AÇIK DENİZ RÜZGÂR ENERJİSİ TÜRBİNLERİNİN KURULUM YERİ SEÇİMİ İÇİN BİR MODEL ÖNERİSİ
Sinem AKALIN
YÜKSEK LİSANS
ENDÜSTRİ MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KASIM 2018
Sinem AKALIN tarafından hazırlanan “AÇIK DENİZ RÜZGÂR ENERJİSİ TÜRBİNLERİNİN KURULUM YERİ SEÇİMİ İÇİN BİR MODEL ÖNERİSİ” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Prof. Dr. Mehmet KABAK Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ...………
Başkan: Prof. Dr. Cevriye GENCER
Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………...
Üye: Dr. Öğr. Üyesi Çağrı KOÇ
İşletme Bölümü, Ankara Sosyal Bilimler Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………...
Tez Savunma Tarihi: 19/11/2018
Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.
……….…….
Prof. Dr. Sena YAŞYERLİ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
ETİK BEYAN
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;
Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,
Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,
Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,
Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.
Sinem AKALIN 19/11/2018
AÇIK DENİZ RÜZGÂR ENERJİSİ TÜRBİNLERİNİN KURULUM YERİ SEÇİMİ İÇİN BİR MODEL ÖNERİSİ
(Yüksek Lisans Tezi)
Sinem AKALIN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Kasım 2018 ÖZET
Yenilenebilir enerji, ülkelerin enerji ihtiyaçlarını doğal kaynaklarla karşılayarak dışa bağımlılıklarının azaltılması, sürdürülebilir enerji yönelimini arttırması ve enerji tüketimi sonucunda çevreye verilen zararların en aza indirgenmesine olanak sağladığı için ülkeler açısından önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmayla Türkiye’de, enerjide dışa bağımlılığı azaltmak ve yenilenebilir enerjiden daha fazla yararlanmak maksadıyla Ege Denizi Çanakkale Bölgesi açıklarında, rüzgâr enerji türbinlerinin konumlandırılacağı bölgelerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Alternatif bölgelerin belirlenmesinde, CBS ve çok kriterli karar verme tekniklerinden Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi (BAHP)’nin beraber kullanıldığı bir karar modeli önerilmiştir. Çalışmada kullanılan kriterler, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü teşkilinde bulunan uzman personellerin yorum, bilgi ve birikimleri dikkate alınarak, yapılan literatür araştırması ve bu konuda çalışmalar yapan akademik personelin görüşü sonucu belirlenmiştir. Belirlenen vektör veri formatına sahip kriterler, Coğrafi Bilgi Sistemi yazılımlarından ArcGIS’de çeşitli komutlar kullanılarak raster veri formatına dönüştürülmüştür. Her bir kriter için oluşturulan raster veriler, ArcGIS yazılımında birleştirilerek tek bir tabaka haline getirilmiştir. Kriter verilerinin bütünleştirilmesi aşamasında, beş kriterin eşit ağırlıklı olduğu ve ağırlıkların BAHP ile belirlendiği iki durum ele alınmıştır. Böylece, Ege Denizi açık deniz rüzgâr enerji santralleri kurulumu için alternatif bölgeler, en uygun alanlar ve uygun alanlar olmak üzere kategorize edilmiştir. Ege Denizinde açık deniz rüzgâr enerji santralleri kurulumu için en uygun değerlendirilen bölgeler içerisinde, Çanakkale, Gökçeada ve Bozcaada kıyılarının olduğu tespit edilmiştir. Bu belirlenen alternatif bölgeler iki senaryo altında yorumlanmıştır. Ayrıca kriterlerdeki hassas bir değişikliğin, çözümü ne şekilde etkileyeceğini araştırmak için duyarlılık analizi çalışması yapılmıştır.
Bilim Kodları : 90602
Anahtar Kelimeler : Yenilenebilir enerji, rüzgâr, çok kriterli karar verme, coğrafi bilgi sistemi (CBS), bulanık analitik hiyerarşi prosesi (BAHP)
Sayfa Adedi : 121
Danışman : Prof. Dr. Mehmet KABAK
A MODEL PROPOSAL FOR THE INSTALLATION LOCATION SELECTION OF OFFSHORE WIND ENERGY TURBINES
(M. Sc. Thesis) Sinem AKALIN GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES November 2018
ABSTRACT
Renewable energy has an important place in terms of countries by meeting the energy needs of countries with natural resources, reducing their external dependency, increasing the sustainable energy direction and reducing the damage to the environment as a result of energy consumption. In this study, it was aimed to determine the regions in which wind energy turbines will be located off the Çanakkale region of Aegean Sea in order to reduce dependence on foreign energy and benefit more from renewable energy in Turkey. A decision model was proposed in which the Fuzzy Analytical Hierarchy Process (FAHP) is used together with GIS and multi-criteria decision making techniques in determining alternative regions. The criteria used in the study were determined by considering the comments, information and accumulations of the expert personnel in the formation of the Directorate General of Renewable Energy and by the results of the literature survey and the opinion of the academic staff engaged in the studies on this subject. The criteria with vector data format have been transformed into raster data format using various commands in ArcGIS from Geographical Information System Software. Raster data created for each criterion is combined into a single layer in ArcGIS software. In the course of the integration of the criterion data, two cases were considered, in which the five criteria were equally weighted and the weights were determined by BAHP. Thus, the Aegean Sea has been categorized as alternative, optimal and suitable area for the establishment of offshore wind power plants. It has been determined that Çanakkale, Gökçeada and Bozcaada coasts are among the most suitable areas for the establishment of offshore wind power plants in Aegean Sea. These identified alternative regions are interpreted under two scenarios. In addition, sensitivity analysis was carried out to investigate how a sensitive change in criteria will affect the solution.
Science Codes : 90602
Keywords : Renewable energy, wind, multi criteria decision making, geographical information system (GIS), fuzzy analytical hierarchy process (FAHP) Page Number : 121
Supervisor : Prof. Dr. Mehmet KABAK
TEŞEKKÜR
Öncelikle çalışmalarım esnasında değerli zamanlarını bana ayıran ve bu tezin ortaya çıkmasında desteğini esirgemeyen, engin tecrübeleri ile bana yol gösteren değerli tez danışmanım Prof. Dr. Mehmet KABAK’a, Arş. Gör. Dr. İbrahim UÇAR ve Arş. Gör.
Ahmet AKTAŞ’a sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Mensubu olduğum ve bana yüksek lisans yapma imkânını sunan Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş.’ye şükranlarımı sunmayı bir borç bilirim. Yüksek lisans eğitimim süresince, gerek ders gerek tez döneminde bana hep yardımcı olan ikizim Çiğdem KANDEĞER’e ve arkadaşım Gözde TAŞKINÖZ’e teşekkürü borç bilirim. Son olarak da, başarılarımla sevinen, üzüntülerimle üzülen, eğitimim süresince bana hep destek veren, anlayış gösteren sevgili eşim Ali AKALIN’a, anneme, babama, ablama çok teşekkür ederim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
TEŞEKKÜR ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... x
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... xi
HARİTALARIN LİSTESİ ... xiii
SİMGELER VE KISALTMALAR... xiv
1. GİRİŞ
... 12. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI
... 52.1. Rüzgâr Enerjisi ... 6
2.1.1. Dünyada rüzgâr enerjisine genel bakış ... 6
2.1.2. Rüzgâr enerji santralleri tarihsel gelişimi ... 8
2.1.3. Deniz üzerindeki sabit rüzgâr santralleri ... 9
2.1.4. Deniz üstündeki yüzer rüzgâr santralleri (floating-yüzer) ... 15
2.1.5. Rüzgâr enerjisinin olumlu ve olumsuz yönleri ... 16
3. ÖNCÜ ÜLKELERİN RÜZGÂR ENERJİSİ POLİTİKALARI
... 193.1. Amerika Birleşik Devletleri Açık Deniz (Offshore) Rüzgâr Enerjisi Santralleri (RES) Çiftlikleri Gelişim Politikaları ... 20
3.2. İngiltere Açık Deniz (Offshore) Rüzgâr Elektrik Santralleri (RES) Çiftlikleri Güç Üretim Politikaları ... 21
3.3. Almanya Yenilenebilir Enerji Kaynakları (YEK) Kapsamında Açık Deniz Rüzgâr Elektrik Santralleri (RES) ve Enerji Dönüşümü Politikaları ... 22
4. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
... 235. YÖNTEMLER
... 335.1. Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP-Analytic Hierarchy Process) ... 33
Sayfa
5.1.1. AHP’nin aşamaları ... 33
5.2. Bulanık Mantık (Fuzzy Logic) ... 38
5.3. Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi (Fuzzy Analytic Hierarchy Process) ... 41
5.3.1. Kareli ortalama yöntemi ... 42
5.3.2. Kwong- Bai yöntemi ... 42
5.3.3. Abdel-Kader ve Dugdale’nin yöntemi ... 42
5.3.4. Bulanık geometik ortalama yöntemi (logaritmik en küçük kareler yöntemi) ... 43
5.3.5. Alpha-Cut (kesme) yöntemi ... 44
6. TÜRKİYE AÇIK DENİZ RÜZGÂR ENERJİSİ VE UYGULAMA ADIMLARI
... 476.1. Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Kaynakları (YEK) Kapsamında Rüzgâr Enerjisi Politikaları... 47
6.2. Türkiye’de Açık Denizde Rüzgâr Enerji Türbinlerinin Kurulumu İçin Alternatif Bölgeler ... 50
6.3. Türkiye’de Açık Deniz Rüzgâr Enerji Türbinlerinin Kurulumu İçin Alternatif Bölge Seçim Kararları ... 51
6.4. Alternatif Bölge Seçimi Uygulama Adımları ... 53
6.4.1. Hariç tutulan bölgelerin Coğrafi Bilgi Sistemi ile belirlenmesi (Aşama 1) ... 54
6.4.2. Uygun bölgeleri değerlendirme aşaması (Aşama 2) ... 55
7. ÇANAKKALE, GÖKÇEADA VE BOZCAADA KIYILARI ÖRNEK ÇALIŞMASI
... 657.1. Coğrafi Bilgi Sistemine (CBS) Giriş ... 65
7.1.1. Coğrafi bilgi sisteminde kullanılan veri tipleri ... 66
7.1.2. Coğrafi bilgi sistemlerinin bileşenleri ... 68
7.1.3. Coğrafi bilgi sistemlerinin kullanım alanları ... 71
7.1.4. Coğrafi bilgi sistemindeki analiz türleri ... 72
7.2. ArcGIS Programına Genel Bakış ... 74
Sayfa
7.2.1. ArcGIS masaüstü (desktop) ... 75
7.2.2. ArcMAP... 76
7.2.3. ArcToolBox ... 76
7.2.4. ArcCatalog ... 84
7.3. ArcGIS ile Alternatif Bölge Seçim Uygulaması ... 88
7.3.1. Uygulamanın amacı ... 88
7.3.2. ArcGIS ile alternatif bölgelerin belirlenmesi ... 89
7.3.3. Kriter katmanlarının birleştirilmesi ... 96
8. SONUÇ VE ÖNERİLER
... 109KAYNAKLAR ... 111
ÖZGEÇMİŞ ... 121
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 4.1. Literatür araştırması ... 23
Çizelge 4.1. (devam) Literatür araştırması ... 22
Çizelge 5.2. Önem skalası değerleri ve tanımları ... 35
Çizelge 5.3. Kriterler için ikili karşılaştırma matrisi ... 35
Çizelge 5.4. Rassal tutarlılık indeksi... 38
Çizelge 5.5. Ölçüt bulanık karşılaştırma dereceleri ... 45
Çizelge 6.1. Açık deniz rüzgâr çiftliklerinin kara çiftliklerine göre avantaj ve dezavantajları ... 52
Çizelge 7.1. CBS’nin kullanım alanları ... 71
Çizelge 7.2. Kriterler için oluşturulan ikili karşılaştırma matrisi ve bulanık ağırlıklar .. 100
Çizelge 7.3. C1 (Batimetri) kriteri için yapılan durulaştırma ... 101
Çizelge 7.4. C2 (Rüzgâr) kriteri için yapılan durulaştırma ... 101
Çizelge 7.5. C3 (Gemi) kriteri için yapılan durulaştırma ... 102
Çizelge 7.6. C4 (Trafo) kriteri için yapılan durulaştırma ... 103
Çizelge 7.7. C5 (Fay) kriteri için yapılan durulaştırma ... 103
Çizelge 7.8. Durulaştırılmış kriter öncelik değerleri ... 104
Çizelge 7.9. Normalize edilmiş kriter öncelik değerleri ... 104
Çizelge 7.10. Arttırılan kriter ağırlığına göre öncelik değerleri ... 106
Çizelge 7.11. Azaltılan kriter ağırlığına göre öncelik değerleri ... 106
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 2.1. Türkiye YEK’ten elektrik üreten tesislerin kurulu güç gelişimi ... 5
Şekil 2.2. Açık deniz rüzgâr enerji santrallerinin genel yapısı ... 11
Şekil 2.3. Monopil temel ... 12
Şekil 2.4. Yerçekimi merkezli temel ... 13
Şekil 2.5. Jacket tipi temel ... 13
Şekil 2.6. Tripod temel... 14
Şekil 2.7. Tripil temel ... 15
Şekil 2.8. Tipik yüzer sistemler ... 16
Şekil 3.1. 2016 yılında kümülatif RES kurulumu gücü en fazla olan 10 ülke ... 19
Şekil 3.2. Rüzgâr türbin ekipmanları inşaatı deniz üstü montaj çalışmaları ... 20
Şekil 3.3. Block Island RES türbinleri parkı ve tarlası inşaat sahası ... 21
Şekil 5.1. Üç seviyeli genel hiyerarşi yapı ... 34
Şekil 5.2. Üçgen üyelik fonksiyonu ... 40
Şekil 6.1. Kurulu güç içinde rüzgâr enerjisinin değişimi (2016-2017) ... 48
Şekil 6.2. 2012-2017 yılları arasında rüzgâr enerjisi gelişimi (MW) ... 48
Şekil 6.3. Türkiye'de lisanslı rüzgâr enerjisinin gelişimi ... 49
Şekil 6.4. Bölge seçimi akış şeması ... 55
Şekil 6.5. Uygun bölge seçim kriterleri ... 56
Şekil 6.6. Çeşitli destek yapı türleri ve uygulanabilir su derinlikleri ... 57
Şekil 6.7. Bir rüzgâr türbininin şebekeye bağlanması ... 62
Şekil 7.1. Vektör veri tipleri ve sözel veri gösterimi ... 67
Şekil 7.2. Uydu görüntüsü raster veri gösterimi ... 68
Şekil 7.3. CBS'nin temel bileşenleri ... 69
Şekil 7.4. Birleştirme analizi gösterimi... 74
Şekil 7.5. ArcToolBox arayüzü ... 77
Şekil Sayfa
Şekil 7.6. Buffer komutu örneklemesi ... 78
Şekil 7.7. Union komutu örneklemesi... 78
Şekil 7.8. IDW arayüzü ... 79
Şekil 7.9. Seçili nokta için IDW bölgesi ... 80
Şekil 7.10. Öklid mesafe (euclidean distance) arayüzü ... 80
Şekil 7.11. Reclassify ile sınıflandırma örneği ... 81
Şekil 7.12. Yeniden sınıflandırma (reclassify) arayüzü ... 81
Şekil 7.13. Raster calculator arayüzü ... 82
Şekil 7.14. Ağırlık bindirme (weighted overlay) komutu örneklemesi ... 82
Şekil 7.15. ArcGIS desktop 3D analist modülü ile gerçekleştirilmiş 3 boyutlu modeller ... 83
Şekil 7.16. Üst kısım kenarları, alt kısım yüksekliği ifade eden renklendirilmiş üçgenler ... 84
Şekil 7.17. Create TIN arayüzü... 84
Şekil 7.18. Jeolojik veri seti (geodatabase) ile oluşturulan veriler ... 86
Şekil 7.19. Feature veri seti... 86
Şekil 7.20. Özellik sınıfı (feature class) veri seti ... 87
Şekil 7.21. Özellik sınıfı (feature class) arayüzü ... 87
Şekil 7.22. Şekil dosyası (shapefile) veri formatları ... 87
Şekil 7.23. İş akış şeması ... 88
Şekil 7.24. Alternatif yerleri belirlemek için CBS’de oluşturulan model ... 98
HARİTALARIN LİSTESİ
Harita Sayfa
Harita 6.1. Türkiye batimetri haritası……….. 57
Harita 6.2. Türkiye'nin açık deniz rüzgâr enerjisi potansiyeli………. 58
Harita 6.3. Akdeniz ve Karadeniz'de deniz trafiği yoğunluğu……… 59
Harita 6.4. Deniz koruma alanları………... 61
Harita 6.5. Ege Denizi korunan alanlar………... 61
Harita 6.6. İllere göre deprem bölgeleri……….. 63
Harita 7.1. Marine traffic online haritası………. 89
Harita 7.2. Rüzgâr dağılım hızı haritası……….. 90
Harita 7.3. Batimetri haritası-1……… 91
Harita 7.4. Batimetri haritası-2……….... 92
Harita 7.5. Gemi rotaları haritası………. 93
Harita 7.6. Trafo merkezleri ve enerji nakil hatları haritası……….... 94
Harita 7.7. Çanakkale bölgesi trafo merkezleri………... 95
Harita 7.8. Fay hattı haritası……… 96
Harita 7.9. Eşit ağırlıklı kriterlere göre belirlenmiş alternatif bölgeler……….. 99
Harita 7.10. Kriter önceliklerine göre belirlenmiş alternatif bölgeler……… 105
Harita 7.11. Duyarlılık analizi sonucu oluşturulan haritalar……….. 107
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklamalar
gw Gigawatt kw Kilowatt mw Megawatt
Kısaltmalar Açıklamalar
ADRES Açık Deniz Rüzgâr Enerji Santralleri AHP Analitik Hiyerarşi Prosesi
BAHP Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi CBS Coğrafi Bilgi Sistemi
EWEA Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği GWEC Dünya Rüzgâr Enerjisi Konseyi MGM Meteoroloji Genel Müdürlüğü REPA Rüzgâr Enerji Potansiyel Atlası RES Rüzgâr Enerji Santrali
TEDAŞ Türkiye Elektrik Dağıtım A.Ş.
TEİAŞ Türkiye Elektrik İletim A.Ş.
YEK Yenilenebilir Enerji Kaynağı
1. GİRİŞ
Günümüzde, doğanın kendi döngüsü içinde bir sonraki gün aynen var olabilen enerji olarak tanımlanan Yenilenebilir Enerji Kaynakları (YEK), karbondioksit emisyonlarını (atmosfere salınımını) azaltmakta, doğanın korunmasına yardımcı olmakta, enerjide dışa bağımlılığın azalmasını sağlamakta, yerli ve devam eden kaynaklar olmakta ve istihdamın artmasına katkıda bulunmaktadırlar. Yenilenebilir enerji kaynakları, güneş, hidro, rüzgâr, akıntı, gel-git ve dalga enerjisi şeklinde sıralanabilmektedir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
Enerji içinde sürekli değişim gösteren coğrafi ve ekonomik koşullar, enerji sektörünün bu değişimlere uzun soluklu çözümler üretmesini zorunlu hale getirmiştir. Öngörülerin gerçekleşmesi durumunda, YEK’in dünyanın en hızlı büyüyen enerji kaynağı olarak öne çıkması beklenmektedir. Günümüzde ise Avrupa yenilenebilir enerji üretimi konusunda ilk sırada yer almaktadır. Türkiye’ de ise son 10 yıla bakıldığında, yenilenebilir enerji alanında önemli adımlar atılmıştır. Ancak bu alanda yapılan yatırımların henüz başlangıç düzeyde olduğu söylenmektedir (KMPG Enerji Sektörel Bakış, 2018).
Dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarına ve bu kaynakların başında gelen rüzgâr enerjisine verilen önem gün geçtikçe artmaktadır. Rüzgâr kaynağından enerji üretiminde, açık deniz türbinlerinden elde edilen enerjinin karadaki rüzgâr türbinlerine oranla çok daha fazla olması, kurulum yerinin geniş olması, ulaşım, bakım, onarım kolaylıklarının fazla olması, gürültü ve görsel kirliliğin karaya olan mesafeden dolayı daha az olması ve rüzgâr hızının daha fazla olması nedeniyle rüzgâr enerjisi büyük oranda tercih edilmektedir.
Türkiye’de yenilenebilir enerji kapsamında, gelişime en açık olan rüzgâr enerjisidir.
Türkiye birçok Avrupa ülkesinden daha yüksek potansiyelde bir rüzgâr enerjisine sahiptir (Oğuzhan, 2002). Fakat Türkiye’de bugüne kadar deniz üzerinde, herhangi bir rüzgâr türbini kurulumu gerçekleşmemiştir. Gelecekte, Türkiye’nin enerji tüketiminin büyük bir kısmının YEK’ten karşılanabilmesi amacıyla karaya göre çok daha fazla avantajlı olan açık deniz rüzgâr enerjisinden faydalanmak üzere açık deniz rüzgâr türbinleri kurulumu için uygun bölge seçiminin bilimsel yöntemlerle yapılması gerekmektedir.
Yaptığımız araştırmalar sonucunda, dünyada açık deniz için çalışma yapılmakla birlikte Türkiye için bir çalışma bulunmadığı tespit edilmiştir. Bu nedenle çalışmamızda, Ege Denizi’nde Çanakkale, Gökçeada, Bozcaada yakınlarında, deniz üzeri rüzgâr enerji santrallerinin kurulması için en uygun alanların belirlenmesi amacıyla bir model kurulmuştur. Deniz üzerinde kurulacak rüzgâr türbinleri için bölge seçim kararı, birbiriyle çelişen kriterler içermekte ve kesin olmayan ve belirsiz verilerin kullanılmasını gerektirmektedir. Bu nedenle çok kriterli karar verme tekniklerinden Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), bulanık sayılar ve Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) tabanlı bütünleşik bir karar yaklaşımı önerilmiştir. Bu yaklaşım sayesinde sözel belirsizliğin sayısal verilere dönüştürülmesi ve alternatiflerin sayısal veriler ışığında değerlendirilmesi bütünleşik olarak gerçekleştirilmektedir. Çalışmada kullanılan kriterler, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü teşkilinde bulunan uzman personellerin yorum, bilgi ve birikimleri dikkate alınarak, yapılan literatür araştırması ve bu konuda çalışmalar yapan akademik personelin görüşü sonucu belirlenmiştir. Belirlenen vektör veri formatına sahip kriterler, CBS yazılımı olan ArcGIS’de çeşitli komutlar kullanılarak raster veri formatına dönüştürülmüştür. Her bir kriter için oluşturulan raster veriler, ArcGIS yazılımında birleştirilerek tek bir tabaka haline getirilmiştir. Böylece, Ege Denizi’nde Çanakkale, Gökçeada, Bozcaada yakınlarında açık deniz rüzgâr enerji santralleri kurulumu için uygun alternatif bölgelerin tespiti yapılmıştır.
Çalışma sekiz bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, tez çalışmasında ele alınan konunun, problemin ne olduğuna, araştırmanın amacına, araştırmanın önemine, araştırma yöntemlerine yer verilmiştir. İkinci bölümde, Yenilenebilir Enerji Kaynakları, rüzgâr enerjisi tanımı ve tarihçesi, dünyadaki rüzgâr enerjisine genel bakış, rüzgâr enerji santralleri anlatılmıştır. Üçüncü bölümde, öncü ülkelerin rüzgâr enerji politikalarına yer verilmiştir. Dördüncü bölümde, rüzgâr enerji türbin kurulumu için çok kriterli karar verme tekniklerini kullanan ve kurulum için uygun bölge seçimini coğrafi bilgi sistemiyle bütünleştiren çalışmalarla ilgili literatür araştırması yapılmıştır. Beşinci bölümde, kullanılan yöntemlerden, Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), Bulanık Mantık ve Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi (BAHP) hakkında bilgi verilmiştir. Altıncı bölümde, Türkiye’deki rüzgâr enerji politikaları, açık deniz rüzgâr enerji santrallerinin kurulması için çalışmanın yapılacağı bölgenin belirlenmesi, uygulanan adımlar ve belirlenen kriterler ifade edilmiştir. Yedinci bölümde, Çanakkale, Gökçeada ve Bozcaada yakını örnek uygulama çalışması eşit ağırlık ve BAHP ile bulunan ağırlıkları dikkate alan iki farklı
senaryo için yapılmıştır. Ayrıca kriterlerdeki hassas bir değişikliğin, çözümü ne şekilde etkileyeceğini araştırmak için duyarlılık analizi çalışması değerlendirilmiştir. Son bölümde ise, çalışmada elde edilen sonuçlar yorumlanmış ve gelecekteki çalışmalara yapılabilecek katkılar belirtilmiştir.
Bu akademik çalışma ile Türkiye’de ilk defa açık deniz üzerine rüzgâr enerji türbini kurulumu için uygun bölgelerin belirlenmesinde, AHP ve bulanık mantığın bütünleştirilerek literatüre katkıda bulunulması hedeflenmiştir.
2. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI
Yenilenebilir enerji kaynakları “Doğanın kendi döngüsü içinde bir sonraki gün aynen var olarak devam eden enerji kaynağı” olarak tanımlanmaktadır (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
Yenilenebilir enerji kaynaklarının en güçlü özelliği, karbondioksitin atmosferdeki oranını azaltarak doğanın korunmasına yardımcı olmalarıdır. Yerli ve sürekli kaynaklar oldukları için enerjide dış güçlere olan bağımlılığın azalmasını, istihdamın artmasını sağlamaktadırlar. Bir başka deyişle, yenilenebilir enerji kaynakları, ulaşılabilirlik (Accessibility), mevcudiyet (Availability), kabul edilebilirlik (Acceptability) özelliklerinin hepsini taşımasıyla bilinen enerji kaynaklarıdır (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
Yenilenebilir enerji kaynakları, güneş, hidro, rüzgâr, akıntı, gel-git ve dalga enerjisi şeklinde sıralanabilmektedir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
Şekil 2.1. Türkiye YEK’ten elektrik üreten tesislerin kurulu güç gelişimi (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018)
2.1. Rüzgâr Enerjisi
Rüzgâr enerjisi; doğal, yenilenebilir, temiz ve sonsuz bir enerjidir. Kaynağı güneştir.
Güneş enerjisinin %1-2 gibi küçük bir kısmı dünyada rüzgâr enerjisine dönüşmektedir.
Güneşin, yer yüzeyini ve atmosferi homojen ısıtmamasından dolayı meydana gelen sıcaklık ve basınç farkından hava akımı oluşur. Normal koşullardan daha çok ısınan bir hava kütlesi, atmosferin yukarısına doğru yükselir ve hava kütlesinin yükselmesiyle boş kalan yere, aynı hacimdeki soğuk hava kütlesi yerleşir. Bu hava kütle değişimine rüzgâr adı verilmektedir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
Başka bir ifade ile rüzgâr; birbirine yakın olan iki basınç bölgesi arasındaki basınç farklarından ile oluşan ve yüksek basınç merkezinden alçak basınç merkezine doğru hareket halinde olan hava akımıdır. Rüzgârlar, yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru hareket ederken; dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi, yüzey sürtünmeleri, yerel ısı yayılımı, rüzgâr önündeki farklı atmosferik olaylar ve arazinin topografik yapısı gibi nedenlerden dolayı şekillenir. Rüzgâr, hız ve yön olmak üzere iki parametre ile ifade edilir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
2.1.1. Dünyada rüzgâr enerjisine genel bakış
Gün geçtikçe dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarına verilen önem hızla artmaktadır.
Yenilenebilir enerji, sürekli var olup kullanılabilen ve aynı zamanda kısa sürede yerine konulabilen enerjidir. Günümüzde birçok ülkenin bu enerji kaynaklarına yönelmesi ile birlikte rüzgâr enerjisinin önemi de artmıştır. Özellikle 2000’li yılların ilk dönemlerinden itibaren açık deniz rüzgâr enerji santralleri kullanımı, büyük bir gelişim göstermiştir (Durak ve Özer, 2007).
Açık deniz rüzgâr enerji santralleri, 1991 yılında ilk olarak Danimarka’da kurulmuş ve sonraki yıllarda diğer Kuzey Avrupa ülkelerinde de kurulmaya devam etmiştir. Özellikle İngiltere, açık deniz rüzgâr enerji türbin çiftliklerine büyük yatırımlar yapmıştır.
Günümüzde de birçok ülke bu teknoloji üzerinde çalışmalarını yürütmektedir (Durak ve Özer, 2007).
Dünyada 100'den fazla ülke rüzgâr enerjisi ile elektrik üretimi yapmaktadır. En fazla rüzgâr enerjisi kurulu gücüne sahip olan ülkeler, Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya’dır. Türkiye’ye bakıldığında, rüzgâr enerji santrali kurulumunda, Avrupa'da 7'inci, Dünya’da ise 12'inci sırada yer almaktadır (Enerji Atlası, 2018).
Avrupa Birliği 2020 yılında tüketilen toplam enerjinin %20’sinin yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanmasını hedeflemektedir. Avrupa Birliği ülkelerinin bu hedefe doğru ilerlerken, en fazla kullandıkları yenilenebilir enerji kaynağı, Rüzgâr Enerji Santralleri (RES) olmaktadır (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007).
Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği (EWEA) öngörüsüne göre, 2030 yılında, açık deniz rüzgâr enerji santrallerinden üretilen elektriğin, karada üretilenlerle aynı seviyelerde olacağı tahmin edilmektedir. EWEA ve Dünya Rüzgâr Enerjisi Birliği (WWEA), açık deniz rüzgâr enerji santralleri ile ilgili çok büyük araştırmalar ve çalışmalar yapmaktadır. Bu kurumların yayınlamış oldukları haberler ve makaleler aracılığıyla gelişen teknolojileri, güncel bilgileri ya da geleceğe dair tahminleri takip etmek mümkündür (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007).
Rüzgâr enerjisinin kullanımının yaygınlaşması ile birlikte, dünya genelinde CO2
salınımında büyük bir azalma görülecektir. Avrupa Birliği’nin Kyoto Sözleşmesi’nde yer alan CO2 salınımının azaltılmasına yönelik hedefinde, enerji sektörü önemli bir rol üstlenmiştir. EWEA’nin 2020 yılı için öngörüsü, açık deniz rüzgâr enerjisi kurulu gücü 40 GW’a ulaşılması durumunda, 102 milyon ton, 2030 yılı için öngördüğü 150 GW kapasiteye ulaşılması durumu sonucunda ise, 315 milyon ton CO2 salınımında azalma görülecektir. (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007).
Açık deniz rüzgâr enerji türbinlerinin kurulacakları bölgeler belirlenirken, dikkate alınması gereken çeşitli kriterler bulunmaktadır. Kurulum yapılacak alanda, rüzgâr hızının yüksek ve sürekli olması gerektiği gibi o bölgenin su derinliğinin ve kıyıya olan mesafesinin düşük olması tercih edilmektedir. Su derinliğinin artışı temel inşaatı için yapılan harcamaları artırırken, kıyıya olan mesafenin artışı kablo bağlantısı için yapılan masrafları artırmaktadır (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007).
2.1.2. Rüzgâr enerji santralleri tarihsel gelişimi
Elektrik enerjisi üretiminin rüzgâr enerjisinden elde edilmesi ilk olarak Danimarka’da başlamıştır. 1897 yılında Danimarkalı meteorolog Paul La Cour, ilk kez elektrik üretim amaçlı 89 Watt gücündeki rüzgâr enerji santralini kurmuştur. 1940–1950’li yılları arasında Danimarka’da F.L. Smidth adlı mühendislik firması, 2 ve 3 kanatlı rüzgâr enerji santralleri geliştirmişlerdir. Fakat bu santraller doğru akım (DC) ile çalışan rüzgâr enerji santralleridir. İlk alternatif akım (AC) ile çalışan rüzgâr enerji santrali ise Paul La Cour’un öğrencilerinden Johannes Juul tarafından geliştirilmiştir. 1956 yılında Danimarka’nın güneyinde, modern rüzgâr enerji santrallerinin öncüsü niteliğinde olan 200 KW kurulu güce sahip Gedser rüzgâr enerji santrali çalışmaya başlamış olup, 11 yıl boyunca bakım yapılmaksızın çalışmıştır. 1970’li yılların başına kadar rüzgâr enerjisi teknolojisi alanında fazla önemli bir gelişme olmamıştır. 1970’li yıllarda yaşanan petrol krizi ve 1980’li yıllardan itibaren artan çevre bilinci ile beraber yeni enerji kaynakları aranmaya başlanmıştır. Bu yıllardan itibaren rüzgâr enerji santrali kurulu gücünün ve pervane çapının gelişimine önem verilmiştir. Özellikle 1995 yılından sonraki gelişim büyük dikkat çekmektedir. Bu yıllarda KW mertebelerinde olan rüzgâr enerji santrali yerini MW mertebelerindeki rüzgâr enerji santrallerine bırakmıştır (Durak ve Özer, 2007).
Kurulu güç ile beraber, rüzgâr santrallerinin pervane çapları da önemli derecede artış göstermektedir. Rüzgâr türbinlerinde kurulu güç, en uygun koşullarda türbinin saatte en fazla ne kadar güç üretebileceğini göstermektedir (Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018).
Pervane çapları, 1980’lı yıllarda, 20 m civarındayken, 2000’li yıllarda 100 m’ye kadar ulaşmaktadır. Günümüzde ise, 150 m çapında pervaneye sahip rüzgâr enerji santralleri mevcuttur (Durak ve Özer, 2007).
Almanya’nın Fuhrlander bölgesinde, dünyadaki en uzun pervaneye sahip rüzgâr türbini bulunmaktadır. Bu türbinin ölçüsü, kanat uzunluğuyla birlikte 205 metredir. Ayrıca dünyada 200 metreden daha büyük olan tek rüzgâr türbini olarak bilinmektedir. Ancak geniş tarım alanlarına ve sanayi kuruluşlarına enerji sağlayan türbinlerin ölçüleri, 50 ile 100 metre arasında değişebilmektedir (Ekolojist, 2018).
Açık deniz rüzgâr enerji santralleri üzerinde çalışmalar ve yatırımlar ise, 1990’lı yıllarda başlamıştır. Rüzgârdan deniz üzerinde daha fazla oranlarda yararlanıldığı bilindiğinden 1990 yılında ilk kez test amaçlı açık deniz rüzgâr enerji santralleri Norveç’te Nogersund’da kurulmuştur. Daha sonra 1991 yılında ticari olarak ilk açık deniz rüzgâr enerji santral çiftlikleri kurulmuştur. Danimarka’nın Vindeby bölgesinde, 450 KW güç üreten 11 adet rüzgâr türbini kurulmuştur. Rüzgâr enerjisine eğilimin 2000’li yıllarda artmasıyla beraber, karalarda rüzgâr enerjisi üretimi için etkin yerlerin azalması, rüzgâr hızının yüksek olduğu bölgelerde ise ulaşım zorluklarından dolayı bakım ve onarım maliyetlerinin artması, o yıllarda açık deniz rüzgâr enerji santrallerine doğru gidişi hızlandırmıştır. Özellikle Kuzey Denizi civarındaki ülkeler olan Danimarka, Almanya, Hollanda ve İngiltere’de açık deniz rüzgâr enerji santrallerin kurulumu hız kazanmıştır (Durak ve Özer, 2007).
2009 yılında ilk kez prototip olarak Hywind, Norveç’te yüzer Açık Deniz Rüzgâr Enerji Santralleri (ADRES) olarak bilinen ‘floating wind turbines’ kurulmuştur. Karadan 10 km uzaklıkta ve 200 metre derinlikte yer alan bu yüzer ADRES 2,3 MW güç üretmektedir.
Daha sonra bu gelişme, daha derin sularda da rüzgâr çiftliklerinin kurulmasına olanak sağlamıştır (AWS Truewind, 2009).
Avrupa’da ADRES çiftliklerine ilgi her geçen gün artmaktadır ve dünyanın birçok farklı bölgesinde bu projelere rastlanmaktadır (AWS Truewind, 2009).
2.1.3. Deniz üzerindeki sabit rüzgâr santralleri
1990’lı yılların başından itibaren kullanımına başlanan açık deniz rüzgâr enerji santralleri, 2000’li yıllarda Kuzey Denizi ülkelerinin öncülüğünde büyük bir gelişim göstermiştir.
Tamamı Avrupa’da hizmet veren açık deniz rüzgâr enerji santralleri ile birlikte yapımı devam eden projelerin toplamında 4 000 MW kurulu güce ulaşılması hedeflenmektedir.
Avrupa Birliği’nin öngörülerine göre, Avrupa’da 2020 yılı sonunda toplamda 40 bin MW kurulu güce ulaşılması beklenmektedir. Avrupa’da yaşanan bu gelişmelerin ardından Çin’de ve Kuzey Amerika’da da ADRES (yüzer rüzgâr türbini) çiftlikleri projelerine başlanmıştır (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007; Durak ve Özer, 2007).
Açık deniz rüzgâr enerji santrallerinin kurulmasında aşağıdaki kriterlerin incelenmesi gerekmektedir (AWS Truewind, 2009);
• Rüzgâr potansiyeli,
• Kıyıya olan mesafe,
• Deniz derinliği,
• Deniz trafiği,
• Askeri kullanım,
• Balıkçılık,
• Doğal kullanım,
• Boru hatları ve kablolar.
Deniz üzerindeki rüzgârın özellikleri
Deniz rüzgârlarının en büyük özelliği, rüzgâr hızının, kara üzerindekinden daha fazla olmasıdır. Yapılan araştırmalara göre, açık deniz rüzgâr hızının en yakın kara kütlesinden
%20-25 daha yüksek olduğu görülmüştür (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007;
Durak ve Özer, 2007).
Deniz üzerindeki rüzgâr enerji santrallerinin özellikleri
Avrupa ülkelerinin, karadaki rüzgâr için uygun alanların az olması, rüzgârın verimli olduğu bölgelerde ise bu yerlere ulaşım, bakım ve onarım zorluklarının fazla olması nedenleri, açık deniz rüzgâr enerji santrallerine geçmelerinde etkili olmuştur. Ek olarak, deniz üzerindeki rüzgâr hızının karaya göre daha fazla olmasından dolayı, açık deniz rüzgâr enerji santrallerinden daha yüksek oranda enerji elde edilmektedir. Günümüzde Çin ve ABD gibi ülkeler de bu tür projelere başlamıştır. Çin’de ise 102 MW kurulu gücünde Açık Deniz Rüzgâr Enerji Santralleri (ADRES) çiftliği kurulmuştur (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007; AWS Truewind, 2009).
Açık deniz rüzgâr enerji türbinlerinin tek avantajı daha yüksek oranda enerji üretmesi değildir. Karadaki rüzgâr enerji santralleri çok büyük bir gürültü oluşurken açık deniz rüzgâr enerji santrallerinden gelen tiz sesi, mesafeden dolayı karadan duymak mümkün değildir. Ayrıca, karadaki rüzgâr enerji santralleri görselliği büyük oranda bozmaktayken, deniz üzerindekilerin görselliğe etkileri daha azdır (AWS Truewind, 2009).
Açık deniz rüzgâr enerji santralleri temel olarak nasel, göbek ve pervane kanatları parçalarından oluşmaktadır. Şekil 2.2’de görüldüğü gibi türbin, kule ve temel ile desteklenmektedir. Yeni nesil rüzgâr enerji santrallerinin kanat çapları, 80-154 metre, kule yükseklikleri ise 60-105 metre civarındadır. Açık deniz rüzgâr enerji santrallerinin karadaki sistemlerden en önemli farkı korozyon korumasıdır. Deniz ortamında bulunan tuz ve sudan dolayı açık deniz rüzgâr enerji santrallerinde etkin bir koruma zorunlu hale gelmektedir. Bundan dolayı, rüzgâr enerji santrallerinin yüzeyleri uygun boyalar kullanılarak ve aktif katotlar ile korunmaktadır (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği [EWEA], 2007; Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2018; Energy Siemens, 2018).
Şekil 2.2. Açık deniz rüzgâr enerji santrallerinin genel yapısı (AWS Truewind, 2009)
Kule ve temel
Bu tip açık deniz rüzgâr enerji santralleri, silindirik içi boş kuleden meydana gelmektedir.
Ayrıca yükseklikleri 105 metreye kadar ulaşmaktadır (Durak ve Özer, 2007).
Kulelerin temellerinin tasarımlarında çeşitli kriterler bulunmaktadır. Bunlar, maksimum rüzgâr hızı, su derinliği, dalga yüksekliği, akıntı, tuzluluk oranı olarak söylenebilmektedir.
Daha çok projelerde, monopil ve yerçekimi merkezli temeller kullanılmasına rağmen, derinliğin çok olduğu ya da zorlukların bulunduğu yeni projelerde, tripod, tripil, jacket gibi çeşitli temeller kullanılmaya başlanmıştır (AWS Truewind, 2009).
Monopil temel
Monopil temeller maliyeti düşük, basit yapılı ve derinliği 20 metreden düşük sığ sulara uygunluğu gibi özelliklerinden dolayı açık deniz rüzgâr enerji santralleri projelerinde en fazla kullanılan temellerdir. Monopil temel, 500 tona yaklaşan ağırlığı ve 5,1 metreyi bulan çaptan oluşmaktadır. Bu sebeple, diğer temel tiplerinden daha basit bir şekilde üretilebilmektedir. Şekil 2.3’te monopil temelin yapısı görülmektedir (AWS Truewind, 2009).
Şekil 2.3. Monopil temel (AWS Truewind, 2009)
Yerçekimi merkezli temel
Yerçekimi merkezli temeller, monopil tipli temellerin bir alternatifi olarak kullanılmaktadır. Bu tip temeller sığ sularda kulanılmaktadır. Günümüzde 29 metre derinliğe kadar olan sularda kurulabilmektedir. Temellerin ağırlıkları, 7 000 tonu
civarındadır. Şekil 2.4’te tipik bir yerçekimi merkezli temel görülmektedir (AWS Truewind, 2009).
Şekil 2.4. Yerçekimi merkezli temel (AWS Truewind, 2009)
Jacket tipi temel
Bu tip temeller, 4 yüzeyli ve uzay kafes yapıdan oluşmaktadır. Yüksek güçlü türbinlerini (5 MW) destekleyebilmektedir ve 40 metre civarı derin sularda çalıştırabilmektedirler.
Şekil 2.5’te gösterilen jacket tipi temelin ağırlığı geometrisinden dolayı daha düşüktür.
Yaklaşık 600 ton civarındadırlar (AWS Truewind, 2009).
Şekil 2.5. Jacket tipi temel (AWS Truewind, 2009)
Tripod temel
Bu tip temeller 3 ayaküstüne oturtulmuştur. Şekil 2.6’da görüldüğü üzere 3 ayaklı olmasından dolayı dalga ve akıntıdan kaynaklanan momentlere karşı çok dayanıklıdır.
Tripod temellerin de tasarımı jacket tipi temellerdeki gibi karmaşıktır. Üretimlerinde uzun süreler harcanmakta ve bu temeller jacket tipi temellerden daha ağır olmaktadırlar (AWS Truewind, 2009).
Şekil 2.6. Tripod temel (AWS Truewind, 2009)
Bu endüstride yeni kullanılmaya başlanan bir de tripil temel vardır. 3 ayaktan oluşan bu temelde ayaklar su yüzeyine kadar çıkar ve su yüzeyinin hemen üstünde birleşirler. Şekil 2.7’de görülen tripil temel, yüksek dayanıklılığıyla 50 metreye varan su derinliklerinde bile uygulanabilmektedir (AWS Truewind, 2009).
Şekil 2.7. Tripil temel (AWS Truewind, 2009)
2.1.4. Deniz üstündeki yüzer rüzgâr santralleri (floating-yüzer)
Butterfield, Musial, Jonkman ve Sclavounos (2005)’a göre açık deniz rüzgâr enerji santrallerinde yaşanan gelişmelerin sonucunda yüzer anlamındaki floating sistemler ortaya çıkmıştır. Bu sistemlerin en büyük avantajı, rüzgâr hızının yüksek olduğu yerlerde su derinliğinin fazla bir öneminin kalmamasıdır. Burada kuleyi yere oturtmak için temellerin kullanılmasına ihtiyaç yoktur. Temel yerine halat veya zincirler kullanılıp ve kule yere bağlanmaktadır. Şekil 2.8’de tipik yüzer sistemler görülmektedir. Açık deniz rüzgâr enerji santralleri çiftlikleri kurulurken su derinliğinin artışı, maliyetin de aynı oranda artmasına sebep olurken, yüzer sistemlerde bunun önüne geçilmiştir.
Butterfield ve diğerleri (2005) tarafından yapılan çalışmada, Hywind, Norveç’te dünyanın ilk yüzer açık deniz rüzgâr enerji santrali, 2009 yılında 2,3 MW gücünde yapılmıştır.
Kıyıya olan uzaklığı 10 km ve su derinliği 200 metre civarındadır. Bu sistemlerin en büyük özelliği, görsel kirliliğe sebep olmamasıdır. Kıyıdan uzaklıkları en az 10-15 km civarındadır.
Şekil 2.8. Tipik yüzer sistemler (Butterfield ve diğerleri, 2005)
2.1.5. Rüzgâr enerjisinin olumlu ve olumsuz yönleri
Olumlu özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir;
• Temizdir, çevresel zararı ve yakıt masrafı olmayan bir enerjidir.
• Süreklidir ve dışa bağımlılığı yoktur.
• Rüzgâr enerjisinde taşıma maliyeti yoktur. Doğadaki rüzgâr doğrudan kullanılabilmektedir (Yenilmez, 2002).
• Sadece periyodik bakımların yapılması ile 20–30 yıl süreyle kullanılabilmektedir (Uyar, 1999).
• Diğer enerji üretim sistemleri ile kıyaslandığında, hem daha güvenli hem de temizliği çok daha kolaydır (Uyar, 1999).
• Rüzgâr türbinleri yakıt olarak rüzgârı kullandıklarından dolayı atmosfere zehirli gazlar yaymazlar.
• Uzun ömürlü olan rüzgâr türbinlerinin kuruluş, işletme ve bakım maliyetlerinin uzun bir zamana yayılması da avantajları arasında sayılmaktadır (Yenilmez, 2002).
Yukarıdaki gibi olumlu özelliklerinin yanı sıra bazı olumsuz özellikleri de bulunmaktadır.
Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir;
• Rüzgâr hızının değişken olması, en büyük zararlarından birisidir. Yeryüzünde rüzgâr hızının sabit olduğu çok az yer vardır. Bu nedenle her alana rüzgâr santrali kurulamamaktadır (Yenilmez, 2002).
• Rüzgâr türbinlerinin kuruluş maliyeti yüksektir. Bundan dolayı çevresel ve sosyal faktörler önemli önceliklerdir (Yenilmez, 2002).
• Rüzgâr santrali kurulumu için gerekli ekipmanların çoğu, dış ülkelerden alınmaktadır.
Bu sebeple, rüzgâr türbinlerinin kuruluş maliyeti yüksektir. Bu durumun önlenebilmesi için devletlerin yerli sanayinin kurulmasına destek olması gerekmektedir (Tümerdem, 2002).
Rüzgâr enerjisinin en önemli dezavantajı rüzgâr hızının sabit olmayışıdır. Bu durum uzun süreli ve sağlıklı yapılan ölçümlerle büyük ölçüde aşılabilir. Rüzgâr ölçümlerinin doğru yapılması ve yerli türbin sanayinin oluşturulması ile rüzgâr enerjisinin en önemli dezavantajları avantaja çevrilebilmektedir (Tümerdem, 2002).
3. ÖNCÜ ÜLKELERİN RÜZGÂR ENERJİSİ POLİTİKALARI
Yenilenebilir enerji kaynağı olarak rüzgâr enerjisi dünyada en gelişmiş olan ve ticari anlamda en uygun enerji türüdür (Albostan, Cekic ve Eren, 2009: 641-649). Dünya’da 2000 yılında 17,4 GW olarak üretilen rüzgâr enerjisinden elektrik üretimi, 2015 yılında 432,9 GW olmuştur. 2016 yılı sonu itibariyle, rüzgâr enerjisine bağlı olan kurulu güç toplam 486 bin 750 MW’tır. 2030 yılında bu rakamın 1749,8 GW’a ulaşması öngörülmektedir (Polar Enerji, 2018).
Global Wind Energy Council (GWEC) raporuna göre, 2016 yılında rüzgâr enerjisine en çok yatırım yapan ilk 5 ülke sırasıyla Çin, Amerika, Almanya, Hindistan ve Brezilya olmuştur. 2016 sonu itibari ile dünyadaki en yüksek kurulu güce sahip ülkeler ise sırasıyla Çin, Amerika, Almanya, Hindistan ve İspanya’dır (Polar Enerji, 2018).
Şekil 3.1. 2016 yılında kümülatif RES kurulumu gücü en fazla olan 10 ülke (Polar Enerji, 2018)
Dünya Rüzgâr Enerjisi Konseyi’nin (GWEC) 2017 Küresel Rüzgâr İstatistikleri Raporu’na göre, Çin’in dünya genelinde 2017 yılında toplam rüzgâr kapasitesi, 539 bin 581 MW’a olmuştur. Ülkedeki rüzgâr kurulu kapasitesi 2017 yılında 19 bin 500 MW artarak 188 bin 232 MW’a çıkmıştır. Söz konusu ilave kapasitenin 17 bin 839 MW’ı kara, bin 661 MW’ı ise deniz üzerine kurulan rüzgâr santrallerinden meydana gelmiştir (Enerji Portali, 2018).
Dünya genelinde rüzgârda en fazla kurulu güce sahip ikinci ülke ise 89 bin 77 MW ile ABD olmuştur. Almanya ise, 56 bin 132 MW ile ikinci sırada yer almıştır (Enerji Portali, 2018).
Hızla gelişmekte olan rüzgâr enerjisinin kullanım alanlarından birisi de açık deniz rüzgâr enerjisidir. Açık deniz rüzgârları karaya oranla genellikle daha güçlü ve düzenli olmasına ilaveten lojistik olarak da avantajlı olmaktadır.
3.1. Amerika Birleşik Devletlerinin Açık Deniz (Offshore) Rüzgâr Enerjisi Santralleri (RES) Çiftlikleri Gelişim Politikaları
ABD Kuzey Atlantik Okyanusu Block Island Adası’ndan üç mil uzaklıkta küçük kapasiteli açık deniz rüzgâr elektrik santrali RES parkı kurulması devam etmektedir. Şekil 3.2’de 26 Temmuz 2015 tarihinde başlatılan ve her türlü çevresel koşullara dayanıklı rüzgâr türbin deniz üstü montaj çalışmaları görüntülenmektedir(Taner, 2015).
Şekil 3.2. Rüzgâr türbin ekipmanları inşaatı deniz üstü montaj çalışmaları (Taner, 2015)
Block Island Adası deniz üstü RES çiftliği için her biri 6 megawatt kapasiteli 5 adet türbinden oluşmaktadır. Ayrıca, deniz üstü RES parkı güç türbinleri üretimleri ile, Ada sakinlerinin enerji masrafları da %40 oranında azaltılması hedeflenmektedir. Deniz üstü RES türbinleri, 17 000 konutun elektrik ihtiyacını karşılamak üzere tasarlanmıştır (Taner, 2015).
Birleşik Devletler Enerji Bakanlığı (United States Department of Energy–US DOE) elektrik üretimi projeksiyonları, 2030 yılı Amerika elektrik profili içeriğinde RES güç
üretimi payının %20 düzeyinde olacağını öngörmektedir. YEK yatırım projeleri girişimlerine ekonomik yardımlar sağlanması halinde, ekonominin canlandırılması da amaçlanmaktadır (Taner, 2015).
Şekil 3.3’te montaj çalışmaları sürdürülen Block Island YEK menşeli açık deniz RES türbinleri parkı ve tarlası inşaat sahası görülmektedir (Taner, 2015).
Şekil 3.3. Block Island RES türbinleri parkı ve tarlası inşaat sahası (Taner, 2015)
3.2. İngiltere Açık Deniz (Offshore) Rüzgâr Elektrik Santralleri (RES) Çiftlikleri Güç Üretim Politikaları
İngiltere’de Ekim 2013‘ten beri Edinburgh Firth of Forth sahili boyunca İngiltere’nin en büyük rüzgâr türbini yer almaktadır.
Dünyadaki tüm ülkelerle karşılaştırıldığında İngiltere, açık deniz RES güç üretimi kapsamında birinci sıradadır.
Ülkenin şu anda yaklaşık %13 düzeyinde olan yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) üretimi oranının, 2020 yılına kadar %30 oranına çıkarılması öngörülmektedir.
İngiltere’de açık deniz rüzgâr santrali türbin sayısı %3‘ten az olmasına rağmen YEK elektrik üretimi oranı %20‘ye kadar ulaşmaktadır.
İngiliz Hükümeti, açık deniz rüzgâr jeneratörleri maliyetleri seviyelerini 2020 yılına kadar
%30 oranında azaltmayı hedeflemektedir.
İngiliz Enerji ve İklim Değişikliği Bakanlığı (Department of Energy and Climate Change – DECC), 2020 yılına kadar açık deniz rüzgâr enerji santrali güç üretimi kapasitesini 10 gigawatt (GW)‘a ulaştırmayı hedeflemektedir. Sonuç olarak, bu sayede İngiltere’nin %30 güç üretimi karşılanacaktır (Taner, 2014).
Kıyı ötesi alanda dünyanın en büyük rüzgâr enerjisi projesi ise yine İngiltere kıyılarında, 2014 yılında kullanılan 630 MW kurulu güce sahip London Array rüzgâr santrali projesidir (Yeşil Ekonomi, 2018).
3.3. Almanya Yenilenebilir Enerji Kaynakları (YEK) Kapsamında Açık Deniz Rüzgâr Elektrik Santralleri (RES) ve Enerji Dönüşümü Politikaları
Almanya yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) yatırımları arasında en ilgi çekici olanı, 2023 yılına kadar Kuzey Denizi ve Baltık Denizi kıyıları açıklarında 14 gigawatt (GW)‘lık rüzgâr türbinleri kurulması çalışmalarıdır. Böylece, Almanya elektrik üretimi 2023 yılı itibari ile işletmeye alınması planlanan rüzgâr elektrik santralleri (RES) ile toplam %9 oranında karşılanacaktır (Taner, 2013).
Yerli ve yabancı girişimciler, gelecekteki türbin maliyetlerinden dolayı rüzgâr enerjisi santralleri (RES) kurulması yatırımlarına soğuk bakmaktadır. Tenneт Firması adına görev yapan bağımsız bir danışmanlık şirketi tarafından yürütülen çalışma, 2023 yılına kadar kurulacak 14 GW‘lık rüzgâr türbinlerinin yarısından fazlasının fire vererek muhtemelen maksimum 6 GW‘tan daha azının inşa edileceğini değerlendirmektedir. Almanya tüketici haklarını koruma kuruluşu VZBV (Verbraucherzentrale Bundesverband –VZBV) denizlerde atıl kalacak enerji nakil hatları ağları maliyetlerinin ağır biçimde Alman kamuoyu tarafından ödeneceğinden şikâyet etmektedir (Taner, 2013).
4. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Bu bölümde, 2000-2018 yılları arasında yapılmış otuz çalışma incelenmiştir. Rüzgâr enerji türbin kurulumları ile ilgili çalışmalarda yer alan çok kriterli karar verme tekniklerini içeren ve kurulum için uygun bölge seçimini coğrafi bilgi sistemiyle bütünleştiren çalışmalara yer verilmiştir. İnceleme yapılırken, çalışmalarda kullanılan yöntemler, ana kriterler, alternatifler, uygulamanın yapıldığı alanlar, çalışmanın amacı dikkate alınmıştır.
Çizelge 4.1. Literatür araştırması
Yazarlar Yıl Makale Adı Yöntem(ler) Amaç
Huifen, L. vd. 2006
Where to Outsource: Using a hybrid multi-criteria decision aid method for selecting an offshore outsourcing location.
Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP),
Promethee
Açık deniz dış kaynak bölgesinin seçimi için melez çok kriterli karar yardımı metodunu kullanma.
Bennui, A. vd. 2007 Site selection for large wind turbine using GIS.
Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP)
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
Tayland’ da rüzgâr türbini kurulumu için efektif bölge seçimi.
Yalçın U. 2007
Bulanık analitik hiyerarşi prosesi kullanarak rüzgâr enerjisi santral yeri seçimi.
Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi (FAHP),
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
Rüzgâr enerjisi santral yeri seçimi probleminin belirlenmesi.
Vagiona D.G.
and Karanikolas N.M.
2012
A multicriteria approach to evaluate offshore wind farms siting in Greece.
Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP)
Yunanistan çevresindeki açık deniz rüzgâr çiftliklerini
değerlendirmek için çok kriterli yaklaşımlarını sunmak.
Shafiee M. 2014
A fuzzy analytic network process model to mitigate the risks associated with offshore wind farms
Bulanık Analitik Ağ Süreci (ANP)
Açık deniz rüzgâr enerji çiftlikleri ile ilişkili riskleri azaltmak için bir bulanık analitik ağ süreci modeli geliştirmek.
Abdolvahhab and
Khorasaninejad 2015
A novel hybrid MCDM approach for offshore wind farm site selection:
A case study of Iran
Bulanık Analitik Ağ Süreci (ANP)
İran’da açık deniz rüzgâr çiftliğine sahip dört bölge arasından en iyi bölgenin seçilmesi.
Cradden vd. 2015
Multi-criteria site selection for offshore renewable energy platforms.
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
Açık deniz yenilenebilir enerji platformları için çok kriterli bölge seçimi
Latinopoulos,
D. vd. 2015
A GIS-based multi-criteria evaluation for wind farm site selection. A regional scale application in Greece
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) Ağırlıklı Doğrusal Kombinasyon Yöntemi (WLC)
Bölgesel düzeyde rüzgâr- çiftlik planlaması.
Çizelge 4.1. (devam) Literatür araştırması
Yazarlar Yıl Makale Adı Yöntem(ler) Amaç
Yunna, W. vd. 2015
Study of decision framework of offshore wind power station site selection based on ELECTRE-III under intuitionistic fuzzy environment: A case of China.
ELECTRE III
Çin’de açık deniz rüzgâr enerji santrali sistemi bölge seçimi için uygulanabilir indeks sisteminin kurulması ve en uygun bölgenin seçilmesi için etkili kapsamlı değerlendirme taslağının geliştirilmesi.
Jangid, J. Vd. 2016
Potential zones identification for harvesting wind energy resources in desert region of India – A multi criteria evaluation approach using remote sensing and GIS.
Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
Mekânsal çok kriterli karar analizi kullanarak rüzgâr çiftliği geliştirme projeleri için en uygun alanların seçimi.
Murali, M. vd. 2016
Site selection for offshore wind farms along the Indian coast.
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
Hindistan sahilleri boyunca açık deniz rüzgâr çiftlikleri için bölge seçimi.
Sánchez- Lozano, J.M.
vd.
2016
GIS-based onshore wind farm site selection using Fuzzy Multi-Criteria Decision Making methods
Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi (FAHP),
Bulanık İdeal Çözüme Dayalı Sıralama Tekniği (FTOPSIS)
Karada bir rüzgâr çiftliğini kurmak için en uygun yerin seçilmesi.
Chamanehpour , E. vd. 2017
Site selection of wind power plant using multi-criteria decision-making methods in GIS: A case study.
Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS)
Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS), Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) ve bulanık metotlar kullanılarak rüzgâr türbini kurulumu için bölge seçimi.
Villacreses G.
vd. 2017
Wind farms suitability location using geographical information system (GIS), based on multi-criteria decision making (MCDM) methods: The case of continental Ecuador.
Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS),
Sıralanmış Ağırlıklı Ortalama (OWA), Mesleki Tekrarlı Eylemler (OCRA), VIKOR, TOPSIS
Kurulacak rüzgâr enerji santralleri için en uygun bölge seçimini belirme.
Shafiee (2014) çalışmasında, denizaşırı rüzgâr enerji çiftlikleri ile ilişkili riskleri azaltmak için bir bulanık analitik ağ süreci modeli geliştirmiştir. 30 rüzgâr türbini içeren bir açık deniz rüzgâr çiftliği için en uygun risk azaltma yönteminin bulanık analitik ağ süreci ile seçilmesi amaçlanmıştır. Ana kriterler; güvenlik, değer, maliyet, fizibilitedir. Alternatifler;
açık deniz bölge düzeni değişimi, bakım hizmetlerinin iyileştirilmesi, izleme sistemlerinin arttırılması, rüzgâr türbinlerinin tasarımında değişiklik olarak sıralanabilir. Değerlendirme sonucunda, onarım ve bakım hizmetlerinin iyileştirilmesi en uygun maliyetli çözüm olarak seçilmiştir (Shafiee, 2014: 2143–2152).
Vagiona ve Karanikolas (2012) çalışmalarında, Yunanistan çevresindeki açık deniz rüzgâr çiftliklerini değerlendirmek için çok kriterli yaklaşımlarını sunmuşlardır. Çok kriterli karar verme metotları ve coğrafi bilgi sistemleri araçlarının birleştirilmesi ile Yunanistan çevresindeki açık deniz rüzgâr çiftliklerine sahip en etkili alanları araştırmak amacıyla bir sistematik metodolojinin uygulanmasını amaçlayarak Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP)’ni çalışmada kullanmışlardır. Ana kriterler; ortalama rüzgâr hızı, korunmuş alanlara uzaklık, gemi rotalarına uzaklık, kıyıya uzaklık, var olan elektrik şebekesine olası bağlantı mesafesidir. Alternatifler; Kassos, Karpathos, Amorgos, Anafi, Andros, Skyros, Samothraki, Rhodes, Kos, Othonoi adalarıdır. Değerlendirme de en etkili alanlar Anafi, Karpathos ve Amorgos olarak belirlenmiştir (Vagiona ve Karanikolas, 2012: 235-243).
Abdolvahhab ve Khorasaninejad (2015) çalışmalarında, İran’da açık deniz rüzgâr çiftliğine sahip dört bölge arasından en iyi bölgenin seçilmesi amacıyla yeni birçok kriterli karar verme metodu geliştirmişlerdir. Çalışmada Bulanık Analitik Ağ Süreci (ANP), Bulanık Dematel, Bulanık Electre yöntemlerini ele almışlardır. Uygulama alanı olarak İran–
Deylem Şehri seçilmiştir. Ana kriterler; derinlikler ve yükseklikler, çevresel konular, tesislere yakınlık, ekonomik görünümler, kaynak teknik seviyeleri, kültürdür.
Alternatifler; İran’nın Deylem şehrindeki dört bölge olarak belirlenmiştir (Abdolvahhab ve Khorasaninejad, 2015: 17-28).
Cradden, Kalogeri, Barrios, Galanis, Ingram ve Kallos (2015) çalışmalarında, açık deniz yenilenebilir enerji platformları için çok kriterli bölge seçimine yönelmiştir. Atlantik Kıyı Sahilleri’nde yenilenebilir enerji platformlar arasından Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) teknolojisine göre en uygun olanın seçimini amaçlamıştır. Ana kriterler; minimum rüzgâr hızı, minimum dalga gücü yoğunluğu, derinlik aralığı, kıyıya minumum mesafedir.
Alternatifler; platform-1 (dalga tarafından yönetilen), platform-2 (rüzgâr tarafından yönetilen), platform-3 (genel kış teknolojisi)’tür.
Yunna, Jinying, Jianping, Shuai ve Haobo (2015) çalışmalarında, Çin’de açık deniz rüzgâr enerji santrali sistemi bölge seçimi için uygulanabilir indeks sisteminin kurulması ve en uygun bölgenin seçilmesi için etkili kapsamlı değerlendirme taslağının geliştirilmesini amaçlamıştır. Sezgisel bulanık ortamda ELECTRE III’e dayalı olarak açık deniz rüzgâr enerji santrali bölge seçiminin karar çerçevesinde çalışılmasını yürütmüştür. Ana kriterler;
rüzgâr kaynakları, kurulum ve bakım koşulları, kıyıda destekleyici koşullar, çevresel
etkiler, ekonomik, sosyal yararlardır. Alternatifler; Bingzhou, Hekou, Laizhou Dongying, Laizhou Yantai, and Long Ada Kıyılarıdır. Değerlendirme sonucunda, Laizhou Yantai en uygun bölge olarak seçilmiştir.
Huifen, Wang ve Yang (2006) çalışmalarında, bir açık deniz dış kaynak bölgesinin seçimi için melez çok kriterli karar yardımı metodunu kullanma yoluna gitmişlerdir. Amaç, en iyi alternatifin seçilmesidir. Çok kriterli karar verme tekniklerinden Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) ve Promethee yöntemleri kullanılmıştır. Uygulama alanı bir Amerikan Şirketi’dir.
Ana kriterler; altyapı, ülke riski, hükümet politikası, insan sermayesi ve maliyettir.
Alternatifler; Hindistan, Meksika, Çin, Filipinler, Malezya’dır. Değerlendirme sonucunda sıralama sırasıyla; Hindistan, Çin, Filipinler, Malezya, Meksika olarak gözlemlenmiştir.
Yalçın (2007) çalışmasında, rüzgâr enerjisi santral yeri seçimi probleminin belirlenmesi için bulanık AHP yöntemini kullanmıştır. Ana kriterler; potansiyel, teknik, sosyal etkenler, ulaşım, maliyettir. Alternatifler ise; Balıkesir, Çanakkale ve İzmir’dir. Değerlendirme sonucunda en iyi alternatif olarak Çanakkale bulunmuştur (Yalçın, 2007).
Eroğlu (2014) çalışmasında, Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) ve Bulanık Analitik Hiyerarşi Prosesi (BAHP)’ni bir arada kullanarak kurulacak rüzgâr santralleri için en uygun bölgenin seçilmesini amaçlamıştır. Ana kriterler; rüzgâr potansiyeli, sulak alanlar, yerleşim, ormanlık alanlar, eğim, kayalık alanlar, yollara uzaklık, toprak, jeoloji, heyelan, kuş göç yolları, rekreasyondur. Uygulama alanı olarak Gümüşhane seçilmiştir (Eroğlu, 2014).
Aydın (2013) çalışmasında, Bulanık TOPSIS ve VIKOR yöntemlerini kullanarak rüzgâr enerji santralleri için en uygun bölge seçimini bulmuştur. Ana kriterler; rüzgâr karakteristiği, maliyet, teknik ve sosyal etkenlerden oluşmuştur. Alternatifler ise; Şanlıurfa, Mersin, İzmir olarak belirlenmiştir. Değerlendirme sonucuna göre, bu üç bölgede yapılacak herhangi bir yatırım için yatırımın geri dönüşü ve verimliliği dikkate alındığında en iyi alternatifin İzmir olduğu görülmüştür (Aydın, 2013).
Özşahin ve Kaymaz (2013) çalışmalarında, Hatay ilindeki rüzgâr enerji santralleri (RES)’nin yapım yeri seçiminin coğrafi faktörler kapsamında ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) metotları kullanılarak sorgulanmasını amaçlamışlardır. Ana kriterler; rüzgâr hızı dağılımı, güç yoğunluğu dağılımı, kapasite faktörü dağılımı, pürüzlülük, enerji nakil
