilik her zaman
%100’den azdır.
Patlamalı Kalorimetre
Ateşleme
Kutusu Sigorta
Telleri Termometre
Sıcaklık Ölçer
Örnek
Bomba Hücresi
Karıştırıcı
Karıştırma Motoru
Isıl değerler
Madde Isıl değer
MJ/kg Isıl değer
kWh/kg Volümetrik ısıl değer2
Bitki1 20 5,6 3 400 – 4 500 kWh/m3
Saman1 19 5,3 400 – 1 600 kWh/m3
Odun1 19 5,3 1 500 – 2 100 kWh/m3
Mazot 43 11,9 10 kWh/l
Benzin 43 11,9 9 kWh/l
LPG 46 12,8 Basınca bağlıdır
1kuru madde ısıl değeri
2ortak yoğunluklarla birlikte hesaplanmaktadır
• Isıl değerler oldukça kararlıdır, ancak detaylı analizlerde her tür için rapor edilmelidir
Isıl değerler
• Biyolojik maddeler her zaman su içerir ve su yanmamaktadır
• Yanma sırasında su buharlaşmaktadır ve bu sırada enerji harcanmaktadır
𝐻𝐻𝑎𝑎 = 𝐻𝐻𝑎𝑎𝑎𝑎(1 − 𝑤𝑤) − 2,443 ⋅ 𝑤𝑤
Ha = Yanmayla oluşan etkin ısı
Hak = Yanmayla oluşan kuru madde ısısı w = Su içeriği (ondalık, yaş bazlı)
Örnek
Yakacak odundaki nem içeriği %15’tir (yaş bazlı), bu da etkin ısı değeridir. Verimlilik %70 ve odun tüketimi 5 kg/h olduğunda ne kadar enerji salınmaktadır?
Biyokütle ortak ısıl değerleri
Biyokütle Nem içeriği
% (yaş bazlı) Isıl değer
kWh/kg Isıl değer kWh/m3 Yakacak
Odun 15 4,4 1 300 – 1 800
Saman 10 4,7 370 – 1 410
Örnek
Bir çiftlikte enerji tüketimi
9
Enerji Miktar Enerji kWh
Motorin 3500 litre 35.000
Benzin 120 litre 1 080
LPG 120 kg 1 536
Yakacak odun 15 m3 22.500
Elektrik 9 600 kWh 9 600
Toplam ? 69 716
Özgül enerji tüketimi
• Enerji tüketimi (l/h veya kWh) rakamı tüketimin büyüklüğünü göstermez
• Tüketim alan veya miktarla bağlantılı olarak rapor edilmelidir
• Tarımda bu kWh veya kWh/kg anlamına gelir ve özgül tüketim olarak adlandırılır
• Maalesef özgül tüketimde hava,
toprak türü ve kullanılan teknolojiye bağlı olarak dağılma söz konusudur
Verimlilik
• Mevcut olan tüm enerjiyi işe dönüştürmek mümkün değildir
• Bu, verimlilikle ifade edilir
• Kaybedilen enerji ısı veya emisyonlara dönüştürülür
η İş
Kayıplar
cinsinden enerji = enerji dönüşüm verimliliği
Eout = kârlı enerji
Ein = kullanılan toplam enerji
𝜂𝜂 = 𝐸𝐸𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝐸𝐸𝑖𝑖𝑖𝑖
Örnek
• Traktörün özgül enerji tüketimi 275 g/kWh’dir. Verimlilik nedir?
Tipik verimlilikler
Verimlilik % Biyokütle kazanı 70 - 80
Şömine 40 - 60
Dizel motor 30 - 40
Benzin motoru 20 - 30
Tarımsal üretimde verimlilik
• Tarımsal üretimde verimlilik, enerji verimliliğinin
hesaplanmasıyla aynı şekilde hesaplanabilir
• Tarımsal üretimde verimlilik Ne enerji oranıyla ifade
edilir
• Enerji oranı 1’den büyük olmalıdır, aksi takdirde enerji dönüşüm sırasında kaybolur
Ne = enerji oranı
𝑁𝑁𝑒𝑒 = 𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑜𝑜
𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑜𝑜𝑖𝑖𝑜𝑜𝑖𝑖
Broyler Süt Kaba yem Bitki
Enerji oranı
Örnek
• Buğday üretiminde enerji tüketimi 1 100 kWh/ha ve verim 4 200 kg/ha’dır. Kg buğday başına enerji oranı ve özgül tüketim ne kadardır?
Enerji depolama
• Enerji kullanımıyla ilgili sorun enerjinin depolanması ve yoğunluğudur (kWh/kg)
• Sıvılar (mazot, benzin) yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir ve depolanmaları kolaydır
• Güneş veya rüzgar enerjisi elektrik veya ısıya çevrilebilir fakat depolanmaları sorun teşkil
• Bitkiler güneş enerjisinden beslenir ve eder enerjiyi tohum ve gövdelerinde depolar.
Bitkiler enerji depolamada başarılıdır.
Doğrudan ve dolaylı enerji
Doğrudan enerji = çiftlikte kullanılan enerji - elektrik
- yakıtlar
Dolaylı enerji
- yem maddesi üretimi - konsantre yem üretimi - kimyasal üretimi
- binalar
- makine üretimi
Doğrudan enerji çiftlikte kullanılmaktadır, dolaylı enerji çiftliğe gelmeden önce kullanılmaktadır
Makine üretimi
12 l/ha
Binalar 12 l/ha
Gübre üretimi 167 l/ha
Taşıma 9 l/ha
Toplam 201 l/ha İşleme
39 l/ha
Ekim ve gübreleme
4 l/ha
Püskürtme 2 l/ha
Hasat 16 l/ha
Kurutma
26 l/ha Toplam
86 l/ha
Doğrudan enerji
Dolaylı enerji
Örnek
Bitkisel üretimde enerji tüketimi
Tarladan çiftliğe nakil
%0 Hasat
%11
Kurutma
%11
Püskürtme (2x)
%2 Ekim
%2 Kireç dağıtımı
Tohu%0 m
%7 İşleme
%5
Tesviye
%2 Sürme
%11
Kimyasallar
%49
P
%3
%3K
Kireç üretimi
%8 Herbisit
%3
Büyüme geciktirici
%1
Biyositleri azaltılmasn
%1ı
%30N
Handler F., N. M. (2012). Traktörlerle yakıt tasarrufu stratejileri Eğitici el kitabı. Avrupa Akıllı Enerji.
Verimli
20 Farklı bitkilerin enerji tüketimi
Enerji tüketimi [kwh/ha] Mineral gübre
Tohum/bitki koruma ürünleri Makine/binalar
Yakıt
Tarımdaki toplam enerji tüketiminin yaklaşık 1/3’ünün yakıt için harcanması gerekmektedir.
Akıllı Enerji
Şekil 1: Farklı tarımsal bitkilerin enerji tüketiminin bileşimi
Kaynaklar Mack ve Kranzlein 2006 / Mack, Zimmermann ve Kranzlein 2008
Buğday Arpa Kolza Patates Silajlık mısır Soldurulmuş silaj (kalıcı çayır) Soldurulmuş silaj (geçici çayır)
Süt üretiminde enerji tüketimi
Sağmal inekler için yem
%70
Makineler
%0 Binalar
%2 Elektrik
%8 Yemleme
%6
Genç sığırlar için
%14yem
Gıda zinciri
Gıda zinciri
• Gıda zincirine bakıldığında enerjinin sadece bir kısmı çiftlikte kullanılmaktadır
– Çiftliklerin kimyasallar ve makinelere gereksinimi vardır, enerji üretimi çiftliklerin dışında gerçekleşir
– Malzemeler çiftliklere ve çiftliklerden, fabrikalara ve
fabrikalardan, mağazalara ve mağazalardan diğer yerlere nakledilebilir
– Gıda endüstrisinde enerji kullanılmaktadır
– Mağaza ve evlerde gıda kaybının %20-30 oranında olması tahmin edilmektedir
• Gıda zinciri enerjisinin sadece %30’u çiftliklerde kullanılmaktadır
Diakovsavvas D. TARIMSAL GIDA ZİNCİRİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ OECD 2017
Enerji tüketimi
• Birçok gelişmiş ülkede toplam enerji tüketiminde tarımın
payı %1 ila 8’dir.
• Tarım-gıda sektörü toplam enerji kullanımının %15 ila 30’unu teşkil etmektedir
• Enerjinin %70’i çiftliklerin dışında kullanılmaktadır
• AB’de tarım-gıda zincirinde
%79 oranında fosil yakıtlar,
%7 düzeyinde ise yenilenebilir yakıtlar kullanılmaktadır
Eurostat 2017 Diakovsavvas D. TARIMSAL GIDA ZİNCİRİNDE ENERJİ
VERİMLİLİĞİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ OECD 2017
Kosova (Birleşmiş Milletler Güvenlik Konseyi altında...) Bosna - Hersek Türkiye Sırbistan Arnavutluk Kuzey Makedonya Karadağ Norveç İzlanda Birleşik Krallık İsveç Finlandiya Slovakya Slovenya Romanya Portekiz Polonya Avusturya Hollanda Malta Macaristan Lüksemburg Litvanya Letonya GKRY İtalya Hırvatistan Fransa İspanya Yunanistan İrlanda Cumhuriyeti Estonya Almanya (1990 yılına kadar Almanya Federal Cumhuriyeti) Danimarka Çekya Bulgaristan Belçika Euro bölgesi - 19 ülke (2015’ten itibaren) Avrupa Birliği - 28 ülke (2013-2020) Avrupa Birliği - 27 ülke (2020’den itibaren)
Tarım ve ormancılığın payı %
Tarımda EV
Diakovsavvas D. TARIMSAL GIDA ZİNCİRİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ OECD 2017
OECD ülkeleri
(Endeks 1990=100)
Enerji verimliliği Enerji kullanımı Tarımsal Çıktı
Enerji verimliliği Tarımsal Çıktı
Enerji kullanımı
Enerji verimliliği - Genel ekonomi
Enerji ve tarım
• Tek çiftlik için enerji
verimliliği ekonomik bir meseledir
• Enerjinin çiftlikte toplam maliyeti artmaktadır, bu da enerjiyle ilgili
sorunların çiftçiler için gelecekte önemli olacağı anlamına gelmektedir
Enerji payı %
Yıl
Türkiye
Toplam tüketim Tarım
Tüketim GWh
Yıl
27 Bu yayın Avrupa Birliğinin maddi desteği ile hazırlanmıştır.
İçerik tamamıyla NIRAS IC Sp. z o.o. sorumluluğu altındadır ve Avrupa Birliğinin görüşlerini yansıtmak zorunda değildir.
İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER
bilgi.evced@enerji.gov.tr
