tıklayınız

Transkript

tıklayınız

© Bu kitapta yayınlanan yazı ve grafiklerin her hakkı mahfuzdur. Sektörel Fuarcılık Ltd. Şti’nin yazılı izni
alınmadan, kaynak gösterilerek de olsa iktibas edilemez. Bildirilerin bütün sorumluluğu yazarlarına, ilanların
sorumluluğu ilan sahiplerine aittir.
© All rights reserved. No parts of this publication may be reproduced in any form or by any means, whether as
a source without the consent of the Sektörel Fuarcılık Ltd. Şti. The responsibility of all presentations and ads
belong to their authours and owners.
Sektörel Fuarcılık Ltd. Şti.
Balmumcu Bahar Sok. No: 2/13
Beşiktaş/İstanbul
Tel
: (0212) 288 00 46
Faks
: (0212) 211 38 50
web sitesi : www.sektorelfuarcilik.com
Baskı ve Cilt
Özgün Ofset
4. Levent
Tel: (0212) 280 00 09
II
BİLDİRİLER KİTABI
PROCEEDINGS BOOK
ULUSAL ENERJİ VERİMLİLİĞİ FORUMU
NATIONAL ENERGY EFFICIENCY FORUM
ÖNSÖZ
Enerji; hareketsizi harekete geçirmek, durağanı yürütmek, kapalı olanı açmak, düşünüp bulmak, hayal ettiğimizi kağıda
dökmek, kağıt üstündekini üretmek ve hayata geçirmek için... Her şey için enerji...
Enerjiyi üretirken ve kullanırken toprağın, yaprağın, kuşun, yeşilin ve mavinin kıtlığına yol açmayalım. Üzerimizdeki
çevre emanetini çocuklarımıza temiz bırakmak için, enerjide yeterli olanla yetinmesini, kaynaklarımızı verimli ve etkin
kullanmasını bilelim. Enerjinin her noktada verimli ve etkin kullanılması adına, bir taraftan kapımızın önünü süpürelim, aynı
zamanda da toplum refleksini artırıcı katkılarda bulunalım. Yaşam kalitemizden ve üretimimizden fedakarlık yapmadan
tasarruf edebileceğimiz enerji, en ucuz ve en temiz yerli enerji kaynağıdır.
Özel sektör, kamu ve sivil toplumun ilgili tüm kurumları tarafından ve bu kurumlar arasında yakın işbirliği ile sürdürülecek
çalışmalarla enerji verimliliğinde başarıya ulaşmak mümkün olacaktır. Çalışmalarımızı, işbirliklerini ve katılımları motive
etmeye, hedef gösterici, eylem planlarını mümkün olduğunca somutlaştırmaya, tarafların rollerini belirleyici düzenlemeleri
yapmaya odaklanıyoruz. Enerji verimliliği çalışmalarında paylaşımcı bir ortam yaratmayı ve tüm tarafların işbirliğini
sağlamayı hedefliyoruz.
Enerji verimliliğinin temelini insan bilinci oluşturur. Bu bakış açısından hareketle, istediğimiz kadar düzenlemeler de yapsak,
kanun, ikincil mevzuatlar da hazırlasak, yükümlülükler ve teşvikler de getirsek enerji verimliliği konusunda toplum bilincini
geliştirmedikçe yaptığımız düzenlemelerin hayata geçirilmesinde hep bir eksiklik olacaktır. Unutulmamalıdır ki, verimlilik ve
bilinç doğru orantılıdır. Gerçekleştirdiğimiz çalışmalarla toplumda enerji verimliliği bilincinin oluşturulmasına önemli katkılar
sağladığımıza inanıyorum. Fakat mutlak başarı için toplumun tüm kesimlerinin bu konuda duyarlılık göstermesi gerekiyor.
Bir karar, bir proje, bir adım,
bir yazı, bir ses, bir eser
ve nihayet bir uğraş,
bin toplumsal fayda ile bize dönebilir.
Bu çerçevede, kamuoyunda bilincin geliştirilmesine, bilgi ve tecrübelerin paylaşılmasına, ülkemizdeki ve dünyadaki
gelişmelerin izlenmesine, darboğazlara ve sorunlara çözüm önerilerinin ve işbirliği olanaklarının geliştirilmesine önemli
katkılarda bulunan ve 13-14 Ocak 2011 tarihlerinde düzenlenen II. Ulusal Enerji Verimliliği Forumu ve Fuarı’nın özetini
sunan bu kitabın, okuyanlar için faydalı olacağına inanıyorum. Her yıl gerçekleştirmeyi planladığımız Forumun, bilgi
paylaşımını ve küresel gelişmelere ulaşmayı sağlayan, ortak kararların verilebileceği, faydalı işbirliklerinin başlatılacağı,
halk bilincinin beslenebileceği, kalıcı ve üretken bir platform olmasını hedefliyoruz.
Enerji verimliliğinin artırılması ve bu doğrultuda toplumda gerekli bilinç düzeyinin yükseltilmesi için çaba gösteren, katkı
koyan, katılım sağlayan herkese ortak geleceğimiz adına bir kez daha teşekkür ederiz.
Saygılarımızla,
M. Kemal BÜYÜKMIHCI
EİE Genel Müdürü
III
PROCEEDINGS BOOK
İÇİNDEKİLER
Elektrik Motorlarının Enerji Verimliliğinde Uluslararası Standartların ve Anlaşmaların Harmonizasyonu ve
Ülkelerin Yaklaşımları
Ahmet ERECEK ................................................................................................................................................................. 1
Elektrik Motorları ve Motor Hız Kontrol Sistemleri İle Enerji Verimliliği
Alkan DEMİRCİOĞLU ....................................................................................................................................................... 6
Yenilenebilir ve Etkin Enerji Kullanımının Yapılarda Uygulanması
Bekir YELMEN, M.Tarık ÇAKIR ............................................................... …………………………………………………. 13
Metropolitan Raylı Sistemlerde Enerji Yönetimi
Beyhan KILIÇ, Selçuk TUNA, Bünyamin YAĞCITEKİN ..................................................................................................
18
Türkiye Enerji ve Çevre Politikalarında Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Stratejilerinin Yeri
Ebru ACUNER, Sermin ONAYGİL ..................................................................................................................................
22
Birleşik Isı - Güç Sistemleri Kojenerasyon / Trijenerasyon
Emel ESENDİR ............................................................................................................................................................... 27
Hibrid ve Elektrikli Araçlar İle Toplu Ulaşımda Enerji Verimliliği
Emre GÖREN .................................................................................................................................................................. 28
Antalya Güneşev ve Ekolojik Eğitim Merkezi
Engin ERARSLAN ............................................................................................................................................................ 33
Güneşkent –Yeşil Antalya– Projesi “Geleceği Bugünden Kuruyoruz”
Engin ERARSLAN ............................................................................................................................................................ 34
WHR – Ağır Sanayide Atık Isıdan Enerji Geri Kazanımı
Halim TEKKEŞİN ............................................................................................................................................................. 35
Tarımsal Üretimde Enerji Verimliliği
H. Hüseyin ÖZTÜRK ........................................................................................................................................................ 36
Tekstil Sanayi Sektöründe Minimum Enerji Tasarruf Potansiyelinin Belirlenmesi
Kürşat KABAKÇI, Sermin ONAYGİL, Ebru ACUNER ..................................................................................................... 41
TÜPRAŞ Rafinerilerinde Enerji Sistemlerini İzleme ve Optimizasyonu (Prosteam) Projesi
Mehmet ALKAN ............................................................................................................................................................... 46
LED Tabanlı Sokak Lambası Tasarımı ve Fotometrik Ölçümleri
Murat DURAK .................................................................................................................................................................. 50
IV
PROCEEDINGS BOOK
Binalarda Enerji Verimliliğinin Artırılması
M. Müge CEYLAN ............................................................................................................................................................ 54
Su Yönetimi ve Enerji Verimliliği
R. Ali TOPÇU .................................................................................................................................................................. 59
Yaz Saati Uygulamasının Binalarda Aydınlatma İçin Kullanılan Elektrik Tüketimine Etkileri
Servet KARASU ............................................................................................................................................................... 64
Tesisat Sistemlerinde Kullanılan Suyun Kalitesinin Korunması ve Tasarruf
Seval BEKLER ................................................................................................................................................................ 69
TÜPRAŞ İzmit Rafinerisinde Pistonlu Kompresörlerde Kademesiz Yük Kontrolü Uygulaması
Soner SAVAŞ .................................................................................................................................................................. 72
Doğrudan Metan Yakan Katı Oksit Yakıt Hücreleri İçin Değişik Anot Yapılarının İncelenmesi
Vedat SARIBOĞA, M.A. Faruk ÖKSÜZÖMER, M.Ali GÜRKAYNAK ............................................................................... 78
Importance Of Higher Efficiencies For Induction Motors And Present Trends
Vinod KUMAR ................................................................................................................................................................. 83
Organik Esaslı Mangan Katkı Maddesiyle Fuel Oilin Yanma Özelliklerinin TS 11630 Kapsamında Geliştirilmesi
Zafer MACİT ..................................................................................................................................................................... 87
Poster Bildiriler ............................................................................................................................. 89
Binalarda Enerji Verimliliği
Bekir YELMEN, Serdar ÖZTEKİN, Menderes ÜSTÜNER ................................................................................................ 90
Kojenerasyon Sistemlerinin Enerji Ve Ekserji Verimi
H. Hüseyin ÖZTÜRK ........................................................................................................................................................ 93
Yakıt Pillerinin Karşılaştırılması
H. Hüseyin ÖZTÜRK ........................................................................................................................................................ 97
E-Co: Energy Controlling - Comprehensive Energy Management For Facilities And Companies
Attila VÁRI, Dr. Zsolt János VIHAROS, İbrahim Halil KALKAN..................................................................................... 103
Türkiye Enerji Verimliliği Potansiyelinin Değerlendirilmesi
Mehmet Akif ŞENOL ..................................................................................................................................................... 105
V
PROCEEDINGS BOOK
ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ VERİMLİLİĞİNDE ULUSLARARASI
STANDARTLARIN VE ANLAŞMALARIN HARMONİZASYONU VE
ÜLKELERİN YAKLAŞIMLARI
Ahmet ERECEK
ELSAN Elektrik Sanayi ve Ticaret A.Ş.
Özet
Elektrik motorları, endüstride kullanılmakta olan pompaları,
fanları, kompresörleri ve diğer tüm mekanik sistemleri süren en
önemli tahrik elemanlarıdır. Dünyanın çeşitli ülkelerinde elektrik
motoru üreticilerinin, bulundukları ülkelerde tabi oldukları test
prosedürleri ve performans standartlarındaki farklar, küresel
pazardaki kullanıcıların enerji verimli motorları doğru olarak
tanıyabilmelerini ve satın alma kararlarını doğru bir şekilde
verebilmelerini engellemektedir. Bu nedenle, elektrik motoru
test ve performans standartlarının yerel tanımlamalardan
arındırılarak dünya çapında harmonize edilmesi ve ortak bir dile
kavuşturulması gerekmektedir.
1. Giriş
Enerji verimliliği, bugünün endüstriyel ürünlerinde ve sistemlerinde artık gerekli bir nitelik olmuştur. Ancak, bu alandaki
farklı standartların çokluğu, bu ürünlere yönelik enerji verimliliği
performans göstergelerinin doğru bir şekilde karşılaştırılmasını
inanılmaz bir şekilde zorlaştırmakta, hatta olanaksız kılmaktadır.
Elektrik motoru sistemleri dünyadaki elektriğin % 40’ını[1], endüstri tarafından tüketilen elektriğin ise % 70’ini kullanmaktadır[2].
Endüstride, alt yapıda ve binalarda kabaca her yıl 300 milyon
motor kullanımdayken, 30 milyon yeni elektrik motoru da endüstriyel amaçlı olarak satılmaktadır.
Elektrik motorları; pompaları, fanları, kompresörleri ve diğer
mekanik tahrik sistemlerini sürmektedir. Test prosedürleri ve
performans standartları birbirleriyle uyumlandırılmadıkları için
elektrik motorları kalitelerinin algılanışları oldukça değişkenlik
göstermektedir. Global pazarda, enerji verimli ürünlerin etkin bir
şekilde tanıtımının yapılması, enerji performans standartlarının
uluslararası seviyeye getirilmesini gerektirmektedir.
2. Avrupa Birliği Minimum Enerji Performans
Standardı
Avrupa Birliği Minimum Enerji Performans Standardı (Minimum
Energy Performance Standards-MEPS) Rehberi’nin amacı,
yüksek verimli motorların dünya çapında ticaretini kolaylaştıracak
olan yeni standartlar hakkında paydaşları bilgilendirmek, enerji
verimli elektrik motorlarına doğru pazar dönüşümünü sağlamak
için bir ön koşul oluşturmak ve bu sayede rehberin mühendislere,
motor kullanıcıların ve standartların harmonizasyonu çalışmaları
sırasında ilgili düzenleyici kuruluşların kullanabilmesine rehberlik
etmektir.
Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (International Electrotechnical Commission-IEC) ve Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği (National Electrical Manufacturers Association-NEMA)
tarafından hazırlanan ve global pazardaki elektrik motorları için;
yeni test standartlarının, verimlilik sınıflarının, etiketlemenin ve
minimum enerji performans standartlarına ait giriş bilgilerinin
verildiği, Avrupa Komisyonu Ekotasarım Düzenleme Komitesi
(European Commission Ecodesign Regulatory Committee)
tarafından hazırlanan MEPS, 22 Temmuz 2009 tarihinde Avrupa
Parlamentosu tarafından onaylanmıştır. Standart, Avrupa
pazarına sunulacak elektrik motorları için zorunlu verimlilik seviyelerini tanımlamaktadır.
MEPS dokümanı, IEC 60034-30 standardı ile IEC tarafından
yeni verimlilik standartlarının oluşturulmasından sonra oluşturulmuş ve Elektrik Makineleri ve Güç Elektroniği Üreticileri
Avrupa Komitesi’nin (European Committee of Manufacturers
of Electrical Machines and Power Electronics-CEMEP)
1999 yılında yayımladığı gönüllü Eff1, Eff2 ve Eff3 verimlilik
standartlarının yerini almıştır. IEC, motor testi ve verimlilik
sınıfları için ana hatları belirlerken, verimliliğin düzenlenmesi ile
ilgili konuları çalışma kapsamının dışında tutmaktadır. Bu ihtiyaç,
MEPS tarafından yerine getirilmektedir.
MEPS’in Avrupa Komisyonu tarafından benimsenmesi ile
birlikte aynı çalışma, 2007 yılında yayımlanmış olan ABD Enerji
Bağımsızlığı ve Güvenliği Kanunu’nda (Energy Independence
and Security Act-EISA) da yapılacaktır.
2.1. Kapsam
MEPS, IEC 60034-30’a göre dünya çapında satılan motorların
% 80’inden fazlasını oluşturan ve elektrik enerjisinin büyük bir
kısmının kullanımından sorumlu olan;
Nominal voltajı 1000 V’a kadar olan,
Nominal çıkış gücü 0,75 kW ve 375 kW arasında olan,
2, 4 veya 6 kutuplu ve direk üçgen bağlantıda çalışan,
Çalışma şekli S1 (sürekli) veya çalışma süresi % 80 ve
üzerinde S3 (kesintili periyodik) olan,
Üç-fazlı ve tek hızlı,
indüksiyon motorlarını kapsamaktadır[3].
1
PROCEEDINGS BOOK
Bu sınıflandırmadan;
IEC 60034-25’e uygun olarak frekans konvertörü ile çalışmak
için üretilmiş motorlar (güç kaynağındaki harmonik voltaj
içeriğinden kaynaklanan ilave kayıplardan dolayı) ve
Makineden ayrı olarak test edilmesi mümkün olmayan, tümüyle
pompa, fan ve kompresör gibi bir makinenin içine entegre
edilen motorlar hariç tutulmuşlar, ancak redüktörlü, frenli veya
alev sızdırmaz gibi özel amaçlı tüm diğer motorlar, standart
tarafından kapsanmışlardır.
Ulusal MEPS’ler, özel çalışma şartlarının getirdiği tasarım
sınırlamaları nedeniyle, verimlilikten fedakarlık edilmesini
gerektirebilecek aşağıdaki durumlar hariç sadece genel amaçlı
motorlara uygulanacaktır:
Sürülen makinenin ağır başlangıç yükü ya da özel bir moment
ihtiyacının olması,
Fazla sayıdaki duruş ve kalkış periyotları veya düşük rotor ataleti,
Sınırlı kalkış akımı, yüksek voltaj ya da frekans toleransı gibi
özel şebeke karakteristikleri,
Çok yüksek veya düşük ortam sıcaklıkları,
Duman çekme ya da yükseklerde çalışan motorlar gibi özel
ortam koşulları,
IEC 60079-0’a göre tehlikeli alanlarda çalışan motorlar.
Tablo 2.
Faz
Uygulama
Tarihi
Enerji
Verimlilik
Seviyesi
1
16
Temmuz
2011
IE2
(Eff1)
2
Avrupa’daki
Mevcut
Uygulama
ABD’deki
Mevcut
Uygulama
Yeni IEC
Uygulaması
Süper Premium
Verimli
-
-
IE4
Premium Verimli
-
NEMA
Premium
IE3
Yüksek Verimli
Eff1
EPAct
IE2
Standart Verimli
Eff2
-
IE1
Düşük Standartta
Verimli
Eff3
-
-
Avrupa’daki mevcut uygulama, IEC 60034-2:1996 veya
CEMEP-EU:1999’a göredir.
ABD’deki uygulama ise IEEE 112 B’ye göredir.
Ticari olarak henüz mümkün olmamasına ve AC indüksiyon
motor teknolojisinin ötesine geçilmesini gerektirebilecek
teknolojileri gerektirebilecek olmasına rağmen, IE3’ün üzerinde
bulunan ve gelecekte dikkate alınacak IE4 Süper Premium
Verimli motorlar da standart kapsamına dahil etmiştir.
2.3. Uygulama Takvimi
Bu sınıfa giren motorlar için ortaya çıkan ekotasarım ihtiyaçları,
MEPS’in ekinde verilmiştir. Her bir ekotasarım ihtiyacı, Tablo
2’ye göre uygulanacaktır:
2
0,75-375
Motorlar, IE2
verimlilik sınıfı
ihtiyaçlarını
karşılamalıdır.
7,5-375
7,5-375 kW arası
motorlar, hem IE3
verimlilik sınıfını,
hem de VFD ile
teçhiz edilmişler
ise IE2 verimlilik
sınıfı ihtiyacını
karşılamalıdır.
(IE2 sınıfı
verimlilikten
%15 daha
düşük kayba
göre ekstrapole
edilmiştir.)
01 Ocak
2015
IE2
(VFD ile)
IE3
3
Yeni Uluslararası
Verimlilik Sınıfları
Açıklama
IE3
2.2. Verimlilik Sınıfları
Tablo 1, IEC tarafından 2008 yılında yürürlüğe giren IEC
60034-30 standardında tanımlanan verimlilik sınıflarını ve
karşılaştırılabilir verimlilik seviyelerini göstermektedir.
Tablo 1. IEC 60034-30 Standardında Tanımlanan Verimlilik
Sınıfları ve Karşılaştırılabilir Verimlilik Seviyeleri
Kapsam
(kW)
01 Ocak
2017
IE2
(VFD ile)
0,75-375
0,75-375 kW arası
motorlar, hem IE3
verimlilik sınıfını,
hem de VFD ile
teçhiz edilmişler
ise IE2 verimlilik
sınıfı ihtiyacını
karşılamalıdır.
Bu tabloya göre;
0,75-375 kW aralığında bulunan ve IE2’den daha düşük
verimlilik sınıfları olan IE1 (Eff2) ve 2008 yılında yürürlüğe giren
IEC 60034-30’de karşılığı olmayan Eff3 enerji verimliliğine
sahip motorlar, 16 Temmuz 2010 tarihinden itibaren artık
pazarda satılamayacaktır.
01 Ocak 2015 tarihinden itibaren ise, 7,5-375 kW aralığında
bulunan motorlar, değişken hız sürücüleri (Variable
Frequency Drives-VFD) ile sürülmedikleri takdirde, premium verimlilik sınıfı olan IE3 enerji verimliliğine sahip
olmak zorundadırlar. 7,5-375 kW aralığındaki bulunan bu
motorlar VFD ile sürülmüş olmaları durumunda, IE2 (Eff1)
enerji verimliliği sınıfında yüksek verimli motorlar olarak
satılabileceklerdir.
01 Ocak 2017 tarihinden itibaren aynı gereksinim, motor
güç aralığı daha da genişletilerek, 0,75-375 kW arasındaki
motorlara da uygulanacaktır.
3. IEC Tarafından Hazırlanan Verimlilik Standartları
IEC tarafından elektrik motorlarının enerji verimliliklerinin ve
performanslarının test edilmesine yönelik olarak oluşturulan
standartlar aşağıdadır (Tablo 3) [4]:
PROCEEDINGS BOOK
Tablo 3.
Alan
IEC
Referansı
Yayımlandığı
Yıl
Beyan
Değerleri
IEC
60034-1
2010
Beyan Değerleri ve
Performans
Test
IEC
60034-2-1
2007
Kayıpları ve Verimliliği
Belirlemek için
Standart Metotlar
2010
Büyük Makinelerin
Kayıplarının Ayrıca
Hesaplanması için
Spesifik Metotlar
(IEC 60034-2-1’i
Destekleyen)
2008
Tek-Hızlı, Üç-Fazlı
ve Sincap Kafesli
Motorların Verimlilik
Sınıfları
Test
IEC
60034-2-2
Verimlilik
Sınıfları
IEC
60034-30
Rehber
IEC
60034-31
2010
Başlık
Değişken Hız
Sürücüleri İçeren
Enerji Verimli
Motorların SeçimiUygulama Rehberi
Değişken hız sürücü ile beslenen AC motorların verimliliğinin ve
kayıplarının belirlenmesi için özel test metotlarını standardize
edecek olan IEC 60034-2-3 üzerindeki geliştirme çalışmaları
halen sürmektedir. IEC 60034-30 standardında bulunan verimlilik
sınıflarına göre üretilen motorların, verimlilik standartlarına
uyumluluğunun gösterilebilmesi için, yine IEC tarafından 2007
yılında yayımlanan IEC 60034-2-1 test standardına göre test
edilmeleri gerekmektedir.
3.1. Etiketleme
IEC 60034-2-1’e göre nominal yükte test edilen bir motorun
verimlilik sınıfı ve verimliliği, üretici tarafından motorun etiketinde,
motora ait diğer dokümanlarda ve motor kataloglarında aşağıdaki
örnekte gösterildiği gibi basılacaktır[5]:
IEC 60034-2, büyük oranda Avrupa’da, Hindistan’da ve
Çin’de, daha önceden de Avustralya’da ve Yeni Zelanda’da
kullanılmaktadır. IEEE 112-B ise, Kuzey Amerika’da ve diğer
60 Hz frekans kullanan ülkelerde kullanılmaktadır. 2000 yılı
başlarında IEEE 112-B’ye benzer bir metot Avustralya ve Yeni
Zelanda’da sunulmuş olmasına rağmen, bu ülkeler halen IEC
60034-2 kullanmaya devam etmektedir. IEEE 112-B’ye denk bir
standart olan CSA C 390 ise Kanada’da kullanılmaktadır.
IEC etiketli motorlar herhangi bir spesifik laboratuar akreditasyon
standardı tarafından yönetilmemektedir. NEMA etiketli motorlar,
ABD federal kanunu CFR10 Bölüm 431’de tanımlanmış olan
Ulusal Gönüllü Laboratuar Akreditasyon Programı’nı (National
Voluntary Lab Accreditation Program-NVLAP) takip etmektedirler. NVLAP motorlarının referansı, NIST El Kitabı 150-10
Elektrik Motorları için Verimlilik Çeklisti (NIST Handbook 150-10
Checklist Efficiency of Electric Motors Program)’dir.
Bazı ülkelerde kullanılan yerel öneme sahip diğer verimlilik
standartları aşağıdadır (Tablo 4):
Tablo 4.
Ülke
Standart
Prosedür
Brezilya
NBR 5383-1 Part 1,
Electric MachinesPart 1: ThreePhase Induction
Motors-Standard
Tests-1999
IEEE 112B ve IEC 60034-21’ye benzer
Hindistan
IS 4889-Method
of Determination
of Efficiency of
Rotating Electrical
Machines
Eski IEC 34-2’ye benzer
Çin
GB/T 1032-Test
Procedure for
Three-Phase
Induction Motors
Eski IEC 34-2’ye benzerdi
ancak 2004 yılında
güncelleştirildi. IEEE
112B ve IEC 61972 (IEC
60034-2-1)’in geliştirilmiş
prosedürlerini içermektedir
Japonya
JIS C 4212Low Voltage
Squirrel Cage
High Efficiency
Inductions Motors,
2000
IEEE 112B ve IEC 60034-21’ye benzer
AS NZS 1359.5Rotating Electrical
Machines–General
Requirements, Part
5-2004
Standart iki test prosedürü
olan A ve B’yi referans
vermektedir. Her bir
prosedür için farklı verimlilik
tabloları verilmiştir. Test
B, eski IEC 34-2 ile
mukayese edilebilecek AS
NZS 1359.102.1’e karşılık
gelirken; Test A ise, IEEE
112B ve IEC 61972 (600342-1)’e karşılık gelmektedir
IE3 94.5 %
NEMA planına göre, satılan motorlar için etikette nominal
verimliliğin belirtilmesinin yanında, ABD Enerji Bakanlığı
tarafından verilen üreticiye özgü üretici uyum numarası da
etiketlere eklenecektir. NEMA Premium (IE3) enerji verimliliğini
karşılayan NEMA motorları, ayrıca motor üreticisini kalifiye eden
ve NEMA tarafından lisansı verilecek NEMA Premium logosunu
etiketlerinde taşıyacaktır.
Avrupa’da, zorunlu minimum verimlilik seviyeleri ve etiket
ihtiyaçları, EuP direktifi 2005/32/EC (Enerji Kullanan Ürünler
için Ekotasarım İhtiyaçları’na (Ecodesign Requirements for
Energy-Using Products) uygun olarak karşılanacaktır.
3.2. Kullanımdaki Verimlilik Standartları
Bugüne kadar dünyada ağırlıklı olarak kullanılan test metotları,
IEC 60034-2 (Yerini IEC 60034-2-1 almıştır), IEEE 112B ve CSA
390’dır[6]:
Avustralya
ve Yeni
Zelanda
3
PROCEEDINGS BOOK
4. Harmonizasyon İhtiyacı
Farklı test metotları ve etiketlemeler, motor verimliliğinin karşılaştırılmasında problemlere yol açmakta, çeşitli ekonomilerde
kullanılan terminoloji başlı başına bir problem olarak ortaya çıkmakta
ve bunun yanında, “Yüksek Verimli Motor” ifadesi farklı pazarlarda
ya da ülkelerde farklı anlamlara sahip olarak kullanılabilmektedir.
Bu nedenle, dünya endüstrilerinde kullanılmakta olan kafa karıştıran
ifadelerden uzaklaşılması ve ortak bir anlayış ve uygulama
sistematiği oluşturulması gerekliliği ortaya çıkmıştır.
4.1. IEC’nin Liderliği
Alman Ulusal Komitesi (German National Committee) DKE
K311’nin bir teklifi ile IEC’nin Döner Elektrik Makineleri’nden
sorumlu 2 nolu Teknik Komitesi (IEC Technical Committee
2-IEC TC 2) tarafından 2006 yılında, WG 31 Çalışma Grubu
oluşturulmuştur. Bu çalışma grubu üç-fazlı endüstriyel motorlar
için enerji verimliliği sınıflarını tanımlamakla görevlendirilmiştir.
Sadece enerji verimliliği sınıflandırma standartlarının problemleri
çözmeye tek başına yeterli olmayacağının açık olduğu,
elektrik motorlarının enerji verimliliğinin sağlanması için gerekli
metotların ve uygulamaların da tanımlanması gerektiği, WG 31’in
Mayıs 2007 tarihinde Washington DC’de gerçekleştirdiği ikinci
toplantıda ortaya konmuş, IEC TC 2’nin Milano-İtalya’da aynı
tarihlerde yapılan toplantısında ise, IEC 60034-31 adı altında,
enerji verimliliği rehberi oluşturmasına karar verilmiştir.
Yeni geliştirilen bir diğer standardizasyon alanı ise enerji
yönetim sistemlerine yöneliktir. Bu amaçla, 2010 yılı sonuna
kadar yayımlanması planlanan ISO 50001 standardı
hazırlanmaktadır[7]. Bu standardın, enerji ile ilgili konularda ISO
9001 ve ISO 14001’e benzer bir etki yaratması beklenmektedir.
Bu yeni standart şirketleri, verimlilik ölçümlerini, verimliliğin
izlenmesini ve proses kontrol optimizasyonunu içerecek şekilde,
enerji verimliliği için sistem düzeyi anlayışında kapsamlı olarak
geliştirmek için cesaretlendirecektir.
4.2. Pazar Denetimi
Pazar denetimi; bir ülkenin harmonizasyon mevzuatında
tanımlanmış olan halkın sağlığını, çıkarlarını ve güvenliğini
koruyacak şekilde ürünlerin kanuni gereksinimleri yerine
getirdiğinden emin olunması için kamu otoriteleri tarafından
gerekli faaliyetlerin yapılması ve tedbirlerin alınmasıdır.
Avrupa’da üreticiler, ürünlerine CE işaretini ekleyerek kendi uyum
deklarasyonlarını yapabilmektedir. Bağımsız kuruluşlar tarafından
yapılan sıkı piyasa denetimi, Piyasa Denetimi için Çerçeve Direktifi
(Framework for Market Surveillance Directive) altında organize
edilecektir. Örneğin Almanya’da bu görev Ticari Denetim Büroları
(Trade Supervisory Offices) tarafından yerine getirilecek ve
uygun olmayan ürünlerin piyasadan çekilmesi sağlanacaktır.
ABD’de bir üreticinin ya da satıcının sattığı motorların verimlilik
seviyelerinde tereddüde düşüldüğünde, düzenleyici komisyon,
gerekli testleri sadece NVLAP tarafından akredite edilmiş bir
laboratuarda yaptırmaktadır.
5. Uygulama
Avrupa Birliği’ne üye ülkelerde hem ulusal hem de topluluk
seviyesinde uygulanacak ortak minimum gereksinimler; alt yapı
4
ve kaynaklar, kontrol mecburiyeti ve örneklerin alınması, dış
sınırlarda kontroller, kullanıcıların risklerle ilgili bilgilendirilmesi
ve şikâyetlerin ve kazaların takip edilmesinin sağlanması olarak
belirlenmiştir.
Avrupa Birliği ülkelerinde ise durum farklıdır. Bu ülkelerde
standartlara uyum sorumluluğunu üretici elinde tutmaktadır. Üçüncü
taraf sertifikasyonu zorunlu değildir; buna rağmen devlet kuruluşları
ara sıra pazar incelemesinde bulunabilmektedir. Bu yapı, Avrupa
Komisyonu tarafından 14 Şubat 2007 tarihinde kabul edilmiş ve
01 Ocak 2010 tarihinde de yürürlüğe girmiştir. Yeni düzenlemeler
Avrupa’da ilk defa dolaşıma girecek ürünlere uygulanacaktır.
Tesislerdeki motorlar ve dağıtıcılardaki stoklar, bağımsız servis
merkezleri ve Orijinal Ekipman Üreticileri (Original Equipment
Manufacturer-OEM) yeni uygulamadan etkilenmeyeceklerdir.
CE işareti ile işaretlenmemiş yedek parçalar, dağıtıcılar ve
OEM’ler tarafından, üreticinin tesisinde bulunan motorlardakilerle
değiştirilebilmesi için herhangi bir sınırlamaya tabi tutuşmaksızın
sağlanmaya devam edilecektir. Eğer bir motor teknik
özellikleri değiştirilmeden tamir edilir, sarılır ve mevcut etiket
değerleri korunursa, eski CE işareti halen geçerli olacak ve
minimum verimlilik seviyelerini dikkate alan yeni düzenlemeler
uygulanmayacaktır. Motor, servis işlemi boyunca teknik bilgileri
etkilenecek şekilde değişikliğe uğramış ve bu nedenle yeni bir
etiket almak durumunda kalmışsa, servis yeni CE işaretinden
ve minimum enerji seviyeleri dahil diğer geçerli düzenlemelere
uyumdan sorumlu olacaktır. Dağıtıcının stokunda veya
tamir merkezinde dolaşımda olan yedek motorlar üreticiden
bağımsız olarak değerlendirilecek ve sınırlandırma olmaksızın
kullanılabilecektir.
Üretici ya da üreticinin servis merkezi tarafından dolaşıma ilk defa
olarak verilen yedek motorlar, yürürlüğe girdikleri tarihten itibaren
(IE2 için 2010/2011), yeni minimum enerji seviyeleri düzenlemelerine
uymak zorundadır. Bu durum, üreticinin henüz montajını yaptığı
veya kendi deposunda bulunan motorlar için de geçerlidir.
ABD Enerji Bakanlığı, 19 Aralık 2010 tarihinden başlamak üzere,
ABD’de motorlar için daha önceden gönüllü olarak sunulan
MEPS’i, “NEMA Premium” olarak değiştirerek zorunlu hale
getirmiştir. Bu ülkede üreticiler sertifika alabilmeleri için ürünlerini
akredite olmuş laboratuarlarda test ettirmek zorundadırlar. Test
standardı olarak IEEE 112-B, verimlilik sınıfı standardı olarak
da NEMA MG1 kullanılacaktır. ABD’de ayrıca, kimya, petrol ve
metalürji endüstrilerinde bulunan uzun çalışma süreli ve ağır yük
altında çalışan motorlar için endüstri standardı olarak IEEE 841’i
kullanılmaya devam edecektir.
5. Sonuç
Standartlar sadece verimliliği tanımlamamakta ve onları
denetleme metotlarını sağlamamaktadır. Standartlar aynı
zamanda daha geniş bir bakış açısından; bir sistemdeki enerjinin
nasıl tanımlanacağını, bu sistemdeki enerjinin nasıl yönetileceğini
ve enerji tasarrufu sonuçlarının doğrulanmasını sağlamaktadır.
Yerel standartların uluslararası standartlar ile harmonizasyonu
bizleri, özellikle küresel marketler için elektrik motoru üreten
organizasyonlar için test maliyetlerinin minimizasyonuna, çeşitli
bölge ve ekonomik sistemlerdeki aynı motorlar için verimlilik
PROCEEDINGS BOOK
ve enerji tüketiminin daha kolay karşılaştırılabilirliğine, daha
yüksek verimliliğe sahip motorların üretiminin kolaylaştırılmasına
ve kanunlarda standart uygulama yapılmasını sağlamak için,
bilgi transferinin mümkün kılınmasına ve kolaylaştırılmasına
yönlendirecektir.
standards by the national and international organizations that
used for the manufacturing and testing of the electric motors has
been analyzed in this presentation together with the global motor
efficiency projects, international regulations, arrangements, data
bases, and software, as well.
Kaynaklar
All players in this industry must know that initially prices will be
higher for the energy efficient motors comparing with the regular
(with less efficiency) motors but not more then in two or three
years (it depends on the working hours of the electric motor),
purchasing money will turn back saving the energy cost up to
% 40.
[1] Brunner C. U., “Motor Systems”, Motor Summit 2008, 25 -26
November 2008, Zurich Switzerland
[2] Kim M.J., Han P. W., Choi j.H., Chun Y. D., Koo D. H., Jo
J.O., “Comparisons of Efficiency Testing Standards of ThreePhase Induction Machines”, pp 1
[3] Commission Regulation (EC) No 640/2009, “Implementing
Directive 2005/32/EC of the European Parliament and of the
Council with Regard to Ecodesign Requirements for Electric
Motors”, Official Journal of the European Union, 22 July
2009
[4] “Publications Issued by TC 2”, www.iec.ch,
[5] Almeida A., Emerson R. B., Brunner C. U., Doppelbauer M.,
Hoyt W., Zurich, “Electric Motor MEPS Guide”, 1st Edition,
2009
[6] Maruszczyk J., Lhenry M., Helinko M., Korendo Z., “ABB in
Harmony - Defining Global Energy-Efficiency Standards”,
ABB Review, 3/2009, pp. 51-55
[7] “ISO Management System Standard for Energy”, http://www.
iso.org
Consequently, I hope that this analysis will be very useful for
the electric motor manufacturers, exporters, and importers
while giving their manufacturing or buying decisions, they also
may easily see what a nameplate meaning about electric motor
efficiency level is in the market. All countries must set their
own MEPS standards according to the released international
standards immediately and must follow all common efforts
among the share holders insistently.
Summary
In the future, the cost of energy inevitably will increase due
to environmental problems and the limited natural resources.
The induction motor is the main driven system in the industry.
Implementing energy efficient motor to the market could save a
significant amount of electricity and leading to large cost-effective
energy savings. Also these motors can reduce maintenance costs
of the electric motors and improve their operations in industry.
It is estimated that 40 % of the world’s electricity and 70 % of the
industrial’s electricity are used by electric motors in a variety of
applications. It is clear that even small amount of global improving
for the electric motors efficiency will make big differences to reduce
energy consumption and carbon emission (greenhouse gases)
given to the atmosphere from electric motors. Thus, it is possible
to save the consumed electrical energy about 20-30 % with cost
effectively. It would also push down the total environmental cost of
electricity generation.
One of the most important way to be successful is improving
for efficiencies of the electric motors and the systems like
fans, pumps, compressors, and crushers etc. that use electric
motors for driving. Today, some official organizations like ISO,
IEA, NEMA, IEC, CENELEC, and AFNOR and some voluntary
organizations like SEEM, IEA 4E, MEPS, and CEMEP are
working together to prevent manufacturing (and importing) the
electric motors which have less efficiency levels together with
improving their efficiencies and auditing processes making the
new regulations very rapidly and implementing them according
to certain efficiency levels which are necessary for the electric
motors in the world. Standards that improved in a two or three
years, still improving standards and some additional supporting
5
PROCEEDINGS BOOK
ELEKTRİK MOTORLARI VE MOTOR HIZ KONTROL SİSTEMLERİ İLE
ENERJİ VERİMLİLİĞİ
Alkan DEMİRCİOĞLU
SIEMENS San.ve Tic. A.Ş.
Sanayi’de Enerji Verimliliği
Enerji Tasarruflu Motorlar
Artan enerji maliyetleri ve giderek azalmakta olan doğal enerji
kaynakları, başta gelişmiş ülkelerdeki kullanıcılar olmak üzere tüm
bilinçli işletmeleri enerji tasarrufu yapmaya zorlamaktadır.
Türkiye’de 2006 yılında tüketilen enerji 153 milyar kWh olarak
açıklanmıştır. Bunun içinde 68 milyar kWh’lik kısım sanayide
tüketilmiştir. Sanayide tüketilen enerjinin % 70’inin ise elektrik
motorlarında harcandığı düşünüldüğünde, enerji tasarrufu
anlamında elektrik motorlarının taşıdığı önem ortaya çıkmaktadır.
Standart bir AC motorun toplam çalışma süresi boyunca hesaplanan
masraflarının % 95-97’sini enerji giderleri oluşturmaktadır. İlk
alım maliyeti ise % 3’ten az bir oranı oluşturmaktadır. Burada
görülmektedir ki, elektrik motoru seçiminde asıl önem verilmesi
gereken konu motorun verim değeridir. Bu konuda yol gösterecek
olan verim sınıfları yetkili kurumlar tarafından tanımlanmıştır.
CEMEP (Avrupa Elektrik Makineleri ve Güç Elektroniği İmalatçıları
Komitesi)’in tanımına göre Eff1 ve Eff2 sınıfları motor verim
sınıflarını ifade etmektedir. Bunların dışında kalan daha düşük
verimli motorlar ise Eff3 olarak adlandırılmaktadır.
Örneğin; Çin ve İsrail’de düşük verimli motor kullanımı
yasaklanmıştır. Amerika’da ise yüksek verimli motorların ötesinde
bir üst grup olan Premium sınıf ürünlerin kullanımı için hazırlık
yapılmaktadır. Benzer çalışmalar Avrupa Birliği’nde de mevcuttur.
AB’de kullanıcının bilinçli olması nedeniyle uygulama yasak ile
değil işletmelerin kendi insiyatifiyle yapılmaktadır. Böylece düşük
verimli motorların kullanımı çok azalmış durumda. CEMEP üyesi
ülkelerde EFF3 olarak adlandırılan düşük verimli motorların
kullanımı % 8 oranındadır.
Elektrik İşleri Etüd İdaresi’nin yaptığı araştırmaya göre, Türkiye’de
% 60-70 oranında düşük verimli motor kullanımı olduğu
açıklanmıştır.
Sanayide kullanılan elektrik motoru kullanımının % 90’ı sincap
kafesli asenkron motorlar üzerinde tüketiliyor. Bu da 43 milyar
kWh’e tekabül ediyor. EFF1 yani yüksek verimli AC motorlar
kullanarak bu 43 milyar kWh’in % 5-15 arası tasarruf yapılabileceği
öngörülüyor. Bu oran yaklaşık 4,3 milyar kWh, yani enerji maliyeti
olarak 500 milyon YTL gibi bir tasarruf potansiyeli olduğunu ortaya
koymaktadır.
Yüksek verimli motorların imalatında kullanılan iki farklı teknoloji
mevcuttur: Biri, motor sac paketinin boyu uzatılarak verimin
yükseltilmesi, diğeri de daha yüksek kaliteli sac ve bakır kullanarak
yapılan tasarımdır.
Ayrıca rotoru bakır enjeksiyon tekniğiyle üretilen motorlar da yeni
nesil yüksek verimli motorlar olarak ön plana çıkıyor. Ayrıca bu
tip motorlarda daha iyi soğutma sağlanması için fan yapısı da
özel olarak tasarlanmıştır. Dolayısıyla da ısıya giden kayıp enerji
minimize edilmiş olmaktadır.
Eff1 yüksek verimli motorların kullanımı dünyada birçok ülkede
çeşitli teşviklerle desteklenmekte, bazı ülkelerde ise düşük verimli
ürünlerin kullanımı ve piyasaya arzı yasaklanmaktadır.
6
Motor güçleri arttıkça verim değeri daha çok önem kazanıyor.
Örneğin 200 kW’lık bir motorun yıllık enerji tüketimi 250 bin YTL
gibi bir rakamı buluyor. Alım maliyeti ise bunun 10’da biri bile
değildir. % 1’lik bir verim farkı bile, alımda fiyatı çok etkilemeyecek,
ancak kullanımda büyük tasarruf sağlayacaktır.
PROCEEDINGS BOOK
Elektrik motoru seçiminde asıl önem verilmesi gereken konu
motorun verim değeridir. Ekim 2008’de yayınlanan IEC 6003430 standardına göre 375 kW’a kadar güçlerdeki yeni verimlilik
sınıfları:
Enerji tasarrufu denince aklımıza ne gelmektedir?
Bunun en somut cevabı şudur: Gerçekleştirilmesi istenen uygulama/
üretilmesi gereken ürün için gerekli olan elektrik enerjisini en
optimum seviyede kullanmak.
IE1 = Standart Verim (Eski standarda göre EFF2)
IE2 = Yüksek Verim (Eski standarda göre EFF1)
IE3 = Premium Verim
Bunların dışında kalan daha düşük verimli motorlar ise kategori
dışıdır, birçok ülkede piyasaya arzı yasaktır, birçoğu da 2011 ve
2015 tarihindeki yeni düzenlemelerle yasaklanacaktır.
63 gövdeden başlayarak alçak gerilimde 1MW’lık çıkış gücüne
kadar Siemens standart AC motor ailemiz ile ilgili tüm teknik
detaya ve ilgili 2-boyutlu ölçüsel çizimlere ulaşabilmek artık yeni
websitemiz ile çok daha kolay hale gelmiş durumdadır. Ülkemiz
pazarında satış, pazarlama, eğitim ve bayi ağını koordine edip
gerçekleştirdiğimiz tüm alçak gerilim Siemens AC motor ailemize
ait ürün kataloğumuz haricinde; artık müşterilerimizin internete girip
bir “tık” mesafesinde kendi başlarına ulaşabilip ürüne ait tüm teknik
detaya erişebilecekleri weblinkimiz tüm müşterilerimizin hizmetine
girmiştir.
Standart bir pompa tahrikinden özel bir asansör uygulamasına
veya tünelde duman tahliye fan motorundan yüksek rutubetin
bulunduğu özel tropik bir ortamdaki özel RAL boya kodundaki
herhangi bir motora kadar; sanayinin tüm kollarındaki
uygulamalara çözüm olabilecek uygun teknik değerlerdeki alçak
gerilim Siemens AC motorlarımız için TÜM teknik detaylar artık
kullanıcıların hemen elinin altında, internetten erişebilir halde
olacaktır.
Böylelikle de en optimum seviyede enerji tasarrufunun;
kayıp enerjinin en alt seviyede tutulması ile başarılabileceği
unutulmamalıdır!!!
Elektrik Endüstrisi’nde Alçak Gerilim AC Motorlar ve
Enerji Tasarrufu Olgusu
Sanayinin birbirinden farklı kollarını düşündüğümüzde; en yaygın
olan cihazın; elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirip bize her
türlü uygulamada en mükemmel çözümü sunan elektrik motorları
olduğunu farkederiz. Biran düşünürsek; sanayimizde milyarlarca
kWh’lik elektrik enerjisinin yalnızca AC motorlar üzerinden
tüketildiğini farkederiz. Bu sebeple en etkin enerji tasarrufu
işletmelerimizde kullandığımız binlerce AC motorun yüksek verimli
olmasından geçer. Kabaca bir açıklama yapmamız gerekirse;
motorlarımızın milinden aldığımız faydalı güç; motorumuzun
şebekeden çektiği güçten kayıp güçlerin çıkmış halidir. O halde
bizler motor içerisinde oluşan kayıp güçleri ne oranda azaltırsak;
motorumuzdan alacağımız faydalı güç ve verim de o oranda artmış
olacaktır.
Mil Gücü = Şebekeden Çekilen Güç – Motor Kayıpları
Standart bir alçak gerilim AC motorun içerisinde oluşan
kayıplar ve motor verimi şu şekilde formülüze edilir:
Motor Kayıpları = Bakır Kayıpları + Demir Kayıpları + Sürtünme
Kayıpları
(2)
Verim = Mil Gücü / Şebekeden Çekilen Güç
Günümüzde tüm endüstri kollarında en önemli konulardan biri hiç
şüphesiz ki enerji tüketimi ve enerji tasarrufu olgusudur. Üretilen
ürün ne olursa olsun neredeyse bütün işletmelerde üzerinde
en hassas durulan konu maksimum enerji tasarrufunun nasıl
sağlanılacağıdır.
Artan enerji maliyetleri ve giderek azalmakta olan doğal enerji
kaynakları; başta gelişmiş ülkelerdeki kullanıcılar olmak üzere
yavaş yavaş tüm bilinçli işletmeleri, maksimum enerji tasarrufu
yapmaya zorlamaktadır.
(1)
(3)
Bir elektrik motoru şebekeye bağlandığında, şebekeden çekeceği
elektriksel güç ve dolayısı ile elektrik enerjisi sürekli sabit
kalacaktır. Bu sebeple motorumuzun milinden azami faydalı gücü
alıp yükümüze yansıtabilmemiz için kayıpları azaltmamız şarttır.
Motor kayıplarını azaltabilmek için kabaca sırasıyla motor sargı
dirençlerinin, motor manyetik devre (demir) kayıpları ile sürtünme
kayıplarının düşürülmesi şarttır. Bu iyileştirilmeler de ancak daha
kaliteli malzemelerin kullanılması ile gerçekleştirilir.
Örneğin sürtünme kayıplarının azaltılmasına somut örnek olarak
daha kaliteli rulman ve yatak malzemelerinin kullanılmasını
gösterebiliriz.
Yüksek verimli motorlarda tüm bu malzeme kalitesi artırılarak
motor kayıpları minimize edilmiştir!!!
7
PROCEEDINGS BOOK
Siemens AC motor tipine uygun bir şekilde kullanıcının dikkatine
doküman halinde sunabilme yeteneğine sahiptir. Bu teknik bilgilere
örnek olması açısından; motor tanımlama tip kodu, motor koruma
sınıfı, motor tam yükte verim ve güç faktörü değerleri, motor
besleme gerilimi, sahip olunan Avrupa DIN normları, motor sargı
yalıtım/ısınma sınıfı, motor anma akım değeri, motor sargısı
bağlantı biçimi, tüm mekanik ve elektriksel değerler, klemens
kutusu verileri, motorda ön(DE) ve arka(NDE) rulman tipleri, motor
yapı inşa şekli, motora ait 2-boyutlu ölçüsel teknik gösterimi, vs.
Bakır rotor teknolojili alçak
gerilim yüksek verimli Siemens
AC motorları, daha güçlü
konstrüksiyon, daha yüksek
motor verimi. Tamamı ile yeni
dizayn, yeni imalat.
Enerji Verimliliği Konusu ile Paralel Anlamda;
SD Konfiguratör Siemens Ürün Konfigürasyon
Programımızın Müşterilerimize Olan Avantajları:
www.siemens.com/dt-configurator
Alçak gerilim Siemens AC motorlarımız ile ilgili tüm teknik detaya
ürün kataloğumuz olan D81.1-2008 üzerinden ulaşabilmemizin
mümkün olmasının yanı sıra; SD – Konfigüratör Programı bizlere
aşağıdaki noktalarda yardımcı olabilecektir:
Sanayinin birbirinden farklı kollarında çalışan müşterilerimiz
ilgilendikleri tipteki Siemens AC motoru bu program sayesinde
hemen sorgulayabileceklerdir. Siemens ürün kataloğunda
bulunamayan herhangi bir tipteki Siemens AC motoru bu
programda direkt ürün tip kodu ile aratılabilecek ve ürün ile ilgili
tüm teknik detaya hemen ulaşılabilecektir.
Motor seçimi yapıldıktan sonra elde edilecek olan motora ait
2-boyutlu teknik resim; (özellikle makine imalatçıları) müşterilerimizce montaj amaçlı olarak kullanılabilecektir.
Sektörden bağımsız olarak tüm uygulamalara esas motor
seçimi en baştan başlanarak mümkün olabilecektir. Hazır seçimi
yapılmış; ürün kodu belli olan tüm alçak gerilim Siemens ac
motorlarımıza ilişkin datasheet ve ölçü resimlerine hızlı erişim
imkanı. Y-D, direkt yolverme, vs. gibi çeşitli kalkış koşullu
uygulamalara yönelik motor karakteristik bilgilerine hızlı ulaşım.
Programın internet üzerinden çalışması avantajı ile programa
her yerden hızlı ulaşım imkanı. (Herhangi bir kullanıcı kodu veya
şifre istenilmemektedir.)
Hızlı erişim, yeni motor modelleme, eldeki hazır seçilmiş spesifik
tipteki motora ilişkin verilere eksiksiz ulaşma, dokümantasyon
baskı imkanı, arşivleme.
Bu Weblink Müşterilerimize Neler Sağlayacaktır?
Öncelikle bu weblinkimiz, Siemens AC motor ürün kataloğumuzda
mevcut olan tüm motor teknik bilgilerini; her biri bağımsız anlamdaki
8
Tüm bu teknik değerlere ilaveten, bu program sayesinde işletmeciler
(müşterilerimiz), aradıkları Siemens AC motora ilişkin kalkış ve
işletme koşullarındaki detaylı teknik değerlere de ulaşabilecektir.
Aranılan Siemens AC motor tipine ilişkin olarak programdan elde
edilen tüm teknik veri; ilgili Windows arşivleme formatlarında (word,
pdf, vs.) kağıda basılabilecektir. Örnek olması açısından;
160M Alu.Gövde, 11kW, 1500 rpm., IMB3-Ayaklı yapıdaki,
IP55 Koruma Sınıfı 1LA7163-4AA60 tipi EFF2 Verimlilik sınıfı
SIEMENS AC Motorun tüm teknik verileri için ilgili weblinkimize
girip linki çalıştırdığımızda sırasıyla aşağıdaki teknik donelere
ulaşabilmekteyiz:
PROCEEDINGS BOOK
9
PROCEEDINGS BOOK
Ex d(e) IIC T4 Sıcaklık Sınıfı IE2 Yüksek Verimli ExProof Siemens Loher AC Motorlar
EuP IEC 60034-30 Avrupa direktifi doğrultusunda her ne kadar
ex-proof motorlar henüz IE (International Efficiency) olarak
tanımlanmış olmasa da, Siemens Loher markası ile Ex d(e) IIC
T4 sıcaklık sınıfında IE2 yüksek verimlilik sınıfında AC motor
imalatı yapabilmekte ve sanayide başarı ile birçok projeye
hizmet verebilmektedir. Özellikle rafinerilerde eski imalat elektrik
motorlarının değiştirilmesi çalışmalarında, Siemens Loher ile
komple yüksek verimli ex-proof motor çözümleri sunabilmektedir.
Dolayısı ile işletmeler hem uygulamalarının olmazsa olmaz
korumasını karşılayabilmekte ve aynı zamanda da enerjiden ciddi
tasarruflar elde edebilmektedirler.
Gerek alçak gerilim gerekse de orta gerilim yapıda tüm ürün
gamında IE2 yüksek verimli Ex d(e) IIC T4 sıcaklık sınıfı flame prof
(ex-proof, alev sızdırmaz) dereceli AC motorlarımız ile özellikle
petrol rafinerilerindeki enerji verimliliği projelerine komple çözümler
sunabilmekteyiz. Bu teknik özellikli motorlarımız rafinerilerin dışında
sırası ile özellikle kimya, kauçuk, un, ilaç, vs. gibi sektörlerde
yüksek koruma ve yüksek enerji tasarrufunu garanti etmektedir.
Bu uygulamalarda tüketilen enerjinin yaklaşık % 20 - % 70’inin
kayıp olduğu öngörülmektedir. Bu kayıp azaltılırsa bu 30 milyar
kWh’in, yaklaşık 15 milyar kWh’lik kısmı geri kazanılabilir.
Bu tip uygulamalarda konvansiyonel metodlarla yapılan akış
kısma uygulamaları yerine motor hız kontrol cihazları kullanımıyla
yapılabilecek yüksek oranda enerji tasarrufu potansiyeli vardır.
Ayrıca çevreye verilen zararı azaltma anlamında da 9 milyon ton
karbondioksit emisyonunu önlemek mümkün.
Hız kontrol cihazıyla enerji tasarrufu yapmak, en çok karesel tork
karakteristiğindeki yük tiplerinde mümkündür. Bunlar genellikle fan,
pompa ve turbo-kompresör uygulamalarıdır. Örneğin pompalarda
genelde uygulanan yöntem, motoru sabit devirde çalıştırmaya
devam edip aynı gücü şebekeden çekerek, suyu vanayla
kısmak veya bypass yapmaktır. Bunun yerine hız kontrol cihazı
kullanımı ile motorun hızı düşürülerek akış ayarı yapılması tavsiye
edilmektedir.
Bu tip uygulamalarda yükün
doğası gereği çekilen güç, hızın
küpü ile doğru orantılıdır.
P~ f(n)³
1500 rpm yani nominal hızda
çalışan bir elektrik motoru % 50
hızda yani 750 rpm’de çalıştığında,
güç ihtiyacı hızın küpü oranında
azalır. Böylece hız ½’i oranında
azalırken çekilen güç 1/8’ine iner.
Örneğin 100 kW’lık bir motor, 8’de 1’i oranında yani 12,5 kW’lık enerji
tüketecektir. Aynı çalışma tipi fanlarda ve turbo-kompresörlerde
de geçerlidir. Bu konuda yapılan pilot uygulamalarda geri ödeme
süresi ortalama bir yılı geçmemektedir.
Loher Ex-Proof IE2 Yüksek Verimli AC Motoru
Motor Hız Kontrol Sistemleri (Frekans Çeviriciler)
Türkiye’de sincap kafesli AC motorlar üzerinde harcanan
43 milyar kWh’lik enerjinin yaklaşık % 70’i sanayide fan ve
pompa uygulamalarında tüketilmektedir. Bu rakam fan&pompa
uygulamalarının 30 milyar kWh’lik bir enerji tüketimi olduğunu
göstermektedir.
10
Alçak gerilim veya orta gerilimde çalışan daha büyük güçlü
sistemlerde ise hız kontrol uygulamasının faydaları da güçle
doğru orantılı olarak çok daha fazla görülebilmektedir. Ancak
bu tip sistemlerde mevcut sistemi değiştirmek de bir o kadar
zor olabilmektedir. Dolayısıyla bu güçlerde mevcut sistemde
hiçbir değişiklik gerektirmeyen hız kontrol nitelerini tercih etmek
gerekmektedir. Böylece mevcut motor, şalt tesisi ve kablolamada
herhangi bir değişiklik yapmadan anında para kazanan sistemler
kurmak mümkün olabilecektir.
PROCEEDINGS BOOK
Hız kontrol cihazlarıyla enerji tasarrufu yapılabilecek bir diğer
uygulama ise, yüksek ataleti olan ve frenleme enerjisi açığa
çıkaran yükler. Örneğin vinç, asansör, veya bazı konveyör
uygulamaları da enerji tasarrufu için ideal uygulamalardır. Örneğin
konvansiyonel bir vinç sisteminde, yükü indirirken açığa çıkan
frenleme enerjisi dirençler veya fren balataları üzerinde ısıya
dönüşüp kaybolmaktadır.
Rejeneratif hız kontrol cihazları ile ise frenleme enerjisini şebekeye
geri kazandırarak bir vinç uygulamasında % 50’ye varan enerji
tasarrufu yapmak mümkün olmaktadır.
Siemens SINAMICS Ailesi:
Siemens’in Yeni Jenerasyon AC Motor Hız Kontrol Cihaz
Ailesi
SINAMICS, Siemens’in yeni jenerasyon AC Motor Hız Kontrol
Cihaz ailesidir. SINAMICS ile 0,12 kW’dan 100 MW ve üzeri
güçlere kadar her türlü motor hız kontrol çözümleri için tek ürün
ailesi kullanabilmek mümkündür.
Her Sektör ve Uygulama için Güçlü ve Güvenilir Yapı
200 kW’dan 4500 kW’a kadar geniş güç aralığı,
Her sektör ve her çeşit uygulama için tek ürün ailesi,
Asenkron, senkron ve servo motorlarla çalışabilme,
V/F, sensörlü veya sensörsüz
vektör kontrol, servo kontrol
metodları ile hız kontrol ve hareket
kontrol uygulamaları,
Tekil veya ortak DC baralı çoklu
motor uygulamaları,
12 veya 24 pulse doğrultucu
alternatifleri ile sınırlı şebekelerde
güvenli kullanım,
AFE Teknolojisi ile rejeneratif uygulamalar kurma imkanı,
Şebekeye düşük harmonik etkisi (Güncel IEEE 519 Yönetmeliğine
göre),
EMC yönetmeliğine göre endüstriyel alanlarda çalışmaya uygun
dahili EMC filtreli,
Birbirinden bağımsız güç ve kontrol modülleri ile tam güvenlik ve
yedeklenebilirlik,
Parametreleri Compact Flash hafıza kartında depolayarak,
kopyalayabilme ve yedekleyebilme olanağı.
Modüler ve Esnek Tasarım
Modüler yapı ile yedekleme ve servis kolaylığı,
Geniş opsiyonel aksesuar seçeneği ile ihtiyaca göre çözümler
tasarlama,.
IP20’den IP54’e koruma sınıfları,
Hava veya su soğutma seçenekleri,
FAN ve POMPA Sektöründe Motor Hız Kontrol Sistemleri
İle Enerji Tasarrufu
Günümüzde en temel problemlerden biri haline gelen enerji sıkıntısı
ile iki konu büyük önem kazanmıştır;
1. Enerji üretimi ve maliyeti,
2. Mevcut kaynakların daha verimli kullanımı ve enerji tasarrufu.
Nasıl yeni bir enerji üretim tesisi kurmak için belli bir ilk yatırım
maliyeti söz konusu ise, enerji tasarrufu yapmak üzere bir tesisi
revize etmek de belli bir yatırım işidir. Ancak burada göz önüne
alınması gereken tek parametre mevcut sistemin revizyonu için
gerekli ilk yatırım maliyeti olmamalıdır. Sistemin modernizasyonu
sonrası enerji kullanım maliyeti düşüyorsa, bunun ne kadar
süre içerisinde yatırım maliyetini amorti edeceği hesabı akıllıca
yapılmalıdır. Gerçekten de ilk yatırım maliyeti kayda değer gibi
11
PROCEEDINGS BOOK
görünen birçok modernizasyon işlemi, kısa süre içerisinde işletme
maliyetlerindeki düşüşten dolayı aslında bedavadır ve hatta üzerine
kar dahi bırakacaktır!
Fan ve pompa yükü değişken moment yüküdür…
Bu konsept dahilinde en çarpıcı örneklerden birisi de fan & pompa
uygulamalarında “AC Motor Hız Kontrol Cihazları” kullanımıdır.
Konvansiyonel sistemler arasında, örneğin bir fan uygulamasında,
çoğu zaman bir sistem parametresinin kontrolü istenir, basınç ya
da debi gibi. Klasik yöntemlerde yapılacak iş; bir motoru şebekeden
beslemek ve fanı nominal hızında tahrik etmektir. Basıncın ya da
debinin ayarlanması için hava akış yoluna konacak bir panjur, bir
damper, bir by-pass dönüşü vb. akışa karşı direnç gösteren (ya
da bir kısım akışkanı hiç iş yapmadan kaynağına döndüren) bir
elemanın açıklık-kapalılık oranını değiştirerek kontrol yapılmaya
çalışılır. Bu sistemde hemen göze çarpan nokta sisteme direnç
ekleyerek (ya da fazlası basılmış suyu/üflenmiş havayı geri
döndürerek) kontrol yapılmaya çalışılıyor olmasıdır.
Konuya daha detaylı girebilmek için akışkan içinde hareket eden
cisimlerin tipik hız/moment karakteristiğini incelemek gereklidir.
Fan & pompa yükleri tipik değişken moment yükleridir ve hızın
karesiyle orantılı yükün moment talebi vardır:
M ~ w2
Güç ise hız ile momentin çarpımıdır:
P=Mxw
P: Güç (Watt)
M: Moment (Nm)
W: Hız (rad/s)
Konvansiyel sistemlerde hız sabittir çünkü tahrik elemanı olarak
kullanılan AC asenkron motor sabit frekansla, şebeke frekansı
ile, beslenmektedir ve hızı yük değişimlerinden etkilenen kayma
faktörü de ihmal edilirse sabit düşünülür. Debiyi düşürmek için
panjur, klepe, by-pass vb. kullanılan konvansiyonel sistemler yerine
direkt fanın veya pompanın devrini düşürerek kontrol yapmak, bu
yük karakteristiği de düşünüldüğünde göz ardı edilemez bir enerji
tasarrufu konusunu gündeme getirmektedir. Bunun için basit bir
örnek düşünelim ve havalar biraz daha soğuduğu için soğuk hava
üfleyen fanın devrini yarıya indirmek gerektiğini varsayalım. Hız
0.5 kat düşer ise karesel orantıdan dolayı moment 0.25 katına
iner. Hız ile momentin çarpımı ise gücü verir demiştik; şebekeden
çekilecek güç de 0.5 x 0.25 = % 12.5‘sine inecektir. 100 W‘lık
fanın yarı devrinde neredeyse şebekeden çektiği gücün 12.5
W’lara düşeceğini hesaplamış bulunuyoruz. Elbette ki sistem
verimi, kayıplar vb. etkenlerden dolayı bu değer tam olarak % 12.5
olmayabilir ancak tam devirdeki % 100 kapasite gücüne göre de
göz ardı edilemeyecek boyutlarda enerji tasarrufu sinyallerini net
olarak verir.
Aşağıda bir fanın çıkış kontrollü olarak (panjur, damper vb.)
çalıştırılması ile fanın hız kontrol cihazı kullanarak devir ayarı
yöntemiyle proses değişkeninin kontrolü arasındaki fark grafiksel
olarak gösterilmiştir. Örneğin % 50 debiyi fan çıkışının bir panjur
ile kapatılması halinde şebekeden çekilen güç ile hız kontrol cihazı
12
kullanıldığında şebekeden çekilen güç arasındaki fark net bir
şekilde görülmektedir ve direkt olarak enerji tasarrufu hesabının
bir parametresidir.
PROCEEDINGS BOOK
YENİLENEBİLİR VE ETKİN ENERJİ KULLANIMININ
YAPILARDA UYGULANMASI
Bekir YELMEN
M.Tarık ÇAKIR
Aksaray Üniversitesi
Sağlık Bakanlığı İnşaat ve Onarım Daire Başkanlığı
Özet
Artan enerji ihtiyacını karşılamak için insanoğlu daha verimli enerji
üretebileceği kaynaklara yönelmiş, böylelikle yakılması ile daha
çok enerji üreten fosil kaynaklı yakıtlar kullanılmaya başlanmıştır.
Ancak milyonlarca yılda oluşmuş bu yakıtların bir anda yakılarak
tüketilmesi dünyanın ekolojik dengesi üzerinde ciddi problemler
yaratmıştır. Son yüz yılda oluşan bu durum, küresel iklim değişikliklerine ve ciddi boyutlarda olumsuzluk gösteren doğal ve
yaşamsal etkilere neden olmuştur. Bununla birlikte dünyadaki
toplam enerji tüketiminin yaklaşık % 86’sını fosil tabanlı enerjiler
kapsamaktadır. Yenilenebilir ve nükleer kaynaklardan elde edilen
enerjiler ise, sadece birincil enerji tüketimi içinde % 7,8 ve % 6,5’lik
paylara sahiptir[1]. Fabrika bacalarından, kentlerden, motorlu
araçlardan atmosfere dağılan karbondioksit gazının yol açtığı sera
etkisinin 1,5-4 °C sıcaklık artışına yol açacağı, bunun da buzulların
erimesi sonucu, deniz seviyesinin yükselmesine neden olacağı
düşünülmektedir[2]. British Petroleum (BP) tarafından her yıl
yayınlanan Dünya Enerji Raporu verilerine göre, 2007 yılında dünya
enerji tüketiminde bir yıl önceye göre ortalama % 2,4 oranında artış
olurken Türkiye’de bu oran % 5 olmuştur[3]. Dünyada olduğu gibi
Türkiye’de de enerji bağlantılı CO2 emisyonlarının 20 yıllık periyotta
arttığı izlenmektedir[4]. Ayrıca Türkiye’de tüketilen toplam enerjinin
yaklaşık % 70’i ithal edilmekte ve bu oran gittikçe artmaktadır.
Türkiye’nin enerji ithalatının 2010’da % 73’e, 2020’de ise % 78’e
yükselmesi beklenmektedir[5]. Bu durum ülkemizi çeşitli açılardan
olumsuz etkilemektedir. Bu bilinçle, enerji türünün doğru seçimi ve
etkin kullanımının benimsenmesi, ülkemiz için ekonomik, sosyal,
çevresel açıdan birçok yarar sağlayacaktır. Yapılaşma faaliyetleri,
her yıl küresel olarak kullanılan enerjinin % 37’sini tüketmektedir.
Dünyada oluşan sera gazlarının üçte birinden yapılaşma
faaliyetleri sorumlu tutulmaktadır[6]. Türkiye’de yapılarda enerji
tüketimi oldukça fazladır ve konut/ hizmet sektörünün enerji
tüketimindeki payı, 1990-2000 yılları arasında ortalama % 2,7
oranında büyüyerek, 2001 yılında % 34,5 oranına ulaşmıştır[5].
Bu enerjinin genel olarak fosil kaynaklı olması sorunu artırmakta ve
yapı sektörüne büyük sorumluluklar yüklemektedir. Bu nedenler,
enerji kullanan her sektör gibi yapı sektörünün de enerjiyi etkin
kullanma zorunluluğunu ortaya çıkarmaktadır.
Sanayileşme ile birlikte çevre sorunlarının artarak yaşadığımız
dünyada sebep olduğu tahribatlar, günümüzde insan sağlığını
ve ekolojik dengeyi tehdit eder boyutlara ulaşmıştır. Özellikle
yenilenemeyen enerji türlerinin diğerlerine göre daha kirletici ve
kaynaklarının sınırlı olması bu sorunu önemli hale getirmektedir.
Çevre kirlenmesi ile ilgili yapılan araştırmalar, en önemli kirletici
kaynağının fosil tabanlı enerjiler olduğunu ortaya koymaktadır.
Yapılaşma faaliyetleri, her yıl küresel olarak kullanılan enerjinin
yaklaşık % 40’ını tüketmektedir. Türkiye’de de konut/hizmet
sektörünün enerji tüketimindeki payı yüksektir. Bu enerjinin genel
olarak fosil kaynaklı olması sorunu artırmakta ve yapı sektörüne
büyük sorumluluklar yüklemektedir. Bu nedenlerle, enerji kullanan
her sektör gibi yapı sektörünün de enerjiyi etkin kullanma zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Enerji tüketiminin azaltılmasını sağlayan
her önlem, yaşam koşullarının iyileştirilmesi açısından çok önem
taşımaktadır. Bu amaçla çalışmada yenilenebilir enerji kaynaklarının
değerlendirildiği, akıllı yapıların kullanılmasının gerek enerji verimliliğindeki, gerekse de sürdürülebilir çevreler oluşturmadaki
önemi ifade edilmiştir. Özellikle güneş enerjisinden yararlanmak
için basit sistemlerin kullanıldığı pasif yöntemlerin uygulanması,
yapılarda enerji etkinliği açısından önemli bir çevresel yaklaşım
olmaktadır. Bu çalışmada, sürdürülebilir çevre ve enerji verimliliği
kapsamında gerek yönetmelikler gerekse tasarım aşamasında dikkat edilmesi gereken konularla ilgili öneriler sunulmuştur.
Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Sürdürülebilirlik, Etkin
Enerji.
1. Giriş
Kaynakları hızla tükenmekte olan dünyamızda, kullanılan enerji
miktarının hızla artması ve buna bağlı olarak ekosistem dengesinin
bozulması sadece çevreyi koruma konusunda değil, aynı zamanda
enerji kullanımı üzerinde de yeni yaklaşımların oluşmasına neden
olmuştur. Yeşil binalar, yeşil enerji ve sürdürülebilir çevre ve kaynak
kullanımı gibi terimler yukarıda belirtilen süreçlerin sonuçları
olarak hem uygulama hem de yasal düzenlemelerde karşımıza
çıkmaktadır. Özellikle enerji verimliliği konusu, yaşanan enerji
krizleri ve sera gazı salınımlarının yarattığı iklim değişikliği gerçeği
ile birleşince, öncelikle ABD’de ve Avrupa’da ve sonrasında küresel
ölçekte mal ve hizmet alımlarındaki karar verme süreçlerinde önemli
bir etken olmaya başlamış ve aynı ölçüde yasal düzenlemelerde
de yer bulmaya başlamıştır.
İnsan doğal çevrede yaşarken önceleri doğal kaynakları kullanmıştır.
Teknoloji ilerledikçe enerjiye olan ihtiyaç artmaya başlamıştır.
Türkiye’de enerji etkinliği ile ilgili olarak AB (Avrupa Birliği) ye giriş
sürecinde 2007 yılında “Enerji Verimliliği Yasası” kabul edilmiştir[7].
Mevcut yasa ve yönetmeliklerin dışında 2009 yılında yürürlüğe
girmek üzere, binaların enerji verimliliğini artırmaya yönelik geniş
kapsamlı bir yönetmelik “Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği”
hazırlanmıştır[8]. Bilindiği gibi, akıllı binalar enerji verimliliğini
artırmak üzere binanın enerji harcamalarının otomatik olarak
binanın kendisiyle ve ek sistemlerle kontrol edildiği sistemlerdir.
Dolayısıyla akıllı binanın en önemli görevi, kullanıcı konforundan
13
PROCEEDINGS BOOK
ödün vermeden binanın enerji harcamalarının en az düzeyde
olmasını sağlamaktır. Bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de
toplam enerjinin çok önemli bir oranı binalarda kullanıcı konforunu
sağlamak üzere ısıtma, klima, havalandırma ve aydınlatma amaçlı
kullanılmaktadır. Bu oranlar ülkemiz için yaklaşık olarak Şekil 1’de
gösterilmiştir. Dünyada binalarda kullanılan enerjinin toplam enerji
içerisindeki payı yaklaşık % 40’a kadar çıkabilmektedir. Bu durum
binalarda enerji tasarrufunun ve yönetiminin ne kadar önemli
olduğunun göstergesidir.
nedenle enerji sistemlerinin yenilenebilir, enerji kaynaklarının
sürdürülebilir olması gerekmektedir. Yenilenebilir enerji, “doğanın
kendi çevrimi içinde, bir sonraki kısa süreçte aynen mevcut olabilen
enerji kaynağı” olarak tanımlanır. Bugün yaygın olarak kullanılan
fosil yakıtlar, yakılınca biten ve yenilenmeyen enerji kaynaklarıdır.
Oysa hidrolik, güneş, rüzgar ve jeotermal gibi doğal kaynaklar
yenilenebilir olmalarının yanı sıra temiz enerji kaynakları olarak
karşımıza çıkmaktadır[9].
3. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Yapılarda Kullanım
Olanakları
Binalar
% 37
Endüstri
% 43
Ulaşım
% 20
Şekil 1. Türkiye’de binalarda kullanılan enerjinin toplam enerji
içerisindeki payı.
Binanın pasif sistem olarak kendisinin enerji etkin olmasının
yanı sıra yüksek maliyetli otomatik kontrol sistemlerine de
gereksinim duyulduğundan, genellikle akıllı bina uygulamaları
enerji harcamalarının çok yüksek olduğu büyük kamu ve ofis
binaları gibi kullanım alanı ve kullanıcı sayısı fazla olan binalar
için öngörülmektedir. Akıllı bina denildiğinde, özellikle ülkemizde
binanın mekanik ve elektrik sistemlerinin otomatik kontrolü ile enerji
yönetiminin yapılması anlaşılmakta, binanın tasarım ve yapımının
da enerji etkin akıllı olması göz ardı edilerek eksik uygulamalar
yapılmaktadır. Oysaki bina; mimari tasarımı, yapım sistemi,
taşıyıcı sistemi, mekanik ve elektrik sistemi gibi alt sistemlerin bir
bütünüdür. Bu alt sistemlerin her birisinin akıllı bina kavramına
uygun olmaması durumunda o binadan akıllı bina diye söz etmek
mümkün değildir. Bu tür binalar mekanik ve elektrik sistemlerinin
otomatik kontrolü yapılmış standart binalardır ve üstelik bu yüksek
maliyetli sistemlere karşın, binanın asıl kendisi akıllı olmadığı
için, binanın enerji verimliliği ve enerji yönetiminin performansı
olabileceğinin çok altında kalabilir. O nedenle, akıllı bina tasarım
aşamasından itibaren ilgili tüm bina alt sistemleri enerji etkin olacak
şekilde mimar ve mühendislerin işbirliği ile gerçekleştirilebilir.
Binanın enerji etkinliğinde en önemli rolü ise, binanın yenilenebilir
enerji kaynaklarından yeteri kadar yararlanan pasif sistem olarak
gösterdiği enerji performansı oynar.
2. Sürdürülebilir ve Yenilenebilir Enerji Kavramları
Fosil ve nükleer yakıtlara alternatif doğal enerji kaynakları
konusunda yapılan araştırmalar sürdürülebilir ve yenilenebilir
enerji kavramlarını da gündeme getirmiştir. Enerji için kaynakların
yenilenebilir olması yeterli değildir. Zira bazı kaynaklar yenilenebilir
bile olsalar etkileri yaşamın sürdürülebilir olmasını engellemektedir.
Ekolojik denge için kaynakların sadece yenilenebilir değil aynı
zamanda sürdürülebilir olması gerekir. Enerji kaynaklarının
sürekliliği, sürdürülebilir olduğunu göstermez. Yenilenebilirlik,
bütün açısından ancak sürdürülebilir olursa mümkündür. Bu
14
Yapı yaşam döngüsü boyunca kullanılan toplam enerjinin % 94,4’ü
kullanım sırasında yapı içi konfor koşullarını sağlayan ısıtma/
havalandırma/iklimlendirme sistemleri için tüketilmektedir[10].
Bu oranı düşürmek için konfor koşullarının mekanik sistemler
yerine doğal yöntemlerle ve yenilenebilir enerjiler kullanılarak
karşılanması etkili bir yöntem olmaktadır. Bu şekilde, yapı içinde
insan sağlığı için daha uygun fiziksel koşullar oluşurken aynı
zamanda, yaygın olarak kullanılan fosil tabanlı enerji gereksinimi
azaldığı için ekonomik ve çevresel yararlar da sağlanmaktadır.
Yenilenebilir enerji kaynakları, sürekli devam eden doğal
proseslerdeki var olan enerji akışından elde edilen enerjidir. Genel
olarak, yenilenebilir enerji kaynağı; enerji kaynağından alınan
enerjiye eşit oranda veya kaynağın tükenme hızından daha çabuk
bir şekilde kendini yenileyebilmesi ile tanımlanır[11]. Su enerjisi,
rüzgar enerjisi, güneş enerjisi, dalga ve gelgit enerjisi, biyoyakıt,
jeotermal enerji, hidrojen enerjisi, yenilenebilir enerji kaynaklarıdır.
Kömür ve petrol gibi günümüzde ağırlıklı olarak kullanılan enerjilerin
tükenme olasılığı, insanlığı yeni enerji kaynaklarına yöneltmiştir.
Enerji kaynakları seçilirken çevreye zarar vermeyen, yüksek
ısıl değerli güvenli, temiz, ekonomik ve en önemlisi yenilenebilir
kaynaklı olmasına dikkat edilmektedir. Bu tür enerjiler özelliklerine
göre çeşitli alanlarda kullanılabilirler. Yapılarda da bu tür enerjilerin
kullanılması, diğer tükenebilir kaynaklı enerjilere olan gereksinimi
azalttığı gibi aynı zamanda enerji kullanımından kaynaklanan
çevre sorunlarının azalmasına önemli katkılarda bulunmaktadır.
Yenilenebilir enerji türlerinin yapılarda kullanılma şekilleri şu
şekilde sıralanabilir:
3.1. Yapılarda Rüzgar Enerjisi Kullanımı
3.1.1. Yapılarda pasif sistemlerle rüzgar enerjisi kullanımı
Sıcak nemli iklimlerdeki pasif yapı soğutmasında başlıca strateji
doğal havalandırma sağlamaktır. Doğal havalandırma için açılabilir
pencerelerin kullanımı en yaygın olanıdır. Ayrıca planlama
aşamasında yapı içerisinde hâkim rüzgâr yönünde olacak şekilde
bir iç avlu tasarlanabilir. İç avluyu saran hacimler pencereler
yoluyla soğuk havayla dolarken, avlu sıcak havayı toplayarak
dışarı taşır. Soğutma yükünün fazla olduğu Ortadoğu ülkelerindeki
geleneksel yapılarda, yaygın olarak kullanılan ve “badgir” olarak
isimlendirilen rüzgâr bacaları da, rüzgâr enerjisinden pasif
sistemlerle yararlanmaya örnek olarak gösterilebilir.
3.1.2. Yapılarda aktif sistemlerle rüzgar enerjisi kullanımı
Dünya yüzeyinin % 27’sinde rüzgârdan elektrik elde etmek
mümkündür. 2040 yılında tüm dünyanın, enerjinin % 40’ını
rüzgârdan elde etmesi öngörülmektedir. Ülkemizde ekonomik
rüzgâr potansiyeli yıllık 10.000 MW olarak hesaplanmıştır[12].
Aktif rüzgâr enerjisi kullanım sistemleri rüzgâr tribünleridir.
PROCEEDINGS BOOK
Binalarda orta ve küçük ölçekli rüzgâr tribünleri kullanılmaktadır.
Bu tribünler bahçede uygun bir noktaya konulabildiği gibi çatılara
konulabilmektedir. Çok katlı yüksek yapılarda ise yapıya entegre
rüzgar tribünlerinin kullanım örnekleri vardır.
3.2. Yapılarda Güneş Enerjisi Kullanımı
Güneş, sınırsız ışık ve ısı enerjisi kaynağıdır. Yapılarda güneş
enerjisi kullanmaya yönelik tasarımlarda ana prensip olarak, ısısal
enerjisinin iletim (kondüksiyon), taşınım (konveksiyon) ve ışınım
(radyasyon) yoluyla akışı kullanılmaktadır. Bu doğal süreçler yapının ısınmasına ve soğutulmasına yardım eden bir yapı tasarımı
aracılığıyla yönetilmektedir. Yapı yüzeyine gelen güneş ışınları yapı
malzemesi tarafından yansıtılır, geçirilir veya emilir. Ayrıca güneş
tarafından üretilen ısı, tasarlanmış alanlar içinde önceden tahmin
edilebilir hava hareketlerine neden olmaktadır. Güneş ısısının bu
temel etkisi, yapının içinde ısınma ve soğutma etkisi sağlayan
malzeme seçimi ve yapı elemanı tasarımına öncülük eder. Bu
tasarımlarda uygun yapı malzeme seçiminde malzemelerin
kalınlığı, yoğunluğu (5) (g/cm3), ısı iletim katsayısı (A) (W/m2 °K)
özgül ısısı (c) (Wh/m3 °K), yüzeyinin ışığı emme ve yansıtma katsayısı, yüzeyin düzlüğü veya pürüzlülüğü, boşluk ve doluluğu göz
önünde bulundurulmalıdır. Güneş enerjisinden mimaride tasarımda alınan önlemlerle etken (aktif) ve edilgen (pasif) olarak yararlanmak olanaklıdır.
3.2.1. Yapılarda pasif sistemlerle güneş enerjisi kullanımı
Pasif güneş sistemlerine yönelik tasarım uygulamaları ile güneş enerjisinden kış ayları boyunca güneş ısı kazançlarını
artırma, yaz ayları boyunca soğutma-havalandırma ve doğal
aydınlatma için yararlanılabilir. Güneş enerjisini ısıtma amaçlı
kullanmada temel prensip, yapı kabuğunu oluşturan elemanların
bu amaca yönelik tasarlanarak güneş ışınımından mümkün olduğu kadar çok yararlanmayı sağlamaktır. Sistemde kullanılan üç
temel öğe vardır. Bunlar, toplaçlar (kolektörler), depolayıcılar ve
dağıtıcılardır. Toplaçlar, güneş enerjisini toplamakta ve ısıya
dönüştürmektedir. Depolayıcılar güneş enerjisi olmadığı durumlarda ısıdan yararlanmayı sağlamaktadır. Dağıtıcıların görevi ise
toplaçlar aracılığıyla toplanan enerjiyi depolama elemanlarına ve
gereksinim duyulan mekânlara aktarmaktır. Sıcak nemli iklimlerde
soğutma-havalandırma için güneş enerjisinden yine pasif sis-temler
kullanılarak yararlanılabilir. Pasif yapı soğutmasında başlıca strateji
doğal havalandırma sağlamaktır. Isı kazancı sağlama amacıyla
düzenlenen ısısal kütle duvar ve güneş odası düzenlemeleri, farklı
şekillerde kullanılarak havalandırma ve soğutma sağlayabilmektedir.
Isısal baca tasarımlarıyla da güneş enerjisinden pasif yöntemle
havalandırma ve soğutma amaçlı yararlanmak mümkün olmaktadır.
Isısal bacalar, yapının güney cephesinde düzenlenmiş ve çatı
seviyesinde sona eren dar bir baca konumundadır. Güneş alan
yüzeyinde cam kaplama ve camın arkasında siyah renkli metal
malzemeden güneş ışınlarını emen bir tabaka bulunmaktadır. Bu
tabakanın arkasında bulunan baca içindeki hava kolayca yüksek
sıcaklıklara ulaşabilmektedir. Rüzgar hızı düşük olduğu zaman baca
içindeki ısınmış havanın dışarı çıkışını hızlandırmak için üst kısma
dönen metal bir kepçe yerleştirilebilir (Şekil 2) [10]. Isısal bacadan
yükselerek dışarı çıkan hava, bacanın alt kısmında bulunan ve iç
mekânla bağlantılı olan havalandırma deliğinden iç mekândaki
havayı çekerek burada bir hava hareketi oluşturur. Baca tarafından
çekilen iç havanın yerine yapının soğuk tarafındaki pencereden
serin havanın içeri dolmasını sağlayarak, içeride hem havalandırma
hem de soğutma meydana getirmektedir.
Şekil 2. Isısal baca ile havalandırma ve soğutma sağlanması.
3.2.2. Yapılarda aktif sistemlerle güneş enerjisi kullanımı
Güneş enerjisini soğutma amaçlı kullanmada yararlanılarak başka
bir yöntem ise, 18° dereceye kadar güneş enerjisi ile ısıtılan suyun
144 derecede ve 4 barlık basınçta buhar halini alması ve bunun
daha sonra iki kademeli makinede soğuğa dönüştürülmesidir[13].
Dünyada kullanılan tüm enerjinin % 17’si aydınlatma amaçlı tüketilmektedir. Doğru bir tasarımla aydınlatma ihtiyacının % 70’ini
güneşten sağlanabilir. Sıradan binalarda bu oran % 25’tir. Yapılarda mekânların aydınlatılmasında, görsel konfor ihtiyaçlarına
göre mümkün olduğunca günışığından yararlanılması, yapay
aydınlatma gereksinimini azaltarak, yapıların kullanım sürecinde
daha az enerji tüketmesini sağlamaktadır. Doğal aydınlatma yapı
kabuğunda bırakılan açıklıklar aracılığıyla sağlanabileceği gibi,
güneş ışığını dış mekândan iç mekâna aktarabilen ışık tüpleri
aracılığıyla da sağlanabilir [12]. Güneş enerjisinin kullanıldığı aktif
sistemler, amaca göre üretilmiş toplaçlar aracılığıyla yutulan güneş
ışınımını, istenen biçimdeki enerjiye dönüştürüp bunun yapıda
kullanımına olanak veren mekanik ve/veya elektronik elemanların
bütününden oluşan sistemlerdir. Bu sistemler aracılığı ile güneş
ışınımı ısı ve elektrik enerjisine dönüşebilmektedir[14]. Güneş
ışınımlarını enerjiye dönüştüren bu sistemler ürettikleri enerjilere
göre; ısı enerjisi üreten, güneş enerjili ısıtma sistemleri (solar
thermal systems) ve elektrik enerjisi üreten, ısıl elektrik (fotovoltaik)
sistemler (PV systems) olarak ikiye ayrılır. Bu sistemler aşağıda
kısaca açıklanmaktadır:
Güneş enerjili ısıtma sistemleri: Güneş ışınımlarını toplaçlarla
ısı enerjisine dönüştürüp, bu ısıyı su, hava vb. bir akışkan ile
doğrudan ya da bir depolama ünitesinde değerlendirerek kullanımını sağlayan mekanik ve/veya elektronik sistemlerin
bütününe, “Güneş Enerjili Isıtma Sistemleri” (etken güneş ısıtma
sistemleri) denir. Güneş enerjili etken ısıtma sistemleri, yapılarda
havuz suyunun ısıtılması, iklimlendirme havasının ön ısıtılması
ve mekân ısıtması için kullanılmaktadır[14]. Isıtma sistemlerinin
genel çalışma ilkesi, ısının toplaçlar aracılığı ile toplanması,
gerekli durumlarda toplanan ısı enerjisinin daha sonra da kullanılabilmesi için depolanması ve ilgili alanlara dağıtılması
esasına dayanır[15].
15
PROCEEDINGS BOOK
Güneş enerjili su ısıtma sistemleri: Bu sistemler, güneş ışınımını
ısı enerjisine dönüştürüp, bu ısıyı su ortamında saklayan ve
dağıtan elemanlardan oluşmaktadır. Gereksinimin karmaşıklığına
ve büyüklüğüne bağlı olarak sistemlerin ayrım göstermesine
karşın, tüm güneş enerjili su ısıtma sistemleri, suyun ısıtılması,
depolanması ve dağıtılması temeline dayanır. Güneş enerjisinin
dönüşümü ile üretilen sıcak su, sistemin özelliklerine bağlı
olarak, yıkanma, çamaşır, bulaşık gibi kullanıcı gereksinimlerinin
karşılanması için doğrudan kullanılabildiği gibi geleneksel ısıtma
sisteminin desteklenmesi için de kulla-nılabilir[14].
Fotovoltaik sistemler: Güneş ışınımından toplaçlar aracılığı ile
elektrik enerjisi üretip, bu enerjinin kullanımına olanak sağlayan
bileşenlerin tümüne fotovoltaik (PV) sistemler denir. PV sistemler,
basit ya da karmaşık değişik yapılanmalarla, yol aydınlatması,
deniz fenerleri, taşıt araçları, yapılar, elektrik santralleri, gibi
birçok ayrı alanda elektrik üretimi için kullanılmaktadır. Bir
fotovoltaik sistem, elektrik enerjisi üretir, üretilen enerjiyi
gerekli durumlarda saklar ve bu enerjiyi kullanım alanlarına
güvenilir biçimde aktarır. Fotovoltaik piller yapılarda cephe
ve çatılara yerleştirilerek bu yüzeylere gelen güneş enerjisini
elektrik enerjisine çevirmektedir. Evsel amaçlı kullanılan güneş
pilleri bir inverter aracılığı ile elektrik şebekesine bağlanmakta,
böylece üretilen elektriğin akülerde depolanmasından tasarruf
edilmektedir.
3.3. Yapılarda Jeotermal Enerji Kullanımı
Jeotermal enerji, yeraltında olağandışı birikmiş olarak bulunan
ısının çatlaklardan yeryüzüne su veya su buharı olarak çıkması
ile elde edilir. Bazen de sondaj çalışmaları ile yeraltından sıcak
su, sıcak su ve su buharı karışımı ya da buhar olarak çıkartılabilir.
Kaynaklarının sadece % 3’ünü kullanabilen Türkiye, dünyanın
yedinci jeotermal gücüne sahiptir. Buna göre, Türkiye’de ev
ısıtma ihtiyacının % 30 gibi çok büyük bir bölümü jeotermal
kaynaklardan karşılanabilir. Jeotermal enerji konutlarda ısıtma
ve soğutmada, seracılıkta, tarımda kullanılmaktadır. Jeotermal
akışkanın uygulama yöntemlerine göre jeotermal enerji sistemleri,
ısı pompaları, kuyu içi eşanjörler ve ısı boruları olarak üç farklı
şekilde uygulanmaktadır. Yapılarda yaygın kullanım ısı boruları
şeklindedir. Jeotermal enerjinin bir başka kullanım şekli ise toprak
sıcaklığının kullanıldığı yöntemlerdir. Yeryüzünün bir miktar altında
sıcaklık enleme de bağlı olarak sürekli 45-75 °F (7.22 °C- 23.88
°C) arasındadır[16]. Toprağın bu sıcaklığından hava yoluyla veya
su yoluyla yararlanılabilmektedir. Toprağın çeşitli derinliklerinde
açılmış bacalar aracılığıyla alınan hava yapı içerisine aktarılır ve
iç hacmin toprak sıcaklığı ile aynı seviyeye gelmesi sağlanır. Bu
uygulama kışın ısıtma yazın ise soğutma yönünde yarar sağlar.
Benzer uygulama yeraltı sularının sıcaklığından faydalanmak için
de yapılmakta, borular aracılığıyla yapı içerisinde dolaştırılan su,
sahip olduğu ısıyı iç hacimlere yaymaktadır.
3.4. Yapılarda Biyokütle Enerjisi Kullanımı
Biyo enerjiye canlılık enerjisi de denebilir. Bütün canlılar güneş
enerjisi kullanırlar. Bu nedenle her türlü biyolojik madde enerji
içermekte, yakılınca bu enerji açığa çıkmaktadır. Bitkiler fotosentez
yaparak güneş enerjisini kimyasal enerjiye çevirir ve depolar,
böylelikle biyolojik kütle ve organik madde kaynağı oluşur, buna
biyokütle denir[17]. Biyokütle enerji teknolojisi kapsamında; odun
(enerji ormanları, ağaç artıkları), yağlı tohum bitkileri (ayçiçek,
kolza, soya vb.), karbo-hidrat bitkileri (patates, buğday, mısır,
16
pancar, vb.), elyaf bitkileri (keten, kenaf, kenevir, sorgum, vb.),
bitkisel artıklar (dal, sap, saman, kök, kabuk vb.), hayvansal
atıklar ile şehirsel ve endüstriyel atıklar değerlendirilmektedir.
Biyokütle yenilenebilir, her yerde yetiştirilebilen, sosyo-ekonomik
gelişme sağlayan, çevre dostu, elektrik üretilebilen, taşıtlar için
yakıt elde edilebilen stratejik bir enerji kaynağıdır. Biyokütle
doğrudan yakılarak veya çeşitli süreçlerle yakıt kalitesi arttırılıp,
mevcut yakıtlara eşdeğer özelliklerde alternatif biyoyakıtlar (kolay
taşınabilir, depolanabilir ve kullanılabilir yakıtlar) elde edilerek
enerji teknolojisinde değerlendirilmektedir. Biyokütleden; fiziksel
süreçler (boyut küçültme-kırma ve öğütme, kurutma, filtrasyon,
ekstraksiyon ve biriketleme) ve dönüşüm süreçleri (biyokimyasal ve
termokimyasal süreçler) ile yakıt elde edilmektedir[18]. Konutlarda
biyokütle kaynağından; havasız çürütme yöntemi ile elde edilen
biyogaz elektrik üretiminde, piroliz yöntemi ile elde edilen etanol
ısınma amaçlı, doğrudan yakma yöntemi ile elde edilen hidrojen su
ısıtma amaçlı kullanılmaktadır[14].
3.5. Yapılarda Hidrojen Enerjisi Kullanımı
Hidrojen enerjisi, konutları ısıtmada, sıcak su temininde, yemek
pişirmede ve elektrik ihtiyacını karşılamak amacıyla kullanılabilir.
Hidrojeni buralarda kullanmak için önce onun üretilmesine,
depolanmasına ve nakledilmesine ihtiyaç vardır. Hidrojen güneş,
hidroelektrik, rüzgâr, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilebilir. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynakları
arasında güneş-hidrojen hibrid sistemi en verimli sistem olarak göze
çarpmaktadır. Böyle bir sistemde fotovoltaik paneller, elektrolizör,
yakıt pili, Hidrojen (H2) depolama tankı, akü grubu, inverter
(dönüştürücü) gibi bileşenlere ihtiyaç vardır. Güneş-Hidrojen Evi
enerji düzeneğinde sistemin işleyişi şu şekildedir[19]:
PV paneller ile güneş enerjisinden elektrik üretilir, elektrolizör ile
H2ve O2 üretilir, gazlar yer ve su ısıtımı için depolama tankına
alınır, kışın katalitik hidrojen yakıcısı (1.5 kW) ile hidrojen alevsiz
yakılarak havalandırma sistemindeki hava ısıtılır, ilave elektriğe
ihtiyaç varsa yakıt pili devreye girer, yakıt pilinde açığa çıkan
ısının bir kısmı suyu ısıtmada da kullanılır.
4. Sonuç ve Öneriler
Yeni konut yapılarında pasif ve aktif güneş ısıtma sistemlerinin
kullanıldığı, biyoklimatik yapı özelliğine sahip örnekler gün
geçtikçe çoğalmaktadır. Yeni malzemeler, akıllı cephe ve çatı
sistemleri, doğal yapay aydınlatma sistemleri, fotovoltaik paneller
gibi yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı, bina ve enerji kontrol
sistemleri bu teknolojik gelişmelere örnektir. Ancak kentsel tasarım
planları olmadan, bina aralıkları ve konumlarında, iklim, ışık durumu, yönlenme, hava sirkülasyonu gibi çok önemli konulara
dikkat edilmeden planlamalar yapılmaktadır. Bu da kentleri enerji
boyutundaki sürdürülebilirliği konusunda sıkıntıya sokmaktadır.
Sürdürülebilirlik kapsamında yenilenebilir ve etkin enerji kullanımı
bu konuda yürürlükte olan ve enerji etkin bina tasarım ve yapımında
doğru sonuçlar sağlayan, doğru yönetmelik ve standartların uygulanması ile mümkün olabilecektir. Dünyada bu çalışmaların
örnekleri mevcuttur. Enerjide sürdürülebilirliğin sağlanmasında en
etkili yol, başlangıç aşamasında binaların enerji etkin sistemlere
tasarlanmasıdır. Bu noktada da, yapının bulunduğu yer, yönleniş,
yapı formu, yapı kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri
önemli tasarım parametreleridir[20]. Tasarım, esneklik ve değişebilirlik kriterlerine olanak sağlamalı ve mekânlar fonksiyonel kullanılabilmelidir[21].
PROCEEDINGS BOOK
Ülkemiz yenilenebilir enerji kaynakları yönünden zengindir. Bu
nedenle yapılarda sadece güneş enerjisi kullanımı ile sınırlı
kalınmamalı, biyokütle enerjisi rüzgâr enerjisi, jeotermal enerji,
hidrojen enerjisi gibi farklı alternatifler arasından bölgeye uygun olan
sistemler tercih edilmelidir. Yapılarda kullanım aşamasında ısınma,
soğutma, havalandırma, doğal aydınlatma gibi konfor koşullarının
sağlanmasında önemli miktarlarda enerji tüketilmektedir. Bu
koşulların mümkün olduğu yenilenebilir enerjilerle sağlanması,
sınırlı ve kirletici enerji enerjilerin kullanımını azalttığı için birçok
çevresel ve ekonomik yararlar sağlayacaktır. Ancak yenilenebilir
enerji kaynaklarının yapılarda kullanılmasının yaygınlaşması
için yönetimler tarafından gerekli yasaların ve düzenlemelerin
hazırlanması, bunların uygulanmaları için de yaptırımların ve
teşviklerin olması gerekli ve önemli görülmektedir.
Kaynaklar
[1] Altın, V. Enerji Dosyamız, Bilim ve Teknik Dergisi, Sayı: 470,
Yeni Ufuklara Eki, 2007.
[2] Semenderoğlu A., “Tarih Boyunca Çevre ve İnsan”, Ekoloji
Sayı 3, 1992.
[3] BP Statistical Review of World Energy, June 2007. Available
at http://www.bp.com/statisticalreview Erişim, 10.11.2010
[4] Anonim, Energy Information Administration (EIA) Turkey:
Environmental Issues. http://www.eia.doe.gov/emeu/cabs/
turkenv.html Erişim, 10.11.2010
[5] Anonim, Vizyon 2023 Teknoloji Öngörüsü Projesi Enerji ve
Dogal Kaynaklar Paneli Ön Rapor, Tübitak, Ankara, 2003.
[6] Anonim, International Energy Ageny, Online Kaynak,
http://www.iea.org/ Erişim, 11.11.2010
[7] Anonim, 5627 Sayılı Enerji Verimliligi Kanunu, 2007.
[8] Anonim, 27075 Sayılı, Binalarda Enerji Performansı
Yönetmeliği, Ankara, 2008.
[9] T.Sıdkı Uyar, “Yenilenebilir Enerji Kaynakları”,
[10] Scheuer, C., Gregory, A., Reppe, P., “Life Cycle Energy And
Environmental Performance Of A New University Building:
Modeling Challenges And Design İmplictions “, Enerji And
Building Volume 35, Issue 10, pp. 1049-1064, 2003.
[11] http://tr.wikipedia.org/wiki/Yenilenebilir_enerji Erişim, 09.11.2010
[12] Enerji Yolculuğunda Önemli Bir Durak, Bilgilendirme Kitabı,
Diyarbakır Güneş Evi, Diyarbakır, 2008.
[13] http://www.kobifinans.com.tr/tr/sektor/011902/16775/4 Erişim,
09.11.2010
[14] Sakınç, E., Sürdürülebilirlik Bağlamında Mimaride Güneş Enerjili Etken Sistemlerin Tasarım Öğesi Olarak
Değerlendirilmesine Yönelik Bir Yaklaşım, YTÜ, FBE, Doktora
Tezi, İstanbul, 2006
[15] Şerefhanoğlu, M., Güneş Işınımlarından Yararlanma ve
Korunma, YTÜ Basımevi, İstanbul, 1988.
[16] http://www.earthenergysystems.com/for_architects
Erişim,
09.11.2010
[17] Göksu, Ç., Günes Kent- Güneş Enerjili Yerleşim Modeli,
Güneş Kitapları, Ankara,
[18] Karaosmanoğlu, F., Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Türkiye,
Görüş Dergisi, İstanbul,2003.
[19] Tabakoğlu, Ö., Hidrojen Enerjisi ve Binalarda Kullanımı EnerjiEkoloji Paneli, Diyarbakır, 2007.
[20] Oral Koçlar, G. “Sağlıklı Binalar İçin Enerji Verimliliği ve Isı
Yalıtımı” VIII. Ulusal Tesisat Müh. Kongresi İzmir 25-28 Ekim
2007
[21] Bostancıoğlu, E. , Düzgün Birer, E. “Ekoloji ve Ahşap-Türkiye’de
Ahşap Malzemenin Geleceği” Müh. Mim. Dergisi,Cilt 9 Sayı 2,
Bursa 2004
Summary
With the increase of environmental problems due to the
industrialization, the destructions caused by them in the world we
live today have reached proportions that threaten human health and
ecological balance. The fact that particularly unrenewable energy
resources are limited and more polluting than others makes this
an important issue. Researches on environmental pollution show
that fossil-based energy sources are the most important pollutant
source. Construction activities consume about 40% of energy used
globally each year. In Turkey, the residential/services sector’s share
in energy consumption is high. That the source of this power is, in
general, fossil energy increases the problems and imposes great
responsibility in the construction sector. For these reasons, building
sector must use energy effectively like the all other sectors putting
the energy into use. Each precaution cutting down the energy use
is crucially important for the purpose of improving living conditions.
To this end, The use of smart structures being considered in the
study, have significance of both energy efficiency and construction
of sustainable environment. Especially, the application of passive
techniques to benefit from solar energy becomes a significant
environmental attitude in terms of energy efficiency in buildings.
This study offers some points to be taken into consideration about
sustainable environment and energy efficiency in both regulations
and design process.
Keywords: Renewable Energy, Sustainabality, Effective Energy
17
PROCEEDINGS BOOK
METROPOLİTAN RAYLI SİSTEMLERDE ENERJİ YÖNETİMİ
Beyhan KILIÇ
Selçuk TUNA
Bünyamin YAĞCITEKİN
İstanbul Ulaşım A.Ş.
İstanbul Ulaşım A.Ş
Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik Mühendisliği Bölümü
Özet
Raylı sistemler sektöründe enerji etüdü yeni bir kavramdır. Bu
sektördeki sorunlar sanayi üretim sektörüne göre oldukça farklılık
göstermektedir. Raylı sistemlerde güç talebi zaman ve lokasyona
bağlı olarak değişmektedir. Raylı sistemlerde yük hareket halindedir. Raylı sistem ağı içinde elektrik yük akışları ve enerji tüketimi,
ağ içinde çalışan trenlere, güç sistemi karakteristiğine ve işletim
sistemlerine bağlı olarak büyük değişiklik gösterir. Raylı sistemi
oluşturan tüm alt-sistemlerin etkileşimleri oldukça karmaşık olduğundan enerji tüketimlerini öngörmek ve değerlendirmek zordur.
Bu nedenle enerji verimliliğini iyileştirmek, entegre teknik ve teknolojik çözümler, yeni kavramlar ve bütüncül çerçeve yaklaşımı ile
mümkün görünmektedir.
Bu bildiride, kentiçi raylı sistemlerde cer ve sabit tesisler ener-ji
tüketim kriterleri belirlenecek ve farklı hatlar için tasarruf potansiyelleri değerlendirilerek raylı sistemlere ait spesifik enerji tüketimleri sunulacaktır.
1. Giriş
Raylı sistemler, ray ağı, trenler, sinyalizasyon, elektrifikasyon ve
haberleşme gibi farklı alt sistemlerden oluşmuştur. Bu alt sistemlerin
etkileşimleri karmaşık olduğundan, enerji tüketimleri üzerindeki
etkileri karmaşıktır ve bütüncül bir yaklaşım gerektirmektedir.
Kent içi elektrikli raylı elektrifikasyon sistemi orta gerilim seviyesinden alınan enerjiyi trafo merkezlerinde indirir ve doğrulttuktan sonra, 750 V DC seviyesinde katener veya 3. ray vasıtası ile
hareket halindeki trene ulaştırır. Bu süreçte yer alan bileşenler
aşağıda verilmiştir.
Elektrifikasyon sistemi cer gücünü tedarik eden trafo merkezleri,
katener sistemleri ve araçlardan oluşmuştur. Trafo merkezi güç
talebi tren anma gücüne, yüküne, tren sefer sıklığına, bu merkezden beslenen ray sayısına vs. gibi faktörlere bağlı olarak
değişmektedir. Raylı sistem domeni; altyapı, işletme ve araçlar
olmak üzere üç temel alandan oluşmuştur. Enerji verimlilik yönetimi
açışından bu alt domenlerdeki potansiyeller araştırılacaktır.
Türkiye’nin en büyük kent içi raylı sistem işletmecisi olan İstanbul
Ulaşım A.Ş., toplam uzunluğu 74 km’yi bulan metro, hafif metro,
tramvay, füniküler, teleferik gibi hatlarında mevcut durumda trafo
merkezleri toplam kurulu gücü 182.6 MW’tır. İşletme gerilim 750
V DC’dir. Trafo merkezlerinde trenlerin işletimini sağlayan cer
trafoları sıcak yedekli olarak çalıştırılmaktadır. Güvenlik ve
hizmetin sürekliliği bakımından tercih edilen bu durum % 33
oranında daha fazla enerji tüketilmesine sebep olmaktadır[2].
Sıcak yedekli olarak çalıştırılan cer trafolarının soğuk yedekli
kullanılması için fizibilite çalışmalarının yapılması gerekmektedir.
Cer için harcanan enerjinin yaklaşık % 3’ü trafo merkezlerinde
dönüşüm ve transmisyon sırasında kaybedilir[3]. Bu rakam her
işletmenin kendine özgü elektrifikasyon altyapı değerlerine göre
değişebilmektedir.
Metro sistemlerinin yer altı ve/veya yer üstü yapılar olması ve
işletme kapasitelerine göre altyapı tesis ihtiyaçları farklılık
göstermektedir. İstanbul Metrosu Kurulu gücü 92.8 MVA,
Aksaray-Havalimanı Hafif Metro hattı (kısmen yer altı, kısmen
yerüstü tesislere sahip) 48.8 MVA ve tramvay hattı ise 25.35
MVA’dir. Burada birim uzunluk başına en fazla kurulu gücün
metro sisteminde olduğu görülmektedir. Metro sistemi, hafif
metro sisteminden yaklaşık iki kat daha fazla kurulu güce ihtiyaç
göstermektedir. En az kurulu güç ihtiyacı ise tamamen yerüstünde
faaliyet gösteren cadde tramvayıdır. Bu üç farklı hattın enerji
tüketimleri Tablo 1’de görülmektedir. Tamamen yeraltında
çalışan metro hatlarının istasyon tüketimleri cer tüketimlerinin çok
üstünde gerçekleşmiştir.
Tablo 1. Metro, Hafif Metro ve Tramvay Hatlarının Yıllık
Enerji Tüketimlerinin Karşılaştırılması
Hat
İstasyon
Tüketimleri
Cer
Enerjisi
Tüketimi
2009 Yılı Enerji
Tüketimleri
İstanbul Metro
% 60.1
% 39.9
2.275.236 kWh
Aks -Hav Hafif
Metro
% 20
% 80
2 463.300 kWh
Tramvay
%4
% 96
1.490.121 kWh
2. Raylı Sistem Altyapısı
Raylı sistemi besleyen elektrik güç sistemleri, trafo güçleri, iletken
akımları ve tren setleri gerilimlerini kabul edilebilir sınırlar içinde
kalacak şekilde tasarlanırlar. Planlama safhasında raylı sistem güç
dağıtımının aşırı boyutlandırılması yük akış analizleri yapılarak
önlenebilir. Yük akış analizleri yapılarak trafo ve fiderlerin uygun
anma değerlerinde seçilmesi ile işletme verimi artırılır[1].
18
Raylı sistem altyapısını oluşturan ray ağının uzunluğu, ağdaki
gradyen ve kurplar, istasyon sayıları, istasyonlar arası mesafe ve
hemzemin geçitler gibi kriterlerde enerji tüketimleri üzerinde çeşitli
düzeylerde etkindirler. Trafo merkezlerinden araçlara enerjinin
iletildiği katener sistemleri ve dönüş iletkenlerindeki kayıplar ise
ortalama olarak % 4 civarındadır[3].
PROCEEDINGS BOOK
3. Araçlar
Katener sistemleri vasıtası ile araçlara ulaştırılan enerji, servis
sırasında aşağıdaki süreçlerde tüketilmektedir:
Aracın işletme hızına ulaşıncaya kadar ivmelenmesi: Newton’un kinetik enerji eşitliğine göre; aracın kütlesi ve hızı enerji
tüketimini doğrudan etkilemektedir. Kinetik enerjiyi üretmek için
ivmelenme gereklidir ancak çok hızlı ivmelenmek gereğinden
fazla enerji tüketimine sebep olur. Çükü kinetik enerji, hızın karesi
ile artmaktadır. Bunun yanında tren kütlesindeki % 10 oranında
bir artış, araç enerji tüketimini % 6-8 oranında artırmaktadır[4].
Aksaray-Havalimanı hafif metro hattı, havalimanı gidiş yönü için
yapılan simülasyon çalışmasında aracın toplam enerji tüketimi
ile frenleme sırasında ürettiği enerjiye ait grafikler, RAILSIM
Simülasyon programı kullanılarak üretilmiştir ve Şekil 1 ve Şekil
2’de görülmektedir.
Trenlerin hareketi çeşitli sürtünmeler ile engellenir; yüzey
sürtünme ve aerodinamik sürtünme. Yüzey sürtünme ağırlık
ve yapışma ile karakterize edilir. Aerodinamik sürtünme viskoz
karakterde sayılır fakat hızın küpü ile doğru orantılıdır[5].
Konfor fonksiyonları (aydınlatma, ısıtma, soğutma ve
havalandırma): Konfor fonksiyonlarının enerji tüketimi
yolcu trenlerinin enerji tüketimlerinin önemli bir kısmıdır. Bu
sistemlerin optimizasyonunun şu andaki durumu, teorik tasarruf
potansiyeli oldukça yüksek olmasına rağmen, cer bileşenlerine
göre geri durumdadır. Bu alanda cer bileşenlerinin ürettiği
atık ısının kullanılması, akıllı hava koşullandırma ve sıcaklık
hedef değerlerinin dış ortam şartlarına göre güncellenmesi
umut vadeden tedbirler olarak karşımıza çıkmaktadır[6]. Park
halindeki trenlerin akıllı kontrolü ile hazırda bekleme modunda
enerji tüketimleri önemli oranda azaltılabilir. Araçların seyir
sırasında tükettikleri enerji; aracın spesifik konstrüksiyonuna,
sürüş performansına, durma sıklığına, yolcu sayısına bağlı
olarak önemli farklar göstermektedir. Araçların spesifik enerji
tüketimlerinin belirlenebilmesi için sekonder düzeyde (katener
seviyesinden) ölçümler yapılmalıdır. Cer ve yardımcı konverterin
soğutulması için merkezileştirilmiş soğutma sistemlerinin
kullanımının hem araç kütlesini azaltacağı hem de sistem
verimini arttıracağı öngörülmektedir[7].
Şekil 1. Aks-Hav Hafif Metro Hattı 1. yol toplam enerji tüketimi (400 kWh),
istasyonlarda frenleme sırasında üretilen enerji toplam 175 kWh.
4. İşletme
Raylı sistemlerde işletme modları servis modu ve servis dışı mod
olmak üzere tanımlanmıştır[8]. Servis modundaki enerji tüketimleri
tren ceri için; tüketilen enerji ve cer harici sistemlerde (istasyonlar,
binalar, vagon konfor fonksiyonları vs.) tüketilen enerji olmak üzere
iki gruba ayrılmıştır.
4.1. Cer Tüketimleri
Raylı sistem araçları frenleme sırasında cer motorlarını jeneratör
olarak kullanarak enerji üretebilmektedirler. DC sistemlerde
frenleme sırasında enerji geri kazanımı ancak uygun şartların
oluşmasına bağlıdır. Dinamik frenleme sırasında geri kazanılan
enerji aşağıdaki durumlarda kullanılabilir:
Araç üstünde depolanarak ivmelenme sırasında kullanılması,
yardımcı güç sistemleri veya konfor fonksiyonları için kullanılması
ki, bu sistemlerin güç talebi frenleme faydalı enerjisinden geri
kazanılabilecek enerji miktardan azdır.
Ortaya çıkan enerji yeterince yakın mesafede ivmelenen başka
bir aracın kullanması için katener sistemine geri verilir.
Trafo merkezleri tersinir yapıda ise, enerji şebekeye geri
verilebilir[9].
Şekil 2. İstasyonlarda Kazanılan Rejeneratif Frenleme sırasında kazanılan
güç.
Aks-Hav arasında gidiş sırasında (1.yol) ABB aracının ürettiği
toplam rejeneratif enerji 175 kWh olarak hesaplanmıştır. Araç
tükettiği enerjinin % 43’ünü frenleme sırasında üretebilmektedir.
Frenleme sırasında geri kazanılacak enerji her raylı sistemin
kendine özgü şartlarına ve elektrifikasyon altyapısına bağlı olmakla
birlikte, uygulamada % 10 oranları seviyesinde veya daha düşük
değerlerde kalmaktadır[10,11]. Rejeneratif frenleme sistemi ile
geri kazanılan faydalı enerji, kalkmak üzere olan başka bir aracın
kullanması için enerjiyi hatta geri verir. Elektrik güç kaynağı tersinir
kapasitede tasarlanmamışsa, frenlemeden dolayı katenerde
yükselen gerilim, araç çatısına yerleştirilmiş rezistanslarda
harcanır[12].
Enerji etkin sürüş, raylı sistem işletmeciliğinde enerji tasarrufu
için en umut vadeden stratejidir. Talimatlar, eğitim programları,
19
PROCEEDINGS BOOK
DAS (elektronik sürücü uyarı sistemleri) bu alanda kullanılabilir[6].
Sürücüler süzülme uygulaması konusunda eğitilmelidir. Araçların
spesifik tüketimi azaltılabilir. Araç enerji tüketimi aracın hızı, duruş
sayısı ve sürülüş tarzına göre büyük farklılık gösterir. Aşağıdaki
hususlarda enerji tasarrufu bakımından önemli başarılar elde
edilebilir:
- İvmeleme dengelemesi / Maksimum hız / Frenleme / Durma
süresi/ Süzülme fazı.
Enerji etkin sürüş ile ilgili dünyada yapılan çalışmalarda tüm
trafik tipleri için % 10 tasarruf potansiyeli öngörülmüştür[4]. Enerji
ölçerler, simülasyon ile üretilen tüketim verilerinden çok daha
güvenilir enerji tüketim verisi sağlarlar, bu yüzden enerji tasarruf
tedbirlerini ortaya çıkarmak için de iyi bir vasıtadırlar.
4.2. Sabit Tesisler Tüketimleri
Raylı sistemlerde taşımacılık prosesinin girdisi olan yolcuları
araçlara ulaştıran istasyonlar yer altı ve yerüstünde bulunmalarına
göre enerji tüketimi bakımından önemli farklılık gösterirler. Yer
altı istasyonlarında aydınlatma, havalandırma sistemleri, yürüyen
merdivenler vs uzun işletme saatleri boyunca çalışmak zorunda
olduğundan tüketimlerdeki payları oldukça fazladır.
Raylı sistemlerde enerji performans göstergeleri araçlar ve altyapı
sistemleri için aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır:
• Final enerji tüketimi yolcu km başına kWh/yolcu. km
• Final enerji tüketimi ton km başına kWh / ton. km
• Park halindeki trenlerin tüketimlerinin toplam tüketim içindeki
oranı %
• Raylı sistem güç dağıtım sistemi verimi %
• Rejenaratif enerjinin kullanım oranı %
Bir raylı sistem güç ağının verimi aşağıda 1 no’lu formülde verildiği
gibi ifade edilir[16].
η = [(Wa +Wp - Wr) /Ws] x % 100
(1)
Burada;
Wa : Aracın ivmelenme sırasında tükettiği enerji
Wp : Hattın yolcu istasyonlarında tüketilen enerji
Wr : Aracın frenleme sırasında ürettiği enerji
Ws : Raylı sistem ağına trafo merkezinden giriş yapan enerji olarak
tanımlanmaktadır.
Bu amaçla araç-üstü enerji ölçerlerin trenlere monte edilerek, aracın
tükettiği ve hatta geri verdiği enerjinin ölçülmesi (tüketilen enerjinin
faturalandırılması) için EN50463 standardı yayınlanmıştır[17].
6. Sonuçlar
Şekil 3. Aks-Hav Hafif Metro Hattı Bahçelievler İstasyonu Enerji
Tüketim Analizi.
Bahçelievler yer altı istasyonunda yürüyen merdivenler % 61 ile
en yüksek tüketim payına sahiptir. İstasyon ve tünel aydınlatma
sistemleri 24 saat süre ile açık kaldığı için ikinci sırayı almıştır[13]
.Bu hat kısmen yer altı, kısmen yerüstünde bulunduğu için
tren hareketlerinin sağladığı doğal hava dolaşımı sebebiyle
havalandırma sistemleri kurulu güç içinde en yüksek payı alırken,
tüketimde en alt sıralardadır. Ancak tamamı yeraltında olan
İstanbul metrosu istasyonlarında havalandırma sistemleri de
işletme saatleri boyunca devrede olduğundan, istasyon tüketimleri
cer tüketimlerinden fazla olmaktadır[14].Yer altı istasyonlarında
aydınlatma ve yürüyen merdivenlerde tasarruf potansiyelleri
mevcuttur.
Enerji yönetimi bir organizasyonun kullandığı enerjinin maliyetlerini
azaltmak ile ilgilenir. Enerji maliyetlerini azaltmanın iki yönü
vardır: Enerji tarifelerinin daha uygun değerlere çekilmesi ve
tüketilen enerji miktarlarının verimlilik politikaları ile azaltılmasıdır.
Bu amaçla stratejik seviyede enerji politikaları belirlenerek, bu
politikaya uygun teknik çözümlerin üretilmeli, verimlilik uygulamaları
gerçekleştirilmelidir. Raylı sistemler gibi enerji tüketimlerini etkileyen
pek çok farklı faktörün bulunduğu bir domende enerji verimliliğini
iyileştirmek için bütüncül bir yaklaşımla entegre teknik çözümler
gereklidir. Bu amaçla öncelikle raylı sistemler için spesifik enerji
tarife tanımlamaları gereklidir. Raylı sistemlerin ticari tarifeden değil
sanayi tarifesinden enerji temini sağlanmalıdır. Enerji verimlilik
alanında öncelikli olarak rejeneratif enerjinin araç-üstü dirençlerde
harcanmaması için, frenleme sırasında elde edilen faydalı
enerjinin araç-üstü depolama, hat boyu depolanabilmesi veya
çift yönlü trafo merkezleri vasıtası ile şebekeye geri verilebilmesi
konusunda teknolojik altyapının araştırılması gerekmektedir.
Araç-üstü tedbirler arasında cer ve yardımcı konverterler için
merkezileştirilmiş soğutma sistemlerinin kullanımı, araç içinde akıllı
hava koşullandırma yapılması, sıcak yedekli olarak çalıştırılan
cer trafolarının soğuk yedekli olarak çalıştırılabilmesi için gerekli
araştırmaların yapılması gerekmektedir. Raylı sistem tedarik
aşamasında raylı sistemlere ait alt sistemler ve bileşenlerdeki enerji
tüketimlerinin de göz önüne alınması ve trafik yönetimi, altyapı ve
trenler için stratejik enerji verimlilik hedefleri geliştirmek için raylı
sistemler enerji yönetim birimlerinin kurulması gereklidir.
Kaynaklar
5. Performans Göstergeleri
Raylı sistemlerde araçlar için spesifik enerji tüketimleri aşağıdaki
parametrelerden etkilenmektedir:
- Aracın ivmesi, maksimum hızı, ray konfigürasyonu, istasyonlar
arası mesafe, tren tipi ve cer ekipmanları [15].
20
[1] T.K.Ho, Y.L.Chi, J.Wang, K.K.Leung, “Load Flow in electrified
railway”, IEEE 2nd Int. Con on Power Electronics,Machines
and Drives, Vol2, pages :498-503, April 2004
[2] “Energy Audit of Railway Traction Distribution System”,case
study EA-254 www.letsconserve.org
[3] “Reducing Energy Consumption in Underground Systems,
PROCEEDINGS BOOK
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
International Metropolitan Railways Committe, Amalgamated
Report,UITP, www.uıtp.org, 1995
Process, Power, People, ”Energy Efficiency for Railway
Managers”,UIC booklet,2008
Trainer, universal manuel, Intelligent Energy Europa
Programme,www.iee.trainer.eu
EVENT(Evaluation of Energy Efficiency Technogies for rolling
stock anda tranin operatinon of railways) Summary of Final
report,Sub Commisison of Enerfy Efficiency, Berlin, March
2003,UIC
L.Accardo, Energy saving onboard,”Energy Efficency Days
2009”, France. www.energy-efficiency-days.org
TecRec100_001”Specification and verification of energy
consumption for railway Rolling stock”, www.tecrec-rail.org
www.railway-energy.org
T.Suzuki, B.Tech, “DC Power Supply system with inverting
substations for traction systems using regenerative brakes”,
IEE Proc, Vol.129,1982
Forsythe J.B, “Lihgt rail/rapid transit:A new approaches for
the evalution of energy saving” Part II-on the receptivity of a
transit system, IEEE Trans, IA-16, pp,665-678
Coquery G., “Electrical Energy saving for urban and suburban
guided transport system”, 2nd UIC Railway Energy Efficiency
Conference, Paris, 4-5 February, 2004
Kılıç B., Tuna S., Yağcıtekin B., Özenç S.,”Eneryg Efficency
Analysis of Lighting Systems at Fixed Facilites on Lighting
Systems:A case Study”, 5th Int.Ege Energy Symp,Denizli,
2010
Tuna S., Kılıç B.,”Yeraltı metro sistemlerinin aydınlatmasında
güvenlik kriterleri ve enerji etkinliği”, 3.Enerji Verimliliği ve
Kalitesi Semp.,2009
Rajput R.K. ,“Utilisation Electric Power Including Electric
Drives and Electric Traction”,,New Delhi
Hull G.J.,“Simulations of Energy Efficiency Improvements
on Commuter Railways” ,Msc Thesis,The University of
Birmingham, 2009
www.en-standard.eu/en-50463-railway-applications-energymeasurement-on-board-trains
railway systems has been changing according to time and location
at network. The load is moving here. Electric load flows and energy
consumption in railway network can be changing greatly dependent
on vehicle characteristics and power system characteristics and
operation systems. The main load is moving vehicles in railway
network.
Estimating energy consumptions and evaluating energy
consumption is very hard task because of complexity of sub
systems interactivities which composed of entire railway network.
Therefore improving energy efficiency in railways can be possible
a holistic frame approach and integrated technological solutions.
In railway criteria interested in energy efficiency must be classified
and factors which affect energy consumptions and gas emissions
must be determined.
In this study in urban railway systems traction and fixed facilities
energy consumption criteria will be determined. Saving potentials
for different lines light metro, metro and tram will be evaluated and
specific energy consumptions of urban railways will be presented.
Summary
Because of increasing population in metropols traffic volume has
been increasing. Hence public transportation, especially demand
on electricity railways has been increased fastly. In proportional to
electric energy consumption of urban railways has been rising.
Energy costs pressures on railways operators. Providing growing
continuously and increase profitability of urban railway operators
will be realize by reducing energy consumptions and optimizing it.
A railway system has been composed of a number of sub systems
like vehicles, electrification systems, signalization system and
fixed facilities. When vehicles are moving, these sub systems
are mutually being activated. Railway system differs in terms
of vehicles, electrification systems and track layout. Therefore
energy efficiency at any railway system will be differing because
of traffic management, signalization system, vehicles types and
electrification infrastructure etc.
Energy audit of railway systems is a new concept. Issues on
railway sector differ from industrial sector. Power demand in
21
PROCEEDINGS BOOK
TÜRKİYE ENERJİ VE ÇEVRE POLİTİKALARINDA
ENERJİ VERİMLİLİĞİ VE YENİLENEBİLİR ENERJİ STRATEJİLERİNİN YERİ
Ebru ACUNER
Sermin ONAYGİL
İstanbul Teknik Üniversitesi,
Enerji Enstitüsü, Enerji Planlaması
ve Yönetimi Anabilim Dalı
Özet
fiyatları, gerekli yatırım miktarları, nüfus, birincil/toplam enerji
yoğunluğu, alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarının teknolojik
gelişme faktörleri ve karbondioksit (CO2) emisyon değerleri
olarak sıralanabilir. Belirlenen bu değişkenler arasındaki ilişkilerin
tanımlanması ile enerji piyasasındaki dinamiklerin bu değerler
üzerine etkilerini incelemek mümkün olacaktır. Bu etkilerin
oluşturacağı değişimler genellikle orta (2020, 2030) veya uzun
dönemler (2050) için belirlenmektedir. Bu dönemlerde temel
değişkenler ile ilgili öngörülen varsayımların güvenilir verilere
dayanması gerçekleştirilecek projeksiyon çalışmalarındaki belirsizlikleri en az düzeye indirebilecektir. Ayrıca, enerji verimliliği ve
yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının yaygınlaşması gibi
geliştirilen alternatif stratejiler için sektörel ve kaynak/teknoloji
bazlı belirlenecek hedeflerin de gerçekçi olması önemlidir. Bütün
bu çalışmaların sonucunda, uygun modelleme yaklaşımları ile
mevcut durum ortaya konulabileceği gibi, stratejilerin gerçekleşebilirlikleri ve bunların ana değişkenler üzerindeki etkileri de
gözlemlenebilecektir.
Avrupa’da son birkaç yıl içinde, orta ve uzun dönemlerde enerji
ve çevre politikalarını belirleyici senaryo çalışmaları gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmalarda başlıca hedefler; enerji yönünden
enerji verimliliğinin ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım
oranlarının artırılması iken, çevre yönünden başlıca sera gazlarından
olan karbondioksit konsantrasyonunun azaltılmasıdır. Bu temelde
bilimsel bakış açısı ile oluşturulan senaryolar, enerji güvenilirliğinin
artırılmasının yanı sıra, teknik olarak düşük karbonlu ekonomiye
geçişin ve enerji-çevre sektörlerinde sürdürülebilirliğin sağlanması
için politika ve strateji geliştirme amaçlıdır. Türkiye’deki mevcut
duruma bakıldığında, Enerji Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından
2010 yılında açıklanan “Enerji Strateji Planı 2010-2014” raporu
kapsamında da enerji verimliliği, yenilenebilir enerji kullanımı ile
ilgili amaçlar, hedefler ve stratejiler açıklanmaktadır. Bu çalışmada,
dünyada ve Avrupa’da enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji
stratejilerini temel alan başlıca enerji senaryoları incelenerek,
Türkiye’deki mevcut stratejiler değerlendirilmiş ve ileriye dönük
orta ve özellikle uzun dönemli senaryolar geliştirilmesi, stratejiler
ve politikalar oluşturulabilmesi amaçlı yol gösterici öneriler geliştirilmeye çalışılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Enerji ve Çevre Politikaları, Enerji Verimliliği,
Yenilenebilir Enerji, İklim Değişikliği, Enerji Senaryoları.
1. Giriş
Herhangi bir konuda mevcut durumu yansıtıp anlaşılır kılarak geleceğe yönelik strateji, politika vb. çalışmalarında yol gösterici
olacak “senaryolar”ın etkinliği, aşağıda sıralanan parametreler ile
değerlendirilebilir[1]:
• Amaç,
• Temel değişkenler,
• Temel değişkenler arası
ilişkiler,
• Hedeflenen zaman periyodu,
• Varsayımlar ve belirsizlikler,
• Geliştirilen alternatif
stratejiler,
• İleriye dönük hedefler,
• Öngörülen zaman
diliminde hedeflerin
gerçekleşebilirlikleri.
Örneğin, enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji stratejilerinin talep
tarafı yönetimi ve iklim değişikliğine etkilerinin gözlemlenebilmesi
amaçlı senaryolar kapsamında değerlendirilebilecek başlıca
değişkenler; enerji tüketim hızı, ekonomik büyüme hızı, piyasa
22
2. Enerji Senaryoları
Bu bölümde dünyada, Avrupa Birliği (AB)’nde ve Türkiye’de gündemde olan enerji ile ilgili senaryo çalışmalarının özetlenmesi
amaçlanmıştır.
2.1. Dünya Geneli
Kasım 2010’da Uluslararası Enerji Ajansı (UEA) tarafından yayınlanan
“Dünya Enerji Sektörüne Bakış 2010” (World Energy Outlook 2010–
WEO 2010) raporu kapsamında, geçmiş yıllardan farklı olarak ilk kez
aşağıdaki üç farklı senaryo alternatifi ele alınmıştır:
a. Mevcut Politikalar Senaryosu (Current Policies Scenario):
“Referans” olarak da tanımlanan bu senaryo kapsamında, sadece 2010 yılında mevcut strateji ve politikaların devamlılığı
öngörülmektedir.
b. Yeni Politikalar Senaryosu (New Policies Scenario): CO2 emisyonlarının azaltılması amaçlı 2020 yılına kadar öngörülen politika
önlemlerinin ve uygulama stratejilerinin gerçekleştirileceği temel
varsayımına dayanmaktadır.
c. 450 ppm Senaryosu (450 Scenario): 2035 yılında CO2 emisyonlarının 450 ppm seviyelerinde tutulabilmesini ve küresel sıcaklığın sadece 2 0C yükselmesini sağlamak amacıyla, 2020’den
sonraki dönemde de alternatif politika önlem ve stratejileri uygulamalarının devam edeceği varsayılmaktadır.
PROCEEDINGS BOOK
Tablo 1, söz konusu üç senaryonun temel değişkenler bazında
varsayımlarını göstermektedir. Özellikle Yeni Politikalar Senaryosu’nda vurgulanan petrol fiyatlarındaki artış, üretim maliyetlerinin
artmasını yansıtmaktadır. 450 ppm Senaryosu’nda ise CO2 ticaretinin dünya genelinde yaygınlaşması sonucu CO2 ton fiyatının artması ile kömüre olan talebin azalacağı kabul edilmektedir.
WEO 2010 raporunda ilk kez irdelenen Yeni Politikalar Senaryosu’nda, 2008 yılında % 81 olan fosil yakıtların payının 2035’te %
74’e düşeceği öngörülürken, 2035 yılında elektrik enerjisi kapasitesinde 2008’e göre % 80 oranında bir artış (5900 GW) olacağı ifade
edilmektedir. Bu artışları karşılamak ve 2035 yılındaki talebe cevap
verebilmek için 2009 yılı fiyatları ile toplam 33 trilyon $’lık yatırım
gerekecektir. Bu yatırımın 16 trilyon $’ı enerji üretimi amaçlıdır.
Öncelikli olarak 2020 yılı için verilen taahhütlerin gerçekleşmesi
durumunda, söz konusu senaryoya göre 2008’de 29,3 Gton
olarak gerçekleşen enerji sektörü kaynaklı CO2 emisyonları, 2035
yılında 35,4 Gton’a yükselecektir. Bu artış sonucu, küresel sıcaklık
minimum 3,5 0C yükselecektir.
Tablo 2, WEO 2010’da yer alan üç senaryoya göre, enerji
kaynakları bazında yıllara göre dünya birincil enerji talebindeki
değişimi göstermektedir. Buna göre, yenilenebilir enerji kaynakları
arasında yer alan biyokütle ve diğer atıkların oranında referans
senaryoya göre, Yeni Politikalar Senaryosu’nda % 14, 450 ppm
Senaryosu’nda ise % 35 oranlarında artış öngörülmektedir. Güneş,
rüzgar, jeotermal gibi diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam
enerji talebindeki paylarında ise, Mevcut Politikalar senaryosuna
göre, Yeni Politikalar’da yaklaşık % 50, 450 ppm’de ise yaklaşık %
138 oranlarında artış söz konusudur.
Şekil 1’de, enerji verimliliği stratejisinin değerlendirilmesi için temel
gösterge olarak kabul edilen birincil enerji yoğunluğunun WEO
2010’da analiz edilen senaryolara göre değişimi gösterilmektedir.
1982-2008 arası dönemde % 23 oranında azalan birincil enerji
yoğunluğu, 2008-2035 yılları arasında Mevcut Politikalar Senaryosu’nda % 28, Yeni Politikalar’da % 34 ve 450 ppm Senaryosu’nda
ise % 41 oranlarında azalma eğilimindedir.
450 ppm Senaryosu’nda Mevcut Politikalar Senaryosu’na göre 2020
ve 2035 yılları için sağlanması öngörülen CO2 emisyonlarındaki
Şekil 1. WEO 2010 senaryo analizlerine göre dünya birincil enerji
yoğunluğu değişimi[2].
Tablo 1. WEO 2010 Senaryolarının Değişkenler Bazında Analizi[2]
Değişken
Mevcut Politikalar
Nüfus
2008 yılında 6,7 milyar olan dünya nüfusunun yılda ortalama %1 büyüme hızı ile 2035 yılında 8,5
milyara ulaşması
Yeni Politikalar
450 ppm
Gayri Safi Hasıla (GSH)
2008-2035 yılları arasında yıllık ortalama artış hızı %3,2 (OECD üyesi olmayan ülkeler ve özellikle
Çin, Hindistan ve Orta Asya’da yüksek ekonomik büyüme)
Petrol fiyatları
Petrole olan talep artışı hızı yüksek
Doğalgaz fiyatları
Petrol talep artış hızına göre daha düşük
Kömür fiyatları
Hem petrol hem doğalgaz talep
artışına göre daha düşük
Talepte düşüş
Birincil enerji talebi artışı
Yıllık ortalama %1,4
2009 fiyatları ile:
2020’de 99 $/varil
2035’te 113$/varil
Petrole olan talep artış hızı
düşük
Tablo 2. Enerji Kaynakları Bazında Dünya Birincil Enerji Talebi (MTEP)[2]
Kaynak
Kömür
Mevcut Politikalar
Yeni Politikalar
450 ppm
1980
2008
2020
2035
2020
2035
2020
2035
1792
3315
4307
5281
3966
3934
3743
2496
Petrol
3107
4059
4443
5026
4346
4662
4175
3816
Doğal gaz
1234
2596
3166
4039
3132
3748
2960
2985
Nükleer
186
712
915
1081
968
1273
1003
1676
Hidrolik
148
276
364
439
376
476
383
519
Biyokütle ve atıklar*
749
1225
1461
1715
1501
1957
1539
2316
Diğer yenilenebilirler
12
89
239
468
268
699
325
1112
7229
12271
14896
18048
14556
16748
14127
14920
TOPLAM
* Hem konvansiyonel hem de modern atıklar.
23
PROCEEDINGS BOOK
azalış miktarları sırasıyla 3,5 Gton ve 20,9 Gton’dur. Şekil 2’ye
göre, bu değerlere ulaşılmasında en büyük pay enerji verimliliği
uygulamalarıdır. 2020 yılı için söz konusu uygulamaların etkisi %
71 olarak gözlemlenirken 2035 yılında bu oran kazanılan enerji
tasarruf potansiyellerinin etkisiyle % 48’e düşecektir. Yine bu
senaryo için, 2010-2035 yılları arasında gerekli yatırım miktarı;
referans duruma göre 18 trilyon $, Yeni Politikalar Senaryosu’na
göre de 13 trilyon $ daha fazla olacaktır.
Şekil 3. Sera gazları emisyon azaltım değerlerine göre % 30 P&M ve
BAU senaryolarının karşılaştırılması[8].
ları (% 3 ve % 5) ve gerekli yatırımların ekonomik ömrü boyunca
ortalama enerji fiyatları da dikkate alınmıştır[8].
Şekil 2. 450 ppm Senaryosu’na göre dünya geneli enerji sektörü
kaynaklı CO2 emisyonları azalım oranları[2].
2.2. Avrupa Birliği
Son yıllarda AB genelinde, düşük karbonlu ekonomiye geçiş
çalışmaları kapsamında, farklı kurumlar tarafından çok çeşitli
senaryo çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmaların gerek enerji
gerekse iklim politikaları üzerinde önemli etkileri vardır. Özellikle,
AB enerji üretim sektöründe fosil yakıtlardan daha temiz üretim
teknolojilerine ve yenilenebilir kaynaklara yönelinmesi ve bu
geçişin tek-nik, ekonomik açıdan kabul edilebilirliği konusu
senaryolarda değerlendirilmeye çalışılmaktadır. Aşağıda örnekleri
verilen senaryolarla gerçekleştirilen analizlerde genellikle % 80100 temiz enerji üretiminin ancak 2050 yılında gerçekleşebileceği
vurgulanmaktadır [3][4][5][6][7].
RE-thinking 2050 – A 100% Renewable Energy Vision for the
EU, European Renewable Energy Council (EREC), 2010
Roadmap 2050 - 100% renewables by 2050
Energy [r]evolution, Greenpeace and the European Renewable
Energy Council (EREC) - 80% renewables by 2050
Energy Technology Perspective 2010, International Energy
Agency (IEA), 2010
Power choices and Roadmap for low carbon power sector by 2050,
EURELECTRIC - 38% renewables by 2050
AB’nin senaryolarda belirtilen 2020 yılı hedefleri ise “3 X
%20” diye özetlenen; % 20 oranında sera gazı emisyonları
azaltılırken, % 20 enerji verimliliği ve % 20 yenilenebilir enerji
kullanımının artırılmasıdır. Hatta, enerji verimliliği hedefinin %
30 oranına da yükseltilebileceği vurgulanmaktadır. Örneğin, AB
için gerçekleştirilen bir senaryo analizi çalışmasında; ilk senaryo
(Business as usual – BAU), enerji ve iklim değişikliği ile ilgili mevcut
politika ve önlemlerin devam ettiğini öngörürken, ikinci senaryo
(% 30 – policies and measures (P&M)), toplam sera gazları
emisyon miktarının % 30 oranında azaltılmasına yönelik politika
ve önlemleri esas almaktadır. Senaryolarda, gayri safi hasıla ve
nüfus değişkenlerinin yanı sıra, enerji tasarruf potansiyelleri ve
yenilenebilir enerji teknolojileri maliyetlerindeki değişik-likler de
birlikte değerlendirilmiştir. Sera gazı emisyon değerleri hem birincil
hem de toplam enerji tüketimleri üzerinden hesaplanmıştır. Buna
ek olarak, alternatif senaryoda uzun dönemli gerçek faiz oran-
24
BAU senaryosunda sera gazlarının emisyon miktarlarında azalım
eğilimi göz-lemlenememiştir (Şekil 3). Buna karşılık % 30 P&M
senaryosunda, son yıllara göre daha büyük oranda bir azalım eğilimi
söz konusudur. İki senaryo karşılaştırıldığında, alternatif politika ve
önlemler ile P&M se-naryosunda, toplamda yaklaşık 1,5 milyar ton
CO2 eşleniği sera gazının azaltılabildiği de gözlemlenmektedir. Bu
azalım sağlanırken, % 41 oranıyla enerji verimliliği uygulamaları
başta gelirken, yenilenebilir enerji teknolojilerinin payı % 27 ve
daha temiz yakıtların kullanımının (kojenerasyonu da içeren) etkisi
ise % 19 olarak gerçekleşmiştir. Ayrıca, yanma prosesi dışındaki
diğer gazların salım miktarlarının düşürülmesiyle % 13 oranında bir
ek azaltım da sağlanmıştır.
2.3. Türkiye
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı (ETKB), 2009 yılında hazırladığı “Enerji Strateji Planı 2010-2014” raporunda, enerji alanında
stratejik amaçları, hedefleri ve aşağıda sıralanan öngörü stratejilerini açıklamıştır. Amaçların ikinci sırasında, “yenilenebilir enerji
kaynaklarının payının artırılması” yer almaktadır.
Yapımına başlanan 5000 MW’lık hidroelektrik santrallerin 2013
yılı sonuna kadar tamamlanması,
2009’da 802,8 MW olan rüzgar enerjisi kurulu gücünün, 2015
yılına kadar 10.000 MW’a çıkarılması,
2009’da 77,2 MW olan jeotermal enerjisi kurulu gücünün, 2015
yılına kadar 300 MW’a çıkarılması.
Aynı raporda üç no’lu amaç “enerji verimliliğinin artırılması”dır.
Raporda enerji arz güvenliğinin sağlanması, dışa bağımlılıktan
kaynaklanan risklerin azaltılması ve iklim değişikliği ile mücadelenin
etkinliğinin artırılması hedefleri çerçevesinde, enerjinin üretiminden
kullanımına kadar olan süreçlerinde verimliliğin artırılması ve
enerji yoğunluğunun azaltılmasının önemi vurgulanmaktadır. Bu
bağlamda, sosyal ve ekonomik gelişme hedeflerini etkilemeden
enerji tüketimini azaltacak önlemlerin uygulanmasına; elektrik
enerjisi üretim tesisleri ile iletim ve dağıtım şebekelerinde enerji
verimliliğinin artırılmasına, yüksek verimli kojenerasyon uygulamalarının yaygınlaştırılmasına ilişkin çalışmaların yürütüleceği
belirtilmektedir. Yürütülen ve planlanan bu ve benzeri çalışmalar
kapsamında birincil enerji yoğunluğunun 2015 yılında 2008
yılına göre % 10, 2023’te ise % 20 oranında düşürülmesi hedeflenmektedir.
PROCEEDINGS BOOK
“Enerji Strateji Planı” raporunda yedinci sıradaki amaçta; “enerji
ve tabii kaynaklar alanlarındaki faaliyetlerin çevreye olan olumsuz
etkilerini en aza indirme” çalışmalarının, ülkemizin ekonomik
gelişmişlik düzeyi, enerji sektörünün büyüme potansiyeli ve bu
doğrultuda enerji arzındaki ihtiyaçlar “ortak fakat farklı sorumluluklar”
ilkesi temelinde ele alınarak gerçekleştirileceği ifade edilmektedir.
Enerji verimliliğinin geliştirilmesi, yenilenebilir enerji kaynakları
kullanımının artırılması, temiz kömür yakma teknolojilerinin
yaygınlaştırılması ve nükleer enerjinin elektrik enerjisi üretim
seçeneklerine dahil edilmesi enerji ve çevre ilişkisi çerçevesinde
temel stratejiler olarak vurgulanmış ve temel göstergenin enerjiden
kaynaklı toplam sera gazı emisyon artış hızındaki değişimin
izlenmesi olduğu belirtilmiştir.
[6] IEA, (2010), “Energy Technology Perspective 2010”,
International Energy Agency, France.
[7] EUROELECTRIC, (2010), “Power choices and Roadmap for
low carbon power sector by 2050”, Belgium.
[8] Lechtenböhmer S. , Thomas S. , Zeiss C. , (2009) , “The role
of energy efficiency in the framework of the EU energy and
climate strategy – a policy-based scenario analysis”, ECEEE
Summer Study 2009 Act! Innovate! Deliver! Reducing energy
demand sustainably, 1–6 June 2009, La Colle sur Loup, Côte
d’Azur, France.
[9] ETKB, (2010), “Stratejik Plan 2010-2014”, www.enerji.gov.tr/
yayinlar_raporlar/ETKB_2010_2014_Stratejik_Plani.pdf.
3. Genel Değerlendirme ve Öneriler
Summary
Dünya ve AB genelinde senaryolar, öngörülen politika ve stratejilere
göre farklılıklar göstermektedir. Ancak tüm yaklaşımlarda mevcut
duruma göre karşılaştırma yapılabilmesi için önce bir referans
senaryo, daha sonra uygulanması düşünülen politika önlemleri
ve stratejileri içeren alternatif senaryolar oluşturulmaktadır.
Enerji alanındaki başlıca alternatif stratejiler, enerji verimliliği
ve yenilenebilir enerji uygulamalarıdır. Belirlenen orta (2020,
2035) veya uzun dönemlerde (2050) söz konusu uygulamaların
değerlendirilmeleri enerji yoğunluğunun yanı sıra sera gazları
emisyonlarındaki azalım oranlarına göre yapılmaktadır. Diğer
önemli değişkenler ise; gayri safi hasıla, fosil yakıtların piyasa
fiyatları, birincil/toplam enerji talebi, gerekli yatırım miktarları,
uygulamalarda kullanılacak teknolojiler olarak sıralanabilir.
Secure, reliable and affordable energy supplies are fundamental
to global economic stability and growth. The challanges comprises
the adequacy of energy supplies, the threat of disruptive climate
change and huge investment requirements to meet the growing
global energy needs, particularly in the developing countries.
Türkiye, enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji alternatif stratejileri
için bazı hedef değerler belirlemiştir. Ancak, senaryo analizleri için
sadece hedef oluşturmak yeterli değildir. Ulusal koşullarda etkili
olabilecek diğer değişkenler ile birlikte mevcut durumun, ulusal
hedeflerin ve uluslararası yükümlülüklerin de değerlendirilmesi
gerekmektedir. Kabul edilmiş olan strateji kapsamındaki değerlendirme dönemi 2010-2014 yılları arasıdır. Piyasa koşulları hızlı
değişen bir ülke olarak başlangıçta kısa dönemleri hedef almak
çok yanlış bir uygulama değildir. Ancak, geleceği iyi planlayabilmek
ve yatırımları doğru yönlendirebilmek için, Cumhuriyetimizin
kuruluşunun 100. yılı olması nedeniyle birçok çalışmada hedef
alınan 2023 yılı orta dönemli, 2050 yılı uzun dönemli analiz
çalışmalarının da yürütülmesi gerekmektedir. Bu yaklaşımlarla
Türkiye için oluşturulacak enerji senaryoları yardımıyla doğru,
güvenilir analiz çalışmaları gerçekleştirilebilecek ve gerek
enerji verimliliğinde gerekse yenilenebilir enerji kaynaklarındaki
potansiyelin daha iyi değerlendirilebilmesi için etkin politikalar
belirlenebilecektir.
Kaynaklar
[1] Nezhad H., “World Energy Scenarios to 2050:Issues and
Options”, September 2009.
[2] IEA, (2010), “World Energy Outlook 2010”, International Energy
Agency, France.
[3] EREC, (2010), “RE-thinking2050–100% Renewable Energy
Vision for the EU, European Renewable Energy Council,
Belgium.
[4] ECF, (2010), “Roadmap 2050 - 100% renewables by 2050”.
European Climate Foundation,
[5] EREC, (2008), “Energy [R]evolution”, Greenpeace and the
European Renewable Energy Council, Belgium.
Future energy demand and supply are subject to numerous
uncertainties, most of which are difficult to predict. Such as
energy prices, particularly oil prices, global economic growth
rate, demographic changes, technological advances, government
policies and consumer behavior. In such a complex market, the
primary objective of an energy scenario analysis must be to analyze
the main driving forces that would shape the world energy future,
rather than making accurate quantitative projections.
There are number of energy scenarios suggested by several
organization, stated below:
World Energy Outlook 2035, International Energy Agency (IEA),
2010.
RE-thinking 2050 – A 100% Renewable Energy Vision for the
EU, European Renewable Energy Council (EREC), 2010.
Roadmap 2050 - 100% renewables by 2050.
Energy [r]evolution, Greenpeace and EREC - 80% renewables
by 2050.
Energy Technology Perspective 2010, IEA, 2010.
Power choices and Roadmap for low carbon power sector by
2050, EURELECTRIC - 38% renewables by 2050, 2008.
All scenarios foresee a substantial increase in the global energy
demand by 2030 and/or 2050. On the other hand, world and
European scenarios differ in terms of proposed policy measures
and strategies. However, all approaches include a reference
scenario to define the current situation and alternatives for the
measures and strategies which could be implemented. In the field
of energy, major alternatives can be stated as energy efficiency and
usage of renewable energy. On this basis, by means of scientific
view, the proposed scenarios aim to develop policies for providing
sustainability in energy and environmental sectors and technical
transition to low carbon economy.
When the situation in Turkey is of concern, the Ministry of Energy
of Natural Resources (MENR) published a report entitled “Energy
Strategy Plan 2010-2014”, in which energy efficiency and renewable
energy usage are dealt with their objectives, targets and strategies.
On the other hand, for the scenario analyses, developing some
targets could not be enough. Together with national variables that
25
PROCEEDINGS BOOK
can have an effect on these analyses, current situation, national
strategies and international obligations should be evaluated.
Turkey, having fast changing conditions within the energy market,
as a starting point, targets with short term period like 2014 seem
appropriate. However, in order to forecast the future energy
demand as well as needs of investment, 2023 which is the 100th
anniversary of Turkish Republic, as a mid-term and 2050 as a
long-term, scenario analyses should be conducted. By this way,
developed energy scenarios result in accurate and reliable studies
concerning the evaluation of energy efficiency and renewable
energy potentials in Turkey.
Keywords: Energy-Environment Policies, Energy Efficiency,
Renewable Energy, Climate Change, Energy Scenarios.
26
PROCEEDINGS BOOK
BİRLEŞİK ISI - GÜÇ SİSTEMLERİ KOJENERASYON / TRİJENERASYON
Emel ESENDİR
İltekno
Özet
2. Kojenerasyon Üretim Teknikleri
Enerji maliyetlerinin arttığı günümüzde, enerjinin verimli üretilmesi
ve kullanılması her gün daha fazla önem kazanmaktadır. Ayrıca
enerjinin verimli üretilmesi ile daha az fosil yakıt tüketilecek ve çevre
daha az kirlenecektir. Kojenerasyon, enerjinin hem elektrik hem de ısı
formlarında aynı sistemden beraberce üretilmesidir. Bu birliktelik, iki
enerji formunun tek tek kendi başlarına ayrı yerlerde üretilmesinden
daha ekonomik neticeler oluşturmaktadır. Basit çevrimde ça-lışan, yani
sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da motoru, kullandığı enerjinin
% 20-46 kadarını elektriğe çevirebilir. Bu sistemin kojenerasyon
şeklinde kullanılması halinde sistemden dışarıya atılacak olan ısı
enerjisinin büyük bir bölümü de kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek
toplam enerji girişinin % 70-90 arasında değerlendirilmesi sağlanabilir.
Bu tekniğe “birleşik ısı-güç sistemleri” ya da kısaca “kojenerasyon”
diyoruz. Kojenerasyon tekniği ile kullanılan birincil enerjiden tasarruf
% 42 seviyesinde gerçekleşmektedir. Dolayısı ile kojenerasyon
sisteminin çevreye en önemli katkılarından biri de burada ortaya
çıkmakta, büyük enerji tasarrufu yanında atık emisyonları da aynı
oranda azalmaktadır. Ülkemizde henüz üzerinde çok durulmayan bu
husus, sistemin özellikle Avrupa ülkelerinde yaygın teşvik görmesinin
ana sebeplerinden biridir.
Kojenerasyon iki çeşit ana tahrik ünitesi vasıtasıyla uygulanmaktadır. i) Gaz türbini, ii) Gaz motoru ya da dizel motor.
Gaz türbinleri, kojenerasyon uygulamaları için yaygın olarak 4,5
- 20 MW güç aralığında kullanım bulmaktadır. Buna karşılık gaz
motorları da daha küçük güçlerde uygulanmaktadır. Ancak gaz motor
kojenerasyon uygulamalarını bu boyutta sınırlamak doğru değildir.
Tek modülde 100 kW seviyelerinden 4-5 MW seviyelerine kadar
motorlar mevcut olup, bunların çoklu modülleri ile yapılan santrallerde
10 MW seviyelerine ulaşılması Avrupa’da yaygın uygulamalardır.
1. Kojenerasyon Sisteminin Faydaları
1.1. Makro Düzeyde
a. Yüksek birincil enerji kullanım verimliliğinin sağladığı yerel veya
ithal enerji kaynaklarının tasarrufu,
b. Enerji çevriminin tüketim yerinde gerçekleştirilmesi sonucunda
elektrik enerjisi iletim ve dağıtım kayıplarının yok edilmesi,
c. Merkezi santrallere göre daha kısa inşaat ve devreye alma
sürelerinin sağladığı hızlı elektrik enerjisi arz satışı,
d. Üretilen yararlı ısı güç birimi başına çevreye atılan katı, sıvı
ve gaz madde miktarının, yalnız elektrik üreten merkezi enerji
santrali veya yalnız buhar üreten bir endüstri kazanına göre
daha az olması,
e. Sanayi tarafından tüketilen elektrik enerjisinin az sayıda merkezi
santral yerine, dağılmış bir şekilde endüstriyel tüketim yerlerinde
üretilmesinin ulusal güvenliğe sağlayacağı katkı.
1.2. İşletme Bazında
a. İşletmenin azalan toplam enerji giderleri, nihai ürün kalitesini
düşürmeden maliyetini azaltacak, şirketin rekabet gücü
artacaktır.
b. İşletmenin enerji temin güvencesi olacak, üretim kesintilerinin
yol açtığı ziyanlar ortadan kalkacaktır.
3. Kojenerasyonda Sistem ve Kapasite Seçimi
Bu sistemlerin seçimi başlıca şu kriterlere göre yapılır:
İşletmenin elektrik-ısı tüketim yapısı ve ısı-elektrik tüketim
dengesi,
İşletmenin yıllık çalışma süresi,
İşletmenin enerji ihtiyacı seviyesi,
Birincil enerji kaynaklarının temin edilebilirliği ve ekonomik
uygulanabilirlikleri.
4. Kojenerasyon Sisteminde Kullanılabilecek Yakıtlar
Motor kojenerasyon sistemlerinde kullanılan motorlar genel olarak
iki tiptir; a. Fair karışım yanmalı otto motorları, b. Dizel - sıkıştırma
patlatmalı - prensibe göre çalışan motorlar.
Otto motorlarında sadece gaz yakıtlar kullanılabilir ve emisyon
değerleri herhangi bir katalizör sistem kullanmadan Alman ta-luft
sınırlarının altındadır. Kullanılabilecek gazlar sırasıyla; doğalgaz,
biyogaz, propan, kok gazı, pyrolis gazı.
Dizel motorlarda ise belli bir kapasiteye kadar ancak dizel ya da
gaz-dizel çift yakıt, bu kapasitenin üzerinde gaz-dizel makinalar ile
fuel oil yakabilen makinalar bulunmaktadır.
Summary
Cogeneration is the most efficient energy production method that is
performed successfully for over 30 years and being supported with
permanent technical developments. With its high efficiency and less
released emission amounts per produced unit energy, cogeneration
becomes today’s most preferred energy production system due to the
recent raise of environmental conscious. With the developments in
the natural gas supply politics, cogeneration will reach to the rightful
situation; in this context, the companies which foresee the benefits
of the system and invested before the market evolved, will make
huge profits and be the market leader against their competitors.
Although today’s importance of cogeneration is coming from the
possible future energy crisis and quality problems of the electrical
network, tomorrow it will rise because of its efficiency, contribution to
competition power and economic return.
27
PROCEEDINGS BOOK
HİBRİD VE ELEKTRİKLİ ARAÇLAR İLE TOPLU ULAŞIMDA
ENERJİ VERİMLİLİĞİ
Emre GÖREN
SIEMENS San. ve Tic. A.Ş.
Özet
Toplu ulaşımda enerji verimliliğini artırıcı çalışmalarından olan
hibrid ve elektrikli araçlar konusu çeşitli açılardan incelenmiştir.
Günümüzde kullanılan toplu ulaşım araçları, çevre kirletici
etkileri, yüksek oranda fosil yakıt tüketmeleri ve özellikle çalışma
periyotları dolayısıyla yüksek oranda enerji tasarruf potansiyeline
sahip olmaları nedeniyle dikkat çekmektedirler. Makalede, hibrid
ve elektrikli araçların sağladığı enerji tasarrufu ve dolayısıyla
çevreci operasyonlarının nasıl gerçekleştiği açıklanmış, çeşitli
hibrid ve elektrikli araç tipleri arasındaki farklar açıklanmıştır.
Hibrid ve elektrikli araçlarla ilgili dünyadaki ve Türkiye’deki
güncel durum, projeler, hükümetlerin, belediyelerin yaklaşımı ve
gelecek senaryoları makalede bahsedilen diğer konulardandır.
kırsal kesime göre bu artıştan daha çok etkileniyor. 2008 yılında
dünyada şehirlerde yaşayan nüfus ilk defa dünya nüfusunun
yarısından fazlasını oluşturdu ve bu tarihten itibaren de kentsel
nüfusun kırsal nüfusa oranla daha hızlı artış göstermeye
devam edeceği öngörülüyor. 2050 yılında ise bu oranın 70/30
şeklinde olması söz konusu. Bu tablo, yüzölçümü olarak sadece
dünyanın % 1’ini kaplayan şehirler için daha çok hava kirliliği ve
daha yoğun enerji tüketimi anlamına geliyor.
Bu nedenle son birkaç yıldır hızlanan bir trendle tüm otomotiv
endüstrisi rotasını hibrid veya elektrikli araç üretimine çevirdi.
İçinde bulunduğumuz yıllar, 100 yılı aşkın tarihi olan otomotiv
endüstrisinin topyekun yaşadığı bir devrime sahne olmaktadır.
Siemens Elfa Elektrik Tahrik Sistemleri
Dünyanın güncel sorunlarının başında gelen fosil yakıt bazlı
enerji kaynaklarının tükenmeye yüz tutması, verimsiz enerji
tüketimi ve her geçen gün artan sera gazı emisyonları, dünyayı
enerji savaşları, küresel ısınma ve iklim değişiklikleri ile
sonuçlanması muhtemel bir sürece sokmakta. Şüphesiz ki hava
kirliliği ve enerji tüketiminin başlıca sorumlusu sanayide tüketilen
enerji olmakla birlikte ulaşımda tüketilen enerji de % 20 gibi hiç
azımsanmayacak bir pay tutuyor. Üstelik ulaşım sektöründe
özellikle kara ve deniz araçlarının içten yanmalı motorlarının
yakıtı, merkezi enerji üretim santrallerinden çok daha verimsiz
kullandığını da dikkate almak gerekiyor.
Özellikle yoğun şehir trafiğinde çalışan araçlar, yüksek oranda
CO2, NOx, CO, hidrokarbon ve diğer partiküllerle sınırlı bir bölge
içerisinde yoğun hava kirliliği yaratmaktadır. Ulaşım sektörünün
enerji tüketimi ve emisyon artışlarına olumsuz etkileri şehirlerin
kalabalıklaşmasıyla ve yoğunlaşan şehir trafiğiyle her geçen gün
daha da artmaktadır. Dünya nüfusu arttıkça, şehirlerin nüfusu
28
Siemens, 160 yılın üzerindeki endüstri geçmişindeki elektrik
motoru ve motor hız kontrol sistemleri tecrübesini elektrikli
otomobil, lokomotif ve tramvay gibi uygulamalardaki tecrübesiyle
birleştirerek ELFA Hibrid Sistemleri’ni 1990’lı yılların başında
yarattı ve ilk uygulamalara MAN firmasıyla başladı. Seri üretim
uygulamaları ise 1999’da Mercedes firması ile başladı ve CITO
modelinden 600 adedin üzerinde üretildi. Bugüne kadar da
dünya çapında birçok farklı marka ve model araç üreticisiyle
1500’e yakın uygulama gerçekleştirildi. ELFA Sisteminin başlıca
özelliği, modüllerden oluşması ve farklı uygulamaları mümkün
kılması. Böylece ELFA sistemi ile tasarlanan her aracın tahrik
sistemi birbirinden tamamen farklı olabiliyor, bu da üreticilere
fark yaratma şansı tanıyor. Ayrıca bu esneklik ile ELFA modülleri
kullanarak hibrid araç, tam elektrikli araç, dizel-elektrik araç
veya hidrojen yakıt hücreli araç üretmek mümkünken, sistem
bunların bileşimi olan farklı konfigürasyonlar yaratılmasına da
PROCEEDINGS BOOK
izin veriyor. Kullanılacak içten yanmalı motor, yakıt hücresi, akü
veya ultra kapasitör gibi ekipmanların tipi veya markası ne olursa
olsun Siemens ELFA Sistemi hepsine adapte edilebiliyor.
HEV = Hybrid Electric Vehicle (Hibrid Elektrikli Araçlar): İki
farklı enerji kaynağının birarada kullanıldığı araçlar. (örneğin
benzinli motor ile akü, yakıt pili ile akü… vb.)
Ulaşımda Elektrikli Devrim ve Hibrid Sistemler
PHEV = Plug-In Hybrid Electric Vehicle (Şarjlı Hibrid
Elektrikli Araçlar): Şebeke bağlantısı yapılarak şarj edilebilen
hibrid elektrikli araçlar.
Hibrid teknolojisi, tamamen elektrik enerjisiyle çalışan “sıfıremisyon” araçlara geçmeden önce bir ara dönemi temsil ediyor.
Akü teknolojisi ve şarj altyapısı son birkaç yıldır, geçtiğimiz
yüzyıldakinden daha fazla gelişti ve bu konuya yatırım yapılmaya
devam ediliyor. Akü fiyatları, ömürleri ve özellikle şarj süreleri
optimum noktaya çekildiğinde tamamen akü ile çalışan elektrikli
araçların önünde hiçbir engel kalmamış olacak. O zamana
kadar en optimum çözüm ise, elektrik motoru ve akülerinin
yanında dizel veya benzinli motorun da bulunduğu, hibrid
teknoloji. Böylece araçların elektrik şebekesine bağlanarak şarj
edilmesine gerek kalmamakta.
BEV (EV) = Battery-Electric Vehicle (Elektrikli Araçlar):
Enerji kaynağı olarak sadece akü kullanan elektrikli araçlar. Bu
araçlar harici bir kaynak tarafından şarj edilmelidir.
FCV = Fuel Cell Vehicle (Yakıt Hücreli Elektrikli Araçlar):
Enerji kaynağı olarak yakıt hücresi kullanan elektrikli araçlar.
Bu araçların bünyesindeki yakıt hücresi elektrik enerjisini
hidrojenden üretmektedir.
Seri Hibrid mi, Paralel Hibrid mi?
Hibrid araç teknolojilerinde dünyada öne çıkan iki yapı tipi
mevcut: Seri veya paralel hibrid sistemler.
Elektrikli veya hibrid araçların tasarrufu nereden geliyor? Bu
sorunun birden fazla cevabı var. Birincisi ve en önemlisi frenleme
enerjisi geri kazanımı. Elektrik motoruyla tahrik edilen araçlar,
ister hibrid ister tam elektrikli olsun bir enerji depolama sistemine
sahiptirler. Bu da genellikle akü olur. Konvansiyonel dizel veya
benzinli araçlarda araç fren yaptığında, aracın hareket halindeyken
sahip olduğu kinetik enerji, fren balatalarında ısınarak havaya
karışır ve bu ciddi oranda bir kayıptır. Yani benzin veya dizel
yakarak elde edilen enerjinin bir kısmının balataların ısınmasına
harcanmasıdır. Elektrikli bir araçta ise elektrik motorlarının
generatör olarak çalışmasıyla frenleme enerjisi ısıya dönüşmeden
sisteme geri kazandırılır ve akülere depolanır.
Bunun dışında bir diğer önemli enerji tasarrufu noktası da, yüksek
motor ve sistem verimliliğinden kaynaklanmaktadır. Sıradan bir
elektrik motoru, içten yanmalı bir motora göre çok daha verimli
olsa da bu karşılaştırmayı adil yapmak için enerjinin üretim
noktasından tüketim noktasına kadar hesaplamak gerekir. Bir
dizel veya benzinli motorun yakıttan-tekerleğe verimi motor,
şanzıman ve aktarma organları çarpımıyla % 20’lerdeyken
elektrikli bir aracın yakıttan-tekerleğe verimi, yenilenebilir enerji
üretim tesisinde üretilen enerjinin iletilmesine, akünün şarj
edilmesine, aküden de aracın elektrik motoru ve güç elektroniği
üzerinden tekerlere kadar % 70’lerin üzerindedir.
Birkaç farklı hibrid araç konsepti olmasına rağmen, hepsinde
ana prensip, frenleme enerjisini geri kazanmak ve benzin veya
dizel motoru ihtiyaç olmadığı zamanlarda devre dışı bırakmak.
Paralel Hibrid Sistemler, geleneksel içten yanmalı motorlu
(İYM) araçlarınkine benzeyen bir yapıdadır. Bunlarda İYM’la
şanzımanın arasına akuple edilen bir elektrik motor/generatörü
bulunur. Aracın frenlemesi esnasında, frenleme enerjisi bu ünite
tarafından geri kazanılır ve akülere depolanır. Akülerde enerji
olduğu sürece araç bu elektrik motorunu da aracın hareketi için
kullanabilir. Ancak elektrik motorunun boyutu, toplam tahrik
gücünün en fazla % 15-20’si kadar olduğu için geri kazanım da
bu oranda sınırlı kalacaktır. Bu yüzden sık dur-kalk yapan şehir
içi trafiğinde yüksek oranda enerji tasarrufu yapamazlar.
Seri Hibrid Sistemlerde ise, tahrik gücünün tamamı tekerleklere
direk bağlı elektrik motorları tarafından sağlanır. İYM ise enerji
üretimi amacıyla kullanılır. Bu sistemlerde frenleme enerjisinin
tamamı elektrik motoru/generatörü üzerinden geri kazanılabilir.
Ayrıca İYM boyutu aracın tahrik gücünden tamamen bağımsızdır
ve böylece daha büyük aküler ve daha küçük İYM ile daha
düşük emisyonlu araçlar üretmek mümkündür. Geleceğin
araçlarında İYM’nin sadece menzil arttırıcı olarak çok küçük
boyutlarda kullanılacağı veya tamamen ortadan kalkacağı
öngörüldüğünde Seri Hibrid Sistemin geleceğin tahrik sistemi
olduğu söylenebilir.
Günümüzde Siemens araç tipine göre aynı modüllerle hem seri
hem paralel tahrik sistemlerini kurabilmektedir. Özellikle yüksek
29
PROCEEDINGS BOOK
hızlarda uzun süreler çalışan kamyonlarda, deniz araçlarında
paralel sistem kullanılırken, şehir içi otobüslerde, elektrikli
otomobillerde, lastik tekerlekli vinçlerde daha çok seri hibrid
sistem kullanılmaktadır.
Hibrid Şehir Otobüsleriyle Düşük Emisyon ve Yakıt
Tasarrufu
Hibrid teknolojisi, özellikle şehiriçi otobüslerde daha fazla tercih
ediliyor. Günün çok büyük bir kısmını yoğun şehir trafiğinde
geçiren otobüsler, sık dur-kalk periyotları nedeniyle oldukça
fazla yakıt tüketiyorlar. Hibrid otobüs kullanımı özelikle ABD ve
Japonya gibi gelişmiş ülkelerde son derece yaygın. Avrupa’da
da hızla yaygınlaşıyor. Örneğin 2012 Londra Olimpiyatları
sırasında şehirde sadece hibrid otobüslerin olmasını isteyen
Londra Belediyesi, son birkaç yıldır geliştirdiği projelerle tüm
otobüs filosunu yenilemekte. Londra Toplu Ulaşım Kurumu
(TfL)’nin yaptırdığı ve çeşitli otobüs firmalarının ürünlerinin
karşılaştırıldığı bir test sürecinin sonucunda, Siemens’in ELFA
sistemini kullanan Wright Bus firmasının otobüslerinde CO2
salınımında ve yakıt tüketiminde yüzde 31, partiküllerde yüzde
33, NOx salınımında yüzde 12, CO salınımında yüzde 98 düşüş
ölçüldü.
frenleme esnasında oluşan enerji elektrik motorlarının generatör
olarak rejeneratif çalışması ile ultra kapasitör modüllerinde
depolanır ve aracın tekrar hareketi esnasında kullanılır. Ultra
kapasitörlerde yeterli enerji olduğu sürece araç bunu kullanarak
dizel motora gelen ekstra yüklenmeleri, dolayısıyla yakıt
tüketimini ve bakım maliyetlerini azaltır, motorun ömrünü artırır.
Proje ortağı Sakarya Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
tarafından yapılmakta olan ölçümlere göre, hibrid otobüsün aynı
uzunluktaki dizel otobüslere kıyasla en az yüzde 25 daha düşük
yakıt tüketimi ve CO2 emisyonu değerlerine sahip olduğu görülüyor.
Elektrikli Araçlar ve Akıllı Şebekeler
Elektrikli araçlar, sadece araçların kendisiyle ilgili bir kavram
olarak ele alınmamalıdır. Elektrikli araçların kullanımıyla,
yarının enerji üretim sistemleri ve tüketim alışkanlıkları birlikte
ele alındığında, bu elektrikli devrimin geleceğin şehirleri için ne
kadar çok fırsatlar sunduğu daha iyi anlaşılabilecektir.
Bir diğer örnek olarak Münih için yapılan çalışmalarda ise 2058’e
kadar şehirde ne gibi iyileştirmeler yapılabileceği araştırılmakta,
bu kapsamda özellikle toplu ulaşımda hibrid ve elektrikli araçların
kullanımına büyük önem verilmektedir.
Türkiye’deki Durum
Türkiye, otobüs üretimi anlamında bölgesinde tam bir merkez
konumunda bulunuyor. Türkiye’de kendi markasıyla üretim
yapan en az 5 büyük yerli üreticinin yanında Avrupa ve
Uzakdoğu kökenli dünya markalarının da üretimleriyle yaklaşık
10 üretim tesisinden bahsedilebilir. Ulaşım tarafında ise, raylı
ulaşımın yetersizliği, özellikle 50’li yıllardan sonra gerçekleşen
hızlı ve plansız kentleşme ile şehir içi neredeyse tüm ulaşım
otobüs ve minibüslerle gerçekleştiriliyor. Yukarıda da bahsedilen
sebeplerden dolayı şehir içi ulaşımda yüksek oranda enerji
kaybı olduğu ve bunun çok büyük bir kısmının akılcı çözümlerle
kazanılabileceği söylenebilir.
Türkiye’de tasarlanan ve üretilen ilk hibrid şehir otobüsü
geçtiğimiz sene Temsa tarafından piyasaya sunuldu. Temsa
Hybrid Avenue model otobüste Siemens’in ELFA Hibrid Tahrik
Çözümü kullanıldı. Seri Hibrid tahrik sistemi kullanılan araçta,
30
Günümüzde dünyanın merkezinde olan konuların başında enerji
geliyor. Gerek Avrupa Birliği, gerek Amerika Birleşik Devletleri
başta olmak üzere dünyanın önde gelen ekonomileri geleceğin
yenilenebilir enerjilerde olduğunu açıklamışlar ve önümüzdeki
on yıllar için radikal hedefler belirlemişlerdir. Örneğin Almanya
yenilenebilir enerjilerde bugün Avrupa’nın önde gelen
ülkelerindendir. Almanya günümüzde, tükettiği enerjinin % 15’ini
yenilenebilir enerjilerden elde ederken, bu oranı 2020 itibariyle
% 40’a çıkarmayı hedeflemiştir. Bu konuda yapılan çalışmalar
neticesine 2020 yılına kadar 4,5 milyon elektrikli aracın
Almanya yollarında olacağı tahmin ediliyor. Benzer şekilde
Amerika Birleşik Devletleri sera gazı emisyonlarını düşürmede
global lider olma hedefiyle 2025 yılında enerji üretiminin %
25’ini yenilenebilir kaynaklardan sağlamayı hedefliyor. Bunun
yanında emisyon değerlerini 2050 yılına kadar % 80 düşürmeyi
hedefliyor ve bunu desteklemek adına 2015 yılına kadar 1
milyon Hibrid aracın Amerika yollarında olması planlanıyor. Bu
konuda en önde gelen ülkelerden olan Danimarka’da ise Avrupa
Birliğinin 2020 yılı hedefi olan Enerjinin % 20’sinin yenilenebilir
kaynaklardan sağlanması, bugünden karşılanmış durumda ve
Danimarka, 2025 yılı hedefi olarak % 50 rakamını belirlemiş
durumda.
Tüm bu hedefler ve gelecek senaryoları tabi ki dünyamız için
son derece olumlu gelişmelerin habercisi. Ancak yenilenebilir
PROCEEDINGS BOOK
enerji kaynakları, özellikle rüzgâr enerjisinin yoğun olarak
kullanıldığı bu ülkelerde dikkat edilmesi gereken bazı konular
olduğu gözlemleniyor. Bu tip şebekelerde rüzgârın yoğun
olduğu zamanlarda üretilen ihtiyaç fazlası enerjiyi depolayarak,
tüketimin fazla rüzgârın az olduğu zamanlarda dengeleyici
enerji kaynağı olarak kullanmak üzere, ayrıca şebekedeki voltaj
ve frekans dalgalanmalarını engellemek ve enerji kalitesini
muhafaza etmek amacıyla kısa süreli enerji depolama üniteleri
tesis etmek gerekiyor. Tabi ki depolama ünitelerinde kaybın çok
fazla olduğu ve rüzgâr türbin adedi arttıkça daha fazla tesise
ihtiyaç duyulacağı düşünüldüğünde ideal bir çözüm olmadığı
anlaşılıyor. Bunların olmadığı hallerde ise rüzgârın fazla olduğu
ama tüketimin daha az olduğu zamanlarda şebekeyi aşırı
yüklenmeden korumak için türbinler kapatılabiliyor ki bu enerji
üreticisi firmanın tercih etmek istemediği bir çözüm.
Geleceğin şehirlerinde oldukça fazla sayıda elektrikli
araç olacağı ve bunların da aynı şebekeden besleneceği
düşünüldüğünde, elektrikli araçların, şebekeye bağlı oldukları
sürelerde enerji depolama üniteleri olarak kullanılmaları çok
ideal bir çözüm. Elektrikli araçların birçoğu özellikle geceleri şarj
olmak üzere şebekeye bağlı durumda olacaklar. Bu durumda
geceleri rüzgâr, yani üretim fazla ve tüketim az iken, enerji
birim fiyatı düşecektir. Araç sahibinin bu ucuz enerjiyle aracını
şarj edip, rüzgârın olmadığı veya yoğun talep olduğu dönemde
enerji fiyatları yükseldiğinde depolanmış enerjiyi şebekeye geri
satması mümkün olabilir. Bu döngüyü kontrol edip planlı olarak
gerçekleştirebilecek akıllı şarj/deşarj yönetim sistemlerinin
de araçlarda bulunması planlanıyor ve bu teknolojik ürünler
bugünden geliştiriliyor.
Aslına bu firmalar bu araç sahiplerini sadece enerji satabilecekleri
birer müşteri olarak görmeyecekler, aynı zamanda puant
yükleri karşılayacak enerji depoları olarak da bu araçları
kullanacaklardır. Böylece bunun için ekstra yatırıma ihtiyaç
duymayacaklardır.
Çünkü eğer bu görevi elektrikli araçlar üstlenmezse, enerji
üreticisi firma, doğal gaz, motorin gibi yakıtlarla beslenen puant
yük enerji kaynakları tesis etmek zorunda kalacaklar. Yani bu
araçlar bir nevi enerji santrali işlevi göreceklerdir.
Danimarka’da bu gelecek senaryosunun simule edildiği bir
proje Siemens’in de katkılarıyla hayata geçiriliyor. Projenin ismi
EDISON (Electric vehicles in a Distributed and Integrated market
using Sustainable Energy and Open Networks). Uygulama ülkenin
doğusundaki Bornholm adasında 2011 yılında gerçekleştirilecek.
Adanın enerjisi, anakaradan bağımsız olarak rüzgar türbinleri ve
güneş panelleri ile sağlanırken, pilot projede 15 adet elektrikli ve
hibrid araç kullanılması planlandı. Bu simülasyon 2020 yılında
ülke çapında yaklaşık 200 bin rüzgar türbini tarafından üretilecek
enerjinin dengelenmesi için kullanılacak.
Projenin önemli amaçlarından biri de araç şarj sistemlerinin
standardizasyonu, araç şarj sistemlerin geliştirilmesi ve bu
sistemlerle araçların hızlı bir biçimde güvenle ve kolayca şarj
edilmesinin sağlanması. Şimdiye kadarki sistemler 230 V
altında 16 A’le ancak 12 saatte aracı tamamen şarj edebilirken,
Üstelik bu çözüm, enerji üretici ve dağıtıcı firmalar için de çok
cazip bir pazar oluşmasını sağlayacaktır. Geçtiğimiz yüzyıl
boyunca akaryakıt firmalarının sadık birer müşterisi olan
otomobil sahipleri, artık enerji üreticisi firmalar için potansiyel
birer müşteri konumundalar. Üstelik bunun aynı Telekom
pazarında olduğu gibi tarife, fiyatlandırma ve süreli sözleşmelerin
ön planda olabileceği, yüksek rekabeti beraberinde getiren bir
pazar olması bekleniyor. Böylece aynı günümüzde Telekom
operatörlerinin cep telefonlarını ücretsiz vermesi gibi, enerji
firmaları da araçların maliyetinin büyük bir kısmını oluşturan
aküleri veya belki aracın kendisini sözleşme karşılığında bedava
verebilecektir.
31
PROCEEDINGS BOOK
400 V’da 25 A ile iki saat içinde şarj etmek mümkün idi. Ancak
bu süreler yine de benzinli bir araca benzin koyma süreleriyle
kıyaslanamayacak kadar uzun ve kabul edilemez. Bunun
için, araçları dakikalar içerinde şarj edebilecek 400V’da 300A
kapasiteli şarj istasyonları üzerinde çalışılıyor.
Dünyanın İlk Elektrikli Araçları
Elektrikli araçların başlangıcı, Carl Benz tarafından 1885 yılında
icat edilen içten yanmalı motordan eskiye dayanır. 1882’de
Siemens, Elektromote adındaki dünyanın ilk elektrikli aracını
üretti. Daha sonra 1905 yılında 24 km/saat hızla gidebilen
Electric Victoria üretildi ve Berlin’de taksi olarak kullanıldı. Bu
araçlar kendi zamanlarına göre oldukça ileri teknolojiye sahip
olsalar da, düşük akü kapasiteleri, sınırlı hızları ve menzilleri
nedeniyle benzinli araçlarla rekabet edemediler. Benzinli
araçların hâkimiyeti 100 yılı aşkın süredir devam ediyor, ancak
elektrikli araçlar 21.yüzyılın başı itibariyle çok daha güçlü bir
şekilde hayatımıza yeniden girmeye hazırlanıyorlar.
Summary
Hybrid and electric vehicles are one of the key subjects for
energy efficiency applications in public transport. Today’s public
transport vehicles having major negative effects on air pollution
in cities, and consuming fossil fuels inefficiently, but offering
lots of potential in energy saving projects. Hybrid and electric
vehicles offer huge energy saving potential and also range of
energy charge/discharge applications leading a new energy
trade market .World’s leading countries and municipalities
are following this trend and designing policies for the cities of
tomorrow. Hybrid and electric vehicles’ future as well as the
history is described briefly in the article.
32
POSTER BİLDİRİLER
POSTER PROCEEDINGS
KOJENERASYON SİSTEMLERİNİN ENERJİ VE EKSERJİ VERİMİ
H. Hüseyin ÖZTÜRK
Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü
Özet
Kojenerasyon sistemleri; endüstri, ticari konutlar
ve yenilenebilir enerji uygulamalarındaki birçok
enerji korunumu programının önemli bir bileşenidir.
Kojenerasyon tesisinden elde edilen enerjinin,
başlangıçta sisteme verilen enerjiye oranı
enerjetik etkinlik olarak tanımlanır. Kojenerasyon
tesislerinin etkinliklerini karşılaştırabilmek için
termodinamiğin ikinci yasasından yararlanılabilir.
Kojenerasyon tesislerinde üretilen elektrik ve ısı
enerjisi arasındaki kalite farkı ekserji etkinliğine
bağlı olarak tanımlanabilir. Bu çalışmada,
kojenerasyon sistemleri için; toplam/net enerji
verimi, güç/ısı oranı, eşdeğer elektrik verimi
ve toplam/net ekserji verimi tanımlamaları
tartışılmıştır.
1. Giriş
2.1. Kojenerasyon İlkesi
Kojenerasyonda birincil amaç yakıt enerjisinden
en yüksek oranda yararlanmaktır. Kojenerasyonun
temelinde güç üretimi yapan bir ısı makinasının
atık ısısından yararlanma vardır. Kojenerasyon
toplam sistem verimi % 80-90 civarlarındadır
(Şekil 1). Tesisin ilk yatırım gideri, 2-3 yıl gibi çok
kısa bir sürede geri ödenir.
atılan salınımları ciddi bir oranda azaltmaktadır.
Dolayısıyla, çevre açısından gittikçe daha duyarlı
hale gelen dünyadaki enerji üretim sistemleri
içerisinde önemli bir yer teşkil etmektedir [1].
Kojenerasyon sistemlerinin ekonomik ömürleri
100.000–150.000 saat düzeyindedir. Bu da
yaklaşık 12-20 yıla karşılık gelmektedir[2].
Endüstriyel kojenerasyon (Şekil 2) için en ideal
sektör, tekstil sektörüdür. Kağıt, seramik ve cam,
gıda ve ağaç işleme sektörleri de kojenerasyon
uygulanabilecek sektörlerin başında gelir.
Kojenerasyon sistemleri, özellikle son 10 yılda
geniş bir kullanım alanı bulmasına rağmen,
20 yılı aşkın bir süredir dünyada başarıyla
uygulanan ve sürekli teknik gelişmelerle
desteklenen, bilinen en verimli enerji üretimidir.
Kojenerasyon sistemlerinin yüksek verimli
olması, üretilen birim enerji başına atmosfere
2.2. Kojenerasyonun Yararları, Uygulama
Alanları, Kullanılan Yakıtlar ve Kapasite Seçimi
Kojenerasyon uygulamalarının sağladığı yararlar,
sistem ve kapasite seçiminde etkili etmenler, bu
sistemlerde kullanılabilen yakıtlar ve sistemlerin
kurulabileceği yerler, sırasıyla Tablo 1 ve Tablo
2’de verilmiştir.
2. Kojenerasyon Uygulamaları
Kojenerasyon, ısı ve elektrik ve/veya mekanik
enerjiyi aynı tesiste eş zamanlı olarak üretmek
demektir. Kojenerasyon, elektrik ve ısının bir
arada üretilerek, ısı ve elektrik tüketiminin dengede olması durumunda, verimliliği yaklaşık
olarak % 60-90 olan enerji üretim sistemidir. Bu
özelliği nedeniyle, kojenerasyon sistemleri, birincil
enerji kaynaklarını % 90’lara ulaşabilen yüksek
bir verimle ikincil enerjiye dönüştürmektedir.
Bu anlamda kojenerasyon, günümüz çağdaş
enerji yönetimi teknikleri içinde ön sıralarda yer
almaktadır.
Kojenerasyon sistemleri; endüstri, ticari konutlar
ve yenilenebilir enerji uygulamalarındaki birçok enerji korunumu programının önemli bir
bileşenidir. Bu sistemlerin, uzun yıllar öncesinden günümüze kadar birçok araştırmacı
tarafından incelenmesine ve uygulamada birçok
tesisten teknik ve ekonomik olarak başarılı bir
şekilde yararlanılmasına karşın, herhangi bir
kojenerasyon tesisi etkinliğini, farklı koşullarda
işletilen diğer bir tesisle karşılaştırmak için
genel olarak kabul edilen, geniş kapsamlı geçerli bir ölçüt bulunmamaktadır. Elektrik, ısı
ve yakıt enerjisine bağlı olarak yapılan etkinlik
tanımlamalarında termodinamiğin birici yasası
dikkate alınır. Enerjinin korunumunu belirten
termodinamiğin birinci yasası dikkate alınarak
yapılan etkinlik analizinde, sisteme giren ve çıkan
enerji miktarına bağlı olarak nicel bir hesaplama
yöntemi uygulanır. Son yıllarda termodinamik
yönden etkin ısı geçişi gerçekleşen sistemlerin
tasarımında, termodinamiğin birinci yasasına ek
olarak, ikinci yasası da dikkate alınmaktadır. Bu
çalışmada, kojenerasyon sistemleri için; toplam/
net enerji verimi, güç/ısı oranı, eşdeğer elektrik
verimi, birincil enerji tasarrufu, bağıl birincil enerji
tasarrufu, emisyon tasarrufu ve toplam/net ekserji
verimi tanımlamaları tartışılmıştır.
Şekil 1. Kojenerasyon ilkesi.
Şekil 2. Endüstriyel kojenerasyon şeması[3].
93
POSTER PROCEEDINGS
Tablo 1. Kojenerasyon Uygulamalarının Sağladığı Yararlar, Sistem ve Kapasite Seçiminde Etkili Etmenler
Kojenerasyon Uygulamalarının Yararlar
Kojenerasyon İçin Sistem ve Kapasite Seçiminde
Enerji çevrim verimi yüksektir.
Enerji dış alımından tasarruf sağlanır.
Enerji çevrimi tüketim yerinde gerçekleştirilir.
Enerji iletim ve dağıtım kayıpları oluşmaz.
Tasarım ve kullanıma girme süreleri kısadır.
Çevreye atılan katı, sıvı ve gaz atık miktarı daha azdır.
Enerji üretiminde ulusal güvenliğe katkı sağlar.
Çok çeşitli yakıtlar kullanılabilir.
Enerji üretimi ucuz ve kalitelidir.
Elektrik şebekeye satılabilir veya satın alınabilir.
İşletmenin toplam enerji giderleri azalır.
Ürün maliyeti azalır ve şirketin rekabet gücü artar.
İşletmenin enerji temin güvencesi artar.
Üretim kesintilerinin neden olduğu zararlar önlenir.
İşletmenin elektrik ve ısı tüketimi
İşletmenin sistem kapasitesine ilişkin özellikler
İşletmenin zaman, süre ve miktar bakımından enerji gereksinimi
Yakıt tipi, temin edilebilirliği ve ekonomik uygulanabilirliği
Ortam sıcaklığı
İlk çalışmaya başlama kolaylığı
Üretilen elektriğin frekans ve gerilim değerleri
Kojenerasyon Kurulabilecek Uygulamalar
Kojenerasyon İçin Kullanılabilen Yakıtlar
Endüstriyel Uygulamalar
Doğal gaz
LPG
Akaryakıt
Nafta
Motorin
Biyodizel
Biyolojik gaz yakıtlar
Şekil 3. Gaz türbinli kojenerasyon sistemi akış şeması[4].
• Tekstil endüstrisi
• Çelik endüstrisi
• Gıda üretimi yapılan tesisler
• Odun ve atık kullanılan tesisler
• Rafineriler
• Çimento, seramik ve cam fabrikaları
• Kimyasal işletmeler
• Kağıt ve selüloz işleme tesisleri
• Gübre tesisleri
• Katı ve sıvı atık arıtma tesisleri
Konutsal/Ticari ve Bölgesel Uygulamalar
• Kampuslar
• Rekreasyon alanları
• Toplu yerleşim birimleri
• Hastaneler
• Oteller ve alış veriş merkezleri
• Çok katlı konutlar
• Büyük siteler
• Büyük marketler ve iş merkezleri
• Özel büyük spor kompleksleri
• Seralar
2.3. Kojenerasyon İçin Hareket Üniteleri
Kojenerasyon uygulamalarında kullanılan hareket
üniteleri şunlardır:
1) Buhar türbinleri
2) Gaz türbinleri
3) Pistonlu motorlar
Kojenerasyon yatırımlarında, gaz türbini veya
gaz motoru kullanımı ana amaca bağlı olarak
belirlenir. Tesiste ısı gereksiniminin çok yüksek ve
elektrik gereksiniminin ise az olması durumunda,
gaz türbini kullanılır. Elektrik gereksiniminin çok
yüksek olduğu durumlarda, gaz motoru tercih
edilir. Kojenerasyonun basit çevrim çalışmasında,
gaz türbini çevrim verimi % 30-38 arasında
değişirken; gaz veya dizel motorlarında verim %
38-46 arasında değişir. Türkiye’de kurulmuş olan
178 kojenerasyon tesisinin yaklaşık % 60’ı gaz
türbinli, % 40’ı da gaz veya dizel motorludur [3].
Gaz türbinleri, kojenerasyon uygulamaları (Şekil
3) için yaygın olarak, 4.5-20 MW güç aralığında
kullanılır. Buna karşılık gaz motorları, daha
küçük güçlerde 1 MW seviyelerinde uygulanır.
Gaz motorlarında atık ısının yaklaşık 1/3 oranı
eksoz gazından, 2/3’üde motorun soğutma
sistemlerinden geri kazanılır.
Kojenerasyon için hareket ünitesi olarak buhar
türbini kullanılmasının sağladığı en önemli
üstünlük, biyokütle yakıtların kullanılmasına
olanak sağlamasıdır. Isı üretiminin en uygun
duruma getirilebilmesi için, çevrimin güç üretim
verimi ayarlanabilir. Ters basınçlı kojenerasyon
santrallerinde, büyük soğutma kulelerine ihtiyaç
yoktur. Buhar türbinleri çoğunlukla elektrik
gereksiniminin 1 MW ile birkaç 100 MW arasında
olduğu tesislerde kullanılır. Sistemin ataletine
bağlı olmakla birlikte, kesintili enerji gereksiniminin
olduğu tesisler için uygun değillerdir.
Şekil 4. Motorlu kojenerasyon ilkesi.
94
Gaz türbinlerinin boyutları küçük, güç/kütle oranları
yüksektir. Çabuk devreye girer ve bakımları
POSTER PROCEEDINGS
kolaydır. Gaz türbinlerinde doğal gazın yanı sıra;
LPG, nafta ve sıvı yakıtlar da yakılabilmektedir.
Sıvı yakıtlar yakıldığında, yakıtın sodyum ve
vanadyum tuzlarından arındırılması gerekir.
Gaz türbinleri, kojenerasyon uygulamaları için
yaygın olarak 5–30 MW güç aralığında kullanım
bulmaktadır. Gaz türbinlerinde egzos gaz
sıcaklıkları 430-530 °C arasında olup, buhar
üretimi için elverişlidir. Gaz türbinli kojenerasyon
sistemleri, son yıllarda doğal gazın büyük çapta
kullanılabilir olması, teknolojideki hızlı gelişme,
tesis kurma maliyetinin önemli derecede azalması
ve daha fazla çevre dostu olarak çalışması
nedeniyle büyük bir gelişme kaydetmiştir.
Gaz türbinlerinin bazı önemli üstünlükleri
şunlardır[5]:
Kapladıkları alan azdır.
Teknolojik gelişim ve büyüme mümkündür.
Kısa sürede montaj ve devreye alım
yapılabilir.
Düşük hava sıcaklıklarında daha fazla güç
üretebilirler.
Gürültü seviyesi ve titreşim düşüktür.
Çeşitli yakıtlar kullanılabilir.
Bakım süreleri uzun değildir.
İçten yanmalı motorların kullanıldığı bu
kojenerasyon sistemleri, diğer güç kaynaklarıyla
karşılaştırıldıklarında güç üretim verimleri
daha yüksektir. İçten yanmalı motor kullanılan
kojenerasyon sistemlerinde (Şekil 4), yüksek
sıcaklıktaki egzost gazı ve düşük sıcaklıktaki
motor soğutma suyundan ısı geri kazanılabilir. Isı
geri kazanımı daha küçük sistemler için oldukça
verimli olabildiğinden, bu tip kojenerasyon
sistemleri, kısmen daha az enerji tüketen tesisler,
özellikle de elektrik gereksinimi ısı enerjisi
gereksiniminden daha fazla olan ve yüksek
ısı kalitesinin gerekmediği yerlerde (örneğin
düşük basınçlı buhar veya sıcak su) daha çok
kullanılırlar. Dizel motorların doğalgaz motorlarına
kıyasla bazı üstünlük ve olumsuzlukları Tablo
2’de verilmiştir.
ilişkin çok az çalışma yapılmıştır. Yararlı çıktı ve
enerji girdisini tanımlamak için, farklı şekillerde
ölçülebilen ve tanımlanabilen birçok yöntem
vardır. Avrupa Birliği’nde birleşik ısı ve güç
tesislerine ilişkin yeni yönetmelikte, birleşik ısı ve
güç tesislerinin verimlerini tanımlayabilmek için
standart bir yöntem geliştirilmiştir.
(3.3)
Verim, genellikle yararlı çıktı ve girdi arasında
yüzde olarak belirtilen oran olarak tanımlanır.
Toplam verim, sadece bir tek referans göstergeye
bağlı olarak tanımlanır. Toplam verim, bütün
yararlı enerji türlerinin toplamının enerji girdisine
(genellikle yakıt enerjisine) bölümünü belirtir.
Yararlı enerji, elektrik (veya mekanik) ve ısı
enerjisi olmak üzere iki bölüme ayrılabilir. Bu
durumda elektrik verimi ve ısı etkinliği olmak
üzere iki referans gösterge tanımlanır. Bu verim
tanımlamaları, çalışma zamanı, ortalama zaman
değeri, elektrik ve ısı üretimi arasındaki oranların
alt tanımlamalarına bağlı olarak değişebilir.
Elektrik, ısı ve yakıt enerjisine bağlı olarak
yapılan verim tanımlamalarında Termodinamiğin
1. yasası dikkate alınır. Verim tanımlamalarında,
girdi ve çıktı değişkelerinin hepsinin aynı enerji
biriminden olmaları gerekir.
T1 ve T2 sıcaklığındaki iki ısı kaynağı arasında
çalışan bir ısı makinası, T1>T2 olması koşulunda,
T1 sıcaklığındaki kaynaktan Q1 ısısını alıp, T2
sıcaklığındaki kaynağa Q2 ısısını atarken, W işini
üretir (Şekil 5a). Termodinamiğin birinci yasasına
göre, bir sistem termodinamik çevrime uğrarken,
sisteme eklenen net ısı, sistemle çevresine
yapılan net işe eşdeğerdir.
………………………….(3.1)
Q1 − Q2 = W
..........…………………(3.2)
Olumsuzlukları
Verimleri daha
yüksektir.
Kısmi yük
verimleri daha
iyidir.
Daha kesintisiz
olarak
çalışabilirler.
Doğal gaz hattının
varlığından
bağımsızdırlar.
SO emisyonu
üretirler.
Baca gazı çiğ noktası
yüksektir.
Yatırım maliyeti
yüksektir.
Daha fazla gürültü ve
titreşim vardır.
Bakım ve onarım
giderleri yüksektir.
(3.4)
Giren yararlı enerjinin çıkan enerjiye oranı,
toplam enerji verimi olarak tanımlanır. Isı ve
elektrik üreten bir sistem için toplam enerji verimi
aşağıdaki gibi tanımlanır.
(3.5)
Burada;
W = üretilen elektrik veya mekanik enerji,
Q = gönderilen buhardaki ısı enerjisi ve
H = giren enerjidir.
Giren enerji olarak genellikle yakıtın alt ısıl değeri
(LHV) dikkate alınır. Elektrik üreten sistemler için,
W simgesinin elektriği mi, yoksa mekanik enerjiyi
mi belirttiği tanımlanmalıdır. Eşitlik (3.5) ile verilen
verim tanımlaması, kojenerasyon sistemi verimi,
toplam verim veya enerji yararlanılan faktörü
olarak adlandırılır.
Kojenerasyon tesislerinde elektrik (ηel) ve ısı
üretme verimi (ηQ) ayrı ayrı tanımlanabilir.
(3.7)
Elektrik ve ısı üretme verimi tanımlarından, güç
ve ısı üretim tesislerinin verimini belirlemek için
yararlanılır. Elektrik ve ısı üretme verimlerinin
toplamı, toplam enerji verimini veya kojenerasyon
tesisi verimini (eşitlik 3.5) verir.
(a)
Kojenerasyon tesislerini tanımlamak için yaygın
olarak kullanılan bir diğer gösterge de güç/ısı
oranıdır. Güç/ısı oranı (σ), üretilen elektriğin buhar ile gönderilen ısı enerjisine oranıdır.
(3.8)
3.2. Isı ve Gücün Ayrı Olarak Üretilmesi İçin
Referans Tesisler
Elektrik (ηel,ref) ve ısı (ηQ,ref) verimlerini dikkate
alarak, elektrik ve ısının ayrı olarak üretilmesi için
referans tesislerin tanımlanması gerekir. Buna
bağlı olarak, yakıt enerjisinin referans miktarları
da tanımlanır.
3. Kojeneasyon Sistemlerinin Verimi
3.1. Enerji Verimi
Verim, ekonomik gelişme ve enerji tüketimindeki
artış arasındaki ilişkileri tanımlayan en önemli
göstergelerden birisidir. Günümüzde, enerji
verimliliğinin artırılması için en önemli sebepler,
küresel iklim değişiklikleri ile ilgilidir. CO2
emisyonlarının azaltılmasına yönelik çevresel
etmenlere yoğun ilgi gösterilmesine karşın, enerji
verimliliğinin nasıl tanımlanması gerektiğine
Kojenerasyon uygulamalarında çevreye atılan ısı
enerjisi (QL), kojenerasyon sisteminde kullanılır.
Bu nedenle, enerjiden yararlanma oranı (EYO),
en yüksek düzeye ulaşmaktadır[4].
(3.6)
Tablo 2. Dizel Motorların Doğalgaz
Motorlarına Kıyasla Üstünlük ve
Olumsuzlukları[5]
Üstünlükleri
Şekil 5b’deki ısı makinasının çalışma ilkesi
dikkate alındığında, bir ısı makinasında üretilen
iş (W), sisteme verilen enerjiye (QH) oranlanarak
ısı verimi (η) tanımlanabilir. Kojenerasyon
uygulamalarında burada tanımlanan ısı verimi,
elektrik çevrim verimi olarak adlandırılmaktadır.
(b)
Şekil 5. Isı makinasının çalışma ilkesi.
(3.9)
(3.10)
95
POSTER PROCEEDINGS
.
(3.11)
Tablo 3. Kojenerasyon Tesisi için Ekserji Etkinliği Tanımlamaları[7]
Tanımlama
Bu eşitliklerde tanımlanan yakıt miktarları, aynı
miktarlardaki elektrik ve ısıyı referans tesislerde
ayrı ayrı üretmek için gerekli olan yakıt miktarlarıdır. Referans verim değerleri, mevcut en iyi
teknoloji veya mevcut tesislerin ortalamasına
bağlı olarak tanımlanabilir ve mevcut tesisler ile
en iyi teknoloji arasında bir uyuşma sağlayacak
şekilde seçilebilir.
3.3. Eşdeğer Elektrik Verimi
Elektriğin; termodinamik, teknolojik ve ekonomik
yönlerden ısı enerjisinden önemli farklılıkları
vardır. Bu farklılıkları dikkate almak için, ekserji
kavramından yararlanılmaksızın, eşdeğer elektrik
verimi (eev) şeklinde, bir verim tanımlaması
yapılabilir[6].
Eşitlik
Açıklama
Toplam ekserji
etkinliği
(Ψtot)
Ψtot=(W+EQ)/EF
Net ekserji
etkinliği
(Ψnet)
Ψnet=(W+EQ)/EF+Wc
Isı enerjisinin
ekserjisi
(EQ)
Alternatif bir yöntem olarak ısı enerjisinin bir
bölümü (ideal olarak elektriğe dönüştürülebilen
bölümü) verim tanımlamasında yer alabilir.
Bu şekilde yapılan verim tanımlaması, basit
ekserji etkinliğini çağrıştırmak ile birlikte, ısının
gerçek ekserji içeriği dikkate alınmamaktadır.
Bu kavram, ABD yönetmeliği olan PURPA’da
dikkate alınmıştır. Burada buhardaki enerjinin
yarısı elektriğe eklenmektedir.
(3.13)
PURPA değerlendirme ölçütüne göre, ηeev ≥
0.425 (ısı enerjisi, toplam çıktının % 15’inden
küçük ise 0.45) ve referans ısı etkinliği, ηQ,ref =
0.90’dır[6].
3.4. Ekserji Verimi
Enerjinin korunumunu belirten termodinamiğin birinci
yasası dikkate alınarak yapılan verim analizinde,
sisteme giren ve çıkan enerji miktarına bağlı olarak
nicel bir hesaplama yöntemi uygulanır. Son yıllarda
termodinamik yönden etkin ısı geçişi gerçekleşen
sistemlerin tasarımında, termodinamiğin birinci
yasasına ek olarak, ikinci yasası da dikkate alınmaktadır. Kojenerasyon tesisinden elde edilen
enerjinin, başlangıçta sisteme verilen enerjiye oranı
olarak tanımlanan enerji verimi, ideal bir verim ölçütü
olarak uygun değildir. Kojenerasyon tesislerinin
verimlerinin belirlenebilmesi için, Termodinamiğin
birinci yasasına bağlı olarak birçok verim tanımlaması yapılmıştır. Kojenerasyon tesislerinin verimlerini karşılaştırabilmek için Termodinamiğin
ikinci yasasından yararlanılabilir. Kojenerasyon
tesislerinde üretilen elektrik ve ısı enerjisi arasındaki kalite farkı ekserji verimine bağlı olarak
tanımlanabilir. Toplam ve net ekserji verimlerinin
belirlenmesi için dikkate alınan tanımlamalar Tablo
3’te verilmiştir.
96
Yakıtın kimyasal
ekserjisi
(EF)
Wc= tesiste tüketilen elektrik miktarıdır.
EQ =αQQ
Bir sistemde ısı enerjisi, buhar, sıcak su, hava veya
sıcak yağ gibi ısı taşıyıcı bir akışkan aracılığı ile taşınır.
Bu durumda ısı enerjisi, ısı taşıyıcı akışkanın ilk ve son
durumları arasındaki entalpi farkıdır. Isı enerjisinin ekserjisi EQ, ısı taşıyıcı akışkanın termomekanik ekserjisindeki
farktır. Bu iki büyüklüğün oranı, ısı enerjisinin kalite farkı
olarak tanımlanabilir. Isı enerjisi ile bu enerjinin ekserjisi
arasındaki oran (αQ) için 0.28 değeri kullanılabilir. Bu
değer, 2.5 bar basınç ve 140 0C sıcaklıktaki düşük
basınçlı buhar ve dönüş suyu sıcaklığı 53 0C olan uygulamalar için geçerlidir.
EF=αFH
Elektrik ve mekanik enerjinin ekserji değerleri, enerji
değerlerine eşittir. Hidrokarbon karışımlarından oluşan bir
çok yakıt için, yakıt kimyasal ekserjisi olarak, yakıtın alt
ısıl değerinin 1.04-1.06 katı dikkate alınır.
(3.12)
Bu tanımlamada, kojenerasyon tesisine yakıtla
verilen enerjinin, ısıyı ayrı bir kazan tesisinde ηQ,ref
etkinlikte üretmek için gerekli olan yakıt kadar azaldığı
kabul edilir. Bu tanımlamaya göre, ısı enerjisi her
durumda belirli bir verimlilikte üretilmektedir. Yakıtın
geri kalan miktarı, elektrik üretimi için kullanılır. Bu
tanımlamadaki ilke, kojenerasyon tesisi, gereken
miktarda ısı üretmek için çalışmasına karşın,
elektrik üretimi çok değişkendir.
Burada;
EQ= üretilen ısıl ekserji
EF= tesiste tüketilen ekserji ve
W= üretilen elektriğin ekserjisidir.
Değişik mühendislik uygulamaları için enerji
değerlerini belirleyen esas etmen, iş yapabilme
kapasitesidir. İş yapabilme kapasitesinin
bir ölçütü de enerji kaynağının ekserjisidir.
Ekserjetik verim; ekserjiye bağlı olarak
belirtilebilen bir etkinlik sağlayan bir tesis veya
tesis bileşeninde gerçekleşen herhangi bir
kararlı durumdaki işlem için tanımlanabilen
genel bir verim ölçütüdür. Isıl sistemler için
ekserji analizinin yararları aşağıdaki gibi
özetlenebilir:
Entropi üretiminin en aza indirilmesine dayanan sistem tasarımlarının geliştirilmesine yardımcı olur.
Herhangi bir enerji dönüşümü sisteminin uygun olarak tasarımlanması ve işletilmesine
olanak sağlar.
Termodinamik bir sistemdeki kayıpları yorumlama olanağı sağlar.
Farklı tür ve kalitede fazla miktarda enerji gerektiren (sıcak su elde edilmesi, buhar üretimi
ve soğutma vb.,) uygulamaların ve enerji
dönüşümü işlemlerinin tasarımı ve etkin olarak
işletilmesi için uygundur.
Kaynaklar
[1] İnallı M., Yücel HL. ve Işık E., “Kojenerasyon
Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Uygulanabilirliği”, Mühendislik ve Makina, 506, 2002.
[2] Gülşen O. ve Koçak T., “Kojenerasyon Nedir? Kojenerasyon Teknikleri ve Sistem
Seçimi”, Bölgesel Isıtma ve Kojenerasyon
Konferansı Bildiriler Kitabı, 33-58, 1998.
[3] Ağış Ö., “Türkiye’de Kojenerasyon Teknolojisinin Gelişmesi ve Geleceği Türkiye”, İTÜ Enerji
Çalıştayı ve Sergisi 22-23 Haziran 2006.
[4] Işık E. ve İnallı M., “Kojenerasyon ve Bölgesel
Isıtma sistemlerindeki Gelişmeler”, Mühendis
ve Makina Cilt 46, Sayı 550, 2010.
[5] Değirmencioğlu
HA.,
“Kojenerasyon
Sistemleri” Ege Bölgesi Enerji Forumu,
Denizli, 12-13 Ekim 2009.
[6] Nesheim SJ. and Ertesvag IS., “Efficiencies
and Indicators Defined to Promote Combined
Heat and Power”, Energy Conversion and
Management 48, 1004-1015, 2007.
[7] Ertesvag IS., “Exergetic Comparison of
Efficiency Indicators for Combined Heat
and Power (CHP)”, Energy; 32: 2038–2050,
2007.
Summary
Combined heat and power generation (CHP) or
cogeneration has been considered worldwide
as the major alternative to traditional systems
in terms of significant energy saving and
environmental conservation. Small-scale and
micro-scale CHP systems are particularly
suitable for applications in commercial buildings,
such as hospitals, schools, industrial premises,
office building blocks, and domestic buildings
of single or multifamily dwelling houses. Smallscale and micro-scale CHP systems can help
to meet a number of energy and social policy
aims, including the reduction in greenhouse gas
emissions, improved energy security, investment
saving resulted from the omission of the electricity
transmission and distribution network, and the
potentially reduced energy cost to consumers.
Efficiency is recognized as a key to break the link
between economic growth and the increase in
energy consumption. Today, the most important
international incentive for promoting energy
efficiency is related to the mitigation of climate
change. In spite of increasing environmental focus
such as reductions in CO2 emissions and the
extensive material written about ’’energy efficiency’’,
there is little focus on how to define the terms. To
define ‘‘useful output’’ and ‘‘energy input’’, there
are a number of methodological considerations
that can be measured and expressed in different
ways, with the potential for misleading or faulty
comparisons. An increasing number of different
definitions occur in many countries. Within the EU,
practice differs considerably in how to evaluate
CHP efficiency. The new CHP directive from
the European Union describes the process for
developing a future standard for CHP efficiencies.
PROCEEDINGS BOOK
ANTALYA GÜNEŞEV VE EKOLOJİK EĞİTİM MERKEZİ
Engin ERARSLAN
Antalya Büyükşehir Belediyesi,
Temiz Enerji Şube Müdürlüğü
Güneşev – Ekoev Nedir?
Antalya Türkiye’nin ilk güneş kenti, Antalya Ekolojik Eğitim Merkezi
ise, Antalya’nın simgesi oluyor.
Yaklaşık 10.000 m2 arazi üzerine konuşlanacak olan birim,
enerjisini güneşten ve rüzgârdan, suyunu yağmurdan karşılayacak.
Serasından meyvesini ve sebzesini üretecek olan Güneşev’in yapı
malzemeleri doğaya ve insana zarar vermiyor. Karbon salınımı
sıfır olacak olan Güneşev’in elektrik ve su faturası olmayacak.
Kapıları herkese açık olacak olan Güneşev’in yeri ise herkesin
çok rahat ulaşabileceği bir yerde; 5M Migros Alışveriş Merkezi’nin
hemen köşe kavşağında olacak. 30 büyük sponsorun yanı sıra
uluslararası bazlı desteklerle de kapılarını ziyaretçilerine açmayı
hedefleyen Güneşev, % 80’lik kısmı tamamlanarak açılışa doğru
hızla yaklaşıyor.
Merkez İçinde Neler Var?
Kanalizasyon bağlantısı olmayıp tüm atık su; yıkama, bahçe
sulama, kompost üretimi gibi farklı alanlarda kullanılacak.
Doğalgaz-LPG-kömür vb. aktif ısıtma sistemi olmayacak;
tüm talep, pasif iklimlendirme ve güneş mimarisine ek olarak
yüksek verimli güneş kolektörleri ve su kaynaklı ısı pompası ile
karşılanacak.
190 metrekarelik alan üzerinde depreme karşı sağlıklı ve güvenli
bir model oluşturulacak.
Yapıya, çevre dostu bina belgesi LEED sertifikası alınacak.
Kim Kullanacak?
Antalya halkı, özellikle öğrenimi süren çocuk ve gençler,
Antalya’yı ziyarete gelen yerli ve yabancı turistler,
Yenilenebilir enerjiler üzerine araştırma yapmak isteyen
kurumlar,
Özellikle Akdeniz Üniversitesi,
Antalya Büyükşehir Belediyesi
Tüm destekçi / sponsor firmalar
Kaynak
- ABB Güneşev ve Ekolojik Eğitim Merkezi Tanıtım Broşürü
Güneşev-Ekoev, 50 kişilik bir adet eğitim salonu, laboratuvarı,
kafeteryası ve yönetim birimlerinden oluşacak.
Bahçesinde ise; ekolojik tarım yapılan sebze/meyve bahçesi ve
serası, güneş enerjisi ile çalışan güneş bisikletleri ile rahatlıkla
kullanılabilecek parkurları, yürüyüş parkuru, araziyi çevreleyen ve
doğal sit olan kanyonların izlenebileceği seyir terasları, rekreasyon
alanları bulunacak.
Güneşev – Ekoev’in Özellikleri
Şebeke elektriğine bağlı olmayacak; tüm elektrik ihtiyacını güneş
ve rüzgâr enerjisinden karşılayacak.
Şebeke suyuna bağlı olmayacak, tüm su ihtiyacını yağmurdan
sağlayacak.
Tüm aydınlatması özel tasarruflu LED sistemi ile yapılacak.
Tüm elektrik tüketimi A+ sınıf elektrikli aletler kullanılarak
minimize edilecek.
33
PROCEEDINGS BOOK
GÜNEŞKENT –YEŞİL ANTALYA– PROJESİ
“GELECEĞİ BUGÜNDEN KURUYORUZ”
Engin ERARSLAN
Antalya Büyükşehir Belediyesi,
Temiz Enerji Şube Müdürlüğü
“Güneşkent -Yeşil Antalya- Projesi”, Türkiye’de ilk kez bir kentin;
yerel yönetimin öncülüğünde, iklime, insana, kültürel ve doğal
mirasa saygılı, sürdürülebilir ve herkes için yaşanabilir geleceğin
tüm paydaşlarınca katılımcı bir şekilde bugünden biçimlendirileceği
uzun soluklu bir girişimin adıdır. Doğal ve tarihi mirası, ekonomik
önemi ile Türkiye’nin incisi Antalya, yaşanabilir geleceğini
güvenceye alacak böyle bir girişimi fazlasıyla haketmektedir.
Güneşkent -Yeşil Antalya-, dünyanın dört bir yanında iklim dostu
kentler, yeşil kentler, güneş kentleri gibi sayısız girişimin derslerini
projeye taşıyacak, uluslararası alanda dayanışma ağlarına üye
olacaktır.
Güneşkent -Yeşil Antalya-, Türkiye’de büyük kentlerin kâbusu
olan ulaşım sorunları, çevre kirliliği, plansız ve insana duyarsız
büyüme, yaşayanlarının ve paydaşlarının parçası olmadığı yanlış
kararların olumsuz etkileri gibi etkenleri bertaraf edecek bir bölgesel
gelişmenin ilk adımlarını atmak istemektedir.
İklim değişikliği, insanlığın karşı karşıya kaldığı en aşılması
zor görünen sorunlardan biridir. Toplumsal, kültürel davranış
kalıplarından ve tüketim alışkanlıklarından, enerji üretim ve tüketim
profiline, mal ve hizmet üretim biçimlerinden doğaya dost olmayan
kentleşmeye, iklim değişikliği insanlığın tüm varlığını yeniden ve
iklim dostu olarak gözden geçirmesi zorunluluğunu dayatmaktadır.
Güneşkent Antalya, uzun vadede iklim dostu bir kent yaratmanın
gereklerini ortaya koymaya çalışacak, gereksinim duyulacak her
türlü yetenekleri belirleyecek ve gerçekleşme yolunda ilk adımları
atacaktır. Enerji üretim, tedarik ve tüketimi, yapı stoku, ekonomi
sektörler ve gelecekleri, yaşanabilir bir kent ekolojisi ve geleceği,
sürdürülebilir ulaşım, kentsel ekonominin geleceği, yeni ekonomik
gelişme ve ‘yeşil yenilenme’ yoluyla nitelikli istihdam yaratma
potansiyelleri gibi tüm canalıcı alanlar Güneşkent -Yeşil Antalya‘nın üzerine eğileceği konular olacaktır.
Güneşkent -Yeşil Antalya-, tüm uzun vadeli amaç ve hedeflerin
paydaşlarca katılımcı bir şekilde belirlenmesine çalışacak,
sürdürülebilir kent kurgularını yaratıcı kamusal kampanyalarla
oluşturmaya, yaymaya ve gerçekleştirmeye çalışacaktır.
Güneşkent -Yeşil Antalya-, uzun soluklu bir girişimin sadece
ilk adımıdır. Antalya Büyükşehir Belediyesi’nin öncülüğünde
Türkiye’nin yukarıda sıralanan çok sayıda alan ve disiplinde ülkenin
birikimini ve zenginliğini kullanmaya çalışacak ama uluslararası
deneyimden de sonuna kadar yararlanacaktır.
34
Güneşkent -Yeşil Antalya-, Antalya Büyükşehir Belediyesi (ABB)
öncülüğünde Güneş Enerjisi Sanayi ve Endüstrisi Derneği
(GENSED), Ulusal Fotovoltaik Teknoloji Platformu (UFTP),
Akdeniz Üniversitesi (AU), Ortadoğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ),
Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü (EU–GEE), Muğla
Üniversitesi (MU) ve Sabancı Üniversitesi(SU)’nin koordine ettikleri
bir takım ile yola koyulmaktadır.
PROCEEDINGS BOOK
WHR – AĞIR SANAYİDE ATIK ISIDAN ENERJİ GERİ KAZANIMI
Halim TEKKEŞİN
SC Endüstri A.Ş.
Özet
Summary
WHR, Waste Heat Recovery kelimelerinin baş harflerinden
oluşan bir kısaltmadır ve Türkçe’ye “Atık Isı Geri Kazanımı”
olarak çevrilebilir. Başta çimento sektörü olmak üzere, demir-çelik
ve cam sanayi gibi yüksek ısıl işlemlere sahip olan proseslerde
kullanılmayan ısıl enerjiden, elektrik enerjisi üretimi teknolojisidir.
1970’lerde Japonya’da popüler olan WHR sistemleri, 1990’ların
sonlarına doğru devlet teşvik ve yaptırımları sayesinde Çin’de
de popüler olmuştur. Günümüzde ise bu sistemler Çin’den
tüm dünyaya yayılmaktadır. WHR sistemlerinin en önemli
özelliği, üretilen enerjinin ekonomik ve çevre dostu olmasıdır.
Enerji fiyatlarının ve enerji verimliliği bilincinin artması ile WHR
sistemlerinin sanayide kullanımı gün geçtikçe artmaya devam
etmektedir.
WHR is an acronym obtained from the words Waste Heat Recovery.
Particularly in cement process, but also in iron-steel and glass
processes, which have thermal energy, it is the technology benefited
for electrical energy generation. WHR systems which were popular
in Japan in the 1970s have become popular in China since the late
1990s, thanks to government incentives and sanctions. Today,
these systems continue to spread from China to the world. The most
important feature of WHR systems is that the energy produced is
economic and environmentally friendly. Due to increases in energy
prices and in awareness of energy efficiency, the installation of WHR
systems in industry continues to rise day by day.
WHR sistemlerinde temel ekipmanlar boyler, türbin, jeneratör,
tozsuzlaştırma odası, soğutma kulesi ve kimyasal arıtma sistemidir.
Bu sistemlerde kullanılan boylerler genelde özel tasarlanmış,
yüksek teknolojili tek kademeli, çift kademeli ya da flaşörlü
boylerlerdir. WHR sistemleri genel olarak yüksek sıcaklıklı atık
gazlar için klasik buhar teknolojili ya da düşük sıcaklıklı atık gazlar
için organik Rankine dönüşümü teknolojili olabilir. Klasik buhar
kullanan sistemlerde ısıl değeri yüksek olan atık gazın enerjisinden
boylerde faydalanılarak buhar üretilir. Daha sonra bu buhar türbine
gönderilerek jeneratör yardımı ile elektrik enerjisi elde edilir. Türbin
çıkışından elde edilen su soğutularak yeniden kullanılmak üzere
kimyasal arıtma ünitesine gönderilir.
WHR sistemlerinin özellikle çimento sektöründe kullanımı çok
yaygınlaşmıştır. Çimento fabrikalarının 280-350 °C arasındaki
ön ısıtıcı sonrası atılan gazlardan ve soğutma çıkışında 250-300
°C olan ve çoğunlukla direkt olarak atmosfere atılan gazlardan
elektrik elde etmek mümkündür. Ortalama 3200 ton/gün klinker
üretimine sahip bir klinker üretim hattından, kullanılan teknolojiye
ve hammaddenin rutubetine bağlı olarak 3,0 ila 6,0 MW arasında
bir elektrik enerjisi elde edilebilmektedir. Böyle bir tesisin işletme
maliyeti 2 cent/kWh civarında olduğundan fabrika içerisinde
hidroelektrik santrali çalıştırmak ile aynı performansta tasarruf
sağlar.
Bedava yakıtla elektrik üretmek, bacaların toz yüklerinde önemli
miktarlarda düşüş sağlamak ve bunlar gibi birçok avantajı
bulunmaktadır. Ayrıca, elektrik üretiminde fosil kaynaklar
kullanılmadığından karbondioksit kredisi kazanılması mümkündür.
1 kWh elektrik üretimi sayesinde 0,65 kg CO2 kredisi sağlanabilir.
The main equipments in WHR boiler systems are turbine, generator,
dedusting chamber, cooling tower and chemical treatment unit.
Boilers used in these systems are usually tailor-design, hightech and single-stage, double-stage or flasher type boilers. In
general for WHR systems, conventional steam technology is
applied to high-temperature waste gases and Organic Rankine
conversion technology is applied to low-temperature waste gases.
In conventional steam technology systems, waste gas with a high
calorific value is used in the boiler to produce steam to be used
in the turbine. Then, by sending the steam to turbine, electrical
energy is obtained with the help of generator. Water exiting from
the turbine is cooled down and sent to the chemical treatment unit
for reuse.
WHR systems are widespread especially in the cement industry. In
cement plants using the gases thrown into the atmosphere gases
after pre-heating, with 280-350°C temperature, and the exit gases
taken directly from the cooling with 250-300°C temperature, it is
possible to generate electricity. By a clinker production line with
production capacity of 3200 tons/day in average, depending on
the technology and the humidity of raw materials used, electrical
energy between 3.0 and 6.0 MW can be obtained. Since such a
facility has operating cost of approximately 2 cents/ kWh, same
performance of saving can be obtained like a hydroelectric power
plant running in this facility.
WHR has many advantages such as free fuel to generate electricity,
significant amount of drop on chimneys’ dust loads, etc. In addition,
since fossil fuel resources are not used in electricity generation of these
systems, it is possible to gain carbon credits. 0.65 kg of CO2 credits
can be achieved through the production of 1 kWh of electricity.
35
PROCEEDINGS BOOK
TARIMSAL ÜRETİMDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ
Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi
Tarım Makinaları Bölümü
Özet
Tarımsal üretim işlemlerinde kullanılan girdilerin toplam enerji
değerinin, elde edilen ürünün enerji değeri ile karşılaştırılması,
üretim verimliliğinin değerlendirilmesi için daha gerçekçi bir
yaklaşımdır. Enerji çıktı/girdi oranının düşük bir değerde olması,
etkin bir üretim tekniği uygulanmadığını ve girdilerin zamanında
ve/veya yeterli olarak kullanılmadığını belirtir. Enerji etkinliğinin
artırılması, enerji kaynaklarının çevresel etki değerlendirmesi
açısından önemlidir. Daha az enerji kullanmak ve çevreye en düşük
düzeyde zarar vermek için, sistem etkinliğinin artırılması gerekir.
Bu çalışmada, tarımda enerji kullanım etkinliğinin belirlenmesinde
yararlanılan; enerji oranı, özgül enerji, enerji üretkenliği ve net enerji
verimi göstergeleri incelenmiş ve tarımsal üretimde enerji kullanım
etkinliğini artırmak için alınması gereken önlemler tartışılmıştır.
1. Giriş
Dünyanın batı bölgelerinde yaklaşık 1945 yılından bu yana tarım
büyük ölçüde mekanize olmuş ve gübre, tarım ilaçları yaygın
olarak kullanılmaya başlanmıştır. Fosil yakıtların kullanıldığı
mekanizasyon araçları, tarımda insan gücünün kullanımını
sınırlandırmıştır. Tarımda doğrudan veya dolaylı olarak fosil yakıt
enerjilerinin kullanılması, üreticiler açısından ekonomik olarak
kazançlı duruma gelmiştir. Gelişmekte olan ülkelerde, başta
gübre üretimi ve makina kullanımı olmak üzere, tarımsal üretimde
fazla miktarda fosil yakıt kullanılmaktadır. Modern tarımsal üretim
işlemlerinin fosil yakıt kullanılmadan gerçekleştirilmesi mümkün
değildir. Fosil yakıt enerjisi, besin üretim hızını etkilemekle birlikte,
genellikle besin enerjisine dönüştürülememektedir. Örneğin,
gübre, ürün gelişimini hızlandırır ve besin üretimini artırır. Fakat
gübre üretiminde kullanılan enerji ürün içinde görünmez. Üretimi
desteklemesine ve arttırmasına rağmen, enerji üretimi, dönüşüm
işleminin bir bölümü değildir. Giren enerji miktarı ürüne bağlı olarak
değişmekle birlikte, ürün ile kazanılan enerji miktarı kullanılan
enerjiden türetilmemektedir.
Modern tarımsal üretim sistemlerinde, verimi artırıcı yapay
yöntemler uygulanmaktadır. Dünyanın batı bölgelerinde 1950’li
yıllarda tarımsal üretimde yoğun bir şekilde mekanizasyon
uygulaması ve pestisit kullanımı başlamıştır. Tarımda
mekanizasyon uygulamaları sonucunda, tarımsal üretim artmış ve
yeni alanlar tarımsal üretime açılmıştır. Diğer taraftan, tarımdaki
modern teknolojik uygulamalar için enerji tüketimi artmıştır. Tarım
alet/makinaları ve pestisit kullanımı, en önemli enerji kaynağı olan
fosil yakıtların tüketimini gerektirmektedir. Ek enerji kullanımı,
doğal sistemler ile karşılaştırıldığında, tarımsal ekosistemlerin
enerji etkinliğini önemli düzeyde azaltmaktadır. Özellikle pestisit
36
üretimi için yoğun bir şekilde enerji tüketilir. Tarımsal sistemler,
doğal işlemleri de kapsadığından, doğal kaynakların yönetiminde
enerji etkinliğinin değerlendirilebilmesi için, enerji kullanımının
analiz edilmesi gerekir. Bu çalışmada, tarımda enerji kullanım
etkinliğinin belirlenmesinde yararlanılan; enerji oranı, özgül enerji,
enerji üretkenliği ve net enerji verimi göstergeleri incelenmiş ve
tarımsal üretimde enerji kullanım etkinliğini artırmak için alınması
gereken önlemler tartışılmıştır.
2. Tarımsal Üretimde Enerji Kullanımı
Enerji kaynaklarının kıtlığı ve dikkatsiz kullanılması sonucunda
oluşan istenilmeyen yan etkiler, enerji tüketimini doğru bir şekilde
planlanma ve dikkatli bir şekilde değerlendirmeyi gerektirmektedir.
Tarımda enerji kullanımı iki grupta incelenir:
a) Doğrudan enerji kullanımı: Elektrik, yakıt, yağ, kömür, petrol
ürünleri, doğal gaz, biyokütle vb. yakıtların tüketilmesine ilişkin
enerji girdileri.
b) Dolaylı enerji kullanımı: İnsan ve hayvan iş gücü, tarım alet/
makinaları, gübre, tarımsal savaş ilaçları, sulama ve tohumluk
üretimi için tüketilen enerji miktarı.
Enerji girdisi, belirli bir kaynağın üretimi için doğrudan ve dolaylı
olarak tüketilen enerji miktarıdır. Tarımsal üretimde kullanılan
enerji, doğrudan ve dolaylı olarak tüketilen enerji olarak
incelenebilir. Doğrudan tüketilen enerji, kimyasal bir tesiste olduğu
gibi, üretim yerinde yakılan yakıt olarak değerlendirilebilir. Dolaylı
tüketilen enerji ise, bu kimyasal tesisin dışında yakılan yakıt
olarak değerlendirilir. Tarımsal üretimde doğrudan enerji girdisi,
görünür enerji gereksinimlerinden oluşur. Diğer taraftan, dolaylı
enerji girdisi daha az görünür özellik taşır. Bir tarım işletmesinde
tüketilen enerjinin yaklaşık 1/3’ü doğrudan enerji girdisi şeklinde
iken, yaklaşık 2/3’i dolaylı enerji girdisi özelliğindedir. Dolaylı enerji
maliyetleri çok yüksek olabilir ve tarımda/toplumda kullanılan
teknolojileri etkileyebilir.
Doğrudan enerji girdisinin tanımlanması ve analiz edilmesi
kolaydır. Diğer taraftan, dolaylı enerji girdisinin tanımlanması
ve analiz edilmesi kısmen daha zordur. Herhangi bir sektör için
enerji analizi yapılırken bu yaygın bir sorundur. Bazı dolaylı enerji
girdileri, toplam enerji tüketiminin belirli bir oranı olarak dikkate
alınabilir. Örneğin, tarımsal üretim işlemlerinde kullanılan alet/
makinaların tamir ve bakım giderleri, satın alma maliyetinin belirli
bir oranı olarak dikkate alınmaktadır. Benzer yaklaşım, tamir/bakım
işlemleri için enerji girdisinin belirlenmesi amacıyla uygulanırsa,
üretim enerjisinin belirli bir oranı tamir/bakım enerji girdisi olarak
dikkate alınabilir.
PROCEEDINGS BOOK
3. Tarımsal Üretimde Enerji Girdileri
Tarım ürünlerinin; taşınması/dağıtılması, işlenmesi ve saklanması
için fazla miktarda enerji kullanılır. Tarım ürünlerinin tarladan yemek
masasına getirilmesine kadar geçen süreçte fazla miktarda enerji
tüketilir. Tarımsal işlemlerde birim alan için enerji girdisi aşağıdaki
gibi tanımlanır:
3.1.1. Yakıt enerjisi
Tarımsal üretimde birim üretim alanı (ha) için tüketilen yakıt enerjisi
miktarı, üretim işlemleri sırasında traktör tarafından tüketilen yakıt
miktarı ve tüketilen yakıtın ısıl değerine bağlı olarak aşağıdaki gibi
hesaplanır:
Eyk = Myk+IDyk
(3.4)
k =r
TEG
= ∑ (FEG + KEG + BEG )
k =1
(3.1)
k
Burada,
TEG = Toplam enerji girdisi (MJ/ha),
FEG = Üretim işlemlerinde fiziksel enerji girdisi (MJ/ha),
KEG = Üretim işlemlerinde kimyasal enerji girdisi (MJ/ha),
BEG = Üretim işlemlerinde biyolojik enerji girdisi (MJ/ha) ve
k
= Üretim işlemidir.
Tarımsal üretimde insan/hayvan/makina gücü gibi değişik güç
kaynaklarından yararlanılır. Tarımsal üretim işlemlerinde bu
güç kaynaklarından karşılanan enerjiler, fiziksel enerji girdilerini
oluşturur. Tarımsal üretimde başlıca kimyasal enerji girdileri,
kimyasal gübreler ve tarım ilaçlarıdır. Kimyasal gübrelerin
üretiminde kullanılan toplam enerji miktarı, gübre üretim enerjisi
anlamında gübrenin enerji eşdeğeri olarak tanımlanır. Kimyasal
gübre üretiminde kullanılan enerji miktarında; hammaddenin
çıkarılmasında, taşınmasında, gübre üretim işlemlerinde ve son
olarak üretilen gübrenin taşınmasında kullanılan enerji miktarları
dikkate alınır. Tohumluk ve diğer hormonlar biyolojik enerji
girdileri olarak dikkate alınır. Tarla bitkilerinde genellikle hormon
uygulanmadığından, biyolojik enerji girdisi olarak sadece tohumluk
enerjisi dikkate alınır.
Tarım alet/makinaları, pestisit ve gübre üretiminde tüketilen enerji
miktarı, tarımsal üretimde kullanılan enerjinin yaklaşık % 90’ını
oluşturur. Kimyasal gübreler ve tarım alet/makinalarının enerji
maliyetleri, tarımsal üretimdeki enerji maliyetlerinin yaklaşık
2/3’ünün oluşturur. Bitkisel üretimde kullanılan toplam enerjinin %
2-4’ü, pestisit kullanımı sonucunda gerçekleşir.
Tarımsal üretimindeki toplam enerji girdisi, doğrudan ve dolaylı
enerji girdileri olarak iki grupta incelenir:
TEG = EGdğ+EGdy
(3.2)
Burada;
EGdğ = doğrudan enerji girdisi (MJ/ha) ve
EGdy = doğrudan enerji girdisidir (MJ/ha).
3.1. Doğrudan Enerji Girdileri
Tarımsal üretim işlemleri sırasında, tarım alet/makinaları tarafından
tüketilen yakıt ve yağ enerjileri doğrudan enerji girdisi olarak
değerlendirilir.
EGdğ = Eyk+Eyğ
Burada;
EGdğ = doğrudan enerji girdisi (MJ/ha),
Eyk = alan başına yakıt enerjisi tüketimi (MJ/ha) ve
Eyğ = alan başına yağ enerjisi tüketimidir (MJ/ha)
(3.3)
Burada;
Eyk = alan başına yakıt enerjisi tüketimi (MJ/ha),
Myk = alan başına traktörün yakıt tüketimi (L/ha) ve
IDyk = yakıtın ısıl değeridir (MJ/L)
3.1.2. Yağ enerjisi
Tarımsal üretimde motor yağı tüketimi nedeniyle gerçekleşen
yağ enerjisi girdisi, üretim işlemleri sırasında kullanılan tarım
traktörünün ve hasat işleminde kullanılan makinaların saatlik yağ
tüketimi değerleri dikkate alınarak belirlenir. Birim üretim alanı
başına toplam yağ enerjisi girdisi aşağıdaki gibi hesaplanır:
Eyğ = TEyğ+HEyğ
(3.5)
Burada;
Eyağ = toplam yağ enerjisi girdisi (MJ/ha),
TEyağ = traktör kullanımına ilişkin yağ enerjisi girdisi (MJ/ha) ve
BEyağ = hasat makinası kullanımına ilişkin yağ enerjisi girdisidir
(MJ/ha).
Tarım traktörünün saatlik yağ tüketimi, traktörün en yüksek kuyruk
mili gücüne bağlı olarak aşağıdaki gibi belirlenmiştir [1].
YTt = 0,00059 x KMGmax + 0,02169
(3.6)
Burada;
YTt = traktörün saatlik yağ tüketimi (L/h) ve
KMGmax = traktörün maksimum kuyruk mili gücüdür (kW).
Tarımsal üretim işlemleri için kullanılan tarım traktörünün maksimum
kuyruk mili gücü (KMGmax), traktör anma gücünün (TAG, kW) % 88’i
olarak dikkate alınır ve aşağıdaki gibi belirlenir[2]:
KMGmax = 0,88 x TAG
(3.7)
Tarımsal üretim işlemlerinde birim alan için tüketilen yağ enerjisi
miktarı, üretim işlemleri sırasında traktör ve hasat işleminde
kullanılan makina tarafından saatlik olarak tüketilen yağ miktarı,
tüketilen yağın ısıl değeri ve traktör ve hasat makinasının alan iş
verimine bağlı olarak aşağıdaki gibi hesaplanır:
TEyğ(HEyğ)=YTt(YTh)xIDyğxAİİt(Aİİh)
(3.8)
Burada;
Eyğ = alan başına yağ enerjisi girdisi (MJ/ha),
YM = alan başına traktörün yakıt tüketimi (L/h),
IDyğ = yağın ısıl değeri (MJ/L) ve
AİK = traktörün alan iş kapasitesidir (h/ha).
3.2. Dolaylı Enerji Girdileri
Tarımsal üretimde kullanılan; insan iş gücü ile tarım alet/makinaları,
kimyasal gübre, tarımsal savaş ilaçları (pestisitler) ve tohumluk
37
PROCEEDINGS BOOK
üretimi için tüketilen enerji miktarları, dolaylı enerji girdisi olarak
dikkate alınır.
EGdy=İE+ME+GE+PE+TE
(3.9)
Burada;
EGdy = dolaylı enerji girdisi (MJ/ha),
İE = insan işgücü enerjisi (MJ/ha),
ME = alan başına alet/makina kullanımına ilişkin dolaylı enerji
tüketimi (MJ/ha),
GE = birim alana toplam gübre enerjisi girdisi (MJ/ha),
PE = birim alana toplam pestisit enerjisi girdisi (MJ/ha) ve
TE = birim alana tohumluk enerjisidir (MJ/ha).
3.2.1. İnsan işgücü
Tarımsal üretim işlemleri sırasında tüketilen insan işgücüne ilişkin
dolaylı enerji tüketimi aşağıdaki gibi belirlenir:
İE=
İSxÇS
xİEE
İA
(3.10)
Burada;
İE = insan işgücü enerjisi (MJ/ha),
İS = işçi sayısı (adet),
ÇS = çalışma süresi (h),
İA = işlenilen alan (ha) ve
İEE = işgücü enerji eşdeğeridir (MJ/h).
Burada;
GE = birim alana toplam gübre enerjisi girdisi (MJ/ha),
N = uygulanan azotlu gübre miktarı (kg),
Neş = azotlu gübre üretimi için tüketilen enerji miktarı (MJ/kg),
P2O5 = uygulanan fosforlu gübre miktarı (kg),
Peş = fosforlu gübre üretimi için tüketilen enerji miktarı (MJ/kg),
K2O = uygulanan potasyumlu gübre miktarı (kg),
Keş = potasyumlu gübre üretimi için tüketilen enerji miktarı (MJ/kg),
A = gübrelenen alan (ha) ve
n = gübre uygulama sayısıdır.
Tarımsal üretimde kullanılan kimyasal gübrelerin üretimi için
tüketilen enerji miktarları Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1. Kimyasal Gübrelerdeki Saf Maddenin Üretimi İçin
Enerji Tüketimi Değerleri[3].
Kimyasal Gübreler
Enerji Tüketimi (MJ/kg)
Azot (N)
45
Fosfor (P2O5)
8
Potasyum (K2O)
5
3.2.4. Tarım ilacı kullanımına ilişkin dolaylı enerji girdisi
İkinci ürün ayçiçeği üretimde tarım ilacı kullanımına ilişkin
birim alan başına toplam dolaylı enerji tüketimi aşağıdaki gibi
hesaplanır:
(3.13)
3.2.2. Tarım alet/makinalarına ilişkin dolaylı enerji girdisi
Tarım alet/makinalarının kullanımına ilişkin dolaylı enerji tüketimi
kapsamında aşağıda belirtilen enerji miktarları dikkate alınır:
Alet/makinaların imalatında kullanılan hammaddelerin çıkarılması/taşınması/işlenmesi için tüketilen enerji miktarı,
Fabrika/atelyede hammaddeden alet/makina tasarım/imalat işlemleri için kullanılan enerji miktarı,
Alet/makinanın tamir/bakım işlemlerinde kullanılan enerji miktarı,
Alet/makinanın dağıtım/taşınması için kullanılan enerji miktarı,
Tarımsal üretim işlemleri sırasında, her bir tarla uygulaması için
kullanılan tarım alet/makinalarına ilişkin işlenen alan başına dolaylı
enerji tüketimi aşağıdaki gibi belirlenir[1]:
ME= MYE+TBE+TDE xİS
EÖXEIK
(3.11)
Burada;
ME = alan başına alet/makinaya ilişkin dolaylı enerji tüketimi (MJ/ha),
MYE = alet/makina yapım enerjisi (MJ),
TBE = alet/makinanın tamir/bakım enerjisi (MJ),
TDE = alet/makinan taşıma/dağıtım enerjisi (MJ),
EIK = etkin iş kapasitesi (ha/h),
EÖ = alet/makinanın ekonomik ömrü (h) ve
İS = işlem sayısıdır.
3.2.3. Kimyasal gübre kullanımına ilişkin dolaylı enerji girdisi
Tarımsal üretimde kimyasal gübre kullanımına ilişkin, gübrelenen
birim alan başına toplam dolaylı enerji tüketimi aşağıdaki gibi
hesaplanır:
(3.12)
38
Burada;
PE = birim alana toplam pestisit enerjisi girdisi (MJ/ha),
H = birim alana herbisit uygulama normu (kg(L)/ha),
Heş = herbisit üretimi için tüketilen enerji miktarı (MJ/kg(L)),
I = birim alana insektisit uygulama normu (kg(L)/ha),
Ieş = insektisit üretimi için tüketilen enerji miktarı (MJ/kg(L)),
F = birim alana fungusit uygulama normu (kg(L)/ha),
Feş = fungusit üretimi için tüketilen enerji miktarı (MJ/kg(L)) ve
n = uygulama sayısıdır.
Tarımsal üretimde kullanılan kimyasal ilaçların üretimi için tüketilen
enerji değerleri Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. Tarım İlaçlarındaki Etkili Madde Başına Enerji
Tüketimi Değerleri[4]
Tarım İlaçları
Enerji Tüketimi (MJ/kg)
Herbisitler
269
İnsektisitler
214
Fungusitler
157
3.2.5. Tohumluk kullanımına ilişkin dolaylı enerji girdisi
Tarımsal üretimde kullanılan tohumluk miktarına ilişkin dolaylı
olarak tüketilen tohumluk enerjisi aşağıdaki gibi hesaplanır:
TE=ENx(TÜE+PTE)
Burada;
TE = birim alana tohumluk enerjisi (MJ/ha),
EN = ekim normu (kg/ha),
TÜE = tohum üretim enerjisi (MJ/kg) ve
PTE = paketleme ve taşıma enerjisidir (MJ/kg).
(3.14)
PROCEEDINGS BOOK
4. Tarımsal Üretimden Enerji Çıktısı
Tarımsal üretim sonucunda elde edilen ürünlerden kazanılan enerji
miktarı, ürün miktarı ve kalitesine bağlı olarak değişir. Tarımsal
üretim sisteminden enerji kazanç veya kaybının belirlenebilmesi
için, üretim sonucunda elde edilen enerji miktarının hesaplanması
önemlidir. Herhangi bir tarımsal üretim sisteminden üretilen enerji
miktarı; ürün familyası, çeşidi, biyokütle bileşenleri ve biyokimyasal
yapısına bağlı olarak değişir. Bu nedenle, belirli bir ürün grubu için
üretilen enerji miktarının daha doğru bir şekilde belirlenebilmesi
için, ürünün literatürde bildirilen sadece toplam biyokütle verimine
bağlı enerji değerinden çok, biyokütle bileşenleri ve biyokimyasal
bileşimi dikkate alınmalıdır.
Tarımsal üretim sonucunda kazanılan başlıca çıktılar, ana ürün ve
yan ürünlerdir. Tarımsal üretim sonucunda elde edilen ana ürün ve
yan ürünlerle ilgili olarak çıkan toplam enerji miktarı aşağıdaki gibi
hesaplanır:
TEÇ= (AÜV x Eaü)+ (YÜV x Eyü)
(4.1)
Burada;
TEÇ = toplam enerji çıktısı (MJ/ha),
AÜV = ana ürün verimi (kg/ha),
YÜV = yan ürün miktarı (kg/ha),
Eaü = ana ürünün enerji eşdeğeri (MJ/kg) ve
Eyü = yan ürünün enerji eşdeğeridir (MJ/kg).
üretim verimliliğinin değerlendirilmesi için daha gerçekçi bir
yaklaşımdır. Enerji çıktı/girdi oranının düşük bir değerde olması,
etkin bir üretim tekniği uygulanmadığını ve girdilerin zamanında
ve/veya yeterli olarak kullanılmadığını belirtir.
Özgül enerji (MJ/kg), üretim işlemlerinde kullanılan toplam enerji
miktarının, hasat edilen toplam ürün miktarına oranı olarak
tanımlanır. Özgül enerji değeri, birim miktar (kg) ürün üretmek için
tüketilen enerji miktarını (MJ) belirtir. Özgül enerji değerinin düşük
olması, üretimdeki enerji etkinliğinin yüksek olması anlamına gelir.
Enerji üretkenliği (kg/MJ), özgül enerji değerinin tersi olup, hasat
edilen toplam ürün miktarının, üretim işlemlerinde kullanılan toplam
enerji miktarına oranı olarak tanımlanır. Enerji üretkenliği değeri,
tüketilen birim miktar (MJ) enerji miktarına karşılık üretilen ürün
miktarını (kg) belirtir. Enerji üretkenliği değerinin yüksek olması,
üretimdeki enerji etkinliğinin yüksek olması anlamına gelir.
Net enerji verimi (MJ/ha), üretim sonucunda kazanılan toplam ürün
miktarına ilişkin enerji değeri ile, üretim işlemlerinde kullanılan
toplam enerji miktarı arasındaki fark olarak tanımlanır. Net enerji
verimi değeri, birim üretim alanı (ha) için tüketilen enerji çıkarıldıktan
sonra, birim üretim alanından (ha) üretim sonucunda kazanılan net
enerji miktarını (MJ) belirtir. Net enerji verimi değerinin yüksek
olması, üretimdeki enerji etkinliğinin yüksek olması anlamına gelir.
5. Bitkisel Üretimde Enerji Kullanım Etkinliği Göstergeleri
Bitkisel üretimde enerji etkinliği teriminden; herhangi bir ürünün
üretimi için tüketilen enerji miktarına karşılık olarak elde edilen
ürün miktarı anlaşılabilir. Tarımsal üretim işlemlerinde enerjinin
etkin kullanımı önemlidir.
İşletme ölçeğinde yapılacak olan etkin bir mekanizasyon planlaması
ile işletme için uygun mekanizasyon alt yapısı sağlanmalıdır.
Tarımda enerji kullanım etkinliğinin belirlenmesi amacıyla; enerji
oranı, özgül enerji, enerji üretkenliği ve net enerji verimi olarak
adlandırılan ve Tablo 3’te tanımlanan göstergelerden yararlanılır.
Tablo 3. Tarımda Enerji Kullanım Etkinliği Göstergeleri
Gösterge
Tanım
Birim
Enerji oranı =
Çıkan toplam enerji miktarı
Kullanılan toplam enerji miktarı
Özgül enerji =
Hasat edilen toplam ürün miktarı
J/kg
Enerji üretkenliği =
Hasat edilen toplam ürün miktarı
kg/J
Net enerji verimi =
Çıkan toplam enerji miktarıKullanılan toplam enerji miktarı
-
J
Enerji oranı, üretim sonucunda kazanılan toplam enerji miktarının,
üretim işlemlerinde kullanılan toplam enerji miktarına oranı olarak
tanımlanır. Enerji oranı, birim üretim alanında (ha) tüketilen birim
miktar (MJ) enerji miktarına karşılık, üretim sonucunda birim
üretim alanından (ha) kazanılan enerji miktarını (MJ) belirtir.
Enerji oranı değerinin yüksek olması, üretimdeki enerji etkinliğinin
yüksek olması anlamına gelir.
Tarımsal üretim işlemlerinde kullanılan girdilerin toplam enerji
değerinin, elde edilen ürünün enerji değeri ile karşılaştırılması,
Enerji etkinliğinin artırılması, enerji kaynaklarının çevresel etki
değerlendirmesi açısından önemlidir. Daha az enerji kullanmak ve
çevreye en düşük düzeyde zarar vermek için, sistem etkinliğinin
artırılması gerekir. Tarımda enerji kullanım etkinliğini artırmak için
aşağıdaki önlemler alınabilir:
İşletmelerin mekanizasyon alt yapısı için enerji verimliliği yüksek
olan teknolojilerden yararlanılmalıdır.
Güç kaynağına uygun kapasitede alet/makina kullanılmalıdır.
İşletme için gerekli güç optimizasyonu sağlanmalıdır. Örneğin,
daha az güç gerektiren işlemler daha büyük güçlü traktörlerle
yapılmamalıdır.
Tarım alet/makinaları tam yükte ve verimli olarak çalıştırılmalıdır.
Isıtma, soğutma ve iklimlendirme uygulamalarında ısı transferi
açısından etkinlik artırılmalıdır.
Isı yalıtımı standartlara uygun olarak yapılmalıdır. Isı üreten,
dağıtan ve kullanan tüm üniteler etkin bir şekilde yalıtılarak, ısı
kayıpları en aza indirilmelidir.
Atık ısı geri kazanımı uygulamaları yaygınlaştırılmalıdır.
Elektrik tüketiminde kayıplar önlenmelidir.
Elektriğin iş ve ısıya dönüşmesinde etkinlik artırılmalıdır.
Otomatik kontrol ile insan faktörü en aza indirilmelidir.
Tarımsal üretimde uygulanan gübrelerden beklenen yararın elde
edilebilmesi için gübrelerin genel karakteristik özelliklerini bilmek
ve etkili bir şekilde kullanmak, gübre kullanım zamanlarını ve
tekniğini bilmek, gübreleme programını gübre kullanım etkinliğine yön veren faktörlere göre ayarlamak son derece önemlidir.
Gübreleme yapmadan önce toprak analizlerinin mutlaka yapılmalı ve toprakta mevcut besin elementlerine göre dengeli gübreleme programı uygulanmalıdır.
Tarım sektöründe fosil kökenli enerji tüketiminin azaltılması ve
yenilenebilir enerjilerin kullanılmasına ilişkin aşağıdaki önlemler
alınmalıdır:
39
PROCEEDINGS BOOK
Pazara bağlı önlemler: Tarımsal destek politikaları, girdi kullanımı
ve üretim optimizasyonu
Düzenleyici önlemler: Desteklerin çevresel etkileri incelenmeli
ve girdi kullanımı sınırlandırılmalıdır.
Gönüllü katılımlar: Hassas tarım uygulamaları desteklenmelidir.
Uluslararası programlar: Tarımda teknoloji transferi desteklenmelidir.
Kaynaklar
[1] Öztürk HH., “Bitkisel Üretimde Enerji Yönetimi”, Hasad Yayınevi,
(Basımda), 2010.
[2] Sabancı A., “Tarım Traktörleri”, Tarım Makinaları 1. (Editör:
S.M. Say) NOBEL Kitabevi Yayın Dağıtım ve Pazarlama Ltd.
Şti. ISBN: 978-605-397-05-69, 2010.
[3] Ramirez CA. and Worrell E., “Feeding Fossil Fuels to the Soil
an Analysis of Energy Embedded and Technological Learning
in the Fertilizer Industry”, Resources, Conservation and
Recycling 46: 75–93, 2006.
[4] Ferraro DO., “Energy Cost/Use in Pesticide Production.
Encyclopedia of Pest Management”, 2003.
Summary
Energy consumption per unit area in agriculture is directly related
with the development of technological level and production. The
inputs such as fuel, electricity, machinery, seed, fertilizer and
chemical take significant share of the energy supplies to the
production system in modern agriculture. The use of intensive
inputs in agriculture and access to plentiful fossil energy has
provided an increase for standards of living and food production.
However, some problems in agricultural production have been
faced due to mainly high level dependency on fossil energy.
Energy is considered to be a key player in the generation of wealth
and also a significant component in economic development. This
makes energy resources extremely significant for every country in
the world.
One of the challenges of climate policy is to reduce the demand
for energy while maintaining increases in production. Energy
efficiency is an issue in every economic sector, although most of
the effort to understand and quantify this issue has been in the
buildings and transport sectors. Energy efficiency in agricultural
production is an under analyzed aspect of a potential climate
change mitigation strategy. The agricultural machinery use is
considered the main factor contributing to the total energy inputs
in the agricultural system. Tillage represents half of the operations
carried out annually in a field. Consequently, there is a potential
to reduce energy inputs and production costs by reducing tillage.
Optimization of energy use in agriculture is reflected in two ways,
i.e. an increase in productivity at the existing level of energy inputs
or conserving the energy without affecting the productivity. This
paper explored the availability of energy efficiency reductions in
agricultural sector and provides more evidence that the sector is
a substantial source of potential emission reductions. This study
seeks to analyze the effect of indirect and direct energy on yield
using functional form. In addition to these parameters, it was also
aimed to examine energy output/input, energy productivity and
specific energy used in the agricultural production.
40
PROCEEDINGS BOOK
TEKSTİL SANAYİ SEKTÖRÜNDE MİNİMUM ENERJİ TASARRUF
POTANSİYELİNİN BELİRLENMESİ
Kürşat KABAKÇI
Sermin ONAYGİL
Ebru ACUNER
Özet
Türk sanayisi son yıllarda bir duraklama dönemi içinde gibi görünse
de, genellikle büyüyen ve gelişen bir yapıya sahiptir. Ülke gayri safi
milli hâsılasında en büyük paya sahip olması da bu durumun önemli
bir kanıtıdır. Ülkemizdeki sanayi sektörü daha çok enerji yoğun
sektörlerden oluşmaktadır. Diğer yandan tekstil gibi alt sektörler,
toplam ihracattaki paylarının yüksek olması nedeniyle ayrı bir
öneme sahiptir. Bu açıdan, tekstil sektöründe dünya pazarında
rekabet edebilirliğin artırılması için, toplam maliyetler içinde % 7
- % 14’lük paya sahip enerji tüketim maliyetlerinin azaltılmasına
yönelik verimlilik çalışmaları ön plana çıkmaktadır. Bu girişimler
Türkiye’de tekstil sektörünün tasarruf potansiyelinin belirlenmesi;
olası verimlilik önlemlerinin geliştirilmesi ve uygulanması için
bir temel oluşturacaktır. Bu çalışmada, gerçekleştirilen anket
çalışmaları ile tekstil sanayisinin enerji yoğunluğundaki değişiminin
faaliyet alanlarına göre belirlenmesi ile birlikte anket çalışmalarına
katılan tekstil firmalarının enerji yoğunluk değerleri bazında
karşılaştırılması ve minimum enerji tasarruf potansiyellerinin
hesaplanması amaçlanmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Tekstil Alt Sektörü, Enerji Verimliliği, Enerji
Yoğunluğu, Enerji Tasarruf Potansiyeli.
1. Giriş
Uluslararası Enerji Ajansı (UEA), enerji alanındaki mevcut politika
uygulamalarının devam etmesi durumunda, küresel enerji talebinin
2008-2035 yılları arasında yıllık % 1,4; mevcut politikaların yanı
sıra ileriye dönük taahhütlerin de yerine getirilmesi durumunda ise
yıllık % 1,2 oranında artış göstereceğini öngörmektedir[1]. Fosil
kaynaklar içinde en büyük talep artışının doğal gaz kullanımında
olması beklenmektedir. 2000 yılında 2080 milyon ton eşdeğer petrol
(MTEP) olan doğal gaz üretim miktarının, özellikle Batı Avrupa’nın
yüksek talebinin karşılanması amacı ile, 2030 yılında iki katına
çıkacağı tahmin edilmektedir. Dünyada artan enerji ihtiyacına
paralel olarak Türkiye’nin enerji talebinde de artış gözlemlenmesi
kaçınılmazdır. 2008 yılında 106 MTEP’i geçen yıllık enerji arzı,
2010 yılında 126 MTEP’e ulaşmış olup, 2020 yılında ise 222 MTEP
düzeyine yükseleceği beklenmektedir[2].
Bu verilere göre giderek daha fazla önem kazanan enerji verimliliği,
enerjinin daha etkin bir biçimde kullanılmasını ve bu sayede
kayıpların azaltılmasını ifade etmektedir. Enerji verimliliği konusu,
enerji üretiminden tüketimine kadar her alanda genel etkinlik
çalışmalarının tümünü kapsamaktadır. Enerji verimliliğinin önemli
bir göstergesi olan enerji yoğunluğu da birim hasıla başına birincil
ya da nihai enerji tüketimi değeridir. Bir ülkede veya bir sektörde
hesaplanan enerji yoğunluğunun düşük olması, enerji verimliliğinin
yüksek olduğu anlamına gelmektedir. Genel olarak enerji yoğunluğu,
ekonominin ilk kalkınma aşamalarında artış gösterirken, gelişmiş
ekonomilerde ise azalma eğilimindedir[3]. 2007 yılı verilerine göre
dünya ortalaması 0,30 olan enerji yoğunluğu, Japonya’da 0,10,
Türkiye’de de 0,27 olarak hesaplanmıştır[4]. Mevcut veriler ışığında,
hızla gelişmekte olan Türkiye’de enerji tüketimi artarken verimli
kullanmayı sağlayacak önlemlerin üretimden tüketime kadar her
aşamada uygulanması da en önemli konulardan biri haline gelmiştir.
Dünya genelinde olduğu gibi Türkiye’de de enerji verimliliği
çalışmaları, nihai enerji tüketiminde oldukça yüksek bir paya sahip
olan sanayi sektörü üzerinde yoğunlaşmıştır. Yaşanan ekonomik
krize rağmen, 2008 yılı genel enerji dengesine göre, Türkiye’de
toplam enerji tüketiminin % 33’ü sanayi sektörü kaynaklıdır. Krizden
önceki dönemde, örneğin 2006 yılı için ise bu oran, yaklaşık % 40
olarak gerçekleşmiştir[5]. Türkiye’de, 1998 yılı GSYİH değerlerine
göre 2000 yılı dolar fiyatları ile 2000-2008 yılları arasındaki birincil
enerji yoğunluğu değişimi Şekil 1’de gösterilmektedir[6]. Şekle
göre, son yıllarda yaşanan küresel ekonomik krizin de etkisiyle
birincil enerji yoğunluğu değerinde bir düşüş eğilimi söz konusu
olsa da, dalgalı bir değişim gözlemlenmektedir.
Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakawnlığı, 2009 yılında yayınladığı
“Stratejik Plan”da, 2008 baz yılına göre birincil enerji
yoğunluğunda 2015 yılına kadar % 10, 2023 yılına kadar da % 20
Şekil 1. Türkiye birincil enerji yoğunluğu değişimi.
41
PROCEEDINGS BOOK
oranında azalma sağlamayı planlamaktadır. Söz konusu hedefin
gerçekleştirilmesinde, enerji tüketimindeki payı kadar tasarruf
potansiyeli de yüksek olan sanayi sektörü önemli bir aktördür.
Türkiye’de sanayi alt sektörleri arasında “Tekstil ve Hazır Giyim”,
özellikle yarattıkları katma değer ve temininde zorluk yaşanılan
yüksek elektrik enerjisi tüketimleri göz önüne alındığında,
enerji verimliliği çalışmalarında öncelikli alanlardan biridir. 2008
yılında tekstil ve hazır giyim sektörünün 15,7 milyar dolar olan
ihracat maliyetinin 2,5 milyar dolarını enerji kaynaklı harcamalar
oluşturmuştur. Kolay bir yaklaşımla tekstil işletmelerinde enerji
tüketen sistemlere yönelik enerji verimliliği uygulamaları sonucunda
sağlanacak minimum % 10’luk tasarruf ile yıllık 250 milyon dolar
civarında kazanç elde edilebileceği hesaplanabilmektedir[7].
Amaçlanan enerji verimliliği çalışmalarında istenilen sonuçların elde
edilebilmesi büyük ölçüde mevcut durumun iyi analiz edilmesine ve
olanakların doğru noktalarda kullanılmasına bağlıdır. Bu çalışmada
mevcut durumun analizine yardımcı olabilmesi için gerçekleştirilen
anket çalışmaları ile tekstil sanayi alt sektörünün enerji yoğunluğu
değerlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Verilerine ulaşılan tekstil
işletmeleri enerji yoğunluk değerleri bazında karşılaştırılarak minimum
enerji tasarruf potansiyellerinin belirlenmesine de çalışılmıştır.
2. Enerji Yoğunluğunun Hesaplanması
Anket çalışması, tekstil sektörünün önemli bir bölümünün yer aldığı
Marmara Bölgesi’nde; İkitelli, Halkalı, Büyük Çekmece, Çerkezköy,
Çorlu, Tekirdağ ve Bursa’da bulunan 230 adet işletmede; gerek
birebir görüşme, gerek e-posta, gerekse telefon ile gerçekleştirilmiştir.
Düzenlenen anket formunda işletmelere; tekstil sektörü içindeki ana
faaliyet alanı, yıllık üretim miktarları ve net hasıla değerleri, yıllık bazda
toplam enerji ve elektrik enerjisi tüketim değerleri, enerji yoğun sistem
ve prosesleri ile birlikte enerji verimliliğine yönelik yaptıkları (enerji
yöneticisi istihdam etme, iyileştirme uygulamaları, vb.) ile ilgili sorular
yöneltilmiştir. Anket çalışması 230 işletme ile gerçekleştirilmesine
rağmen, ancak 37 işletmeden alınan cevaplarda, değerlendirmede
kullanılabilecek yeterli verilere ulaşılabilmiştir. Elde edilen veriler
2009 yılına ait olduğu için daha önceki yıllara ait enerji yoğunluğu
değerleri ile karşılaştırma yapılabilmesi amacıyla, işletmelerin net
hasıla değerlerinin seçilecek bir baz yılına göre normalize edilmesi
gerekmektedir. Bu amaçla kullanılacak Türkiye İstatistik Kurumu
(TÜİK) tarafından yayımlanan ve 2003 yılı baz alınarak hesaplanan
tekstil sektörü üretici fiyat endekslerinin (ÜFE) yıllara göre değişimi
Tablo 1’de verilmektedir[8].
Tablo 1. Tekstil Sektörü Üretici Fiyat Endeksleri (2003=100)
Tekstil Sektörü Fiyat Endeksleri
Hazır
Diğer
Örme ya
Tekstil Elyaf
Yıl
Kumaş tekstil
tekstil
da tığ işi
Genel ve iplik
ürünleri ürünleri
ürünler
2010 149,69 159,86 133,03 144,02 169,21
142,64
2009 140,23 140,67 133,72 133,75 161,67
145,11
2008 130,73 130,91 119,17 131,98 148,36
151,67
2007 124,31 126,14 112,56 128,77 139,83
138,79
2006 119,44 121,89 110,00 131,17 130,48
123,71
2005 111,98 112,21 107,50 125,24 114,43
120,70
2004 112,97 112,96 110,13 122,41 108.04
117,87
2003 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
100,00
2002 83,18 83,18 83,18
83,18
83,18
83,18
2001 58,36 58,36 58,36
58,36
58,36
58,36
2000 32,85 32,85 32,85
32,85
32,85
32,85
42
Tekstil sektörüne ait ÜFE verileri kullanılarak, işletmeler tarafından
verilen 2009 yılına ait net hasıla satış değerleri 2000, 2001, 2003 ve
2009 yıllarına göre hesaplanmıştır. Söz konusu hesaplamalar anket
çalışmasına katılan ve değerlendirmeye alınan 37 işletmenin kendi
faaliyet alanları içerisinde karşılaştırılabilmeleri açısından önemlidir.
Tablo 2, 37 işletmenin 2000, 2001, 2003 ve 2009 fiyatlarına göre
Tablo 2. Baz Alınan Yıla göre İşletmelerin Enerji Yoğunluğu
Değerlerinin Değişimi
2003
2009
2001
2000
fiyatları
fiyatları
fiyatları
fiyatları
ile enerji
ile enerji
ile enerji
ile enerji
İşletme Faaliyet alanı yoğunluğu yoğunluğu yoğunluğu yoğunluğu
değerleri
değerleri
değerleri
değerleri
(1000
(1000
(1000
(1000
TEP/MTL) TEP/MTL) TEP/MTL) TEP/MTL)
Kumaş ve
Firma 1
0,338
0,190
0,111
0,079
konfeksiyon
Firma 2
Boyama
1,268
0,714
0,416
0,297
Dokuma,
Firma 3
0,618
0,348
0,203
0,145
boyama
Pamuklu
Firma 4
0,713
0,401
0,234
0,167
kumaş
Firma 5
Ev tekstili
0,314
0,177
0,103
0,073
Firma 6
Triko örme
0,092
0,052
0,030
0,021
Firma 7
Kumaş
0,239
0,135
0,079
0,056
Firma 8
Yünlü kumaş
0,389
0,219
0,128
0,091
Firma 9
Pamuk iplik
0,208
0,117
0,068
0,049
Firma 10 Kumaş baskı
0,168
0,095
0,055
0,039
Firma 11 Kumaş
0,227
0,128
0,074
0,053
Firma 12 Hazır giyim
0,081
0,046
0,027
0,019
0,082
0,046
0,027
0,019
Firma 14 Boyama
1,188
0,669
0,390
0,278
Firma 15 Triko örme
0,097
0,054
0,032
0,023
Polyester
Firma 16
0,170
0,096
0,056
0,040
iplik
0,023
0,013
0,007
0,005
Firma 18 Ev tekstili
0,298
0,168
0,098
0,070
Firma 19 Boyama
1,167
0,657
0,383
0,273
Firma 20 Kumaş
0,241
0,135
0,079
0,056
Firma 21 Kumaş
0,347
0,195
0,114
0,081
Firma 22 Boyama
0,825
0,465
0,271
0,193
Firma 23 Triko örme
0,142
0,080
0,047
0,033
Firma 24 Pamuk iplik
0,263
0,148
0,086
0,062
0,086
0,048
0,028
0,020
Firma 26 Kumaş
0,214
0,120
0,070
0,050
0,917
0,516
0,301
0,215
Örgü-iplik,
Firma 28
0,676
0,380
0,222
0,158
boyama
Firma 29 Örme konf
0,090
0,050
0,029
0,017
Firma 30 Yünlü kumaş
0,362
0,204
0,119
0,067
Firma 31 İplik üretimi
0,157
0,088
0,051
0,029
İplik,
Firma 32 boyama,
0,397
0,223
0,130
0,093
giyim
Firma 33 Pamuk iplik
0,205
0,115
0,067
0,048
Kumaş,
Firma 34
0,383
0,215
0,125
0,089
konfeksiyon
Boya,baskı,
Firma 35
1,010
0,568
0,331
0,236
terbiye
Firma 36 Örme kumaş
0,373
0,210
0,122
0,087
Firma 37 İplik üretimi
0,243
0,136
0,079
0,056
PROCEEDINGS BOOK
enerji yoğunluklarının değişimini göstermektedir. Tablodaki
değerler, 2009 yılı hasıla değerleri söz konusu yılların fiyatları
ile hesapladıktan sonra, 2009 yılı enerji tüketimleri bu fiyatlara
oranlanarak hesaplanmıştır. Enerji yoğunluğu değerlerindeki
değişim, karşılaştırmalarda esas alınan baz yılı seçiminin önemine
dikkat çekmektedir.
3. Minimum Enerji Tasarruf Potansiyelinin
Belirlenmesi
Enerji verimliliği çalışmalarının başarılı sonuçlar verebilmesi
için mevcut durumdaki enerji tasarruf potansiyellerinin bilinmesi
ve doğru saptanması çok önemlidir. Bu da benzer faaliyetlerde
bulunan sanayi işletmelerinin birbirleri ile karşılaştırılıp, referans
değerlerin belirlenmesini gerektirmektedir. Bu amaçla, kullanılabilir
anket sonuçlarının elde edildiği tekstil ana sektöründeki 37 firma
faaliyet alanlarına göre gruplandırılmıştır. Gruptaki en düşük
enerji yoğunluğu referans alınarak olası tasarruf potansiyelleri
hesaplanmıştır. Tablo 3, boyama ana faaliyet alanında yer alan
firmaların enerji yoğunluğu değerlerini göstermektedir. Elektrik İşleri
Etüt İdaresi (EİE) tarafından yürütülen veri tabanlı çalışmalarda
enerji yoğunluğu hesaplarında 2000 yılı baz olarak alındığı
için, tablolarda net satış hasılatı ve enerji yoğunluğu değerleri
2000 yılı fiyatları ile verilmiştir. Bu şekilde, anket çalışmaları ile
belirlenen değerlerin mevcut verilerle ek bir işlem yapılmadan
karşılaştırılabilmesi amaçlanmıştır.
Tablo 3. Boyama Alt Sektörü Enerji Yoğunluğu Değerleri
2000
Yıllık
fiyatları
2000 fiyatlarına
toplam
ile yıllık
göre
Faaliyet
enerji
İşletme
toplam Enerji yoğunluğu
alanı
tüketimi
net hasıla
değerleri
(1000
değeri
(1000 TEP/MTL)
TEP)
(MTL)
Firma 2
Boyama
10,567
8,336
1,268
Firma 14
Boyama
7,081
5,959
1,188
Firma 19
Boyama
7,678
6,580
1,167
Ortalama
1,207
Bu sektördeki işletmelerden en düşük enerji yoğunluğuna sahip
Firma 19 referans alınarak bu gruptaki diğer iki işletme için bu
değere karşılık gelen toplam yıllık enerji tüketimleri hesaplanmıştır.
Mevcut ile hesaplanan yıllık enerji tüketimleri arasındaki farktan
bu iki işletme için toplamda yaklaşık % 5,48 oranında tasarruf
potansiyeli olduğu belirlenmiştir. Aslında burada referans olarak
alınan en düşük enerji yoğunluklu işletmede bile gerçekleştirilecek
detaylı etüt çalışmaları ile en az % 10 oranında tasarruf potansiyeli
elde edilebileceği düşünüldüğünde, benzer faaliyetlerdeki işletmeler
arasındaki farklardan belirlenen tasarruf potansiyellerinin çok daha
yüksek değerlere ulaşacağı ortadadır. Bu çalışmada belirlenen
tasarruf potansiyelleri sadece minimum değerlerdir.
Tablo 4’te kumaş ana faaliyet alanında yer alan işletmelerin
enerji yoğunluğu değerleri verilmiştir. Ancak işletmelerin
ürettikleri kumaş türleri de farklılık gösterdiği için, bu gruptaki
firmalar arasında genel bir karşılaştırma yapmak mümkün
olamamaktadır. Yünlü kumaş üretimi yapan Firma 8 ile Firma 30
karşılaştırıldığında, Firma 8’in enerji yoğunluğu açısından Firma
30’un seviyesine inebilmesi için % 6,68 oranında bir tasarruf
potansiyelini değerlendirmesi gerekmektedir. Döşemelik kumaş
Tablo 4. Kumaş İmalat Sektörü Enerji Yoğunluğu Değerleri
2000
Enerji
Yıllık toplam fiyatları ile
yoğunluğu
Faaliyet
enerji
yıllık toplam
İşletme
değerleri
alanı
tüketim
net hasıla
(1000
(1000 TEP)
değeri
TEP/MTL)
(MTL)
Pamuklu
Firma 4
10,860
15,227
0,713
kumaş
Yünlü
Firma 8
5,013
12,884
0,389
kumaş
Yünlü
Firma 30
24,655
67,988
0,362
kumaş
Döşemelik
Firma 7
4,002
16,746
0,239
kumaş
Döşemelik
Firma 20
1,691
7,028
0,241
kumaş
Döşemelik
Firma 26
3,005
14,055
0,214
kumaş
Ortalama
0,358
faaliyet alanındaki Firma 7, 20 ve 26 için ise en düşük olan
Firma 26’nın enerji yoğunluğu baz alındığında, diğer iki Firma
için toplamda yaklaşık % 10,71 civarında minimum tasarruf
potansiyeli hesaplanabilmektedir.
İplik üretimi yapan işletmelerin enerji yoğunluğu değerleri Tablo
5’te verilmektedir. Bunların arasında Firma 9, 24 ve 33 pamuk
ipliği üretimi yapmaktadır. En düşük enerji yoğunluğuna sahip
Firma 33 referans alınırsa, 9 ve 24 numaralı firmalar için yaklaşık
% 17,75 oranında minimum tasarruf potansiyelinin bulunduğu
söylenebilmektedir. Firma 33’te yapılacak olan verimlilik çalışmaları
sonucu elde edilebilecek tasarruf potansiyeli de yine bu değerin
üzerine eklenecektir.
Tablo 5. İplik İmalat Sektörü Enerji Yoğunluğu Değerleri
2000
Yıllık
Enerji
fiyatları ile
toplam
yoğunluğu
Faaliyet
yıllık toplam
İşletme
enerji
değerleri
alanı
net hasıla
tüketimi
(1000 TEP/
değeri
(1000 TEP)
MTL)
(MTL)
Pamuk
Firma 9
2,437
11,713
0,208
iplik
Pamuk
Firma 24
9,975
37,949
0,263
iplik
Pamuk
Firma 33
2,408
11,714
0,205
iplik
Polyester
Firma 16
33,410
196,828
0,170
iplik
İplik
Firma 31
1,290
8,199
0,157
üretimi
Ortalama
0,201
Hazır giyim üzerine imalat yapan işletmelerin ürünleri ve enerji
yoğunluğu verileri değerlendirildiğinde, takım elbise ve kumaş
pantolon üzerine imalat yapmakta olan Firma 12, 13 ve 25’in
enerji tüketim değerlerinin birbirine çok yakın olduğu Tablo 6’dan
görülebilmektedir. Ancak kot pantolon imalatı yapan Firma 17, tesis
büyüklüğü açısından da diğerlerinden farklıdır. Bu grupta Firma
43
PROCEEDINGS BOOK
Tablo 6. Hazır Giyim Sektörü Enerji Yoğunluğu Değerleri
Yıllık
2000 fiyatları
Enerji
toplam
ile yıllık
yoğunluğu
Faaliyet
İşletme
enerji
toplam net
değerleri
alanı
tüketimi
hasıla değeri (1000 TEP/
(1000 TEP)
(MTL)
MTL)
Hazır
Firma 12
0,738
9,083
0,081
giyim
Hazır
Firma 13
0,105
1,275
0,082
giyim
Hazır
Firma 25
0,290
3,390
0,086
giyim
Hazır
Firma 17
0,034
1,523
0,023
giyim
Ortalama
0,068
12 referans alındığında, Firma 13 ve 25 için mevcut minimum
potansiyel % 3,96 olarak hesaplanabilmektedir.
Tablo 7’de, ev tekstili üzerine imalat yapan işletmelerin enerji
yoğunluğu değerleri verilmiştir. Aynı tür ev tekstili ürünleri üreten
Firma 5 ile Firma 18 karşılaştırıldığında, Firma 5’in yaklaşık % 4,98
civarında bir tasarruf potansiyeli olduğu belirlenebilir.
Tablo 7. Ev Tekstili Sektörü Enerji Yoğunluğu Değerleri
Yıllık
Enerji
toplam
2000 fiyatları
yoğunluğu
Faaliyet
enerji
ile yıllık toplam
İşletme
değerleri
alanı
tüketimi
net hasıla
(1000 TEP/
(1000
değeri (MTL)
MTL)
TEP)
Firma 5
Ev tekstili
0,045
0,142
0,314
21,905
73,494
0,298
3,222
3,513
0,917
Ortalama
0,510
4. Genel Değerlendirme
Türkiye’de, sanayide ve tekstil sektöründe enerji yoğunluğu
üzerine detaylı verilere dayalı tek çalışma 2001 yılında yapılmıştır.
Bu çalışmada 2001 yılındaki verilere göre tekstil sanayinin enerji
yoğunluğu 0,121; sanayi sektörünün genel enerji yoğunluğu ise
0,212 olarak verilmiştir[9]. Bu çalışmada gerçekleştirilen anket
çalışması sonucunda elde edilen verilerden değerlendirilmeye
değer bulunan 37 işletmenin toplam enerji tüketimi 209,797 TEP
olup, bu tüketime karşılık gelen net hasıla değerleri ise 2009 fiyatları
ile yaklaşık 2.808.049.149 TL civarındadır. 37 tekstil firmasının
ortalama enerji yoğunluğu değeri 2009 fiyatları ile 0,074; 2001 yılı baz
alındığında ise 0,179 olarak hesaplanmıştır. Bu anket çalışmasında
boyama, kumaş, iplik, hazır giyim gibi farklı tekstil faaliyetlerinden
eşit sayıda işletmenin değerlendirilmesine çalışılmıştır. Oysaki
Türkiye genelinde tekstil sektöründe katma değeri daha yüksek olan
hazır giyim faaliyet alanlı işletme sayısı daha yüksektir. Hazır giyim
faaliyet alanındaki işletmelerde enerji yoğunluğunun diğerlerine
göre daha düşük olduğu da anket çalışması sonuçlarından
görülebilmektedir. Bu durumda, faaliyet alanlarına göre eşit sayıda
işletmenin değerlendirildiği anket çalışması sonuçları, Türkiye geneli
dikkate alınarak belirlenen sonuçlardan biraz daha yüksek çıkmıştır.
Ancak faaliyet alanlarına göre enerji tüketim farklılıklarının ortaya
konulabilmesi ve referans değerlerin belirlenebilmesi açısından bu
tip çalışmaların gerekliliği ve önemi de ortadadır.
44
5. Sonuç
Yapılan karşılaştırmalarda aynı tekstil alanında faaliyet gösteren
birçok işletmenin enerji yoğunluğu değerlerinde çok büyük farklar
olduğu görülmüştür. Bu durum anket yapılan bütün işletmelerin
belli bir tasarruf potansiyeline sahip olduğunu ve sadece enerji
yoğunluğu değerlerinin referans olarak seçilen değerler seviyesine
getirilmesiyle bile % 4 ile % 18 arasında değişen minimum tasarruf
potansiyellerinin elde edilebileceğini göstermektedir. Ayrıca,
referans olarak seçilen işletmelerde gerçekleştirilecek detaylı
enerji etütleri ile belirlenecek tasarruf potansiyelleri de mevcut
değerlere eklendiğinde, bu oranların daha da artacağı açıktır.
Söz konusu tasarruf potansiyellerinin değerlendirilmesiyle, enerji
giderlerinin toplam maliyetler içinde % 7 - % 14 arasında değişen
orana sahip olduğu tekstil sektörü birim maliyetlerini azaltarak
dünya pazarlarındaki rekabet koşullarını iyileştirebilecektir[10].
Türkiye için katma değeri yüksek lokomotif bir sektör olan tekstil
sektörünün son yıllarda Uzakdoğu ülkelerinin düşük fiyatları
karşısında yaşadığı sıkıntıların çözümü için, “enerji verimliliği”
çalışmalarının önemi büyüktür. Yürürlükteki Enerji Verimliliği
Kanunu kapsamında sürdürülen verimlilik artırıcı proje (VAP)
ile gönüllü anlaşma destekleri ve oluşturulacak veri tabanında
belirlenecek ulaşılabilir referans enerji yoğunluğu değerleri mevcut
enerji tasarruf potansiyellerinin değerlendirilmesi açısından önemli
gelişmelerdir.
Kaynaklar
[1] IEA, (2010), World Energy Outlook 2010, Paris.
[2] T.C Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı Stratejik Planı (20102014), 2009, Ankara.
[3] Çermikli, A. Hakan (2005) “Enerji Tüketimi, Enerji Yoğunluğu
ve İktisadi Büyüme”, Ekonomik Yaklaşım, Cilt 16, Sayı 56, ss.
57-77.
[4] IEA, (2009), Key World Energy Statistics 2009, Paris.
[5] T.C Enerji Bakanlığı, (2009), Türkiye’nin 2008 Yılı Genel
Enerji Dengesi, http://www.enerji.gov.tr/duyurular/2008_yili_
genel_enerji_dengesi.pdf (erişim tarihi: 24.08.2010)
[6] T.C Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı, (2009), Stratejik Plan
(2010-2014), Ankara.
[7] Tanrıverdi Hikmet, (2010), “Tekstil ve Hazır Giyim Sektöründe
Enerji Verimliliği: Açılış Sunumu” , İstanbul Tekstil ve Hazır
Giyim Araştırma ve Geliştirme Merkezi, Tekstil ve Hazır Giyim
Sektöründe Enerji Verimliliği Sempozyumu, İstanbul.
[8] TÜİK, (2010), 2003=100 Temel Yılı Üretici Fiyatları Alt
Sektörlere Göre Endeks Sonuçları, Ankara.
[9] Önöz E., (2008), “Tekstil Sanayinde Enerji Verimliliği ve Enerji
Verimli Motor Sistemleri”, İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji
Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
[10] TÜBİTAK, (1997), Bilim Teknoloji Sanayi Tartışmaları Enerji
Teknolojileri Politikası 1.Alt Grubu Enerjinin Etkin Kullanımı ve
Enerji Tasarrufu Çalışma Taslağı, Ankara.
Summary
Although, in recent years, there is a stagnation period for Turkish
industrial sector, it generally has a flourishing structure. This can
be easily proved by its share in gross national production (GDP).
Turkish industry constitutes mostly energy insentive sub-sectors.
On the other hand, some sub-sectors, like textile, have a great
importance due to their share in the total export. For this reason, in
order to increase the compatibility of textile sector worldwide, cost of
PROCEEDINGS BOOK
energy consumption, having 7-14% share in the total costs, should
be reduced by means of efficiency applications. Such attempts
could form a base for determining the energy saving potentials
and improving and appliying energy efficiency implementations.
In this study, it is aimed to determine the change in the energy
intensity of textile sector according to main fields of activity by the
realized survey study and to compare energy intensity values of
the companies that were participated to this survey together with
the calculation of the minimum energy saving potantials.
Survey study was performed in Marmara Region, İkitelli, Halkalı,
Büyük Çekmece, Çerkezköy, Çorlu, Tekirdağ ve Bursa, in which
the most of the improtant textile sector representatives are present,
by visiting the firm, sending emails or via phone interviews. Within
the survey, there exist questions, asked to the companies, including
main fields of activity, annual amount of production and net
revenue, annual total energy and electrical energy consumptions,
their energy insentive systems and processes as well as their
efficiency activities, such as employing energy manager, applying
improvement measures, if any. Although, about 230 interviews were
made, through 37 of them, sufficient data were obtained for the
evaluation. For the evaluation, textile sector is divided into dyeing,
fabric and yarn manufacturing, ready to wear and home textile
fields. In each field, the company with the smallest energy intensity
is accepted as the reference company. Then, the minumum energy
saving potential values for the other companies within the same
field of activity is calculated, accordinlgy. Total energy consumption
of these 37 companies is about 209 797 ton oil equivalent (TOE)
with about 2 billion TL revenue in terms of 2009 prices. In addition,
average energy intensity value of them is approximately 0.074,
according to 2009 prices. Even if within the same field of activity,
there exist huge diferences among the energy intensity values. On
this basis, it is calculated that the minimum energy savig potantials
of various fields of activity in textile sector is in between 4% and
18%. Moreover, these values can increase by adding the saving
potential of the reference company as a result of energy audits.
As a conclusion, for the textile sector, one of the main drivers
in Turkish industry with regard to its high value added, energy
efficiency activities are crucial, especially to be able to compete
with Far East countries, offering very low prices in the market. For
this reason, current incentives, such as efficiency improvement
project and voluntary agreements, and the database, developing
by the General Directorate of Energy Resources Survey and
Development Administration (EIE) can be considered as essential
to determine the reference energy intensity values and to gain the
existing energy saving potentials.
Keywords: Textile sector, energy efficiency, energy intensity,
energy saving potential.
45
PROCEEDINGS BOOK
TÜPRAŞ RAFİNERİLERİNDE ENERJİ SİSTEMLERİNİ İZLEME VE
OPTİMİZASYONU (PROSTEAM) PROJESİ
Mehmet ALKAN
TÜPRAŞ, Türkiye Petrol Rafinerileri A.Ş.
Giriş
TÜPRAŞ’ın bünyesindeki en büyük iki rafinerisi olan İzmit ve İzmir
Rafinerileri, 2007-2008-2009 yılları içinde devreye aldıkları modern
ve en son teknolojiye sahip, çevre bilinci ile çevreye uyumlu proses
üniteleri ile hem ürün verimlerini artırmış hem de komplexsite
sınıfında Avrupa’nın en gelişmiş rafinerileri arasına büyük bir
başarıyla girmişler, yani diğer bir ifade ile sınıf atlamışlardır.
Yeni proses üretim ünitelerinin devreye girmesine paralel olarak
enerji üretim ünitelerinde yeni enerji üretim üniteleri devreye
alınmış ve kapasiteler artırılmıştır.
Genel anlamda proses ünitelerinin artışına paralel olarak yardımcı
servisler olarak bilinen rafineri enerji üretimi ve utilite üniteleri
operasyonları, işletmeleri de daha karmaşık bir hal almıştır.
Üretim ünitelerine olan talepler en emniyetli şekilde karşılanırken,
günümüzde rekabetin anahtarı olan verimli ve çevreye saygılı
üretim prensibinin de sağlanması gerekmektedir.
Büyük ölçekli ve karmaşık enerji sistemlerinin optimizasyonu ve
tek elden yönetilmesi en ekonomik şartlarda çalışması konusunda
uzun süre yapılan çalışmalar sonucunda projeler Ocak 2010 yılında
çok başarıyla devreye alınmışlardır.
Rafinerilerin kompleksitelerinin artması ile utilite sistemlerinde
yapılacak optimizasyon ve işletmeleri de çok karmaşık hale
gelmiştir. Bu nedenle enerji optimizasyonunun daha güçlü ve
otomasyona dayanan yazılımlar ile yapılması ve sürekli takip
edilmesi zorunluluğu ortaya çıkmıştır.
Enerji sistemlerinin izlenmesi ve optimizasyonu konusunda
profesyonel çözümler araştırılırken dünya çapındaki rafinerilerin
güçlü optimizasyon ve izleme yazılımları kullandıkları tespit edilmiş
ve bu doğrultuda bir çok araştırma yapılmıştır. Bunlardan Shell
rafinerileri kendi geliştirdikleri SmartUtil yazılımını kullanırken
Exxon, Total gibi rafineriler VisualMesa (Soteica) yazılımını ve
BP, Esso, Chevron rafinerileri ise Prosteam (KBC) yazılımını
kullandıkları tespit edilmiştir.
Proje Gelişimi
Yapılan incelemeler sonrasında TÜPRAŞ’ın en büyük iki rafinerisi
olan İzmit ve İzmir Rafinerileri için, KBC firmasının ürünü olan
Prosteam enerji optimizasyonu ve izleme yazılımının alınmasına
karar verilmiştir.
46
2008 yılı Kasım ayında başlatma toplantısı ile söz konusu firma
ile proje çalışmaları, rafinerilerde saha ziyaretleri gerçekleşmiş
ve saha ziyaretleri esnasında adım adım model oluşturulmuş,
PHD tagları belirlenmiş, optimizer ve raporlama modülleri
hazırlanmıştır.
Bu ziyaretler sırasında, gerek rafineri enerji yönetimi çalışanları
gerekse KBC yetkilileri tarafından rafineri yönetimi ve çalışanlarına
sunumlar yapılmış ve proje aşamaları anlatılmıştır.
2009 Ağustos ayında yapılan son toplantıda programın test
çalışması planlanmış olmasına rağmen KBC tarafından belirtilen
teknik sorunların giderilmesi için süre uzatılmış ve Eylül 2009
sonuna kadar test süreleri uzamıştır.
KBC firması sistem model, optimizasyon ve raporlama paketlerini
tamamlayarak test çalışmaları için TÜPRAŞ’a iletmiştir.
Bu tarihten itibaren programın devreye alma ve test çalışması
süreci başlamış olup çıkabilecek eksik ve hatalar düzeltilmeye
başlanmıştır.
Yaklaşık iki aylık bir süre içinde programın güvenilir olarak
çalışması ve devreye girmesi öngörülmesine rağmen bu süre biraz
uzamıştır.
Lisans ve Kullanım Durumu
Başlatma toplantısı sonrasında, BT yetkililerinin katkıları ile online
server bilgisayarları kurulmuş, KBC elemanlarına uzaktan erişim
için geçici VPN hesabı açılmıştır.
KBC ile imzalanan sözleşme gereği iki tip lisansımız mevcuttur.
Server makinasındaki yazılım için birer tane “standalone” lisansı ve
yazılımın offline kullanımı için, aynı anda her rafineriden iki kişinin
kullanımına uygun “network” lisansıdır. Prosteam programının
kendisi istendiği kadar bilgisayara yüklenebilir. Lisans kullanım
süresi beş yıldır.
Online olarak çalışan ana bilgisayarlara çalışmaları sırasında
herhangi bir müdahale yapılmayacak olup rafineri işletme ve enerji
yönetiminde görevli iki yetkiliye bilgisayarın kontrolü ve program
işletimi yetkisi verilmiştir. Bu yetkili arkadaşlarımız, BT sistem
odalarında bulunan bu bilgisayarlara uzaktan erişerek program
çalışmasını, bilgi akışını, ağ bağlantılarını takip edip optimizasyon
sonuçları ile raporlamaları izlemektedirler.
PROCEEDINGS BOOK
Field action raporunda optimizasyon sonucu çıkan saatlik değerler,
günlük bazda rafineri proses ve enerji işletme ünite yetkilileri ile
değerlendirilerek yapılabilecek olanlar uygulamaya konulmaktadır.
Optimizasyona ilk başlangıç zamanı baz alınarak uygulanan
iyileştirmelerin getirisi, parasal miktar x uygulama zamanı hesabı
ile kümülatif şekilde toplanarak raporlanmaktadır.
Prosteam Tanıtımı
Prosteam programı temel olarak her rafineride online olarak çalışan
bir bilgisayar ve bu bilgisayarda yüklü dört ayrı yazılım paketinden
oluşmaktadır. Bu paketler standart excel yazılımı üzerinden
çalışmaktadır.
Program çevrimiçi olarak çalışmaktadır. Modül bağlantıları
aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Model Builder: Enerji sisteminin modellendiği yazılımdır. Kendi
içinde rafineri enerji üretim ve tüketim noktalarını gösteren heder
yapısı şeklinde sistemlerin tanımlandığı yazılımdır.
Optimizasyon amacı dışında yeni bir enerji sistemi tasarlamak için
de kullanılabilmektedir.
İçerisinde termodinamik hesap modülleri, kazan, türbin ve pompa
gibi temel güç ekipmanlarının hazır modelleri bulunmaktadır.
Kurulu bir model üzerinde simulasyon veya “what-if” çalışması
yapılabilmektedir.
Data Bridge: Prosteam programının online canlı değerlerle
çalışabilmesi için PHD değerlerini kullanması gerekmektedir.
Data bridge yazılımı PHD’den aldığı tag değerlerini prosteam
içinde diğer modüllere aktaran kısımdır.
Ayrıca elsel girilen veya hesaplanarak üretilen değerler bu bölümde
yer almaktadır. İzmir Rafinerisi örneğinde 1000’in üstünde PHD tagı
işlenmekte olup 200 civarı hesaplanarak üretilmiş tag numaraları
mevcuttur.
Optimizer: Prosteam yazılımının en önemli modülüdür. Data
bridge tarafından toplanan bilgilerin model builder içerisinde
işlenmesi sonrasında optimizasyon bölümü canlı değerlere göre
her saat başında sistemin en düşük maliyete göre nasıl çalışması
gerektiğini hesaplayarak raporlamaktadır.
Bu raporlama “field action report” adı altında gerek model içinde
gerekse viewer içinde görülebilmektedir. Optimizer içerisinde
nonlineer hesap yapabilen (NLP, nonlinear programming) ve dijital
değerlerle de çalışabilen (MILP, mixed integer lineer programming)
gelişmiş hesapsal yöntemler mevcuttur (What’sBest).
47
PROCEEDINGS BOOK
Excel Viewer: Prosteam yazılımının raporlamalarını yapan
bölümüdür. Kullanımı için lisans gerekmemekte olup istenen
bilgisayara yüklenebilir. Viewer açıldığında, optimizasyon
neticelerinin bulunduğu SQL server bilgisayar (online bilgisayar)
ile bağlantıya geçerek tanımlanmış formattaki bilgileri toplayıp
raporlamaktadır.
Rafineri geneli ve ünite bazında çizim, grafik , tablo şeklinde
değerleri gösterir. Optimizasyon neticesi ortaya çıkan ve yapılması
gereken eylemlerin listesi görülebilmektedir. Bunun sonucunda
elde edilecek parasal kazanç izlenebilmektedir.
Prosteam Donanım Bağlantıları
Prosteam paketi, donanım olarak rafineri ağı üzerinden PHD
sistemine bağlı olan, prosteam programı yüklü, kendi başına
çalışmak üzere ayarlanmış bir bilgisayarı içermektedir.
Her iki rafineride de birer adet bu tür ana server makina bulunmaktadır. Ayrıca standart SQL yazılımı mevcuttur. Üzerinde donanımsal olarak lisans anahtarları takılıdır. (USB key)
Enerji Optimizasyon Proje Uygulamasından
Beklentiler
Enerji ve rafineri ve petrokimya konusunda tecrübe sahibi olan
KBC firması, Prosteam programını dünyanın pek çok rafinerisinde
tesis etmiş ve bu proje uygulamalarından alınan somut tecrübeler
ışığında optimizasyon sonuçlarının uygulanması halinde enerji
giderlerinde yatırımsız % 2-5 arasında azaltım sağlanabileceği
teyit edilmektedir.
2008 yılında İzmit ve İzmir rafinerilerinin yakıt ve elektrik olarak
yıllık toplam enerji giderlerinin 800.000.000 TL civarında olduğu
düşünüldüğünde % 1’lik azaltımın dahi ne kadar önemli olduğu
görülmektedir.
Projenin diğer önemli bir beklentisi ise, online olarak yapılan her
uygulama sonrası emisyonların azaltılmasına yapacağı katkının
da bu paralelde izlenilmesidir.
Viewer raporlama sayfalarında rafinerilerin yakıtlarından
kaynaklanan emisyonlar grafiksel olarak raporlanmakta ve yakıt
tüketimindeki azalmanın neden olduğu emisyonların düşüşü çok
başarılı bir şekilde izlenmektedir.
48
PROCEEDINGS BOOK
Sonuç olarak, dünyada çalışan verimli rafinerilerin kendi gruplarında
mevcut çalışma modlarında gerçek olarak tükettikleri enerjinin,
standart olarak aynı grup rafinerilerin en optimum tüketmeleri
gereken enerjiye bölümü ile çıkan sonuç rafinerilerin verimli gruba
dahil olup olmadıkları konusunda en önemli gösterge olarak ifade
edilen EII (Enerji intensity İndex) değeridir.
EII değeri 100 ve altı olan rafineriler enerji kullanımı açısından
verimli olarak tanımlanmaktadır. Online olarak rafinerilerimizin Enerji
Intensity Index değerleri modelde canlı olarak izlenilmektedir.
Sonuç olarak TÜPRAŞ’ın en büyük iki rafinerisinde uygulanan bu
projeler çok yakında diğer iki rafinerimizde de uygulanmak suretiyle
Türkiye’de bir ilki başarıyla gerçekleştirmiş olacaktır.
Kaynaklar
[1] Zoran Milosevic and Clements Ponhöfer, “Refiner Improves
Steam System with Custom Simulation/Optimization Package”,
Oil&Gas Journal, August 1997.
[2] Alan Eastwood and Chris Bealing “Optimizing the day-to-day
Operation of Utilities Systems”. Presented at IETC, 2003.
[3] Alan Eastwood. “ProSteam – A Structured Approach to Steam
System Improvement”. Presented at IETC, 2002.
[4] Jurg Zollinger. “Reducing Energy Costs”. Power and Energy,
March 2004, pp 17-20.
[5] Gert-Jan A.F. Fien. “Make the most of it”. The Chemical
Engineer, Dec.2007/Jan.2008 issue.
[6] KBC Process Technology Ltd, ProSteam On-line Optimiser
manual, 2009.
[7] KBC Process Technology Ltd, Refinery Processes course
training manual, 2009.
[8] Joris Mertens and John Skelland, “Rising to the CO2 Challenge”.
Hydrocarbon Engineering, March 2010, pp 24-33
in specifying the functionality, collecting data, testing the system
and providing valuable feedback. Much of the construction of the
BabelFish intranet viewer was carried out by Tupras also.
The model contains detailed steam balances, a complete
representation of the natural gas, fuel gas, and fuel oil distribution
network and all necessary detail on the power usage and tariff
structures.
Where allowed, the optimiser will vary the choice of boiler(s) and
boiler loads, flows through steam turbo-generators, use of letdown
stations and vents, gas turbine operation (power generation, steam
injection, supplementary firing), fuel ratios in multi-fuel users, and
the on/off status of mechanical drives (steam- vs. motor-driven
equipment). At the same time, it honours equipment limitations
(e.g. maximum boiler capacity or maximum fuel ratios), heat and
material balances, fuel and power contracts (e.g. minimum natural
gas purchase), and emission limits.
The results include specific improvement opportunities, EII
reporting, cost analyses, emissions tracking and feedback on
metering accuracy and the performance of key items of equipment.
Additional functionality for power trading analysis is currently being
considered.
From the start, KBC have had remote access to the computers
that run the models at Izmit and Izmir. This allowed for efficient
debugging and now for easy maintenance of all components.
The model can also be used “off line” by Tupras engineers, to
evaluate project ideas and pricing scenarios.
Summary
Since January 2010, Tupras staff at the Izmit and Izmir refineries
have been monitoring and applying changes suggested by their
on-line utility system optimiser. The optimiser, implemented in
KBC’s ProSteam© ModelBuilder software, was built, installed and
fine-tuned over the last two years and has been running reliably
on dedicated computers every hour of every day since early 2010.
Tupras use the model to monitor their progress towards improved
energy efficiency and reduced emissions and, of course, to obtain
information about how better to utilise the degrees of freedom in
their steam, fuel and power utility systems. Every hour, the system at
each site automatically extracts and filters data for over a thousand
pieces of information relating to process operation, steam and
power generation, power import/export, fuels consumption, etc.
This data is then reconciled in a custom-made model and stored
as a base case in a dedicated SQL data base. Next, the optimiser
improves the steam, fuel and power distribution and reports the
scope for adjustments and resulting savings, which are also stored.
Company-wide “viewers” – both in Microsoft Excel© and in the
BabelFish© web-environment – have been constructed to allow
the model’s results to be shared throughout the organisation.
The user interface of the system contains many different tables,
diagrams and graphs, and KBC have specifically tailored many of
these to Tupras’ needs. Refinery staff has been heavily involved
49
PROCEEDINGS BOOK
LED TABANLI SOKAK LAMBASI TASARIMI ve
FOTOMETRİK ÖLÇÜMLERİ
Murat DURAK
ELİSOLAR Aydınlatma Enerji Elektronik ve
Ar-Ge Teknolojileri Ltd. Şti.
Özet
Aydınlatmanın büyük önem taşıdığı günümüzde, az elektrik
tüketerek yüksek verim sağlama gereksinimi gün geçtikçe
artmaktadır. Elektrik enerjisinin üretilme maliyetinin yüksekliği,
mevcut enerji kaynakların zamanla azalması vb. nedenlerden
dolayı son yıllarda dünyadaki yüksek verimli ışık kaynaklarına
yönelik çalışmalar da ivme kazanmıştır. Dünyada kullanılan
elektrik enerjisinin yaklaşık % 20’lik bölümünün aydınlatma ihtiyacı
için harcandığı düşünülürse, bu yöndeki çalışmaların önemi daha
iyi anlaşılabilmektedir. Mevcut lambaların geneli civa, argon vb.
zararlı gazları ihtiva etmektedir. Bu gazların çevreye etkileri ve
geri dönüşüm problemleri gelişmiş ülkeleri alternatif arayışına
yönlendirmiştir.
Son yıllarda düşük enerji ile iyi verim alınabilen, Işık Yayan
Diyotlar (LED) üretilerek, özellikle yol kavşak uyarıcı sistemlerinde
yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Birçok ülke bu sistemlere
geçiş sayesinde % 80’lere varan oranlarda tasarruf sağlamıştır.
Gerçekleştirilen Ar-Ge çalışmaları neticesinde üretilen LED’lerin
verimlilikleri 139 lm/W değerini aşmıştır. Sokak aydınlatmalarında
kullanılan mevcut ışık kaynaklarının verimlilikleri 30 lm/W ile 80
lm/W arasında değişim göstermekle birlikte, ortalama ömürleri
2 bin saat ile 20 bin saat arasındadır. Termal olarak iyi dizayn
edilmiş bir LED lambada ise kullanım ömürleri 200 bin saatleri
bulabilmektedir. LED’in yarı iletken malzemelerden üretildiği ve
zararlı gazları ihtiva etmediği de düşünüldüğünde, önümüzdeki
dönemlerde özellikle genel aydınlatmada vazgeçilemez aydınlatma
gereci olarak kullanılmaya başlayacağı ve mevcut kaynakların
yerini alacağı görülmektedir.
Bu çalışmamızda ilk olarak, aydınlatmada 21. yüzyılın devrimi
olarak değerlendirilen LED teknolojisi hakkında dünyada ve
Türkiye’deki güncel durum değerlendirilecek, ardından LED
aydınlatmaya geçişin ulusal enerji verimliliğine katkısı örnekler ile
açıklanacaktır.
Anahtar sözcükler: Aydınlatma, Elektrik Enerjisi, Enerji Verimliliği,
LED
1. Giriş
Ülkemizde tüketilen toplam elektrik enerjisi içinde aydınlatmanın
payı % 20 civarındadır. Aydınlatmada verimliliğin sağlanması
ile hem görsel, hem bütçesel rahatlama sağlanabilecektir.
Aydınlatmada enerji tasarrufu, görsel konfordan ödün vermeden,
gerekli en az aydınlık şiddetlerinin sağlanması ile elde edilir. Bunun
50
için öncelikle düşük verimli ışık kaynakları yerine yüksek verimli
ışık kaynakları kullanılmalıdır. Örneğin klasik bir ampulü az enerji
kullanan lamba ile değiştirmek enerji tüketimini % 80 civarında
azaltabilmektedir.
Temel olarak elektrik enerjisini ışığa çevirmek için dört yöntem
kullanılır. Isıtma yöntemi, düşük ve yüksek basınçlı metal buharlı
ortamda deşarj yöntemi ve uyarılma ile ışık verme (luminescence)
yöntemleri[1].
1. Isıtma yöntemi: Bir flaman yapısı üzerinden elektrik akımı
geçirilerek flamanın ısınması sağlanır ve akkor hale gelen
flamanın yaydığı görülebilir ışık kullanımımıza sunulur. Örnek,
akkor lambalar ve halojen lambalar.
2. Gaz deşarjı: Havası boşaltılmış ve metal buharı ilave edilmiş
bir tüp içerisinde iki elektrot vasıtasıyla bir gerilim uygulanarak,
metal buharı üzerinden geçen akımın meydana getirdiği ark’ın
yaydığı görülebilir ışık aydınlatmada kullanılır. Örnek, civa buharlı
lambalar, metal halide lambalar, sodyum buharlı lambalar.
3. Uyarma ile ışıma yöntemi (Luminescence): Alçak basınçlı civa
buharlı lambalarda elde edilen gözle görülemeyen UV ışık ile
bir fosfor tabakası uyarılarak görülebilen ışığa çevrilir. Örnek,
flüoresan lambalar, kompakt flüoresan lambalar.
4. Elektrik enerjisini doğrudan ışığa çeviren bir yöntem olarak katı
bir yapı içersinde elekronların uyarımı ile görülebilen ışık elde
edilebilinir (electroluminescense). Örnek, LED lambalar.
2. Işık Yayan Diyot (LED) Teknolojisi
LED, İngilizcede Light Emitting Diodes kelimelerinin kısaltılarak, bu
ürünün jenerik adı haline gelmiş söylenişidir. Bir LED yongası yapı
itibarı ile N ve P tipi yarıiletken katmanlar arasına sandviç edilmiş
aktif katman tabakasından ve bunların elektriksel bağlantılarından
oluşan opto elektronik bir elemandır. LED’den doğru yönde bir akım
geçirildiğinde elektronlar aktif katmanı uyarır ve aktif katmanda
ışık üretilir. Üretilen ışık doğrudan veya reflektörden yansıma ile
pencere katmanından yayılır.
LED’ler aktif katmanın materyal yapısına bağlı olarak görülebilir
ışık tayfının belirli bir bölümünde ışık yayarlar. Başka bir deyişle,
tek renk ışık üretilir ve aktif katmanda kullanılan materyal LED
ışığının rengini belirler. Yüksek seviyede ışık veren renkli LED’lerde
aktif katman olarak farklı materyaller kullanılır (GaAs, GaP, GaN,
AlInGaP ve InGaN). LED’lerle beyaz ışık üretmek iki yöntemle
mümkündür. Bunlardan birincisi; kırmızı, yeşil ve mavi üç adet LED
yongasını bir kılıf içerisinde kullanarak beyaz ışığı elde etmektir.
İkinci yöntem ise, mavi LED yongasında üretilen ışığın bir fosfor
tabakasını uyararak beyaz ışık üretilmesidir.
PROCEEDINGS BOOK
Şekil olarak çeşitli ebatlarda, radyal biçim başta olmak üzere, çok
çeşitli yapılarda kılıflandırılırlar. Normal baskı devreler için pin
ayaklı üretildikleri gibi, SMT (yüzey montaj teknolojisi) ve doğrudan
baskı devre üzerine montajlı (on board) biçimlerde üretimleri ticari
olarak piyasaya sürülmektedir.
3. LED’Lerin Özellikleri ve Sağladığı Faydalar
Tek renk ışık kaynağı (dar bantlı): Işık istenilen dalga boyunda
olduğu için renk filtresi, prizma gibi renk ayrıştırıcılara ihtiyaç
yoktur. Örneğin kırmızı trafik lambasında 617 nm dalga boyunda
kırmızı LED’lerde üretilen ışığın tamamı kullanılır. Oysa akkor
lambalarda üretilen ışığın mavi ve yeşil bileşenleri bastırılarak
sadece kırmızı bileşeni kullanılır. 75 W akkor lamba yerine
8-10W LED dizini kullanılarak % 80 enerji tasarrufu sağlanır.
Çok küçük ışık kaynağı (birkaç mm2): Küçük ebatlı armatürler
geliştirilir, ışık kolayca yönlendirilebilir.
Tasarımcılara geniş ve kolay kullanım imkânları.
Hızlıdır, 200 ns içinde ışık vermeye başlar.
Uzun Ömür: Kullanım kondisyonuna bağlı olarak 150.000 saate
kadar.
Yüksek ışık verimliliği (verimlilik giderek artıyor, örneğin
laboratuvar ortamında beyaz renkte 165 lümen/Watt’a ulaşılmış
durumda).
Düşük ısı üretimi: Akkor lambalarda flaman ısısı 2700 oC, halojen
lambalarda 3100 oC, deşarjlı lambalarda tüp ısısı 800-1100 oC’
ye ulaşırken LED’lerde yonga ısısı 110 oC’yi geçmez.
Tanımlanmış ışık açıları.
Görülebilir renk tayfındaki hemen hemen bütün renkler elde
edilebilir.
Dimerlenebilir (0 – 100 %).
Şok ve titreşimlere dayanıklı: Cam, flaman gibi kırılgan elemanlar
ihtiva etmez.
Beyaz LED için farklı renk sıcaklıkları: 3200, 4700, 5400, 6500
Kelvin.
Çevrecidir; yapısında civa gibi ağır metallar ve halojen gazları
yoktur.
Şekil 1. LED Tabanlı Sokak Lambası.
Kandela olarak (lümen/steradian) olarak ifade edilen Işık şiddeti katı
açı başına fotometrik gücün ölçümüdür[3]. Aydınlık Düzeyi ise, bir
yüzey üzerine düşen ışık akısının meydana getirdiği aydınlatmadır
ve ışık akısının dedektör alanına bölümü olarak ifade edilir. Bir
metrekarelik alan üzerine düşen bir lümenlik aydınlatma bir lüks
olarak tanımlanır. Işık ölçümlerindeki temel birim olan kandela, tüm
yönlerde homojen (isotropic) olarak 1 sr katı açıda yayımlanan 1
lm ışık akısına göre tanımlanır. Bu tanımda sözü geçen steradian,
aydınlanan yüzey alanının bu yüzeye kadar olan mesafenin
karesine bölünmesi ile tanımlanır[4]. Bundan dolayı, 1 steradian,
1 metre mesafede 1m2 izdüşüm alanına sahiptir. Bu yüzden, 1
cd’lık ışık kaynağı benzer şekilde 1 foot mesafede 1 lm/foot2 ve 1
m mesafede 1lm/m2 aydınlık düzeyi meydana getirecektir. Aydınlık
düzeyi değerleri Şekil 2’de verilmekte olan ölçüm sistematiği ile elde
edilmiş olup ölçümlerde kalibreli fotometre başlığı kullanılmıştır.
Farklı zamanlar da yapılan ölçümlerin ortalamasının alınması
sonucu on metre mesafede 12 lüks aydınlık düzeyi elde edilmiştir.
Gelişen LED teknolojisi ile eş zamanlı olarak standartların
belirlenmesi ve uluslararası normlara uygun ürünlerin üretiminin
sağlanması gerekmektedir. Bir ürünün elektriksel özelliklerinin
yanında fotometrik özelliklerin de çok iyi belirlenmesi gerekmektedir.
Bu kapsamda sokak ve cadde aydınlamaları için geliştirilmiş LED’
li lambanın ışık şiddeti, ışık akısı, renk sıcaklığı ve ışık dağılımı
başta olmak üzere fotometrik özellikleri incelenmiştir.
4. Fotometrik Ölçümler
LED Tabanlı Sokak Lambası, TEDAŞ şartnamesine uygun olarak
tasarlanmış olup tüm fotometrik ölçümler akredite laboratuvarlar
ile birlikte gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). Aşağıda verilmekte olan
tüm ölçüm sonuçları 60 W elektriksel gücündeki sokak lambasına
aittir.
Göz duyarlılığına denk görünür bölgedeki ışınım gücünü
tanımlayan Işık Akısı uzayda verilen herhangi bir noktadan geçen
görünür ışık enerji akısının ölçülmesidir[2]. Bir steradyanlık katı açı
içerisindeki bir kandela’lık isotropic kaynağın meydana getirdiği
akının miktarı olarak tanımlanır. 60 W elektriksel gücündeki LED’li
sokak lambasının ışık akısı, 2 m çaplı özel tasarlanmış toplama
küresi kullanılarak ölçülmüş ve tekrarlamalı ölçümlerin ardından
ışık akısının 8.047 lümen olduğu belirlenmiştir.
Şekil 2. Işık şiddeti ölçüm sistematiği.
LED’lerin renk sıcaklığı değerleri spektrofotometrik test düzeneği
kullanılarak ölçülmüş ve 6540 K değerine sahip LED’ler tercih
edilmiştir[5]. Şekil 3’te verilmekte olan diyagramdan anlaşılacağı
üzere beyaz ışık renk sıcaklığı değerlerine bağlı olarak üç farklı
bölgeye ayrılmaktadır. Sokak lambası yapımında kullanılan
LED’lerin renk sıcaklıkları uygulama bölgesine bağlı olarak seçilir.
LED’li lambalar ile ilgili ölçülmesi gereken en önemli parametrelerden
biri fotobiyolojik değerlerdir[5]. Tüm ışık kaynakları insan bedenine
ve gözüne zararlı olabilecek mor ötesi ve kızıl ötesi bölgede
ışınım yayma potansiyeline sahiptir. Dolayısıyla bu bölgelerdeki
emisyonları ölçülmelidir. Kullandığımız Cree XPG serisi LED’ler
ANSI/IESNA RP-27.3-07 normuna göre Orb Optronix, Inc.
51
PROCEEDINGS BOOK
laboratuvarlarında 300-1400 nm dalga boyu
aralığında ölçülmüş ve risk kategorisinde
her hangi bir ışıma yapmadıkları tespit
edilmiştir. Fotometrik testlerin ardından
Şekil 4’teki yolda uygulama projesi
gerçekleştirilmiştir.
Şekil 3. Renk diyagramı.
İlk durumda (eski sistem) seksen dokuz
adet 150 W gücünde sodyum buharlı lamba
kullanılmakta olup sisteme bağlanmış bir
sayaç vasıtasıyla iki ay boyunca elektrik
sarfiyatı ölçülmüş ve sarfiyat tutarının
5.083,77 TL olduğu tespit edilmiştir. Kullanılan tüm lambalar 60 W gücünde LED
lambalar ile değiştirilerek iki ay sonunda
elektrik sayacı ile toplam sarfiyatın
1.752,98 TL olduğu belirlenmiştir. Bu süre
içerisindeki tasarruf miktarı 3.330,79 TL
tasarruf oranı ise % 65 olarak elde edilmiştir. Yol boyunca tek düzlem boyunca
önceki ve LED’li uygulama sonrası elde
edilen aydınlık düzeyi değerleri Şekil 5’te
verilmiştir.
5. Sonuç
Şekil 4. Uygulama projesi.
Şekil 5. 150 W sodyum ve 60 W LED lamba aydınlık düzeyi ölçüm sonuçları.
52
Dış mekan (cadde, sokak vb.) aydınlatmaları
için geliştirilen LED tabanlı lambaların
üretiminin ardından uluslararası normlara
göre testleri yapılarak özellikle fotometrik
özellikleri incelenmiştir. Bu kapsamda
belirlenen numuneler için ışık akısı, aydınlık
düzeyi, ışık şiddeti, renk sıcaklığı ve mor
ötesi ışınım karakteristikleri ölçülmüştür.
Gerçekleştirilen
uygulama
örneğinin
verilerinin değerlendirilmesi sonucu % 65
oranında tasarruf tespit edilmiştir. Mevcut
lambaların ömrü 2 bin ile 20 bin saat
arasında değişim gösterirken elektriksel
ve mekaniksel olarak iyi dizayn edilmiş
bir LED lambada ömrün 120 bin saatlere
varabildiği belirlenmiştir. Türkiye’deki toplam elektrik tüketiminin yaklaşık % 2,5’i
aydınlatma amaçlı kullanılmakta ve 11
milyon civarındaki elektrik direğinin 6,5
milyonunda aydınlatma yapılmaktadır.
Toplamda yaklaşık 1 milyar Türk Lirasına
karşılık gelen elektrik faturası cadde ve
sokak aydınlatmaları için kullanılmaktadır.
Türkiye toplamında yıllık enerji tüketimi 200
milyar kilovat saat civarında olmakla birlikte
cadde ve sokak aydınlatmaları için tüketilen
enerji 5 milyar kilovat saat civarındadır.
LED aydınlatmaya geçilmesi durumunda
ortalama % 60 oranında tasarruf edileceği
düşünülecek olursa toplamda 3.25 milyar
kilovat saat tasarruf elde edileceği ve bu
tasarruf neticesinde ülke ekonomisine yıllık
650 milyon Türk Lirası katkı sağlanacağı
hesaplanmaktadır.
PROCEEDINGS BOOK
Kaynaklar
[1] EMO İzmir Şubesi Haziran 2005 Bülteni, S. 14-16
[2] M.Durak, F.Samadov, A.K.Türkoğlu, Flüoresan lambalarda
ışık akısı ölçümleri, TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası
Aydınlatma Sempozyumu ve Sergisi, 29.11/01.12 2001, İzmir
[3] A.K.Turkoglu, F.Samadov, M.Durak, U.Küçük “Construction of
a Reference Photometer Head for the Realization of Candela”
CIE International Lighting Congress, p.379, Istanbul 2001
[4] F.Samadov, M.Durak, A.K.Türloğlu, Aydınlık düzeyi ve parıltı,
TMMOB Makine Mühendisleri Odası III.Ulusal Ölçümbilim
Kongresi, MMO Yayın No:177, 7-8 Ekim 1999 Eskişehir
[5] CIE publication, Principles of light measurements, Publication
No. 18, E-1.2, (1970)
[6] Samedov F. ve Durak M., “Metrolojik Kapsamda Optik Ölçüm
ve Kalibrasyonlar” V.Ulusal Ölçümbilim Kongresi, S. 174-182,
Eskişehir-Türkiye Ekim 2003
Summary
Lighting has a big importance nowadays hence getting high
efficiency with less electricity consumption is raising day by
day. Due to high generating cost, shortening of actual energy
sources; studies and researches on high efficient light sources
have accelarated in recent years. If it is thaught that 35 % of
total electiricty generation is used for need of lighting, studies on
this subject is more considerable. Actual lamps mostly consist of
harmful gases like mecury, argon, etc. Developed countries are
searching for alternative ways because of negative effects and
recycling problems of these gases.
By developing high efficient lamps with low energy consumption
(Light Emitting Diode LED) and using them in roads and crossroads
is rising trend in recent years. Many countries saved 80 % of
energy by applying these systems. LED efficiency is increased
to 139 lm/W as a result of R&D activities. Actual street lighting
lamps have 30 lm/W – 80 lm/W efficiency and 2000 hours lifetime.
Thermally good designed LED lamps lifetime is approximately
200.000 hours. When it is thaught that the LED lamps are produced
from semiconductive metarial and do not contain harmful gases,
LED lamps will be superseded in general lighting sector and will
be indispensible.
In this study, actual evoluation will be done about LED technology
(named as revolution of 21 th century) in the world and Turkey. And
then the changeover to LED lighting and its contribution to national
energy efficiency will be explained with examples.
53
PROCEEDINGS BOOK
BİNALARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARTIRILMASI
M. Müge CEYLAN
KBC Grup Bina Tesis ve Enerji Verimliliği Yönetimi,
Gayrimenkul Danışmanlık Hizmetleri İnş. San. Ltd. Şti.
Özet
Çağımızın en önemli güç unsurlarından biri olan enerjinin etkin
kullanılması gerekmektedir. Aksi takdirde;
- Doğal kaynaklarımız hızla tükenmekte,
- Çevre kirlenmekte,
- Enerji faturalarımız kabarmaktadır.
Dünyada enerji tüketiminin bu şekilde devam etmesi durumunda
2020 yılında fosil yakıt kaynaklarının yarısının tüketilmiş olacağı
tahmin edilmektedir. Bu durum doğanın ekolojik dengesinin
bozulmasına neden olacaktır.
Tesislerin yapım aşamasında enerji verimliliği de bir kriter olarak
düşünülmedir. Böylelikle çevreci binalar yaratılabileceği gibi, işletme
ve yenileme maliyetleri en aza düşürülecek, tesis kullanımında
kısıtlayıcı hususlar ortadan kalkacaktır. Başlangıçta verimli ve yeşil
tesislerin tasarımı ve oluşturulması, tesisi verimli hale getirmekten
daha düşük maliyetlidir.
Temel amaç, enerji tasarrufu ile işletme maliyetlerini düşürmek,
bununla birlikte binanın tasarım amacına uygun bir şekilde konfor
faktörünü de yükseltmektir.
Enerji yönetim stratejileri ile % 35 ve daha yüksek oranlarda enerji
maliyetlerinin düşürülmesi mümkündür.
Enerji: Herhangi bir hareketi (aksiyonu) yapan ya da yapmaya
hazır olan kabiliyet ve/veya iş yapabilme yeteneğidir [1][2].
Enerji Verimliliği: Aynı işi gerçekleştirmek için daha az enerji
kullanmaktır[3].
sanayici aynı ürünü daha düşük bir maliyetle elde ederek rekabet
gücünü artırmış olacaktır. Unutulmamalıdır ki, kullandığımız
enerjinin % 70’ini yurt dışından döviz ödeyerek satın alıyoruz. Bu
nedenle ülkemizin enerjide dışa bağımlılığını enerji tasarrufu ile
azaltabiliriz.
Enerji tasarrufu, enerji arzının azaltılması veya kısıtlanması şeklinde
düşünülmemelidir. Enerji tasarrufu, kullanılan enerji miktarının değil
ürün başına tüketilen enerjinin azaltılmasıdır. Enerji maliyetlerini
düşüren üretici, aynı miktardaki mal veya hizmetleri daha az enerji
veya aynı miktar enerji ile daha çok mal ve hizmet üreterek, ulusal
ve uluslararası alanda rekabet gücünü artıracaktır.
Bina Tesis Yönetimi ve Binalarda Enerji Verimliliği
Nasıl Sağlanır
KBC Grup Bina, Tesis ve Enerji Verimliliği Yönetimi, Gayrimenkul
Danışmanlık Hizmetleri İnş. San. Ltd. Şti. firması olarak ortak yaşam
alanlarında (AVM, hastane, residence, site vb.) idari, teknik, peyzaj,
güvenlik, temizlik, enerji verimliliği yönetimi hizmetleri vermekteyiz.
Günümüzde teknolojinin egemenliğini görmezden gelmek mümkün
değildir. Hepimizin de bildiği gibi sanayide, endüstride, teknolojide
iş yapabilme yeteneği enerjidir. Çağımızda kullanılan yoğun enerji
tüketimi neticesinde sektörümüzdeki proje paydaşlarımızın (arsa
sahibi, müteahhit, kat malikleri vb.) maliyetlerinin % 55’ini işletme
giderleri (elektrik, su, doğalgaz vb.) oluşturmaktadır. Bu maliyet
kalemlerinde proje paydaşlarımıza enerji tasarrufu sağlayarak
maliyetlere minimum yansıması, milli kaynaklarımızın minimum
seviyede kullanılması ve enerji verimliliğinin maksimum seviyeye
Enerji Verimliliği Neden Gereklidir
Kalkınmakta olan ve nüfusu artan bir ülke olması nedeniyle
Türkiye’nin enerji tüketimi hızla artmaktadır. Bu da doğal
kaynakların (petrol, kömür gibi fosil yakıtlar) bilinçsizce ve büyük
bir hızla tüketilmeye başlamasına neden olmuştur. Bu bilinçsizce
tüketim, enerji kaynaklarının verimli kullanımını gündeme getirdiği
gibi, tüketim sonucunda oluşan her türlü katı, sıvı ve gaz atıkların
da arıtılmadan doğaya atılmasının meydana getirdiği önemli çevre
kirliliğinin önlenmesi arayışını da beraberinde getirmiştir.
Üretilen enerjinin yaklaşık üçte biri sanayide tüketilmektedir. Bu
enerjinin önemli bir miktarı, ileri teknoloji ürünlerinin kullanıldığı
enerji tasarruf önlemleriyle geri kazanılabilir. Enerji tasarrufu
sayesinde hem ülkemiz enerji darboğazından kurtulacak, hem de
54
Şekil 1. Binalarda Enerji Verimliliğinden etkilenen proje paydaşlarımız, kurum ve kuruluşlar.
PROCEEDINGS BOOK
çıkartılabilmesi için KBC Grup olarak “Binalarda Enerji Verimliliği”nin
vazgeçilmez bir unsur olduğunu biliyor, çalışmalarımızı bu doğrultuda yapıyor ve geliştiriyoruz.
Şekil 1’de de görüldüğü üzere, enerji verimliliğinden tüm yaşam
alanlarımız etkilenmektedir.
2. Uluslararası Enerji Verimliliği Forumu ve Fuarı’nda, gelecek nesillerimizin ve proje paydaşlarımızın sözcüsü olarak bulunmaktan
onur duyuyoruz.
“Binalarda enerji performansını KBC Grup olarak nasıl yükseltebiliriz”
sorusuna verilecek cevaplar beş ana başlıkta toplanmıştır:
1. Recommissioning (Keşif): Bu basamak, organizasyonda
doğru kişiler ile çalışıldığı varsayımıyla enerji performans değerlendirme aşamasıdır. Bu süreçte temel amaç; tesisin tasarım
amacına uygun bir şekilde hizmet verip vermediğinin anlaşılması,
sistemlerin imkân ve kabiliyetini öğrenmektir. Keşif ile ulaşılması arzulanan ikinci hedef ise standart bakım prosedürü kronikleşmiş tesis sorunlarını (örneğin; alt katlar soğutma ihtiyacı
duyarken, üst katların ısıtma ihtiyacı duyması veya aydınlatma
sistemlerindeki armatürlerin beklenen ömürlerini doldurmadan
sık bir şekilde arıza yapıp yenilenmesi durumları gibi) çözmekte
yetersiz kalıyorsa sistematik bir yaklaşımla problemin nedenini
keşfetmek, çözmek ve bu durumu bakım prosedürü içerisine dâhil etmektir. Keşif ile yapılabilecek enerji tasarrufu potansiyeli %
3 ile % 15 arasında değişmektedir.
2. Aydınlatma: Toplam elektrik tüketimi içindeki aydınlatma oranı
yaklaşık % 20’dir. Bina türüne göre bu değerler daha da artış
gösterebilmektedir. Bu nedenle verimlilik sağlayabilmek için
atılabilecek adımlar aşağıda sıralandığı gibidir:
Doğal aydınlatma ve verimli kat planlaması ile enerji tasarrufu:
Doğal aydınlatma, aydınlatma enerjisinin azaltılması açısından
önemli bir faktördür. Ayrıca yapıdaki kat ölçütleri dikkate alınarak
güneş aydınlatmasından en verimli yararlanabilecek şekilde
tasarlanmış açık alan yerleşimlerinin yapılması enerji tasarrufu
sağlamaktadır.
Aydınlatma sistemlerinin bakımı: Linyeler halinde aydınlatma
sistemlerine bakım yapılmalı, armatürler temizlenmelidir.
Böylelikle kirlilikten ya da eskimeden dolayı oluşan ışık akışı
kayıpları engellenmiş olur. Bu işlem bakım prosedürü içerisine
yerleştirilerek periyodik olarak tekrarlanmalıdır.
Aydınlatma şiddetlerinin ve seviyelerinin ölçülmesi: Tesis
dâhilinde aydınlatma yapılan bölümlerin aydınlatma seviyeleri
ölçülerek, DIN 5035 gibi standartları karşılaması sağlanmalıdır.
Böylelikle, aşırı aydınlatmaya sahip bölümler normal seviyelere,
düşük aydınlatmaya sahip bölümlerde yeterli seviyelere çekilerek
tesiste aydınlatma verimliliği artırılabilir.
Aydınlatma sensörlerinin belirlenmesi ve kalibre edilmesi:
Algılama üniteleri belirlenmeli, parametreleri (algılama mesafesi, devrede kalma süresi gibi) ayarlanmalıdır. Bu sayede,
aşırılıklar giderileceği gibi yetersizliklerinde önüne geçilir.
Aydınlatma sistemlerinin kontrolü: Gerekli olmayan durumlarda
aydınlatma sistemlerinin devre dışı bırakılabilmesi için bilgisayar
tarafından kontrol edilen aydınlatma sistemleri kullanılmalıdır.
Bu şekilde % 10 oranında bir iyileştirme sağlanabilir.
3. Ek Yük Azaltımı (Supplemental Load Reductions): Bu
aşamada ısıtma ve aydınlatma sistemleri için uygulanan çalışma
zamanı prosedürleri, tesiste kullanılan ekipmanların enerji
sınıfları ve ekipmanlar üzerinde enerji yönetiminin uygulanması
gereken yazılım özellikleri incelenecektir.
Otopark aydınlatmalarında enerji tasarrufu: Her tesiste insan
yoğunluğu değişkendir. Dolayısıyla, tesis bünyesindeki sistemlerin de bu yoğunluğu göz önünde bulundurarak yönetilmesi
gerekmektedir. Örneğin, çok katlı otoparklarda bir kat dolmadan
diğer kat kullanıma açılmamalıdır. Böylelikle, aydınlatmadan
yapılacak tasarruf çok büyük olacaktır. Çünkü kullanılmayan
katın aydınlatılması en az seviyede tutulmuş olacak, gereksiz
aydınlatma yapılmamış olacaktır.
Ofis katlarında enerji tasarrufu: Ofis katlarında ise, mesai
saati dışında ofis gereçlerinin tamamen kapatılması önemli
bir noktadır. Sleep Mode, Stand By veya Bekleme konumları
sanıldığının aksine enerji tüketimi yaparlar. Bu sebep ile ofis
aletleri mesai saatleri dışında kesinlikle kapatılmalıdır. Ofis
aletleri ile ilgili diğer önemli nokta ise, yüksek verimli, A–A+,
sınıfı cihazların tercih edilmesinin gerekliliğidir.
Asansörlerde enerji tasarrufu: Binadaki enerjinin % 5 - %
15’ini tüketen asansörlerde verimli tahrik sistemi seçilerek
enerji tüketimi azaltılabilir. Bu amaçla, öncelikle kullanılan
eski tahrik sistemleri, verimi daha yüksek olan motorlarla
değiştirilmelidir. Asansör hızı amaca göre belirlenmelidir.
Yolcu olmadığında, kabin aydınlatması ve havalandırılması
azaltılmalıdır. Asansörler yoğun olarak kullanılıyorsa, asansör
makine dairesinde motordaki atık ısı geri kazanılmalıdır.
Asansör makine dairesinde elektrikli tahrikte % 30, hidrolik
tahrikte ise % 50 enerji açığa çıkar. Kısacası, enerji tüketimi
doğru teçhizatları kullanarak ve trafik yoğunluğuna göre
tasarım yaparak azaltılabilir.
4. Fan Sistemlerinin İyileştirilmesi: Fanlar, havalı HVAC
sistemlerinde binanın içinde havanın dağıtılmasını sağlamak
üzere, hava hazırlama ünitelerinde şartlandırılmış havanın
çeşitli zonlara gönderilmesini sağlayarak ısıtılmalarını veya
soğutulmalarını sağlamak amaçlı sıklıkla kullanılır. Enerji
analizleri göstermiştir ki, tipik bir HVAC uygulanmış binanın
enerji kullanımının % 25 düzeyleri fanlarda tüketilmektedir.
Böylece fan sistemlerinin çalışmasında sağlanacak bir azalma
önemli miktarlarda enerji tasarrufu sağlayabilecektir.
Bu konuda alınabilecek önlemler;
Enerji verimliği için fanlar, sistem ve prosesin ihtiyacına uygun
biçimde tasarlanıp imal edilmelidir.
Mevcut fanlarda öncelikle mevcut durumun analizi ve ölçümler
yapılarak tasarruf potansiyeli belirlenmelidir.
Günümüz teknolojisinde fanın cinsine bağlı olarak % 70-85
arasında verim değerleri elde etmek mümkündür.
Bunun için CFD simülasyonları ve diğer bilgisayar programları
ile fanlar optimize edilebilmektedir.
Ayrıca unutulmamalıdır ki; doğal havalandırma sistemleri ile enerji
tasarrufu olup, doğal havalandırma sistemleri sayesinde gerekli
durumlarda, binanın içine alınacak daha fazla temiz hava ile
ısıtma-soğutma sistemlerinin yükü azaltılabilmektedir. Bu şekilde
% 20 oranında bir iyileştirme sağlanabilmektedir.
55
PROCEEDINGS BOOK
Tablo 1. Seçilmiş Bazı Bina Hacimleri İçin Tipik
Havalandırma Gereksinimleri[4]
Kullanım Hacmi Tipi
Havalandırma Gereksinimi
[m³/(h.kişi)]
Odalar
17-26
Tuvaletler
51-85
Koridor
12-17
Genel hacimler
17-26
Toplantı odaları
34-51
Genel tuvaletler
34-43
Yemek salonu
26-34
Bar
68-85
Mutfak
5. Isıtma ve Soğutma Sistemlerinin İyileştirilmesi (HVAC):
Isıtma ve soğutma sistemlerinde yapılacak iyileştirmeler hem
enerji verimliliği açısından hem de tesisin konfor seviyesi açısından önemli bir unsurdur. Isıtma ve soğutma sistemlerinde
periyodik bakım ve kontrol prosedürleri enerji verimliliği
sağlanabilmesi açısından çok önemli olmakla beraber, ısıl kayıpların en aza indirilmesi ve/veya ısıl yük azaltımı da önemli
faktörlerdendir. Yapılabilecek iyileştirmeler kapsamında;
Isıtma soğutma sistemlerinin hava tarafındaki tüm alt ve üst
sistem (AHU, Rooftop) bölümlerinin temizliği periyodik olarak
yapılmalıdır.
Isıtma soğutma sistemlerinin su tarafındaki tüm alt ve üst sistemlerin (kapalı çevrim su hatları ) temizliği yapılmalıdır.
Sistem menfezlerinin eşya, mobilya, koli vb. malzeme ile kapatılmamış olması gerekmektedir. Bu durumun tesis bünyesinde
kontrolü tam olarak yapılmalıdır.
Ayrıca;
Güney cephede bulunan pencerelere yerleştirilecek solar
paneller ile güneş ışınlarından kaynaklanan istenmeyen ısı
kazanımı önlenebilmekte ve aynı zamanda güneş ışınlarından
elektrik enerjisi elde edilebilmektedir.
Cam kaplamaları ile ısı izolasyonu olup, farklı cephe ve
katlarda güneş ışığının şiddetine uygun olarak seçilmiş cam
ve cam kaplamaları (low-e camlar) kullanılarak ısı kontrolü
sağlanabilmektedir. Low-e kaplamalı camlar, pencerelerden ısı
transferini kontrol etmek amacıyla kullanılan özel camlardır. Bu
şekilde %5 oranında bir iyileştirme sağlanabilmektedir.
Güneş enerjisi ile havuz ısıtması: Coğrafi bölgeye göre havuz
kullanım süresini ortalama üç aydır. Tek seferlik ufak bir yatırım
sizi aylık yüksek doğalgaz, elektrik vb. faturaları ödemekten
kurtarır; havuz ısıtma harcamalarınızı düşürür veya tamamen
ortadan kaldırır. Gazlı ve elektrikli sistemlerde olduğu gibi üniteyi
belli bir süre önce çalıştırma zorunluluğunu ortadan kaldırarak
havuzunuzu kullanıma hazır halde tutar. Diğer ısıtma sistemleri
ile eş zamanlı çalışarak enerji verimliliğini sağlar.
Jeotermal ısıtma: Bu enerji türünün genel avantajlarından en
önemlileri yenilenebilir oluşu, diğer enerji kaynaklarına kıyasla
çok ucuz oluşu, gerekli teknoloji düzeyinin çok yüksek olmayışı
ve hiç çevre kirliliği yaratmamasıdır.
Kontrol ve denetlemeler: Binalarda enerji verimliliğinin sürekliliğinin sağlanabilmesi açısından kontrol ve denetlemeler, gerekli
56
Şekil 2. Yıllık havuz ısıtma giderlerinin karşılaştırma tablosu.
60
noktalarda oluşturulan ve oluşturulacak yasal düzenlemeler
çerçevesinde sağlanmalıdır.
Gelişen dünyanın aynı oranda büyüyen çevresel sorunları tüm
dünya ülkeleri için ortak bir sorun haline gelmiştir. Dünyanın her yıl
sanayileşme, hızlı nüfus artışı ve yaşam standartlarının yükselmesi
nedeniyle % 4-5 oranında artan enerji ihtiyacına karşın bu ihtiyacı
karşılayan enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Bu hızlı tüketime
zıt olarak kullanıcıların yapılarda güvenlik ve konfor beklentilerinin
artmasıyla, yapının havalandırma, ısıtma, soğutma ve aydınlatma
gereksinimlerinin, yoğun enerji ve elektrik sistemi kullanımıyla
karşılanması kaçınılmaz olmuştur. Bu sorunların kısmi de olsa
ortadan kaldırılması ve yapılarda enerji korunumlu malzemelerin
çevreye olumsuz etkilerinin en aza indirilmesi amacıyla binalarda
enerji verimliliğini sağlayan “sürdürülebilir bina” kavramı ortaya
çıkmıştır[5].
Sürdürülebilir (Yeşil) Bina
Doğayla uyumlu yapılar, yapının arazi seçiminden başlayarak
yaşam döngüsü çerçevesinde değerlendirildiği, sosyal ve çevresel sorumluluk anlayışıyla tasarlandığı, iklim verilerine ve o yere
özgü koşullara uygun, ihtiyacı kadar tüketen, yenilenebilir enerji
kaynaklarına yönelmiş, doğal ve atık üretmeyen malzemelerin
kullanıldığı katılımı teşvik eden, ekosistemlere duyarlı yapılar
olarak tariflenebilir[6].
Sürdürülebilir (Yeşil) Binaların Faydaları
Kentsel yaşam alanlarına değer katması,
Binanın değerini artırması,
Yapım aşamasında doğal çevre tahribatının en aza indirilmesi,
Temiz teknolojilerin kullanımı ve geliştirilmesine ortam
sağlaması,
Hafriyat ile ortaya çıkan atık malzemenin değerlendirmeye
alınması,
Yeşil çatı uygulaması ile yağmur sularının arındırılması,
Yağmur sularının kullanımı ile kanalizasyon sisteminin yükünü
azaltma,
Güneş enerjisinden yaralanma,
Doğal ışıktan yaralanma,
Yeşil katmanların güneş ışınlarını yansıtmaması ile sera etkisini
oluşturan yansımaları azaltması,
Enerji tasarrufu sağlaması,
PROCEEDINGS BOOK
Yeşil katmanları ile oksijen üretmesi,
İzolasyon sistemleri ile ısıtma soğutma maliyetlerinin ve
karbondioksit salınımının azaltılması[8],
Yaşam alanlarında yaşayanların işletme giderlerini düşürerek
aidatların azaltılmasıdır.
Yeşil Bina Sertifikasyonu
Binaların enerji performansının iyileştirilmesi yoluyla enerji
etkinliğinin artırılması ve önemli oranda enerji tasarrufunun
sağlanabilmesi bilinen bir gerçektir. Bu nedenle, tüm dünyada
binaların enerji performansına ilişkin çalışmalar artarak devam
etmektedir. Özellikle, bu konuya ilişkin çıkarılan standart, yönetmelik
ve kodlar aracılığı ile her ülke kendi koşulları çerçevesinde yaptırım
ve düzenlemeler uygulamaktadır.
Türkiye Değerlendirmesi
Sektörler ve şirketler, küresel ısınmanın etkilerini azaltma ve
sürdürülebilir enerji kaynaklarını geliştirme yönündeki çalışmalarını
her geçen gün hızlandırıyor. Yeşil ekonomi ve yeşil yaka kavramları
gibi, ekonominin birçok sektörü de yeşil sıfatıyla anılmaya başladı.
Yeşil sektörler arasında en dikkati çekenlerden biri de yeşil inşaat
Şekil 3. Sürdürülebilir bina[7]
Tablo 2. Dünyada Yaygın Kullanılan Sertifika Sistemleri [9][10][11][12][13][14]
Değerlendirme
Sistemi
Açıklama
LEED
BREEAM
Çevre ve Enerji
Tasarımında
Liderlik
1998
Oluşturulma
Tarihleri
GREEN STAR
DGNB
SBTOOL
CASBEE
BRE Çevresel
Değerlendirme
Metodu
Yeşil Yıldız
Alman
Sürdürülebilir
Yapı Sertifikası
Sürdürülebilir
Bina Aracı
Bina Çevresel
Etkinliği İçin
Kapsamlı
Değerlendirme
Sistemi
1990
2003
2007
1996
2004
IISBE
Sürdürülebilir
Tasarlanmış
Çevresel İçin
Uluslar arası
Girişim
JSBC Japonya
Sürdürülebilir
Konsorsiyumu
Sertifika Veren
Kurum
USGBC
BRE Bina
Araştırma
Enstitüsü
GBCA
Avustralya Yeşil
Bina Konseyi
Alman Yeşil
Bina Konseyi ve
Ulaşım, İnşaat
ve Kentsel
İlişkiler Birleşmiş
Bakanlığı
Verilen Sertifika
Sayısı
7390
115000
150
134
Amerika Yeşil
Bina Konseyi
İngiltere
Avustralya
Almanya
Ülke
80
Kanada
Japonya
Tablo 3. Türkiye’deki Yeşil Binalar
PROJENİN ADI
PROJENİN NİTELİĞİ
PROJENİN YERİ
PROJENİN TEMEL YEŞİL
YAPI ÖZELLİKLERİ
Gordion AVM
Alışveriş Merkezi
Ankara
Breeam – Çok iyi
Siemens Binası
Fabrika Binası
Gebze
LEED - Gold
Philips Ofis Katı
Ofis Katı
İstanbul
LEED – Silver
Unilever Türkiye Merkez
Ofisi
Ofis Binası
İstanbul
LEED – Silver
Redevco Alışveriş
Merkezleri
Alışveriş Merkezi
Erzurum
Breeam – Çok iyi
THY Teknik Uçak Motoru
Bakım Merkezi
Teknik Bakım Merkezi
İstanbul
LEED - Gold
57
PROCEEDINGS BOOK
veya yeşil bina sektörü. Birçok ülkede uzun süreden beri sürekli
gelişerek dikkate değer bir pazar oluşturan yeşil bina sektörü,
Türkiye’de henüz emekleme aşamasında[15].
kitapçıklarının daha yoğunlaştırılmasını ve tüm sektörlerin bu konuda bilinçlendirilmesi gereklidir.
Kaynaklar
Türkiye’deki Yeşil Bina Uygulamaları
Binalarda Enerji Verimliliği ve Yasal Düzenlemeler
Türkiye’de son yıllarda çevre ile ilgili bilinçlenmenin ve bu konudaki
çalışmaların yoğun olarak arttığını, yasal düzenlemelerle AB uyum
süreci kapsamında; enerjinin verimli kullanılması, yenilenebilir
enerji kaynaklarının kullanımı ile ilgili kanun ve yönetmeliklerin
oluşturulmaya başladığını görüyoruz.
Bakanlıklarımızca yürürlüğe giren kanun ve yönetmelikler aşağıdaki
gibidir:
Bayındırlık ve İskân Bakanlığı;
Merkezi Isıtma ve Sıcak Su Sistemlerinde Isınma ve Sıcak Su
Giderlerinin Paylaştırılmasına ilişkin Yönetmelik, 14 Nisan 2008
tarihinde yürürlüğe girmiştir.
Binalarda Isı Yalıtımı Yönetmeliği, 14 Haziran 2000 tarihinde
yürürlüğe girmiştir.
Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği, 5 Aralık 2008 tarihinde
yürürlüğe girmiştir[16].
Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı;
Enerji Verimliliği Kanunu
Enerji Kaynaklarının ve Enerjinin Kullanımında Verimliliğin
Artırılmasına Dair Yönetmelik, 25 Ekim 2008 tarihinde yürürlüğe
girmiştir.
Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı
Kullanımına İlişkin Kanun[17].
Çevre ve Orman Bakanlığı;
Çevre Kanunu
Isınmadan Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği
Çevre Düzeni Planlarına Dair Yönetmelik [18].
Kültür ve Turizm Bakanlığı;
Turizm İşletmesi Belgeli Konaklama Tesislerine Çevreye Duyarlı
Konaklama Tesisi Belgesi verilmesine dair 2008/3 no’lu Tebliğ”
olarak, 22 Eylül 2008 tarih ve 27005 sayılı Resmi Gazete’de
yayımlanarak yürürlüğe girmiştir [19].
Tüm bu çalışmalarda dikkati çeken, Türkiye’deki çalışmaların enerji
verimliliği konusuna odaklandığıdır. Enerji konusu sürdürülebilir
tasarımın önemli bir parçasıdır ve enerji konusundaki politikalar
öncelikle devlet tarafından belirlenmeli ve teşvik edilmelidir.
Bunun yanında malzeme, arazi seçimi, atık yönetimi gibi diğer
sürdürülebilir yapı kriterleri ile ilgili çalışmaların artması gerektiğini
söyleyebiliriz. Enerjinin pahalılığı ve Türkiye’nin bu konudaki dışa
bağımlılığı dikkate alındığında öncelikli olarak enerji verimliliği
konusuna yönelmenin gerçekçi olduğu söylenebilir.
Türkiye’de kanunlar incelendiğinde birçok alanda yeterli oldukları
görülmekle birlikte uygulamalarının oldukça sorunlu olduğu
bilinmektedir. AB uygulamaları esas alınarak oluşturulan bu
kanunların ulusal politikalara adapte edilmesi, uygulanabilirliğinin
artırılması, Milli Eğitim Bakanlığı’nın belediyelerle yapmış olduğu
iş birliği ile okullarımızda öğrencilerimize dağıtılan bilgilendirme
58
[1]
[2]
[3]
[4]
www.nukte.org
www.tdkterim.gov.tr
www.kuresel-isinma.org
Güngör A, Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, “İklimlendirme
Sistemlerinde Enerji Yönetimi”, pp. 840, 2009
[5] Arslanoğlu N.,(2009), “Günümüz çok katlı konut binaları
üzerindeki bioiklimsel yaklaşımların incelenmesi”, Yüksek
Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi
[6] www.cedbik.org
[7] www.ibb.gov.tr
[8] www.yesilbina.com
[9] www.usgbc.org
[10] www.breeam.org
[11] www.gbca.org.au
[12] www.dgnb.de
[13] www.iisbe.org
[14] www.ibec.or.jp
[15] www.gmport.com
[16] www.bayindirlik.gov.tr
[17] www.enerji.gov.tr
[18] www.cevreorman.gov.tr
[19] www.kultur.gov.tr
Summary
The energy is one of the most important power fact in our age
which is needed to be used efficiently. Otherwise;
* Natural resources will be run out rapidly
* Environment will be polluted
* Energy bills will be increased
If energy consumption in the world will continue in this way, half of
the fossil fuel resources are estimated to be depleted in 2020. This
situation will lead to deterioration of ecological balance of nature.
Energy efficiency should be considered as a factor in the facilities
under construction. By this way while green buildings can be
created also operating and upgrading costs will be reduced,
restrictive use of property issues will be eliminated. Designing
and creation of green plants at beginning is cost-efficient then rebuilding the facility.
The main aim, energy savings and reduce operating costs while
increasing the comfort factor in accordance with the purpose of
building design.
It is possible to reduce energy costs by more than % 35 with
efficient energy management strategies.
PROCEEDINGS BOOK
SU YÖNETİMİ VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ
R. Ali TOPÇU
Adell Armatür ve Vana Fabrikaları A.Ş.
Özet
Dünyada Suyun Durumu Nedir?
Yaşam kaynağımız olan su kaynakları artmamakta, küresel ısınma
ve nüfus artışları karşısında yetersiz hale gelmektedir. Gelecek
yıllarda beyaz petrol olarak kabul edilen suyun değeri daha iyi
anlaşılacaktır. Dolayısıyla yeryüzündeki canlılara hediye ve büyük
bir nimet olarak gönderilmiş olan suyun geç kalmadan kişisel
olarak, aile olarak, tarımla meşgul olan çiftçiler olarak, devlet
olarak, yapabileceklerimizi yapmak, kısa, orta ve uzun vadeli
politikaları gündemimize ve uygulamamıza almak zorundayız.
Etkin su yönetimi su tasarrufu yanında enerji verimliliğini ve
zamandan tasarrufu da beraberinde getirecektir. Su kullanımı için
ayıracağımız kaynaklarda ve işletme giderlerinde de hatırı sayılır
iyileşmeler sağlayacaktır. Bu yazıda, suyun önemi tespit edildikten
sonra, yapılabilecekler konusundaki yorumlar ortaya konmuştur.
Su, en temel kaynaklarımızdan biridir, ancak genellikle sadece
insan kullanımı açısından değil ekolojik sistemler açısından da
sınırlı bir arza sahiptir.
Su Nedir? Suyun Önemi Nedir?
Suyu ne kadar tanıyoruz? İnsan bildiğine dost, bilmediğine
düşman olurmuş. Bir şeyi ne kadar çok bilirsek o kadar çok
severiz. Dolayısıyla hayat kaynağımız, temel hammaddemiz
olan suyu bilmemiz, onu tanımamız, kendisiyle olan iletişimimizi
yönlendirecektir. Bilgi, duygularımızı, düşüncelerimizi ve hareketlerimizi oluşturur. Su, yüce yaratıcımızın yeryüzünde bulunanlara
en güzel hediyesi ve israf edilmemesi gereken büyük bir nimettir.
Su, insanın dünya üzerindeki serüveninin başından bu yana
en önemli yol arkadaşıdır. Alternatifsiz şifa ve arınma kaynağı,
iyileştirici ilaçtır. Yaşamın dört temel kaynağından biri olan su
(toprak, hava ve ateş ile) tüm canlıların ham maddesidir. Aynı
zamanda kişisel ve toplumsal huzur ve enerjinin esin kaynağıdır.
Su sevgilidir, sevendir. Su güçtür, su canlılıktır.
Japonca’da çok şey anlatan “mon-yay-nay” kelimesi dünyadaki her
şeyin Yaratanın bir hediyesi olduğu, değer verilip korunması ve israf
edilmemesi gerektiği anlamına gelir. Japonlar derki: “Biz Japonlar
her şeyin kullanılmak üzere bize verilmiş mukaddes emanetler
olduğuna inanırız. Bu değerleri boşa harcamak bir nevi günahtır.
Bu, başta zaman olmak üzere su ve kağıt için de geçerlidir.”
Suyun israf edilmemesi, yeniden kullanılması ve geri kazanılması, gereksiz su kullanımını en aza indirerek oluşan atık
su miktarını düşürecektir. Su kullanım miktarını azaltarak
ve göreceli olarak temiz olan suyu tekrar kullanarak, hem
işletmeler, hem evler hem maliyetlerde azalma sağlayacak hem
de oluşacak atık su miktarını azaltacaktır. Ayrıca, ısıtma ve
soğutma ekipmanının verimliliği artırılarak ve ısıtma-soğutma
ihtiyaçları azaltılarak su kullanımı ve atık su oluşumu önemli
ölçüde düşürülebilmektedir.
Birleşmiş Milletler Çevre Programı’na göre Dünya’da 1400 milyon
km³ su bulunmaktadır. Ancak bu suyun % 97,5’i tuzlu su (deniz ve
okyanuslarda) % 2,5’i tatlı sudur. Tatlı suların % 69,5’i kutuplarda
buzul olarak veya donmuş toprak tabakasında bulunmaktadır. Tatlı
suların, % 30,1’i yeraltı suyu, kalan % 0,4’lük bölümü ise yüzey
ve atmosfer sularını oluşturmaktadır. Yani kolayca ulaşılabilecek
ve kullanılabilecek su oranı toplam suyun % 0,4’üdür. Dünyada
kullanılan suyun ise % 85’ini nüfusun % 12’si tüketmektedir. Bu %
12’nin de Üçüncü Dünya Ülkelerinde yaşamadığı aşikârdır.
Su endüstrisinin yıllık kârı dünya üzerinde (yaklaşık 1 trilyon
USD) petrol sanayinin kârının % 40’ına ulaşmıştır ve şimdiden
ilaç sektörünün kârını geçmiştir. Dünya sularının henüz % 5’inin
özelleştirildiğini düşünürsek, ne kadar büyük bir kâr potansiyeli
olduğu anlaşılabilir.
Gıda güvenliği konusunun merkezinde de, sulu tarımın dünyadaki
toplam ekin üretiminin % 50’sine varmasından dolayı yaşanan su
kıtlığı vardır. Kaygı uyandıran bir diğer unsur ise, iklim değişikliğidir.
İklim modeli simülasyonlarına göre, yağmur düzeni yoğunluğu
ve aşırılığındaki kaymalar ayrıca farklı mevsimlerde yağmurun
emilmeyerek toprak üstünde kalan kısmında görülen değişimler,
suya erişimdeki eşitsizlikleri daha ada artıracaktır.
Halen dünya nüfusunun % 40’ı yeterli temiz suya hasret…
2025 yılında 3 milyar insan susuz kalacak… 2032 yılında OD’nin
% 95’i su sıkıntısı çekecek, Her yıl 4 milyar ishal vakası yaşanıyor.
Her yıl 2.2 milyon insan ishalden ölüyor.
Kuşların 1183 türü; memelilerin 1130 türü yok olma tehlikesiyle
karşı karşıya.
Enerji kaynakları tükeniyor…
Enerjinin amaca uygun olarak en verimli ve ekonomik şekilde
kullanımı, enerji kaynaklarının giderek tükendiği günümüzde daha
da ön plana çıkmıştır. 2050 yılına kadar dünya petrol rezervlerinin
tükeneceği tahmin edilmektedir.
Artık su hakkında yeniden düşünme zamanı…
Daha az kullanmalı, daha çok tasarruf etmeli, her zaman sahip
çıkmalıyız. Bilinçlenmeli ve bilinçlendirmeliyiz.
Bir İnsanın Su Tüketim Miktarı
59
PROCEEDINGS BOOK
Genellikle, bir insanın biyolojik ihtiyaçlarını karşılaması ve yaşamını
sürdürebilmesi için, günde minimum 25 litre su tüketmesi gerekir.
İçme, yemek pişirme, yıkanma, çamaşır gibi amaçlarla kullanılacak
su dikkate alındığında, kişi başına günlük ortalama kentsel su
tüketim standardı 150 litre olarak kabul edilmektedir.
rına, sanayi işletmelerine ve devletimize, yerel yönetimlere ve su
kuruluşlarına pek çok sorumluluk yüklemektedir.
Dünya’daki kişi başına su tüketim miktarı:
Sanayileşmiş ülkelerde 266 litre iken Afrika’da 67, Asya’da 143,
Arap ülkelerinde 158, Latin Amerika’da 184 litredir. Türkiye’de ise
kişi başına günlük su tüketimi ortalama 111 litredir.
Türkiye sanıldığı gibi su zengini bir ülke değil…
Su Armatürleri Üreticisi Olarak Adell Armatür
Neler Yapıyor
Kişi Başına Su Tüketim
Miktarı (Lt./Gün)
Bir ülkenin su zengini sayılabilmesi için, kişi başına düşen yıllık
su miktarı en az 8000- 10.000 m³ arasında olmalıdır. Kişi başına
düşen yıllık 1430 m³’lük kullanılabilir su miktarıyla Türkiye, sanıldığı
gibi su zengini bir ülke değildir.
Türkiye’de genel itibariyle su kaynaklarının kullanım oranları
aşağıdaki şekildedir:
% 70’i tarımda,
% 15’i sanayide,
% 15’i evsel amaçlı kullanılmaktadır.
Evlerde su kullanımının dağılımı ise şöyledir:
% 40 banyolarda, duşlarda,
% 30 tuvaletlerde,
% 15 çamaşır yıkamada,
% 10 mutfaklarda,
% 5 temizlik amaçlı kullanımdır.
Su Yönetimi ve Rasyonel Kullanımı İçin
Neler Yapabiliriz
DSİ verilerine göre su kaynaklarımızı % 100 verimle kullansak bile;
2030 yılında nüfusumuz 80 milyona ulaşacak. Kişi başına düşen
1100 m3 kullanılabilir su miktarıyla, su sıkıntısı çeken bir ülke
olacağız. Buna göre, 2050 ya da 2100 yılında, Türkiye’nin çok ciddi
bir su kriziyle baş başa kalacağı kaçınılmazdır. Bu tehlikeyi en aza
indirmek için, su kaynaklarımız çok dikkatli ve iyi yönetilmelidir.
Türkiye su kıtlığı çeken ülkeler arasında yer almamakla birlikte, küresel ısınma, hızlı nüfus artışı, kirlenme ve yıllık yağış ortalamasının
dünya ortalamasından düşük olması; mevcut kaynakların daha
dikkatli kullanılmasını ve kirlenmeye karşı gerekli tedbirlerin bir an
önce alınmasını gerektirmektedir. Su H20 olarak basit bir bileşik
olmasına rağmen yönetimi zordur.
Türkiye’de su konusunda herkese önemli görevler düşmektedir.
Bireylerimize, su armatürleri üreten üreticilere, tarım ile uğraşan
çiftçilerime, konut yapan inşaat şirketlerine, mühendislik firmala-
60
Armatür üreten bir firma olarak hep birlikte el ele vererek ülkemizin
su gerçeğini birlikte çözebileceğimize inanıyoruz.
Şirketimizde tasarımdan üretime tüm faaliyetlerimizde İnsan ve
Çevre olmak üzere iki ana yaklaşım mevcuttur. Hedefimiz çevreci,
tasarruflu ürünler üreterek insan hayatındaki konforu azaltmadan
sudan, zamandan, enerjiden tasarruf sağlamaktır. Bu amaçla;
Suyu tasarruf eden,
Enerji tasarrufu sağlayan,
Sağlığa zararsız,
Sessiz çalışan, dayanıklı,
Ergonomik,
Uzun ömürlü, 6 yıl garantili,
Yeşil bina konseptine uygun, yenilikçi,
Ulusal ve uluslararası standartlara uygun armatürler ve vanalar,
akış kontrol sistemleri üretiyoruz.
Çevre konusunda önce insana ve sonra da çevre koşullarının ISO
14001 Standartlarında çevreci olmasına gayret ediyoruz. Gi-derek
artan susuzluk tehdidine dair farkındalık ile her geçen gün uyanan
bilince paralel olarak, üretim felsefemizi “çevreyi koruma” misyonu
üzerine yapılandırıyoruz. Doğal kaynaklara ve çevreye saygılı
üretim yapıyoruz. Çevreye dost, temiz üretim teknolojileri kullanıyoruz. Çevre dostu, yeşil bina konseptine (LEED ve BREEAM
standartlarına) uygun yenilikçi ve tasarruflu ürünler üretiyoruz.
Su ve Enerji Tasarrufuna Yönelik Tesisat
Ürün Geliştirmeleri Nelerdir
Tesisat ürünlerine ait iyileştirme yaptığımız yenilikçi ürünleri
aşağıdaki şekliye dört ana grupta toplayabiliriz:
1. Batarya ve Musluklar Grubu Ürünler
2. Mekanik Tesisat Grubu Ürünler
3. Duş Sistemleri Grubu Ürünler
4. Rezervuar ve İç Takımları Grubu
1. Bataryalarda Tasarruf için Yaptığımız Değişiklikler
Miks serisi lavabo ve evye bataryaları su tasarrufu sağlayan çift
kademeli özel kartuş yapısıyla % 50 su tasarrufu sağlamaktadır.
Herhangi bir batarya dakikada 17-18 litre su akıtırken Adell miks
bataryaları özel kartuşu ile dakikada 7,5 litre su akıtmaktadır. Yani
dakikada 10,5 litre su tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca ürünlerde
kullandığımız özel perlatörler ile su akış miktarı sabitlenerek % 50
su tasarrufu sağlanmaktadır.
1.1. Fotoselli Lavabo ve Pisuvar Bataryaları
Benzin istasyonu, alışveriş merkezleri, okullar,
hastaneler gibi halka açık yerlerde suyun
gereksiz yere akıtıldığı bazen de armatürün
hiç kapatılmadığı bilinmektedir. Bu sorunlara
fotoselli bataryalar çözüm getirmekte ve tasarruf
sağlamaktadır.
Su tasarrufu sağlar,
Hijyenik,
Hem elektrikli ve hem pilli çalışma imkanı,
Soğuk veya hem soğuk/hem sıcak su girişli
PROCEEDINGS BOOK
modeller,
4 yıl pil ömrü (500.000 açma-kapama),
Su akış zamanı ayarı,
Su, zaman ve enerji tasarrufu,
Dakikada 7,5 litre su akışı. Ayrıca 1,9-3 ve 5 lt/dakika seçenekleri.
1.2. Termostatik Banyo, Lavabo ve Evye Bataryaları
Konutlarda suyun % 70 banyolarda, duşlarda tüketilmektedir. Bu
ürün;
Sıcaklık ayarı için israf edilen su miktarını azaltır. Ani sıcaklık
değişimlerini önler.
Konfor sağlarken aynı zamanda % 70’lere varan su tasarrufu
sağlamaktadır.
Su, enerji ve zaman tasarrufu yanında emniyet ve konfor sağlamaktadır.
Kısa sürede yatırım bedelini geri döndürmektedir.
1.3. Zaman Ayarlı Musluklar
Zaman ayarlı batarya ve musluklar
genel yapılarda, okullarda, AVM’lerde
açmayı tüketicinin hareketiyle başlatıp,
kapatmayı otomatik olarak ayarlayan,
zamana göre çalışan bataryalardır.
Suyun boşa akıtılmasını, musluğun açık unutulmasını önleyerek su tasarrufu sağlamaktadır.
hasarlardan koruduğu gibi gereksiz su tüketimini ve gürültüyü
de engeller.
Katlar arasında su basıncının eşit dağılımını sağlayarak hidroforun çalışma süresini azaltır.
2.2. Termostatik Radyatör Vanaları
İçerisindeki hassas termostat grubu ile
oda sıcaklığındaki değişiklikleri algılayarak radyatörden geçen su miktarını
değiştirir. Böylelikle ortam sıcaklığı istenilen değerde sabit kalır.
% 30’a varan enerji tasarrufu sağlar.
Kaynakların daha verimli ve ekonomik
kullanılmasına katkıda bulunur.
Elektrikli saç kurutma, ütü, lamba, pc, güneş, insan vb. harici ısı kaynaklarından
elde edilen ısıyı algılayarak, bunu
doğrudan tasarrufa dönüştüren bir yalın otomasyon sistemidir.
Uygulaması çok basittir. Herhangi bir elektrik ve başka bir enerji
kaynağına ihtiyaç hissetmez.
Termostatik radyatör vanaları ile harici ısı kaynaklarından elde
edilen ortalama 6°C’lik fazla ısı yakıt tüketiminde % 30’luk bir
kazanç sağlanmış olur.
3. Duş Sistemlerindeki İyileştirmeler
El ve tepe duşları, dakikada harcanan su miktarını
20 litreden 9 litre akışıyla % 60’a yakın
tasarruf sağlamaktadır.
4. Rezervuar Sistemleri
Etkili su yönetimi, tasarruflu, uzun ömürlü kullanım kolaylığı ile üstünlük sağlamaktadır. Rezervuar sistemler her kullanımda 9 litre yerine 3
litre harcayarak % 40 su tasarrufu sağlar.
Gömme Rezervuarlar-TS 10823
Asma Rezervuarlar-TS 10823
Rezervuar İç Takımları-TS 10823
Birey Olarak Yapabileceklerimiz
2. Mekanik Tesisat Ürünleri
2.1. Su Basınç Regülatörü
ADELL su basınç regülatörü, sadece su
akışı olduğunda değil, tesisattaki musluk ve bataryalar kapalı olduğunda
bile basıncı kontrol etmeye devam
eder.
Apartmanlar, hastaneler, endüstriyel uygulamalar, merkezi ısıtma
ve havalandırma sistemleri, sulama
pompa ve kanalları, otel ve tatil köylerinde özellikle tercih edilen Adell su
basınç regülatörü sağladığı tasarruf yanında pek çok avantajlar sağlamaktadır.
Şebekedeki su basıncını ayarlar, tesisattaki basıncı istenilen
seviyelere ayarlamaya yarar.
Su ile çalışan çamaşır ve bulaşık makinesi, termosifon, şofben
vb. cihazları basınç değişikliğinin oluşturduğu muhtemel
Su tasarrufunu bireyler olarak önce kendimizde
ve kendi evlerimizde, işyerlerimizde başlatmamız gerekir.
Tüketici olarak, tüketen olmaktan vazgeçmeli ve sorumlu bir
kullanıcı olarak suyu saygı ile, onu severek, israf etmeyerek
kullanmayı öğrenmeli ve çevremize öğretmeliyiz.
Hanımlar yemek yağlarını lavaboya dökmemeli, bir kapta biriktirerek imha edilmek üzere belediyelere teslim etmelidir.
Musluklar, sifonlar, her zaman bakımlı olmalı. Bozuk olanlar
hemen onarılmalı. Çünkü saniyede bir damla akan su, yılda 3 m³
yani 3 tonluk bir tüketim demektir.
Çamaşır ve bulaşık makineleri her kullanımda yaklaşık 40 litre
su tüketir. Makinelerinizi tam doldurmadan çalıştırmayın ve kısa
programları tercih edin.
Banyo yerine duş alın. Bir duşta ortalama 50 litre su tüketilirken,
bir banyoda 150 litre su tüketilir.
Bir kişi yılda ortalama 50.000 litre suyu tuvaletlerde tüketir.
Rezervuarın bir kez kullanılması ile 10-12 lt su harcanır. Yeni
teknolojilerde standart modellere göre % 60 daha az su kullanan
rezervuarlar bulunmaktadır. Rezervuarların boyutunu küçültün.
12-20 lt’lik yerine 6-9 veya 3,5-6 lt’lik çift kademeli rezervuarları
tercih edin.
61
PROCEEDINGS BOOK
Hatta rezervuarın içine 1,5 lt’lik dolu bir pet şişe koyun ve her
kullanımda 1,5 lt tasarruf edin.
Rezervuar çekildiğinde suyu renklendirsin ve temizlesin diye
klozete asılan maddeleri kullanmayın. Bunlar kanalizasyona karışarak kirliliğe sebep olur.
Boru ve ekipmanlarından kaynaklanan sızıntılar çok büyük
miktarda su ve kaynak kaybına yol açabilir. Taşmalar ve sızıntılar
gereksiz su tüketimine yol açmaktadır. Akış kontrol sistemleri
kullanılarak bu kayıplar önlenebilir.
İçme suyu dışındaki suları birkaç kez kullanmaya çalışın. Sebze
ve meyve yıkadığınız suyla çiçekleri ve bahçeleri sulayabilir,
temizlik yapabilirsiniz.
Bulaşık yıkarken, tıraş olurken, ellerinizi yıkarken, dişlerinizi fırçalarken hatta abdest alırken açık bırakılan musluk, dakikada
yaklaşık 15-20 litre suyun boşa akmasına sebep olur. Bu işleri
yaparken musluğu ihtiyacınız olduğu kadar açın.
Evde kullanılan temizlik malzemeleri, atık sularla nehirlere karışır. İçinde fosfat bulunmayan ve suda ayrışabilen temizlik ürünlerini kullanın. Temizlikte sıvı sabun, toz sabun gibi doğal esaslı
olanları tercih edin (hem doğaya zarar vermez hem de daha az
suyla durulanabilir). Diğer kimyasal deterjanların (petrol türevi
temizleyiciler) doğal ortam için sakıncalarının yanı sıra bol suyla
durulanmaları gerekir.
Çamaşır suyu, atık maddelerin ayrılıp çözülmesini sağlayan yararlı
bakterileri öldürür. Çamaşır suyunu olabildiğince az kullanın.
Su basmasını engellemek için evden çıkarken ana vanayı
kapatmayı unutmayın.
Bahçenizi sulamak için, buharlaşmanın az olduğu sabah ya da
akşamüstü saatlerini tercih edin.
Otomobilinizi ve balkonlarınızı hortumla yıkamak yerine silerek
veya kova ve sünger kullanarak temizleyin. Hortumla yıkama,
yaklaşık yıllık 550 litre su kullanımı demektir.
Kapı önü, balkon, teras gibi yerlerin temizliğinde hortumla su
tutmak yerine süpürge kullanın.
Konut Yapımcıları, İnşaat Şirketleri,
Mühendislik Firmaları Neler Yapabilir
Pek çok tasarruf tedbirlerine ait uygulamalar daha planlama aşamasında araştırılmalı ve uygulanmalıdır.
Yapılarda kullanım ve içme suyu tesisatları ayrılabilir. Böylelikle
kullanım suyu maliyetleri düşürülebilecektir.
Pis su hatları siyah ve gri su hattı olarak iki ayrı hat halinde yapılmalı ve gri su hattına lavabolar, duşlar bağlanmalıdır. Gri su
dönüşüm sistemleri ile çok daha ucuza arıtma sağlanarak büyük
ölçüde tasarruf sağlanabilir.
Genel toplamda küçük bütçeler gerekmesine rağmen maliyetlerinden dolayı tesisat malzemelerinde ucuz manuel ürünler yerine
otomasyona uygun termostatik bataryalar, vanalar tercih edilmelidir.
Yağmur suyunu biriktirerek kullanmaya yönelik alt yapı çalışmaları yapılmalıdır.
Şirketlerin, kurumların, içinde bulundukları çevreyi, iş ortaklarını,
tedarikçilerini, kısaca temasta bulundukları tüm sosyal paydaşlarını bu sorumluluğu paylaşmaya yöneltmeleri gerekir.
Sanayi Kuruluşları Neler Yapabilir
Tesis içindeki su, buhar tesisatlarındaki şebeke kayıp ve kaçakları önlenmelidir.
Çevre dostu, yeşil ürünler tercih edilmelidir.
Yağmur suyunu toplama ve kullanmaya yönelik alt yapı çalışmaları yapılmalıdır.
62
Tesislerde daha az su tüketecek veya tamamen susuz çalışan
kuru üretim teknolojileri, sistemleri ve prosesleri tercih edilmelidir.
Su arıtma sistemleri geliştirilmelidir. Su geri kazanım oranları
artırılmalıdır.
Su ve çevre bilincinin olgunlaşması için personeli, tedarikçileri
ve müşterini dâhil ederek eğitim faaliyetlerine önem vermelidir.
Fabrika bahçesi ağaçlandırılmalıdır.
Kirliliğin kaynağında önlenmesini ve kaynak tüketiminin azaltılmasını sağlayan teknolojiler(ör: proses optimizasyonu, atık geri
kazanımı, yenilenebilir enerji, vb.),
Daha az kirleten ve kaynak tüketen çevre dostu ürünler (ör: biyoplastikler, su bazlı boyalar),
Kirlilik yönetimi – boru sonu önlemler (ör: arıtma, toz utucu filtre,
atık depolama, vb.),
Kimyasal kullanımının azaltılması,
Yıkama, durulama işlemlerinin optimizasyonu,
Kaplama banyolarının optimizasyonu, otomasyon,
Soğutmada; kapalı çevrim sistemlerin ve soğutma kulelerinin
kullanılması, kule blöflerinin minimize edilmesi-geri kazanılması,
Isıtmada; buhar sistemlerinin iyileştirilmesi, buhar geri kazanımı, ısı
eşanjörlerinin tercih edilmesi, kazan blöflerinin minimize edilmesi,
Su sistemleri ve hatlarındaki otomasyon oranı artırılmalıdır.
Tarım İle Uğraşan Çiftçilerimiz Neler Yapabilir
Damlama sulama sistemleri tercih edilmeli ve yaygınlaştırılmalıdır.
Bölge şartlarına uygun olacak şekilde daha az suya ihtiyaç duyan mahsuller tercih edilmelidir.
Az su tüketen ağaç ve bitkiler ekilmelidir.
Sulama sistemleri kapalı şebeke sistemine çevrilmelidir.
Sadece açık alanlar değil, yol kenarları, bahçeler ağaçlandırılmalıdır.
Tarımda açık su taşıma ve dağıtım kanallarından kapalı boru
sistemine geçilerek kayıplar önlenmelidir.
Devlet, Yerel Yönetimler ve
Su Kuruluşları Neler Yapabilir
Şehir şebeke kayıp ve kaçakları önlenmelidir.
Damlama sulama yöntemi daha fazla teşvik edilmeli, bu konuda
öncülük yapılmalıdır. Damlama sulama yöntemi salma sulama
sistemine göre % 50 tasarruf sağlamakla kalmıyor, bitkinin
köküne giderek otların yetişmesini önlüyor, verimliliği artırıyor.
Kamu ihtiyaçlarında çevre dostu, yeşil ürünler tercih edilmelidir.
Bunlar için vergisel teşvik uygulanmalıdır.
Baraj ve göletlere yatırım yapılarak “aktif depolama kapasitesi”
artırılmalıdır.
Sera gazlarını yutan orman, çayır ve yeşil alanlar genişletilmeli,
mevcutlar ve su havzaları koruma altına alınmalıdır.
PROCEEDINGS BOOK
Su kaynakları korunmalı, kirlenmesi önlenmeli ve geliştirilmelidir.
Suyun planlanması, yönetilmesi uygulamaları sürdürülebilir,
katılımcı ve demokratik yapıya uygun politikalar geliştirilerek
etkinleştirilmelidir.
Su konusundaki toplumsal bilincin gelişmesi ve derinleşmesine
yönelik basın, yayın organlarında sürekli iletişim yapılmalıdır.
22 Mart Dünya Su Günü ilgili kurumların aktif katılımları ile daha
etkin değerlendirilmelidir.
Endüstrinin ürettiği zehirli ve ağır metaller ihtiva eden atık suların sadece % 22’si arıtılıyor. Bu oran gerek teşvikle gerekse
yaptırımlarla artırılmalıdır.
Su ve çevre bilincinin olgunlaşması için eğitim faaliyetlerine
önem verilmelidir.
Okul bahçeleri, hastane bahçeleri, cami avluları ağaçlandırılmalıdır.
Ağaçlandırmada dünyada üçüncü, Avrupa’da ise birinci olmamız
sevindirici bir haberdir.
Toplam atık suların % 73’e ulaşan arıtılma ve yeniden kazanılma
oranı daha yukarılara % 90’lara doğru çekilmelidir.
Su kaynakları akılcı ve sürdürülebilir politikalar ile akıllıca yönetilmelidir.
Deniz suyundan tatlı su elde etme yöntemleri araştırılmalı ve en
uygun olanı kullanılmalıdır.
Belediyelerin, organize sanayi bölgelerinin arıtma tesisleri
seçiminde gerek verimlilik gerekse işletme giderleri açısından
daha iyi ve gelişmiş performansa sahip olanlarını tercih etmeleri
gerekir (reverse osmos, membran vb.).
Etkin su yönetimi su tasarrufu, yanında enerji verimliliğini ve
zamandan tasarrufu da beraberinde getirecektir. Su temini,
toplanması, arıtılması, dağıtımı ve kullanımı için ayıracağımız
kaynaklarda ve işletme giderlerinde de hatırı sayılır iyileşmeler
sağlayacaktır. Kaynak israfı önlenecektir. Daha çok kaynak temini
için çevreye verilen zarar azalacaktır. Aile ve devlet bütçemize
sağlanacak tasarruf ile eğitime, kültüre ve yükselen bir değer
olan ülkemizin gelişmesine kaynak aktarılabilecektir.
Başarılı bir şekilde oluşturacağımız su yönetimi politikalarını ve
uygulamalarını, kendi içimizde yaşam biçimi haline getirmekle
birlikte öncelikle komşu ülkelerimiz olmak üzere tüm dünya ile
paylaşmayız. Ortak bir değerimiz olan suyun etkin kullanımı için
devletlere ve halklara yardımcı olmak üzere bu konudaki işbirliğini,
ortak çalışmaları başlatmalı ve artırmalıyız.
Kaynaklar
[1] Prof. Dr. Recep İleri, Suyu Ne Kadar Tanıyoruz?, Zaman Gazetesi, Mart 2009.
[2] Dursun Yıldız, Hacettepe Üniversitesi Su Kaynakları ve Hidropolilitk Ders Notları, Ankara, 2004.
[3] Adell Armatür ve Vana Fabrikaları A.Ş. Ürün katalog ve dokümanları, 2009, 2010.
[4] Kobilerde Eko-Verimlilik Kılavuzu, MPM, Eylül 2009, Ankara.
[5] Prof. Dennis J.Snower, Ges2010 Global Ekonomik Sempozyum,
İstanbul 2010.
Sonuç
Tüm bu söylediklerimizin sonucu olarak, su alınır-satılır bir
metaya dönüştürülmemesi gereken temel bir insan hakkı olarak
kabul edilmelidir. Su yaşamdır ve yaşamlarımız damacanaya
sığdırılamaz. Su, yüce yaratıcımızın biz dünya misafirleri için
göndermiş olduğu en büyük hediye ve en büyük nimettir.
Hayatın devamı için vaz-geçilmez ve temel bir insan hakkıdır,
metalaştırılamamalıdır. Herkes sağlıklı bir yaşam sürdürebilmek
için gerekli sağlıklı ve güvenli suya ulaşabilmelidir. Akar su ve
göl suyunun kullanımı konusunda tüm yöre ve güzergahındaki
halkların kullanımı için eşit ve adil bir planlama yapılmalıdır. Su
hizmetlerinde ve yönetiminde, hizmetin kamusal özü korunmalı,
yönetimde katılımcı modeller geliştirilmelidir. Su kaynaklarının
kullanımında öncelik tüm canlılara, insanlara, ekolojinin ve
doğal yaşamın korunmasına verilmelidir. Suyu tasarruflu ve
bilgiye dayalı kullanma bilinci, ferdi, kurumsal ve kamusal
olarak muhakkak geliştirilmelidir. Devletin etkin su yönetimi
politikalarına halkın katılımı ve sahiplenmesi sağlanmalıdır. Su
barışa ve insanlığa hizmet etmelidir. Kavgalara ve savaşa değil.
Bize verilmiş bulunan ve adı “su” olan bu hediye sebebiyle
yüce yaratıcımıza minnettarlık duymalıyız. İnsanımız su gibi
özel, su gibi güzel, su gibi berrak ve su gibi yararlı olmanın
gayreti içine girmelidir. Su gibi insanların damarlarına girebilmeyi
öğrenmeli, ona hayat vermeli ve vazgeçilmez olmalıyız. Su tüketimi
değil su kullanımı ibaresini kullanmalıyız. Biz insanoğlu olarak
suyu tüketmekten ziyade, ihtiyaçlarımızı gidermek üzere, israf etmeden, paylaşarak, hakkımızı bilerek kullanmayı öğrenmeliyiz.
Bunu içselleştirmeli ve bir yaşam biçimi haline dönüştürmeliyiz.
Su kullanım bilincini ve buna bağlı olarak çevre bilincini bir yaşam
biçimi olarak toplumumuza kazandırmalıyız. Bu parlak yarınlarımız
için çok önemlidir.
Summary
Water of sufficient quality and quantity is critical to all life. Due to
earth warming and population growth reduces the avaliabilty of
water. Water sources are getting more scarce . In the next coming
years, we will be feeling the shortage of water much more than
today. Increasing human population and growth of technology
require human society to devote more and more attention to
protection of adequate supplies of water. There is much that can be
done to improve the productivity of water on technical grounds. The
institutional, social and economic aspects of these improvements
need to carefully investigated to determine the feasibility of these
improvements. Before it is too late as individuals, families, farmers
or the government, we need to be considering short, medium and
long term policies and taking the action. In this paper, it is stated the
importance of water and the comments about what can be done.
63
PROCEEDINGS BOOK
YAZ SAATİ UYGULAMASININ BİNALARDA AYDINLATMA İÇİN KULLANILAN
ELEKTRİK TÜKETİMİNE ETKİLERİ
Servet KARASU
Rize Üniversitesi Meslek Yüksekokulu
Özet
Gün ışığından ne kadar çok faydalanırsak, aydınlatma için
kullanılan elektrikten o kadar çok tasarruf edebiliriz. Tüm dünyada
gün ışığından en fazla faydalanmanın yolları aranmaktadır. Birçok
ülke, gün ışığından en yüksek faydayı sağlamak için yaz saati
uygulamasına gitmektedir. Uygulama kapsamında her yıl belirli
tarihlerde saatler bir saat ileri alınmaktadır. Ülkemizde de Mart
ayının son haftasından Ekim ayının son haftasına kadar ileri saat
uygulaması yapılmaktadır. Bu çalışmada, Türkiye’deki yaz saati
uygulamasını analiz etmek için mevcut gün ışığı dikkate alınarak
farklı alternatifler üzerinde duruldu. Yapılan analizler sonucu hem
doğu illeri hem de batı illeri için en uygun uygulama tespit edilmeye
çalışıldı. Tüm ülke dikkate alındığında en uygun alternatifin,
saatlerin 30 dakika ileri alınarak yaz saati uygulamasına devam
edilmesi olduğu görüldü. Böyle bir uygulamada, konutlarda
aydınlanma için kullanılan elektrikten % 10 tasarruf elde edileceği
tahmin edilmektedir. Bu da tüm ülkede kullanılan elektrikten % 0.7
tasarruf edilmesi anlamına gelmektedir.
1. Giriş
Elektrik tüketiminden tasarruf sağlamak amacıyla ülkemizde ve
dünyanın birçok ülkesinde yaz saati uygulamasına geçilmektedir.
Uygulama kapsamında her yıl belirli tarihlerde saatler bir saat ileri
alınmaktadır. Yaz saati uygulamasından amaç, yaz döneminde
güneşin çok erken doğmasından dolayı sabahki bir saatlik
zamanı akşam vaktine çekmektir. Ancak tüm dünyada olduğu
gibi, ülkemizde de yaz saati uygulamasından en uygun şekilde
nasıl faydalanılacağı tartışılmaktadır. Bu çalışmada, ülkemizde
son yıllarda çok sık tartışılan bu konuda en uygun çözümün ne
olabileceği araştırılmıştır.
Yaz saati uygulamasının elektrik tüketimi üzerindeki etkilerini
araştıran birçok çalışma yapılmıştır. Bazı çalışmalarda yaz saati
uygulamasının elektrik tüketimini artırdığı, bazı çalışmalarda çok
önemli bir değişikliğin olmadığı, birçok çalışmada ise % 1’e kadar
tasarruf elde edildiği belirtilmektedir[1].
2. Dünyada Yaz Saati Uygulaması
İlk yaz saati uygulamasını 1916 yılında 1. Dünya Savaşı esnasında
Almanya uygulamaya koymuştur. Daha sonraki yıllarda birçok
Avrupa ülkesi uygulamaya başlamışlardır. İngiltere’de bir müddet
uygulamadan vazgeçilse de, sonradan tekrar devam edilmiştir.
Amerika Birleşik Devletleri’de 1918 yılında ekonomik tedbirler
çerçevesinde uygulamaya başlamıştır. Yıllar içinde birçok değişik
uygulamaya yer verilmiştir. Bazen yıl boyunca uygulanmış, bazen
64
tamamen uygulamadan vazgeçilmiştir. A.B.D.’de 2007 yılından
itibaren, Mart ayının ikinci pazar gününden, Kasım ayının ilk
pazar gününe kadar uygulama devam etmektedir. Avustralya’nın
bazı bölgelerinde uygulamaya yer verilmektedir. Hindistan ve
Çin’de, çok büyük topraklara sahip olmalarına rağmen yaz saati
uygulaması görülmemektedir. Japonya’da ise uygulamaya
konulması tartışılmaktadır[2][3].
3. Türkiye’de Yaz Saati Uygulaması ve Yapılan
Tartışmalar
Ülkemizde yaz saati uygulamasının başlangıç tarihi 1916’ya kadar
uzanıyor. İleri saati 1923’e kadar uygulayan Türkiye, 1940’a kadar
ara verdi. 1940’tan sonraki dönemlerde de kısmen uygulamaya
ara vererek devam etti. 1951-1962 ve 1965-1972 yıllarında
uygulamaya tekrar ara verildi. 1983’te bir dönem iki saatlik ileri saat
uygulaması yapıldı. En son 1978-1982 tarihleri arasında sürekli
yaz saati uygulamasına geçilerek sabit saat sistemi kullanıldı.
Bir ara günlük iki saat olarak uygulanan yaz saatine, 1984’te ilgili
kanunda yapılan değişiklikle bir saat sınırı getirildi. 1986-1995
yılları arasında Mart’ın son haftası ile Eylül’ün son haftası arasında
26 hafta olarak yapılan uygulama, 1996’dan itibaren Ekim’in son
haftasına kadar uzatılarak 30 hafta olarak uygulanıyor[4].
697 sayılı Kanunun 3097 sayılı Kanunla değişik 2. maddesinde,
“Greenwich’e göre 30. derecede bulunan boylam dairesi bütün
Türkiye Cumhuriyeti saatleri için esas alınır. Ayrıca başlangıç ve
bitiş tarihleri belirtilmek ve bir saati aşmamak şartıyla yaz saati
uygulamaya Bakanlar Kurulu yetkilidir’’ hükmü yer alıyor. Medyada
yer alan haberlerde, 697 sayılı kanunun 2. maddesinde geçen
yaz saati uygulaması yapılırken 29 Mayıs 2009 tarihinde (veya
belirlenen zamanda) saatlerin 30 dakika ileri alınacağı ve bir daha
geri alınmayacağı kararının Bakanlar Kurulu tarafından alınmasıyla
herhangi bir kanun değişikliğine ihtiyaç duyulmayacağı da
belirtiliyor. Enerji Bakanlığı tarafından yayınlanan bilgi notunda ise
saatlerin geriye alınmayarak, ileri saat uygulamasına yıl boyunca
devam edilmesi ve saatlerde değişiklik yapılmaması genel görüş
olarak ortaya konulmaktadır [5].
Bakü, Türkiye’den 17 meridyen sonra olduğu halde iki saat ileride,
Moskova beş meridyen sonra olduğu halde Türkiye’den bir saat
ileride, Berlin ile Paris’in ise 23 ve 30 meridyen önce oldukları
halde sadece bir saat gerideki zaman dilimini kullanmaktadırlar[6].
Türkiye Doğu Avrupa ülkeleri ile aynı zaman diliminde bulunmakta.
Ancak batıda bulunanlar günışığından en üst düzeyde
faydalanırken doğuda bu minimum düzeye inmektedir. Örneğin;
Erzurum’da güneş 21 Ocak’ta 06:28’de doğup 16:24’te batarken,
PROCEEDINGS BOOK
İstanbul’da 07:20’de doğup 17:10’da, Atina’da ise 07:37’de doğup
17:36’da batmakta. Böylece batıda bulunanlar gün ışığından daha
fazla faydalanmaktadırlar. Referans meridyenin batıda olması
durumunda; Türkiye’nin doğusu ile batısı arasındaki zaman farkı
1 saat 16 dakika olduğu için, özellikle doğu bölgelerinde kışın
güneşin erken saatlerde batması, halkı sosyal, psikolojik ve
ekonomik olarak olumsuz etkiliyor. Bunun yanında aydınlatma
gereksiniminden dolayı elektrik tüketiminde de artışa sebep oluyor.
Ancak, Türkiye’nin doğusundan geçen meridyeni (45 derece
doğu meridyeni) referans olarak alması durumunda saat farkının
fazlalığından dolayı batı bölgelerinde güneşin geç doğmasından
kaynaklanan problemlerin ortaya çıkacağı da düşünülüyor.
Örneğin; Edirne’de güneş 21 Aralık’ta 07:30’da doğarken, 08:30’da
doğacak. Türkiye ile aynı duruma sahip ülkelere bakıldığında (iki
meridyen arasında kalan ülkeler), bu ülkelerin ortalarından geçen
yarım (buçuk) saat dilimlerini referans olarak aldıkları göze çarpıyor.
Türkiye’nin bu ülkeler gibi ortasından geçen meridyeni (OrduFatsa ile Gaziantep hattından geçen 37.5 derece doğu meridyeni)
referans alması durumunda, saat uygulamalarından kaynaklanan
sorunların azalacağı ve yıl boyunca aynı saat diliminde kalınmasıyla
kış aylarında da enerji tasarrufu sağlanacağı düşünülüyor. Bu
uygulama ile Türkiye daha önce aynı saat diliminde bulunduğu
Yunanistan, Bulgaristan, Romanya, Finlandiya ve Ukrayna’dan kış
döneminde yarım saat ileride, yaz döneminde de yarım saat geride
kalacağı belirtiliyor.
4. Türkiye’deki Elektrik Tüketimi
Ülkemizdeki elektrik tüketimi sosyal ve ekonomik gelişmelere paralel
olarak hızla artmaktadır. Birçok enerji kaynağına sahip olmamıza
rağmen enerji ihtiyacımızın yarısından fazlası ithal edilmektedir.
Türkiye’nin 2009 yılında toplam elektrik tüketimi 156,894,300.0
MWH’tir[7]. Kaynaklar açısından bakıldığında, 2009 yılı itibariyle,
toplam elektrik üretiminin % 48,6’sı doğalgazdan, % 21,7’si yerli
kömürden, % 18.5’i hidrolik kaynaklardan, % 6,6’sı ithal kömürden,
% 3,4’ü sıvı yakıtlardan, % 0,76’sı rüzgardan ve % 0,34’ü jeotermal
ve biyogazdan sağlanmıştır[8].
Daha öncede belirtildiği gibi, tartışma konusu olan yeni
uygulamada Ordu-Gaziantep hattından geçen 37.5 meridyeninin
referans olarak alınması düşünülüyor. 2009 yılı verilerine göre
Türkiye’deki elektriğin % 86,41’i 37.5 meridyeninin batısındaki
toplam 49 ilde ve % 13,59’u ise 37.5 meridyeninin doğusundaki
toplam 32 ilde tüketilmektedir[7]. Dolayısıyla yapılacak olan bir
düzenlemede, eğer ülkede batı ve doğu illeri arasında farklı saat
uygulaması yapılmayacaksa, öncelikli olarak batıda bulunan
illerin elektrik tüketimi dikkate alınmalıdır. Türkiye’deki elektrik
tüketiminin sektörlere, doğu ve batı illerine göre dağılımı Şekil 1’de
gösterilmiştir.
5. Aydınlanmada Kullanılan Elektrikten Tasarruf İçin
Basit Yaklaşım
Yaz saati uygulamasında ki elektrik tasarrufunda ana hedef, daha
çok konutlarda aydınlanma için kullanılan elektrikten tasarruf
etmektir. Ticarethanelerde ve endüstride aydınlanma için kullanılan
elektrik tasarrufunda da kısmen fayda sağlayacaktır. Sokak aydınlatmasında yaz saati uygulamasından dolayı herhangi bir değişiklik olmayacaktır. Saatleri bir saat ileri almak, akşamı bir saat
ötelemek anlamına gelmektedir. Dolayısıyla insanlar aydınlanma
için kullandıkları elektriği bir saat daha öteleyeceklerdir. Ancak
insanların yatma saatini değiştirmedikleri kabul edilmektedir.
2009 yılı verilerine göre Türkiye’de, elektriğin yaklaşık % 25’i
konutlarda tüketilmektedir. Konutlarda tüketilen elektriğin % 29’u
ise aydınlatma için kullanılmaktadır[9]. Bu yüzden, konutlarda
aydınlatma için kullanılan elektriğin payı tüm ülkede kullanılan
elektriğin % 7’si olarak tahmin edilmektedir. Konutlarda kış ayları
ortalama 5-6 saat, yaz ayları ise ortalama 3-4 saat aydınlama
için elektrik kullanılmaktadır. Saatlerin 30 dakika ileri alınarak
yaz saati uygulamasına devam edildiği bir uygulama ile yaklaşık
30 dakikalık avantaj sağlandığı düşünülürse kışın % 8, yazın %
12, ortalama olarak ise yaklaşık % 10’luk bir kazanç sağlanabilir.
Bu da toplam elektrik tüketiminin yaklaşık olarak % 0,7’sine denk
gelmektedir[10].
Özellikle batı illerinde 30 dakikalık ileri saat uygulaması ile toplam
elektrik tüketiminde herhangi bir değişiklik olmayacağı kabul edilse
bile, saatlik elektrik tüketimi değişecektir ve bu da akşamları
meydana gelen pik elektrik ihtiyacını etkileyecektir[11]. Sabahları
bazı insanlar uyanıkken bazıları uykuda olacak, akşamları ise
hemen hemen herkes elektrik kullanacaktır. Aslında bu ve benzeri
nedenlerden dolayı net kazancı tahmin etmek zordur. Ancak şu
açıktır ki, böyle bir uygulama ile akşamları meydana gelen pik
elektrik ihtiyacında düşme meydana gelecektir.
Endüstride aydınlanma için kullanılan elektriğin payı sektörden
sektöre değişmekle birlikte yaklaşık % 10’dur[12]. Ticarethanelerde,
endüstride ve resmi dairelerde elde edilecek tasarrufta dikkate
alınırsa % 0,7’lik oran daha da artacaktır.
Şekil 1. Sektörlere göre Türkiye genelinde, batı ve doğu illerinde 2009 yılı elektrik tüketim oranları.
65
PROCEEDINGS BOOK
Ülkemizdeki yaz saati uygulamasını analiz etmek için mevcut gün
ışığı dikkate alınarak farklı alternatifler üzerinde duruldu. Öncelikle
güneş batış ve doğuş saatlerinin aylık ortalamalarına göre mevcut
gün ışığının ne kadar olduğu tespit edildi[13]. Bütün uygulamalarda
her sabah saat 07:00’de uyanıldığı kabul edilerek mevcut gün
ışığından ne kadar faydalanıldığı belirlendi. Doğu illerini temsilen
37.5 ile 45 boylamlarının ortasında kalan 41:17 E boylamındaki
Erzurum seçildi. Batı illerinin tam ortasında yer almamasına
rağmen, batı illerini temsil edecek il olarak 28:58 E boylamında bulunan İstanbul seçildi. Türkiye’nin en kalabalık ili olan İstanbul’un
elektrik tüketimi Türkiye tüketiminin % 18,6’sı kadardır. Yapılan değerlendirmede dört alternatif üzerinde duruldu:
i) Mevcut durum,
ii) Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nın bilgi notundaki gibi
sürekli ileri saat uygulamasına gidilip saatlerin sabitlenmesi,
iii) Medyada yapılan haberlerde tartışılan saatlerin 30 dakika ileri
alınıp sabitlenmesi,
iv) Saatlerin 30 dakika ileri alınarak şu andaki uygulamada olduğu
gibi ileri saat uygulamasına mevcut tarihlerde devam edilmesi.
5.1. Mevcut Durum
Bati illerini temsil eden İstanbul’da Ocak ayında ortalama saat
07:21’de doğmaktadır ve saat 07:00’de uyanıldığı kabulüne göre, ortalama 21 dakika sabah karanlığı olacaktır. Yani Ocak ayı
içinde her sabah ortalama 21 dakika aydınlatma için elektrik kullanılmaktadır. Benzer şekilde Ekim ayında 12 dakika ve Aralık ayında
17 dakika elektrik kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır. Kasım ayında
ise güneş ortalama 06:47’de ve Şubat ayında 6:54’te doğduğu için
sabah karanlığı meydana gelmiyor.
Doğu illerini temsil eden Erzurum’da ise gün ışığının en az olduğu
Aralık ve Ocak aylarında sırasıyla güneş ortalama olarak 06:25
ve 06:29 da doğmaktadır. Saat 07:00’de uyanıldığı düşünülürse
en kısa günlerde bile insanlar güneş ışığından yaklaşık 30 dakika
daha az faydalanmaktadırlar. Diğer aylarda ise bu zaman daha da
artmaktadır. Özellikle kış saati uygulamasına devem edilen şubat
ayında 56 dakika, Mart ayında 1 saat 40 dakika ve Kasım ayında
ise 1 saat 4 dakika güneş ışığından daha az faydalanılmaktadır.
Mevcut uygulama, özellikle doğu illerinde güneş ışığından daha az
faydalanılmasına yol açıyor.
5.2. Sürekli Yaz Saati Uygulaması
Bu alternatif Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı bilgi notunda
tavsiye edildiği gibi, kış saati uygulamasına son verilerek saatlerin Kasım-Mart aylarında geri alınmadığı varsayılmaktadır. İstanbul’ da Aralık ve Ocak aylarında güneş doğuş saati sırasıyla
ortalama 08:17 ve 08:21 olacağından ve insanların işe gitmek
için yaklaşık saat 07:00’de uyandıkları düşünülürse, bu iki ayda
yaklaşık 1saat 20 dakika karanlıkta kalınacak ve sabahları elektrik
tüketimi artacaktır. Akşam saatlerinde aydınlatma giderleri 1 er
saat olarak telafi edilecektir. Ancak 1 saat 20 dakika gibi uzun bir
sabah karanlığının insanlar üzerindeki psikolojik etkisi dikkatten
kaçmamalıdır. Ayrıca sabah saatlerindeki olabilecek trafik kazaları
da dikkate alınmalıdır. Şubat ve Kasım aylarında ise ortalama 50
dakikalık sabah karanlığından dolayı aydınlatma ihtiyacı olacaktır.
Mart ayında ise mevcut uygulamadan farklı olarak sabahları
ortalama 10 dakika karanlık olacağından dolayı, bu uygulama Mart
ayı için faydalı olacaktır. Nisan-Ekim ayları arasında ise mevcut
uygulamanın aynisi devam etmiş olacaktır.
66
Erzurum’da Aralık ve Ocak aylarında güneş ortalama 07:25 ve
07:29 da doğacağından sırasıyla 25 ve 29 dakikalık sabah karanlığı
meydana gelecek. 25 ve 29 dakikalık sabah elektrik sarfiyatına
rağmen akşamları güneşin batışı bir saat geç olduğu için bu
zamanlar telafi edilecek ve aydınlatma bakımından yaklaşık 30’ar
dakikalık kazanç elde edilecektir. Sabah 30 dakikalık karanlığında
çok fazla bir psikolojik etkisi olmayacağı kabul edilmektedir. Şubat
ve Kasım aylarında ise güneş yaklaşık saat 07:00’de doğduğu için
herhangi bir problem olmayacak ve bu iki ay boyunca gün ışığından
fazladan birer saat faydalanılacaktır. Mart ayı boyuncuda yine gün
ışığından bir saat fazla faydalanma söz konusudur.
5.3. Sürekli 30 Dakika İleri Saat Uygulaması
İstanbul`da Aralık ve Ocak aylarında güneş ortalama olarak saat
07:50’de doğacaktır. Günde yaklaşık 50 dakika sabah karanlığı
oluşacaktır. Mevcut uygulama ile karşılaştırıldığında sabahları 30
dakika elektrik ihtiyacı artacak ancak akşamları ise 30 dakikalık
ileri saat uygulamasından kaybedilen bu 30 dakikalık kayıp
telafi edilecektir. Ayrıca aksam pik saatlerdeki kullanım sabaha
kaydırıldığı için elektrik tüketimi açısından faydalı olacaktır. Şubat
ve Kasım aylarında ortalama güneş doğuş saati yaklaşık 07:20
olduğundan dolayı sabahları 20 dakikalık karanlık yani 20 dakikalık
elektrik sarfiyatı olacak. Fakat mevcut uygulamaya göre güneş
akşamları 30 dakika daha geç batacağı için bu sarfiyat fazlasıyla
telafi edilecektir. Mart ayında ise sabahları herhangi bir karanlık
olmamakta, akşamları ise 30 dakika daha geç olacağından
dolayı elektrik tüketiminden 30 dakika daha tasarruf edilecektir.
Nisan- Ekim ayları arasında ise 7 ay boyunca mevcut duruma
göre aksamları 30 dakika daha erken hava kararacaktır. Yani 7
ay süresince aksam saatlerinde elektrik tüketimi 30 dakika daha
artacaktır. Kış aylarında tasarruf edilen 30 dakikalık aydınlatma
giderleri, yaz aylarında geri verilecektir.
Erzurum’ da ise saatlerin sürekli 30 dakika ileri alınmasından
dolayı hiçbir ayda sabahları karanlık oluşmamaktadır. İleri saatin
uygulanmadığı Kasım-Mart ayları arasında 5 ay boyunca güneş
batış saati 30 dakika geç olacağından dolayı elektrik tüketiminden
30 dakikalık bir kazanç olacaktır. Ancak Nisan-Ekim ayları arasında
ise mevcut uygulamanın aksine güneş 30 dakika erken batacak ve
7 ay boyunca 30 dakika elektrik tüketimi artacaktır. Böylece kış
aylarında yapılan tasarruflar yaz aylarında geri verilecektir.
5.4. Saatlerin Sürekli 30 Dakika İleri Alınması ve Nisan-Ekim
Aylarında 1 Saatlik İleri Saat Uygulamasına Devam Edilmesi
Bu alternatif, 3 no’lu alternatifte (sürekli 30 dakika ileri saat
uygulaması) yaz aylarında meydana gelen dezavantajı telafi etmek
için düşünülmüştür. İstanbul’da Kasım-Mart ayları için muhtemel
kazanç ve kayıplar bir önceki üçüncü alternatifte tartışılmıştı.
Nisan-Ekim aylarında ise mevcut uygulama ile karşılaştırıldığında
30 dakika daha fazla günışığından faydalanılacaktır. Üçüncü
alternatifle ile karşılaştırıldığında ise Nisan-Ekim ayları arasında
bir saat daha fazla gün ışığından faydalanılacaktır. Böylece 3
no’lu alternatifteki yaz aylarında meydana gelen kayıplar önlenmiş
olacaktır. Mevcut durum ile karşılaştırıldığında ise, özellikle yaz
aylarında 30 dakikalık kazanç elde edilecektir.
Erzurum’da Kasım-Mart aylarında zaten bir problem olmamaktaydı.
3 no’lu alternatifteki Nisan-Ekim ayları arasında mevcut uygulamaya
göre 30 dakikalık kayıp söz konusuydu. Bu uygulamada ise 30
PROCEEDINGS BOOK
dakikalık kayıp telafi edileceği gibi ilaveten
30 dakika daha fazla güneş ışığından
faydalanılacaktır. İstanbul ve Erzurum için,
güneşin doğuşu ve batışının yaz saati ile
değişimi mevcut durum ve alternatifler için
sırasıyla Şekil 2 ve Şekil 3’te gös-terilmiştir.
6. Sonuçlar
Türkiye, bölgedeki ülkeler arasında doğusu
ile batısı arasında saat farkı en fazla olan
ülkelerden birisidir. Yapılan uygulamalarda
doğuda yaşayan insanlarla batıda yaşayan
insanlar arasında gün ışığından faydalanma
yönünden farklılıkların olması kaçınılmazdır.
Bu farklılığın önüne geçmenin tek yolu,
ülkede iki farklı zaman dilimi kullanmaktır.
Ancak bu da başta bankacılık, taşımacılık
olmak üzere bazı karışıklıklara yol açabilir.
Tüm ülkenin aynı zaman dilimini kullanmaya Şekil 2. İstanbul için güneş doğuş ve batışının farklı alternatifler için değişimi.
devam etmesi durumunda, doğudaki illerde
mesai saatlerinde düzenlemeye gidilebilir.
Saat 08:30 yerine resmi daireler ve okullar
saat 07:30’da çalışmaya başlayabilirler.
Böylece kapanış saatleri de bir saat öne
alınmış olacaktır ve akşam olmadan mesai
bitmiş olacaktır. Fakat bu uygulama sadece
iş yerlerindeki elektrik kullanımına katkısı
olacaktır. Evlerdeki elektrik tüketimi açısından
bir fayda beklenmemektedir.
4 no’lu alternatifte saatlerin sürekli 30 dakika
ileri alındığı ve mevcut uygulamada olduğu gibi
7 ay boyunca ileri saat uygulamasına devam
edildiği düşünülmüştür. Hem doğu illeri için
hem de batı illeri için mevcut gün ışığından en
iyi faydalanacağımız alternatif olacağı tahmin
edilmektedir. Bu alternatifin tüm ülke için
elektrik tasarrufu yönünden ve pik saatlerdeki
elektrik tüketimi açısından en uygun çözüm Şekil 3. Erzurum için güneş doğuş ve batışının farklı alternatifler için değişimi.
olacağı düşünülmektedir. Ayrıca bu uygulama
ile birçok Avrupa Birliği ülkesi ile aramızda sadece 30 dakikalık bir
[3] Engber D., “Spring forward cut back? Does daylight-saving time
saat farkı bulunacaktır. Bu da Dışişleri Bakanlığı tarafından yapılan
really save energy?” http://www.slate.com/id/2123403/ ; 2005.
itirazları da ortadan kaldırabilir. İleri saat uygulamasında herhangi
[4] Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı arşivleri.
bir değişiklik yapılamayacaksa, en azından ileri saat uygulamasının
[5] Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Bilgi Notu, “Meridyen
başlangıcı Mart ayının ilk haftasına alınarak uygulama yaklaşık 8
değişikliği ve yaz saati uygulaması”, http://www.enerji.gov.tr/
aya uzatılabilir. Bu çalışmada ileri saat uygulamasının sadece
duyurular/Ileri_Saat_Uygulamasi.pdf; 2009
aydınlanmada kullanılan elektrik tüketimine etkisi üzerinde
[6] T.B.M.M. Başkanlığına Kanun değişikliği teklifi, http://www2.
durulmuştur. Bu konu ile ilgili bir karar verilmeden önce, ısıtma
tbmm.gov.tr/d23/2/2-0374.pdf.
ve soğutma sistemleri, özellikle klima kullanımı açısından etkiler,
[7] Türkiye Elektrik Dağıtım Anonim Şirketi (TEDAŞ), “Elektrik
ayrıca yaz günlerinin uzaması durumunda dışarıdaki aktivitelerden
tüketim istatistikleri”
http://www.tedas.gov.tr/29,Istatistiki_
dolayı artabilecek yakıt giderleri, psikolojik etkiler ve trafik kazaları
Bilgiler.html; 2009
üzerindeki etkiler de araştırılmalıdır.
[8] Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi TEİAŞ, “2009 Yılı Aylık
Üretim İstatis-tikleri”, http://www.teias.gov.tr; 2009
Kaynaklar
[9] Elektrik Mühendisleri Odası (EMO), “Elektrik faturanızı
[1] Hill S.I., Desobry F., Garnsey E.W., Chong Y.-F., “The impact
yarı yarıya düşürebilirsiniz”, http://www.emo.org.tr/ekler/
on energy consumption of daylight saving clock changes”,
424d06c850d9892_ek.pdf?dergi?500; 2008.
Energy Policy, Vol.38, pp. 4955–4965, 2010
[10] Karasu S., “The effect of daylight saving time options on
[2] The Royal Society for the Prevention of Accidents (RoSPA).
electricity consumption of Turkey”, Energy, Vol. 35, pp. 3773“Single/double
summer
time”.
http://www.rospa.com/
3782, 2010
roadsafety/info/summertime_paper.pdf; 2005.
67
PROCEEDINGS BOOK
[11] Milli Tevzi Merkezi, Saatlik elektrik tüketim verileri.
[12] Onaygil S., Güler O., Erkin E., Cebeci E., “Endüstride verimli
aydınlatma”, 1. Ulusal Enerji Verimliliği Forumu, Vol. 1., pp.
157-164,
http://www.uevf.com.tr/uevf1/e-kitap/default.html;
2009
[13] Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem
Araştırma Enstitüsü Astronomi Laboratuvarı, İl ve İlçeler için
güneşin doğuş ve batış saatleri. http://www.koeri.boun.edu.tr/
astronomy/astronomy.html.
Summary
Because of current global economic crisis, high energy prices, and
the encouragement of conservation, countries are planning to take
measurements about energy conservation. Natural daylight helps
us save energy since the more people make use of daylight, the less
the electricity is used. Electricity can be saved with Daylight Saving
Time (DST) because people have an extra time to use daylight in
the evening and thereby need less electric lighting. Many studies
have been conducted to quantify the impact of DST on lighting
energy use. DST has a long and chequered history. It has been
most actively implemented in times of energy scarcity. Different
DST applications were put into action for maximum savings since
the beginning of 20th century. Turkey’s adoption of the DST dates
back to 1916. The time lag between the east and west of Turkey
is 76 minutes. When the sun sets early, especially in the east, it
can have adverse effects on social, psychological and economic
conditions, Turkey has almost the biggest time difference from
east to west in the region. Therefore, differences between eastern
and western cities concerning daylight use are inevitable. This
study focuses on the effects of DST on electrical lighting in the
buildings in Turkey. Turkey might adjust its daylight saving time to
decrease energy consumption. For this purpose, three alternatives
are considered and compared to status quo. The alternative with a
30-minute forward shift to single DST from April to October, stands
out as the best solution to conserve electricity across the entire
country. The results of the study show that maximum saving is
obtained in this alternative by at least 0.7% on the consumption of
lighting electricity.
68
PROCEEDINGS BOOK
TESİSAT SİSTEMLERİNDE KULLANILAN SUYUN KALİTESİNİN
KORUNMASI VE TASARRUF
Seval BEKLER
Yeni Nesil Enerji Ltd. Şti.
Özet
Isıtma ve soğutma sistemlerinde yaygın olarak kullandığımız ana
akışkan suyun bir şartlandırmadan geçirilerek kullanılması sistem
ömrüne ve verimliliğine direk etki edecek faktörlerdendir. Ülkemizde
bireysel ve merkezi sistemlerin birçoğunda su şartlandırma
yapılmadan kullanılmakta ve sistem suyun zararlı etkilerine karşı
korumasız bırakılmaktadır. Bireysel veya merkezi sistem kullanıcıları
açısından piyasada mevcut bir su şartlandırma sistemini kurulması
ve işletme maliyetleri hesaplandığında ekonomik olmadığı gerçeği
ortaya çıkmaktadır. Bu arıtma sistemlerine alternatif olarak kurulum
ve işletme maliyetleri açısından daha ekonomik olan kimyasal
katkılar ön plana çıkmaktadır. Bu kimyasallar suyun zararlı etkilerini
ortadan kaldırmanın yanı sıra enerji tasarrufu da sağlamaktadır.
1. Giriş
Günümüzde bilindiği üzere ısıtma-soğutma sistemlerinde en
yaygın kullanılan akışkan sudur. Kullanılan suyun kalitesi sistem
performansına ve ömrüne direk etki eden faktörlerin başında
gelmektedir. Bir ısıtma-soğutma sisteminin tasarım ve uygulama
safhasında en çok önem verdiğimiz konu sistemi oluşturan ana
parçalardır. Sistem içindeki suyun kalitesi birçok tasarımcı ve
uygulamacı için ikinci planda kalmaktadır. Bu konu kullanıcı
tarafından da arka plana itilmektedir. Bunun en çarpıcı örneklerine
teknik servis hizmeti veren firmaların arıza kayıt raporlarında
rastlamak mümkündür. Bu raporlara göre ülkemizde kullanılan
büyük çoğunluğunu bireysel ürünlerin oluşturduğu birçok ısıtmasoğutma cihazlarının korozyon, pas ve kirece karşı korunmadığı
gerçeği ortaya çıkmaktadır. Ülkemiz gibi kullanım suyunun % 80’nin
sert ve kireçli olduğu bir ülkede bu noktadaki gerek bilinç gerekse
teknik altyapı yetersizliğimizden dolayı ülke olarak ödediğimiz
maliyet büyük oranlara ulaşmıştır. Birçok üretici firma tarafından
kullanım ömrü 10 ila 15 yıl olarak belirtilen cihazların yedinci ve
sekizinci yılında ömrünü tamamladığı görülmektedir. Gerek teknik
servis raporları gerekse bizzat yapmış olduğumuz saha çalışmaları
bunu destekler nitelikte sonuçlar almamızı sağlamıştır.
2. Suyun Zararlı Etkileri
Suyun başlıca zararlı etkilerini;
a) Pas-Korozyon,
b) Kireçlenme
olarak sıralayabiliriz.
Bireysel veya merkezi tüm tesisat sistemlerinde metal parçalar
su ile temas ettikten çok kısa bir süre sonra reaksiyona girerek
pas oluşumu başlamaktadır. Pas oluşumunun yani oksitlenmenin
başlıca sebebi ise işletme esnasında sistem suyuna karışan O2’dir.
Sistemdeki kaçaklar suya O2 ilave olmasına sebep verir. Sistem
kullandığımız malzemelerin gaz geçirgen özelliği olmaması da
suya O2 geçişine sebep olan önemli etkenlerdendir. Paslanma
sürecinin devamında malzemenin kalitesine bağlı olarak aşınma
başlamaktadır. Aşınmayla birlikte çatlak ve delinmeler meydana
gelerek sistemin çalışmasını engellemektedir. Korozyon oluşumuna
karşı suyun pH değerinin kontrol altında tutulması gerekmektedir.
Kazan üreticileri ideal pH değerinin 8 ila 11 arasında olması gerektiğini belirtmektedirler. pH değerinin 8’in altına inmesi durumunda
asidik korozyon riski artacaktır[2][3].
Suyun bir diğer zararlı etkisi de kireçlenmedir. Suda çözülmüş olan
kireç (bikarbonatlar) kazan içinde ve tesisatta kireç taşı oluşumuna
yol açar. Suyun sertliği arttıkça kireçlenme miktarı da artar.
Tesisatlarda özellikle kazan içinde sıcaklıkların yüksek olması
kireç oluşumunu hızlandırır. Kireç tabakası yüzeyde tutunarak
yanma sonucu oluşan enerjinin suya taşınmasını engeller ve % 30
oranına kadar azalabilir. Buda gereksiz enerji sarfiyatına yol açar.
Kireç tabakası tüm tesisattaki su geçişlerinde kesitleri daralttığı
için su sirkülasyonunu da engeller. Enerjisini suya veremeyen
kazanda aşırı ısınma olur. Bölgesel aşırı ısınmalar uzun vadede
tüm tesisatta çatlamalara neden olur[2]. Ayrıca kesit daralmaları
sistemin daha yüksek basınçlar altında çalışmasına yol açar. Buda
malzemenin çalışma ömrüne olumsuz yönde etki etmektedir.
3. Koruma
İyi tasarlanmış sorunsuz bir tesisatta sisteme su ilavesi yapılmaması
gereklidir. Eğer herhangi bir su ilavesi yapılması gerekli ise suyun
belirttiğimiz zararlı etkilerine karşı şartlandırma yapılarak sisteme
verilmesi gerekmektedir. Yaptığımız saha çalışmalarında merkezi
sistemlerin % 70’e yakını, bireysel sistemlerin ise neredeyse %
98’lik bir kısmının şartlandırma yapmadığı ortaya çıkmıştır. Mevcut
halde en yaygın olarak kullandığımız şartlandırma üniteleri özel
filtrelerden geçirilen suyun tanklardaki çeşitli kimyasal katkılar ile
istenilen değerlere getirildiği klasik sistemlerdir. Bu ünitelerin küçük
ölçekli bir sistem için kurulum maliyeti yaklaşık 800 TL - 1000 TL
civarıdır. Kurulumun yanı sıra işletme maliyetleri de eklendiği
zaman ekonomik olmadığı görülmektedir. Bireysel kullanıcılar
açısından bakıldığında maliyetin yanı sıra mekân sorunu da ön
plana çıkmaktadır.
Klasik şartlandırmaya alternatif olarak son yıllarda ülkemizde de
yaygınlaşan kimyasal katkı maddeleri bu alanda çığır açmıştır. Sıvı
halde olan bu kimyasallar direk olarak tesisat suyu ile belirli oranlarda
karıştırılarak sisteme verilmektedir. Karışım oranları tamamen
69
PROCEEDINGS BOOK
sisteme bağlıdır. Sistemin ısıtma veya soğutma yapıyor olması ve
tesisatın mevcut yaşı karışım oranları için belirleyici etkenlerdir.
Isıtma sistemlerinde mevcut tesisat suyunun % 30 - % 40 arasında,
soğutmalarda ise % 20 - % 30 oranında uygulanmaktadır. Piyasada
bu tür kimyasal ürünlerin yerli ve yabancı menşeli olarak iki gruba
ayırabiliriz. Yabancı menşeli ürünler yerli üretime nazaran daha
pahalıdır. Maliyet açısından iki katına yakındır. Kalite olarak ise yerli
ve yabancı bağımsız kuruluşlardan alınan raporlar doğrultusunda
yerli ürünlerimizin daha iyi olduğunu söyleyebiliriz. Bu tür bir yerli
ürün uygulamanın maliyeti bireysel sistem için 250 TL-350 TL’yi
geçmemektedir. Yapılacak uygulama herhangi bir kaçak olmaz
ise sistemi 7 ila 11 yıl arasında korumaktadır. İşletme maliyeti
yoktur. Sistem için herhangi bir dış ünite bağlanması gerekmediği
için bireysel kullanıcılar için yer sorunu ortadan kalkmaktadır. Bu
açıdan bakıldığında klasik sisteme nazaran daha ekonomiktir.
Bazik özellikli olan kimyasallar su ile % 30 veya % 40 karışım
oranlarında dahi pH değeri 9 ila 11 arasındadır. Buda korozyon
riskini ortadan kaldırmaktadır. Kireçlenme ve pas-korozyonu
önlemenin yanı sıra ilave edildiği suyun donma noktasını düşürüp
kaynama noktasını artırarak bir nevi antifriz görevi görmektedir.
Karışım oranına bağlı olarak donma noktasını -10 oC ila -63 oC’ye
kadar düşürmekte, kaynama noktasını +120 oC ila +193 oC’ye
kadar yükseltmektedir[1].
Bireysel ve merkezi ısıtma ve soğutma sistemlerinde donmaya
karşı önlem amacıyla belirli bir sıcaklık değerinin altına düşüldüğü
takdirde sistemi çalıştırarak koruyan emniyet tertibatları vardır.
Örneğin kombilerde ortam sıcaklığı +5 oC’nin altına düştüğü
takdirde donma önleyici sistem devreye girmektedir. Merkezi
sistemlerde bu set değeri sisteme göre biraz farklılık göstermekle
beraber ana koruma mantığı aynıdır. Bahsettiğimiz emniyet
sistemleri enerji kesintisinin söz konusu olmadığı durumlarda
aktif halde çalışmaktadır. Maliyet açısından işletmelerde ısıtma
ve soğutma cihazları jeneratörden besleme yapılmamaktadır.
Enerji kesintisi durumunda tüm koruyucu sistemler devre dışı
kalmaktadır. Ayrıca cihazların sürekli devreye girerek çalışması
gereksiz yere enerji sarfiyatına neden olmaktadır. Sistem suyuna
katılacak kimyasal koruyucular donma noktasını düşürerek bu
riskleri ortadan kaldıracaktır. Sistemdeki mevcut suyun kaynama
noktasının artması ile birlikte +90 oC’den daha yukarı sıcaklıklarda
aynı basınç değerlerinde çalışma imkânı vermektedir. Yüksek
sıcaklıklarda gereksiz sıvı kayıplarını da engellemektedir.
4. Tasarruf
Genel manada sistemin korunması yani verimli halde çalışır
tutulması aynı zamanda o sistemden elde edilebilecek en büyük
tasarruftur. Bir tesisatın belirtilen ömründen önce bazı parçalarının
değiştirilmesi veya komple tesisatın yenilenmesi ciddi bir külfettir.
Belirtilen kullanım ömründen beş yıl önce atıl hale gelen bir
sistem için beş yıllık enflasyon farkı düşünüldüğünde maliyetin
büyüklüğü ortaya çıkmaktadır. Bunun yanı sıra kireç ve korozyonu
engelleyerek enerjinin verimli kullanılması tasarrufun diğer ayağını
oluşturmaktadır. Koruma kısmında özelliklerinden bahsettiğimiz
kimyasal katkılar tasarruf alanında da bir takım özellikleri ile ön
plana çıkmaktadır. Özellikle yerli ürünlerde son beş yılda yapılan
Ar-Ge çalışmaları neticesinde tasarruf konusunda yabancı menşeli
ürünleri geride bırakmıştır. İthal ürünler sistemde sadece koruma
yönüyle tasarruf sağlarken yerli ürünler korumanın yanı sıra
enerjinin verimli kullanımı da artırarak tasarrufu farklı bir boyuta
70
taşımaktadır. Uluslar arası saygınlığı olan yerli ve yabancı bağımsız
kurum ve kuruluşlardan alınan test raporları ve saha uygulamaları
bunu destekler nitelikte sonuçlar ortaya çıkarmıştır.
Bu ürünlerin ısınma için gerekli enerji ihtiyacı suya göre daha
düşüktür. Isıyı suya göre daha kolay iletmektedir. Bu nedenle daha
hızlı ısınmaktadır. Yüksek ısı tutma özelliği sayesinde suya göre
daha geç soğumaktadır. Bu da ısıtmada % 15- % 20, soğuma
gecikmesiyle de % 10- % 15 olmak üzere toplamda % 30’a varan
enerji tasarrufu sağlamaktadır. Soğutma sistemlerinde ise yine
enerjiyi hızlı iletme özelliği sayesinde akışkanın hızlı bir şekilde
soğumasını sağlamakta, enerji tutma özelliği ile sayesinde de
suyun ısınmasını geciktirmektedir. Bu şekilde soğutmada % 10% 15, ısınma gecikmesinde de % 7- % 10 olmak üzere toplamda
% 20’e varan bir tasarruf sağlamaktadır[1]. Bu ürünlerin enerji
verimlerinin yüksek olması nedeniyle yakıt tasarrufunun yanı sıra
bireysel ve merkezi ısıtma ve soğutma sistemlerinin devrede kalma
sürelerini azaltarak cihaz ömürlerini artırmaktadır.
5. Sonuç
Ülkemizde birçok konuda olduğu gibi koruma ve tasarruf konusunda
da bilinç ve dolayısıyla eğitim eksikliği söz konusudur. Burada
koruma kültürünün gelişmeme sebeplerinin başında bu tür koruyucu
ürünlerin genellikle yurtdışından ithal ediliyor olması ve küçük bir
sistem için dahi yüksek maliyetlerin ortaya çıkmasıdır. Uzun vadede
düşünüldüğünde bu tür yatırımlar kendisini amorti etmektedir. Bu
konuda yerli ürünlerin geliştirilerek daha uygun fiyatlar ile bir an
önce piyasaya arz edilmesi hayati önem taşımaktadır.
Ülkemizde yerli üretim konusunda son beş yıl içinde çok ciddi
Ar-Ge yatırımları yapılmıştır. Ortaya çıkan ürünler konutlardan
sanayiye kadar birçok farklı alanda deneme süreçlerine tabi
tutulmuş ve olumlu neticeler alınmıştır. Ürünlerimiz sistemleri
korumanın yanı sıra % 20 ila % 30 oranında enerji tasarrufu
sağlayarak yabancı menşeli muadil ürünlerin bir adım önüne
geçmiştir. Koruyucu ve tasarruf özelliklerinin yanı sıra CO2
salınım oranını % 50 oranında azaltarak çevreci ürün özelliğini
de bünyesinde toplamayı başarmıştır. Bu konuda ülkemizde ve
Avrupa Birliği ülkelerinde yapılan tanıtım faaliyetleri kapsamında
uluslar arası saygınlığı olan çeşitli yerli ve yabancı üniversitelerden
alınan analiz raporları ürünlerimizin koruma, tasarruf ve çevreci
özelliklerini tescillemiştir. Başta belediyeler olmak üzere çeşitli
ülkelerin kamu kurumları ile önde gelen sanayi kuruluşları
ürünlerimizi kullanmaya başlamıştır. Ülkemizde bu tür ürünlerin
bilinirliği arttırılarak kullanımının yaygınlaştırılması sektörün
karşılaşmış olduğu birçok sıkıntıya kalıcı çözüm olacaktır. Birçok
Avrupa Birliği ülkesinde bu tür ürünlerin kullanımı çeşitli teşvikler
kapsamındadır. Ülkemizde de bu tür ürünlerin kullanımının teşvik
edilmesi açısından Enerji Performans Yönetmeliğini önemli bir
adım olarak görmekteyiz. Enerji açısından dışa bağımlı bir ülke
konumunda olduğumuzu unutmamalıyız. Isıtma ve soğutma
enerjinin verimli kullanılması birey ve ülke açısından önemlidir.
Isıtma ve soğutma da yapılacak tasarruf ülke ekonomisi nede
ciddi katkı sağlayacaktır.
Kaynaklar
[1] XENERGY Ürün Analiz Raporları
[2] “Demirdöküm Kazan Montaj ve Kullanma Kitabı”, pp.14–17
[3] “Alarko Kazan Montaj ve Kullanma Kitabı”, pp.14–17, June 2010
PROCEEDINGS BOOK
Summary
Today, as it is known most widely used main fluid is water in
heating-cooling systems. Used in the quality of water is one of the
factors that affect system performance and life directly. A heatingcooling system design and implementation phase of the matter
we take very seriously the main components of the system. The
system in the water quality of the many designers and practitioners
for the second plan, remains. By the user are pushed to the
background of this issue. The most striking instances of the failure
of companies providing technical service record can be found in
reports. According to these reports, many of our individual products
used in the majority of heating-cooling devices, corrosion, rust and
lime are not protected against the truth emerges.
80% of our country, such as the use of hard water and lime in a
country with no need at this point of consciousness due to shortage
of technical infrastructure and the cost we pay as the country
has reached major proportions. Many manufacturers of devices
specified by the user as a life of 10 to 15 years 7 or 8 is completed
in the life. Both the technical service reports and field studies that
we have done personally support it, provided we receive quality
results. The reasons for our growth here at the beginning of the
culture of protection of this kind is usually protective products
that are imported from abroad, even for a small system and the
emergence of high costs. Given this kind of investment pays off in
the long term. This is more about developing domestic products
with competitive prices is of vital importance to be placed on the
market as soon as possible.
In our country, in domestic production within the last 5 years
made a very serious R & D investments. The resulting products
have been subjected to processes of experimenting with many
different areas as housing industry and the results were positive.
Systems to protect our products, as well as 20% to 30% energy
savings equivalent to the foreign origin of products was a step
ahead. Protective properties and savings, as well as reducing CO2
emissions by 50% the rate of property within the green product has
managed to collect. Turkey and European Union countries on this
subject within the scope of the promotional activities of the various
local and foreign universities of international reputation analysis
reports from the protection of our products, savings and registered
its environmental attributes. Municipalities, particularly with
public institutions of various countries, including leading industry
organizations have started to use our products. In our country,
promote the use of such products by increasing awareness of the
sector is experiencing a permanent solution to the difficulty and
will be many. Many European Union countries, the use of such
products are covered by various incentives. Promote the use of
such products in our country as an important step in terms of the
Regulation on Energy Performance observe.
71
PROCEEDINGS BOOK
TÜPRAŞ İZMİT RAFİNERİSİNDE PİSTONLU KOMPRESÖRLERDE
KADEMESİZ YÜK KONTROLU UYGULAMASI
Soner SAVAŞ
Tüpraş Genel Müdürlüğü
Özet
TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi, Hydrocracker ünitesinde, 3,5 MW gücünde
ve 3 kademeli Nouvo Pignone markalı proses kompresörleri
mevcuttur. Hidrojen gazı basan kompresörler, 21 barda aldığı
gazı 204 bar değerine çıkarmaktadırlar. Tasarım aşamasında
genellikle ileride olabilecek üretim artışları düşünülerek kompresör
kapasiteleri gereğinden fazla seçilir. Çalışma sırasında fazla
basılan gaz miktarı geri dönüş vanaları ile kademe emişlerine
geri gönderilir. Fazla olarak basılan bu miktar, kompresörde enerji
kaybı ve ısıtma-soğutma yükünün artmasına neden olur. Uygulama
yapılan kompresörde mevcut valfler, Hydrocom valf sistemleri ile
değiştirilmişdir. Valf kontrol sistemi, ünitenin ana kontrol bilgisayarı
(DCS) ile tam uyumlu çalışır hale getirilmiş ve kompresörün
yalnızca ihtiyaç duyulduğu kadar gazı basması sağlanmıştır. Geri
dönüş valflerine gerek kalmadığından işletme giderleri azalmıştır.
İlave olarak kompresördeki mevcut basınç kontrolunda daha
hassas, güvenilir ve hızlı çalışma sağlanmıştır.
1. Giriş
TÜPRAŞ Rafinerileri genelinde proses ünitelerinde kullanılan
çok sayıda pistonlu kompresör mevcuttur. Bu kompresörler
akışkan gazları yüksek basınç ve sıcaklık değerlerine çıkararak
proseste kullanıma uygun hale getirirler. Pistonlu (reciprocating)
tip kompresörlerden bir taneside İzmit rafinerisi Plt-47 Hydrocraker
ünitesinde yer almaktadır. Ünite 4000 m3/gün şarjda, vakum
ünitelerinden çıkan heavy vakum gas oil’i LPG, hafif ve ağır nafta,
kerosin ve dizel gibi düşük molekül ağırlıklı ürünlere dönüştürür.
(Şekil 1)
Plt-47 ünitesinde bulunan 47K-2 A/B/C pistonlu kompresörleri
make-up gaz üretiminde kullanılmaktadır. Kompresörler sadece %
50, % 90 ve % 100 yükte çalışabilmekte ve ortak kademelerindeki
basınçları ayarlayabilmek için kontrol sisteminde yer alan spill-back
vanaları kullanılmaktadır. 4000 m3/gün şarjda (normal operasyon),
kompresörlerin ikisi sırasıyla % 90 ve % 100 yükte çalışmakta
ve hidrojen gereksinimine bağlı olarak sıkıştırılan gaz spill-back
(geri-dönüş) vanalarından emişe geri beslenmektedir. Prosesin
ihtiyacından fazla gaz sıkıştırıldığından, bu durum fazla enerji
tüketimine neden olmaktadır.
Kademeli yapılan kontrolün dezavantajları aşağıdaki gibi
özetlenebilir:
1) Gerekli olandan fazla gazı sıkıştırarak enerji kaybına neden
olmaktadır.
2) Kademeli sistemlerde yük artırma veya azaltma salınım
yarattığında, geri dönüş vanaları bu salınımı yeterince hızlı
giderememektedir.
Yukarıda belirtilen olumsuzlukların ortadan kaldırılması ve aynı
zamanda çevre emisyonlarının azaltılması amacıyla kademesiz
yük kontrol sistemleri incelenmiştir.
Hoerbiger firması tarafından üretilen Hydrocom yüksek teknoloji
valf-kontrol sistemi, çalışma aralığının % 10-100 olarak kontrol
edilebilmesi, yüksek enerji kazancı olması dolayısıyla yatırımın
geri dönüşünün daha kısa sürmesi, teslim süresinin kısa olması,
referansları ve kompresörün emme valflerinin yenilenerek enerji
verimliliğini % 2,6 artıracak olması sebepleriyle tercih edilerek
uygulanmıştır.
2. Hydrocom Sistemi ve Çalışma Prensipleri
Hydrocom’un çalışma prensibi büyük dizel motorlarındaki
enjeksiyon sisteminin yüksek teknolojili bilgisayar ve kontrol
sistemleriyle birleştirilmesi prensibine dayanır.
Basitçe, daha önce spill-back vanalarla uygulanan sistemde
sıkıştırılan gazın fazlası yeniden sistemin emişine beslenirken,
Hydrocom sisteminde emme valfleri istenen çalışma yüküne göre
valflerin açılma kapanma zamanlamasını ayarlayarak gereksiz gaz
basınçlandırılmasını minimize etmektedir. Bu sayede, fazladan
enerji harcanmasına gerek kalmamaktadır.
Şekil 1. Plt-47 Unicracker reaktör bölgesi akış şeması.
72
Sistemin temel özellikleri aşağıdaki gibi verilebilir:
Hydrocom bir kompresörü %10-100 arası istenen kapasitede
çalıştırabilir.
PROCEEDINGS BOOK
Grafik 1. Pistonlu Kompresörlerde Basınç-Hacim İlişkisi
Hydrocom sistemi “Reverse Flow” (piston yatağına emme valfi
ile alınan gazın bir kısmının yine emme valfinden geri verilmesi)
sayesinde, sıkıştırma işleminin başlamasını geciktirerek kapasite
kontrolünü sağlamaktadır.
Şekil 2’de; P-V diyagramının kısmi yük altındaki örneklemesi
gösterilmektedir. Grafiğin altında kalan alan (A,B,C,D) yapılan iş
miktarını göstermektedir. (C,D,Dr,Cr) bölgesi ise enerji tasarrufu
yapılan alanı ifade etmektedir.
Grafik 1’deki diyagramda % 50 yükte, pistonun çalışması için
ihtiyacı olan güç % 50 oranında düşer. Bu yüzdendir ki, ters akış
regülasyonu, spill-back kontrolü ile kıyaslandığında enerji tasarrufu
sağlar.
3. Mekanik Sistem Elemanları
Hydrocom sisteminin mekanik
parçalardan oluşmaktadır:
aksamı
aşağıda
listelenen
Şekil 2. Ters akış regülasyonunun prensibi[1].
Emme-basma valfleri: Kompresörün 14 adet tüm valfleri
Hoerbiger firmasından alınan valfler ile değiştirilmiştir. Hydrocom
sisteminin çalışma gereksinimlerine daha uygun olması
nedeniyle bu valfler tercih edilmiştir. Aynı zamanda yeni valflerin
kullanımı, kompresörün verimliliğini % 2,6 artırmıştır. Şekil 3’te
emme valfinin açık olduğu durumda piston, yükatıcı ve hidrolik
sistemin konumu örneklenmektedir.
Actuator: Çalıştırıcılar, emme valflerine ait unloader (yükatıcı)
operasyonundan sorumludur. Elektrik enerjisini 48 V harici
güç beslemesi ile UPS sisteminden, mekanik enerjiyi hidrolik
sistemden alarak Hydrocom’a ait PLC’den gelen komutlara
göre çalışır. Actuator kısımları Şekil 3’te detaylı bir olarak
gösterilmektedir.
Hidrolik Ünite: Hidrolik ünite, çalıştırıcılara hidrolik yağ sağlamak
amacıyla kullanılmaktadır. Genel olarak 200 bar basınca
kadar hidrolik yağ sağlamaktadır (kurulu 110 bar). Üzerinde
seviye anahtarı, yağ basınç transmitteri ve sıcaklık transmitteri
mevcuttur. (Şekil 6)
Şekil 3. Emme valfi.
Şekil 4. Hydrocom çalıştırıcı.
73
PROCEEDINGS BOOK
Şekil 5. Hydrocom çalıştırıcı detayı.
Şekil 6. Hydrocom hidrolik ünite.
Hidrolik Borulama Malzemeleri: Hidrolik borulamada
kullanılmak üzere temin edilen borulama malzemelerinin (boru,
fitting, support) yanı sıra çalıştırıcıların giriş-çıkışında kullanılmak
üzere titreşim sönümleyiciler de temin edilmiştir.
gibi oluşturulmuştur. Ayrıca Hydrocom sisteminin ünite duruşu
gerektirmeksizin devreye alınabilmesi için, koruma mantık devreleri
de DCS’te oluşturulmuşdur.
TDC (Top Dead Center) Sensor: TDC sensörü; kompresör
hızını ve krank şaftının pozisyonunu belirleyerek, Hydrocom
sistemini senkronize eder. TDC sensörü silindiriktir, indüktif
yaklaşım anahtarlama mantığına göre çalışır. Volan üzerine
açılan bir delik, devir esnasında TDC sensörün indüktivitesini bir
kez değiştirir. Her bir devirde indüktivitenin değişmesi nedeniyle
TDC-sensörü CIU(Compressor Interface Unit) ya bir referans
sinyali gönderir. Bu sinyal krankın konumu dolayısıyla da,
pistonun stroku hakkında bilgi verir.
4. Elektrik-Enstruman Sistem Parçaları
Hydrocom kontrol sistemi Şekil 7’de gösterildiği gibi;
1) DSC’de oluşturulan kontrol ve mantık blokları,
2) Kontrolcüler ve çalıştırıcılar arasındaki ara yüzü temsil eden
Hydrocom CIU (kompresör ara yüz ünitesi),
3) DCS’den gelen kontrol sinyaline göre emiş vanalarının
kapanmasını kontrol eden Hydrocom çalıştırıcıları,
4) Aktuatörlere hidrolik yağ basıncı sağlayan hidrolik ünitesi,
5) Çalıştırıcılara 48V enerji sağlayan harici güç beslemesi,
6) CIU’nun iç hesaplarında kompresörün her bir devrini gösteren
TDC sensöründen oluşmaktadır.
Kontrol sadece CIU içerisinde yapılmadığından, kontrol
blokları DCS’te yazılım sistem parçaları kısmında anlatıldığı
Hydrocom-CCM kompresörün performans takip yazılımı olup bu
proje çerçevesince temin edilmemiştir. Bu tip sistemlerin rafinerilerde
yaygınlaştırılması sonrası kompresörün performansının yakından
takibini sağlayan bu sisteminde temin edilmesi yararlı olacaktır.
5. Yazılım Sistemi Parçaları ve Kontrol Prensibi
Hyrocracker ünitesi ana kontrol bilgisayarı, Yokogawa marka olup,
çalışma sırasında ilgili uzmanlar (BEST) tarafından HydrocomDCS birleşimi tam olarak sağlanmışdır. Bu amaçla aşağıdaki
kontrol blokları yazılıma ilave edildi:
Şekil 7. Hydrocom elektrik-enstrüman sistemi blok şeması.
74
Hydrocom- 1. Kademe Yük Sinyali
Manual 1. Kd yük seçicisi
Manual ortak yük seçicisi
Hydrocom- Hidrolik Ünite Enable
Hydrocom CUI Enable
Hydrocom- Kompresör Yükü vs. CUI Enable ve Hidrolik
Basıncı
Hydrocom- Split-Range
Hydrocom- Limitation
Hydrocom- Scaling (Ölçeklendirme)
Hydrocom- Start Permissive
Hydrocom- Start Sekansı
Hydrocom- Duruş Sekansı
Acil duruş
Kompresör Çalışırken Hydrocom’un Tekrar Devreye
Alınması
Hydrocom’u Manual Moda’tan Auto Moda Alma
Hydrocom’u Auto Moda’tan Manual Moda Alma
HydroCOM- Rejenerasyon İşlemi
Hydrocom Sistemi Shut-Down Sekansı
Hydrocom Sistem Uyarısı ( Warning)
Hydrocom-CIU ve Hidrolik Ünite Durum Sinyallerinin
Yaratılması
Hydrocom- Valf Çalıştırıcı Sıcaklıkları ve İzlenmesi
Geri akış çalışma prensibine göre gazın sıcaklığı arttığı için
kompresörün sürekli olarak çok düşük yüklerde çalıştırılması
mümkün değildir (ör: % 5). Bu nedenle kısmi yüklerde gazın aşırı
ısınmasını engellemek için minimum yük % 30 olarak belirlenmiş
ve kontrol bloklarına girilmiştir (Hydrocom limitation).
PROCEEDINGS BOOK
Şekil 8. Saha, DCS ve CUI arasındaki sinyaller.
Şekil 9. 1.Kademe Yük Kontrol Bloku
Normal operasyonda sadece Hydrocom kompresör yükünü
kontrol eder. Spillback vanaları kapalıdır ve eğer gaz ihtiyacı
ancak Hydrocom minimum yükünün altındaysa spillback vanaları
aktif olur. Hydrocom arızası durumunda ise Hydrocom sistemi
deaktif olarak kompresör tam yüke geçer. Şekil 8’de sahadan
gelen ve giden sinyaller detaylı olarak gösterilmiştir. Örnek
olması açısından 1. kademe yük kontrolünü sağlayan kontrol
bloğu Şekil 9’da gösterilmiştir. Mevcut PI-basınç kontrolörünün
çıkışından Hydrocom sistemi ve mevcut spillback vanaları için
yük sinyali, split-range bloğu tarafından oluşturulur. Split-Range,
Hydrocom ve spill-back vanaları arasındaki yük sinyalini böler.
Bu fonksiyondaki ek girdi Hydrocom ve spill-back vanaların sinyal
aralıklarını belirleyen split-point’tir. Limitation bloğu kompresörü
aşırı ısınmadan Hydrocom’a minimum sinyal göndererek engeller.
Spill-back vanaların Auto/Manual seçicisi operatörün otomatik
kapasite kontrolü dışında spill-back vanalarını açılıp kapamasına
olanak sağlar. Ünite devreye alma (rejenerasyon işlemi) ve testrun’lar için bu fonksiyon gereklidir.
75
PROCEEDINGS BOOK
Şekil 10a. 47K-2C Kompresörü genel görünüm.
Şekil 10b. 1.Kademe valf-çalıştırıcı.
6. Uygulama ve Sonuçlar
ve Grafik 2b’de güç tüketimlerinin uygulama öncesi ve sonrası
değerleri görülebilir.
Sistem uygulaması 3’lü kompresör dizisinin C ekipmanında
yapılmıştır. Proje çalışmalarına 01/11/2009 tarihinde başlanmıştır.
Uygulama yöntemi olarak Hoerbiger firmasından parça ve
danışmanlık hizmeti alınarak kalan bütün çalışmalar, İzmit
Rafinerisi işletme, proje, bakım imkanları ile gerçekleşmiştir.
Mekanik ve elektronik parçaların temini devam ederken
kablolama ve borulama çalışmaları gerçekleşmiştir. 12/08/2010
tarihinde uygulama devreye alınmıştır. Şekil 10b’de görülen valf
ve çalıştırıcılar, mekanik ve enstrüman ekipleri tarafından monte
edilmiştir.
47K-2C Kompresörüne tesis edilen yük kontrol sistemi ile önceden
kademe emiş hatlarına geri dönüş olarak basılan fazla gaz miktarı
sıfırlanmış olup değişken yüklerde de prosese gerekli miktarda gaz
basılması sağlanmıştır. Uygulama sonrasında çalışması gereken
iki kompresörden bir tanesi % 100 yükte çalışırken 47K-2C ile
ihtiyaca göre kademe ayarı yapılmaya başlanmıştır.
6.1. Güç Tasarrufu
Referans dönemi olarak Aralık 2008 ile Nisan 2009 arası değerler
kullanılmış olup ölçüm dönemi için ise Ağustos 2010 ile Eylül
2010 arası değerler kullanılmıştır. Uygulama öncesi 5617 kW olan
toplam tüketim uygulama sonrası 5167 kW değerine düşmüştür.
450kW güç tasarrufu ile % 8 kazanım elde edilmiştir. Grafik 2a
Grafik 2a. Uygulama öncesi güç tüketimi.
76
6.2. Enerji Verimliliği
Güç tasarrufuna ilave olarak enerji verimliliği hesaplaması
yapılmışdır. Bunun için referans döneminde kompresörlerin bastığı
gaz başına tükettikleri güç tespit edilerek mukayese yapılmıştır.
Grafik 3a ve Grafik 3b’de basılan gaz miktarları görülebilir.
Uygulama öncesinde basılan gaz başına tüketilen güç 0,138 kW/
m3 değerinden 0,101kW/m3 değerine düşerek % 2,6 verim artışı
sağlanmıştır.
6.3. Emisyon Azaltımı
Emisyon azaltımına etkisi yıllık olarak 726 ton CO2 azaltımı şeklinde
olmaktadır.
7. Sonuç
Projenin uygulanması ile M/U Gaz kompresörlerinin yük kontrol
sistemi uygulamasından önce çektiği güç ortalama 5617 kW
olarak ölçülmektedir. Projenin uygulanmasından sonra çekilen
güç ortalama 5167 kW’a düşmüştür. Bu durumda tasarruf
değeri:
450 kW karşılığında 3600 MWh/yıl veya 309,6 TEP enerji tasarrufu
sağlanmıştır.
Grafik 2b. Uygulama sonrası.
PROCEEDINGS BOOK
Grafik 3a. Uygulama öncesi gaz akımı.
Grafik 3b. Uygulama sonrası gaz akımı.
Rafineri 2009 Yılı Toplam Enerji Tüketiminin 635.262 TEP olduğu
düşünüldüğünde yapılan tasarrufun toplam enerji tüketimine oranı
% 0,05 olur.
2010 yılına ait rafineri elektrik tüketim maliyetinin ortalaması 0,136
TL/kWh olarak alındığında yapılan tasarrufun parasal etkisi:
450 kW x 8000 saat/yıl x 0,136 TL/kWh = 488.880 TL/yıl olarak
hesaplanmaktadır.
Yatırımın maliyeti 405.565 TL olduğu baz alınırsa geri dönüş
süresi:
405.565 TL/488.880 TL=0,83 yıl ~10 ay olarak bulunmaktadır.
Kaynaklar
[1] Hoerbiger , “Hydrocom 06A/KLS Presentation” , p19, 2008
Summary
TUPRAS Izmit Refinery uses the three stage Nuovo Pignone
compressor with a driver power of 3,5MW for their Hydrocracking
Unit. Therefore hydrogen mix gas is compressed from approximately
21 bar to 204 bar. A compressor is usually oversized for potential
later expansion and production reserves so it delivers more gas
than by the process required. The unused gas is mostly recycled via
a spillback valve. This reexpansion of the gas causes energy loses
additional efforts in cooling or heating and is a rather slow control
method. All 14 pc. suction valves of the 47K-2C compressor were
equipped with a HOERBIGER HydroCOM control system. The
HydroCOM is fully integrated in the DCS and only the gas amount
which is really needed by the process will be compressed. The
operating costs are reduced because there is no need to use the
spillback valve any more. Additionally the stepless control system
provides reliable and precise pressure control for the discharge
and interstage pressures.
77
PROCEEDINGS BOOK
DOĞRUDAN METAN YAKAN KATI OKSİT YAKIT HÜCRELERİ İÇİN DEĞİŞİK
ANOT YAPILARININ İNCELENMESİ
Vedat SARIBOĞA
M.A. Faruk ÖKSÜZÖMER
M.Ali GÜRKAYNAK
İstanbul Üniversitesi Kimya
Mühendisliği Bölümü
İstanbul Üniversitesi Mühendislik
Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü
İstanbul Üniversitesi Kimya
Mühendisliği Bölümü
Özet
Birçok yakıt hücresi tipi mevcut olup yüksek sıcaklıkta işletilen
katı oksit yakıt hücreleri diğer tür yakıt hücrelerine göre elektrot
olarak soy metal kullanım zorunluluğu olmaması ve yakıt esnekliği
gibi avantajlara sahiptirler. Bu sayede Pt gibi pahalı metallere
ve üretimi, taşıması, depolaması problemleri bulunan hidrojen
yakıta bağımlılık ortadan kalkmış olacaktır. Doğrudan hidrokarbon
beslemesi durumunda kritik nokta yakıt ile karşılaşacak hücre kısmı
olan anot yapısıdır. Çalışmamızda şerit döküm tekniği kullanılarak
Ni/YSZ ve Cu/CeO2 /YSZ anot yapılı tek hücreler hazırlanıp
doğrudan metan yakıt durumu için performansları incelenmiştir.
Hücrelerin karakterizasyonunda taramalı elektron mikroskobu
(SEM), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve akımvoltaj eğrilerinden faydalanılmıştır.
1. Giriş
Gelişen dünyada enerji gereksinimi sürekli olarak artmaktadır.
Günümüz dünyasında enerjinin önemi yadsınamayacak
seviyelerdedir. Dünyada enerji kaynaklarını elinde bulunduran
ülkeler aynı zamanda dünya ekonomisine de yön veren ülkelerdir.
Özellikle 1973-1980 tarihleri arasındaki küresel savaşlardan sonra
petrol ihraç eden ülkeler topluluğunun (OPEC) karşı ülkelere
uyguladığı petrol ambargosu sonucu dünyada tam anlamıyla bir
enerji krizi baş göstermiştir. Bu artık enerji kaynaklarına sahip
olmanın sadece bir ekonomik güç olmaktan çıktığını, enerjinin artık
siyasi bir koz olarak da kullanıldığı anlamına gelmektedir. Petrol
krizlerinden sonra dünyada enerji bağımsızlığı üzerine bir çok
çalışma yapılmıştır. Bu yeni enerji kaynakları aramak, yenilenebilir
enerji kaynaklarının veriminin artırılması şeklinde olabileceği
gibi mevcut yakıtlardan elde edilebilen enerjinin daha verimli
kullanılabilmesi şeklinde de olabilmektedir.
Klasik içten yanmalı bir motor sistemi ile yakıtlardan elektrik üretim
proseslerinde mevcut kimyasal enerjinin düşük bir miktarı elektrik
enerjisine çevrilebilmektedir. Bir çok ekserji çalışması yürütülmüş
olmasına rağmen içten yanmalı motorlar ile kimyasal enerjielektrik enerjisi dönüşümü yeterli seviyelerde olmayıp % 25-30
dolaylarındadır. Zira içten yanmalı motorlar ile yakıtlardan elektrik
üretim sistemlerinde yakıtın kimyasal enerjisi önce mekanik enerjiye
ardından elektrik enerjisine çevrilmektedir. Kimyasal enerjiden
elektrik enerjisine dönüşümde aradaki mekanik enerji basamağının
elimine edilmesi halinde dönüşüm veriminin artırılabileceği fikri
yakıt hücresi tanımını ifade etmektedir[1].
Yakıt hücreleri kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren
elektrokimyasal cihazlardır. Herhangi bir hareketli parça içermeyen
bu sistemler sayesinde kimyasal enerjinin % 60-70’inin elektrik
enerjisine dönüşümü mümkündür. Yakıt hücreleri ayrıca SOx, NOx
gibi partiküllü kirliliklere sebep olmamaktadırlar. Yakıt hücreleri
basitçe anot-elektrolit-katot şeklindeki hücre elemanlarından
oluşurlar. Bir çok hücrenin istenen güç kapasitesine göre bir araya
getirilmesi sonucu hücre yığınları oluşturulur.
Yakıt hücreleri temel olarak beş sınıfa ayrılmakta ve isimlerini
kullanılan elektrolitten almaktadırlar. Ayrıca çalışma sıcaklıklarına
göre de sınıflandırma yapılabilmektedir. Taşınabilir cihazlar ve
ulaşım alanı için polimer elektrolit membran yakıt hücresi teknolojisi
ön plana çıkarken büyük güç üretim tesislerinde kullanılmak üzere
katı oksit yakıt hücresi teknolojisi geliştirilmeye çalışılmaktadır.
Katı oksit yakıt hücrelerinde kullanılan elektrolit yapıları oksit yapılı
seramikler olup taşınan iyon O2- dir. Yakıt hücrelerinde genel olarak
hidrojen yakıt kullanılmaktadır. Bununla beraber hidrojen üretimi,
taşıması, depolaması problemli olan bir maddedir. Katı oksit yakıt
hücreleri yüksek operasyon sıcaklıklarında işletildiklerinden dolayı
doğrudan hidrokarbon yakıt ile de işletilebilmektedirler[2-4].
Şekil 1. Katı oksit yakıt hücresi şematik gösterimi.
Doğrudan metan yakan katı oksit yakıt hücrelerinde yakıt ile
karşılaşan bölüm olan anot katalizörü kritik rol oynamaktadır.
Kullanılan anot yapısının elektrokimyasal oksidasyon reaksiyonu
için aktif, O2- iyonu iletken ve aynı zamanda oluşan akımın
taşınabilmesi için elektronik iletken yapıda olması gerekmektedir.
Klasik hidrojen yakan katı oksit yakıt hücrelerinde ticarileşme
aşamasında olan Ni/YSZ anot yapısı doğrudan metan yakıt ile
çalıştırılmaları durumunda kraking reaksiyonunu da katalizlemesi
sonucu yüzeyde birikmesi ile deaktive olmaktadır[5].
*Bu çalışma DPT 2008K121000 no’lu projesi ve İ.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi 4495 no’lu projeleri tarafından desteklenmiştir.
78
PROCEEDINGS BOOK
CH4 = C+2H2
(1)
Bu çalışmada çift tabakalı şerit döküm-infiltrasyon teknikleri
kullanılarak Ni/YSZ ve Cu/CeO2/YSZ esaslı tek hücreler hazırlanmıştır.
Hücrelerin mikro yapı karakterizasyonunda SEM ve elektrokimyasal
performanslarının karakterizasyonunda elektrokimyasal empdedans
spektroskopisi (EIS) ve akım-voltaj eğrilerinden faydalanılmıştır.
Şerit olarak çekilen film kuruduktan sonra yüzeyden kaldırılır,
istenen şekilde kesilir ve iki tabaka birlikte sinterlenir. Ardından
gözenekli yapıya istenen katalizör yapıları, tuzlarının çözeltilerinin
emdirilmesi suretiyle yüklenir.
Tablo 1. Şerit Döküm Çamuru Bileşimleri
Elektrolit çamuru bileşimi
Anot çamuru bileşimi
10 g YSZ
30 g Bağlayıcı solüsyonu
10 g YSZ
1 g Nişasta
9 g Grafit
60 g Bağlayıcı solüsyonu
2. Deneysel
2.1. Hücrelerin Hazırlanması
Bu çalışmada, tek hücrelerin hazırlanmasında tabakalı şerit döküm
tekniği kullanılmıştır. Katı oksit yakıt hücresi bileşenleri oksit
yapılı seramik materyaller olduğu için seramik işleme teknikleri
ile hazırlanırlar. Şerit döküm (tape-casting) tekniği ucuz ve basit
bir seramik işleme yöntemi olduğundan dolayı elektroseramik
endüstrisinde çok sık kullanılmaktadır[6]. Klasik olarak NiO/YSZ
anot yapısına sahip hücre hazırlamasında kullanılan tabakalı şerit
döküm tekniğinde katalizör NiO anot çamuru bileşimine çiğ formdan
dahil edilir ve hücre sinterlemesine katalizör de maruz kalır.
Bununla beraber hazırlanacak anot yapısına ilave edilecek metalin
erime sıcaklığı hücrenin sinterleme sıcaklığından daha düşük ise
bu yapıların klasik şerit döküm tekniği ile hazırlanmaları mümkün
değildir. Gorte ve arkadaşları[7] tabakalı şerit döküm tekniğini
modifiye ederek, infiltrasyon adını verdikleri yeni bir yöntem
geliştirmişler ve bu problemin önüne geçmişlerdir. Bu tekniğe göre,
alt tabaka olarak yoğun elektrolit tabakası çekilirken üst tabaka
çamurunda katalizör yer almamakta, yüksek miktarda gözenek
yapıcı madde bulunmaktadır. (Şekil 3)
Çekim Hızı: 7 m/dk
Kurutma Süresi: 24 saat
Emdirilen katalizör yapıları tuzların bozunma sıcaklıklarında
kalsine edildikten sonra metal oksit yapıları yüklenmiş olur.
Hücre operasyonu sırasında yapılan indirgeme ile istenen metalmetal oksit katalizörlü anot yapısı elde edilmiş olur. Disk şeklinde
kesilen filmler 1450 °C’de beş saat sinterlenerek istenen yoğun
elektrolit gözenekli anot iskeleti yapıları hazırlanmıştır. Sinterleme
sonrası katot malzemesi olarak ticari LSM katot çamuru fırça ile
sürülmüş ve 1200 °C’de iki saat ısıl işlem uygulanmıştır. % 5560 gözenekliliğe sahip olan elektrolit- anot iskeleti yapısına anot
katalizörleri Ni ve Cu/CeO2 yapıları nitrat tuzlarının emdirilmesi
suretiyle yüklenmiştir. Her emdirme sonrası diskler 600 °C’de
kalsine edilerek nitrat tuzlarının dekompoze olması ve istenen oksit
yapılarının elde edilmesi sağlanmıştır.
Anot-elektrolit-katot bileşkesi hazırlandıktan sonra yapıya akım
toplayıcı olarak gümüş elek ve gümüş teller ilave edilmiştir. Ardından
hazırlanan disk, destek görevi görmesi amacı ile alümina boru
Şekil 2. Çift tabakalı şerit döküm tekniği şematik gösterimi.
Şekil 3. Çift tabakalı şerit döküm tekniği ile anot-elektrolit yapısı hazırlanması.
79
PROCEEDINGS BOOK
(a)
Şekil 4. Hazırlanan tek hücrelere ait şerit döküm sonrası çiğ film,
sinterleme sonrası disk ve katalizör yüklemesi sonrası yarı hücre
görüntüsü.
(b)
(c)
Şekil 6. Çift tabakalı şerit döküm tekniği ile hazırlanmış, 1450 oC’de
sinterlenmiş disklere ait (a) kesit görüntüsü, (b) gözenekli anot yapısı
(c) yoğun elektrolit yapısı.
(a)
(b)
Şekil 5. (a) Akım toplayıcıları eklenmiş ve boru ucuna yapıştırılmış tek
hücre, (b) tek hücre test sistemi şematik gösterimi.
ucuna seramik yapıştırıcısı ile yapıştırılmıştır. Hücre operasyon
öncesi gece boyu hidrojen akışına bırakılarak anot yapılarındaki
nikel ve bakır indirgenmesi sağlanmış, ardından hücreye yakıt
olarak metan beslemesi yapılmaya başlanmıştır. Sistem dengeye
geldikten sonra elektrokimyasal ölçümler gerçekleştirilmiştir.
2.2. Hücrelerin Karakterizasyonu
Hazırlanan hücrelerin mikro yapıları SEM analizi ile karakterize
edilmiştir. SEM analizleri JEOL-JSM 6335F cihazı ile yapılmıştır.
Hazırlanan hücrelerin kesit ve yüzey görüntüleri belirlenmiştir.
Hücrelerin direnç ölçümleri SOLARTRON 1296 marka EIS cihazı
kullanılarak hazırladığımız hücrelerin empedans değerleri açık
devre şartlarında, 30MHz-10 mHz frekans aralığında, 10 mV’luk
sinyaller yollanarak gerçekleştirilmiş ve Nyquist eğrileri çizilmiştir.
Bu çalışmada akım-voltaj ölçümleri GAMRY marka potansiyotat
cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan hücreler 700
o
C’de iki saat saf hidrojen ile indirgendikten sonra metan yakıta
dönülmüş ve hücre dengeye geldikten sonra 30 dakika boyunca
açık devre voltajı değerleri ölçülmüştür. Ardından açık devre voltajı
değerinden başlanarak çalışma elektroduna göre 0 volt değerine
kadar 5 mV/sn hızla voltaj değerleri düşürülmüş ve bu değerlere
karşılık gelen akım değerleri ölçülmüştür. Akım-voltaj değerleri
alındıktan sonra güç değerleri hesaplanmış ve 600, 700 ve 800
o
C sıcaklıklar için akım-voltaj-güç eğrileri çizilmiştir. Hücrelerin
deaktivasyon dirençleri 800 oC sıcaklıkta zamana bağlı olarak açık
devre potansiyelleri takip edilerek incelenmiştir.
Katalizör yüklemeleri sonrası hazırlanan tek hücrelere ait akımvoltaj eğrileri Şekil 7’de verilmiştir.
Buna göre Ni/YSZ hücre ile 800 oC’de 1,2 volt açık devre potansiyeli
ölçülürken 70 mW/cm2 akım yoğunluğu, Cu/CeO2/YSZ hücre ile
ise 0,91 volt açık devre potansiyeli ölçülürken 12 mW/cm2 güç
yoğunluğu elde edilmiştir.
(a)
3. Sonuçlar ve Tartışma
Çalışmamızda Ni/YSZ/LSM ve Cu/CeO2/YSZ/LSM tek hücreleri
hazırlanmıştır. Hücrelere ait SEM görüntüleri Şekil 6’da verilmiştir.
Görüldüğü üzere çift tabakalı şerit döküm tekniği ile yoğun, ince
ve çatlaksız elektrolit ve gözenekli ve elektrolit ile iyi adezyon
göstermiş anot yapıları hazırlanmıştır.
80
(b)
Şekil 7. (a) Ni/YSZ (b) Cu/CeO2/YSZ anot yapılı tek hücrelere ait
600 oC,700 oC ve 800 oC sıcaklıklar için akım-voltaj eğrileri.
PROCEEDINGS BOOK
Hücrelere ait 800 oC’deki EIS sonuçlarına karşılaştırmalı olarak
bakılacak olursa bakılacak akım-voltaj eğrileri ile uyumlu değerler
ölçülmüştür. Buna göre yüksek güç yoğunluğu sağlayan Ni/
YSZ/LSM hücresinde toplam 13,9 ohm.cm2, Cu/CeO2/YSZ/LSM
hücresinde ise toplam 36,8 ohm.cm2 direnç değerleri ölçülmüştür.
Hücrelere ait deaktivasyon dayanımlarına göz atılacak olursa
Ni/YSZ yapısı altı saat gibi kısa bir zamanda degrade olmaya
başlamış ve 10 saat sonunda hücre potansiyeli 0 volt değerine
düşmüştür. Bununla beraber Cu/CeO2/YSZ hücresinde ise zamanla
bir potansiyel kaybı görülmemiş, stabil bir operasyon sağlanmıştır.
4. Sonuç
Yapılan çalışmada, Ni/YSZ/LSM ve Cu/CeO2/YSZ/LSM tek hücreleri
hazırlanmış ve performansları doğrudan metan yakıt durumu için
sınanmıştır. Hidrojen yakıt durumu için ticarileşme aşamasında
olan Ni/YSZ yapısı doğrudan metan yakıt durumunda da literatür
ile uyumlu olduğu üzere üstün performans göstermiştir. Bununla
beraber Ni/YSZ yapısı nikel katalizörün operasyon şartlarında
kraking reaksiyonunu da katalizlemesi sebebi ile kısa sürede
deaktive olmaktadır. Cu/CeO2/YSZ yapısındaki anot yapısı ise
Ni/YSZ yapısıyla karşılaştırılacak olursa daha düşük performans
göstermiştir. Bu durum Şekil 9’da açıklanmaya çalışılmıştır.
(a)
Şekil 9. Ni/YSZ ve Cu/CeO2/YSZ anot yapılı hücrelere ait üç ve dört faz
sınırı şematik gösterimi.
Katı oksit yakıt hücrelerinde elektrokimyasal reaksiyonun meydana
gelebilmesi için iyonik iletken malzeme-elektronik iletken malzemekatalitik aktif malzeme ve yakıtın bir araya gelmesi gerekmektedir.
Ni/YSZ durumunda nikel katalizör hem oksidasyon reaksiyonu için
katalitik aktivite hem de elektronik iletken rol oynar. Cu/CeO2/YSZ
yapısına sahip anot yapısında ise tüm görevler bölüştürülmüştür. Bu
durumda Cu yalnızca elektronik iletken rol oynarken CeO2 yalnızca
katalitik aktif malzeme olarak görev alır. Yani elektrokimyasal
reaksiyonun meydana gelebilmesi için Ni/YSZ hücre yapısında
yakıt-nikel-YSZ üç faz sınırı gerekli iken Cu/CeO2/YSZ yapısında
ise yakıt-Cu-CeO2-YSZ dört faz sınırına ihtiyaç duyulmakta
dolayısı ile etkin alan azalmaktadır. Bu sebeple Ni/YSZ yapısı Cu/
CeO2/YSZ yapısından daha üstün performans göstermektedir. Bu
dezavantajına rağmen Cu metalinin kraking reaksiyonu için inaktif
olması sebebi ile hücre performansında bir düşüş görülmemiştir.
Ni/YSZ yapısına sahip anot materyallerinin karbonlaşma sebebi
ile deaktive olması, Cu/CeO2/YSZ anot yapısında sahip anot
materyallerinin yeterli performans gösterememesi ve ayrıca düşük
erime sıcaklığı (1085 oC) sebebi ile bakırın reaksiyon şartlarında
sinterleşmesi problemleri üzerine, ayrıca alternatif anot materyalleri
geliştirmek üzerine dünya çapında birçok araştırmacı çalışmalarını
sürdürmektedir. Bununla beraber ülkemizde bu konu üzerine
yürütülen çalışmalar yeterli seviyede olmayıp daha fazla ilgiyi hak
etmektedir.
Kaynaklar
(b)
Şekil 8. (a) Ni/YSZ ve Cu/CeO2/YSZ anot yapılı hücrelere ait 800 oC
sıcaklık için ölçülen elektrokimyasal empedans spektrumları (b) Ni/YSZ
ve Cu/CeO2/YSZ anot yapılı hücrelere ait 800 oC sıcaklık için doğrudan
metan akışı durumunda açık devre potansiyellerinin zamanla değişimi.
[1] STEELE, B. C. H., “Material science and engineering: The
enabling technology for the commercialisation of fuel cell
systems”, Journal of Material Science,36(2001) 1053 –1068
[2] STAMBOULI A.B., TRAVERSA, E., “Solid oxide fuel cells
(SOFCs): a review of an environmentally clean and efficient
source of energy”, Renewable and Sustainable Energy
Reviews ,6 (2002) 433–455
[3] SINGHAL S.C., “Advances in solid oxide fuel cell technology”,
Solid State Ionics (135) 305–313,2000
[4] SINGHAL, S.C., KENDALL, K., “High Temperature Solid Oxide
Fuel Cells,” Elsevier, 1856173879, 2003
[5] McINTOSH, S. , GORTE, R.J., Direct Hydrocarbon Solid Oxide
Fuel Cells, Chem. Rev., 104, 4845-4865, 2004
[6] RAHAMAN, M.N., Ceramic Processing, 2007, CRC press, p: 287
[7] GORTE, R.J., KIM, H., VOHS, J.M., “Novel SOFC anodes for
the direct electrochemical oxidation of hydrocarbon”, Journal
of Power Sources ,106 , 10–15,2002
81
PROCEEDINGS BOOK
Summary
Fuel cells are electrochemical devices that directly convert chemical
energy into electrical energy. There are numerous advantages to
using fuel cells over traditional power generation systems. The
most attractive advantage is the increased efficiency associated
with directly converting chemical energy into electrical energy.
Fuel cells are cleaner than other systems, as they do not produce
particulate pollutants, such as NOx and SOx.
Solid oxide fuel cells have received a great deal of attention
because they offer the promise of very high efficiency with relatively
low sensitivity to impurities in the fuel. Both of the properties
result from the operating temperatures, which, depending on the
system design and the materials used, range from roughly 873
to 1273K. In this temperature range, the electrode reactions are
relatively fast, so that high cathode over-potentials found with lowtemperature proton-exchange-membrane (PEM) fuel cells can be
much lower. Furthermore, the waste heat in an SOFC is produced
at a temperature the heat can be used. Regarding impurities, CO,
a severe poison for low-temperature fuel cells, is a fuel for SOFC.
While SOFC are sensitive to sulfur, they are much less sensitive
than PEM fuel cells.
When using hydrocarbons as the energy source of energy, it is
usually assumed that SOFC must operate on syngas, a mixture
of CO and H2 produced by reforming; however the relatively
high operating temperatures of SOFC make it feasible to feed
hydrocarbons directly to the anode without external reforming.
Direct utilization of hydrocarbons could simplify the use of fuel cells
operating on hydrocarbons and significantly improve efficiency by
avoiding the losses associated with external reformer.
In this work; single cells with different anode structures were
prepared by layered tape casting method and characterized. To
characterize the cells, SEM, EIS and i-v curves were used.
82
PROCEEDINGS BOOK
IMPORTANCE OF HIGHER EFFICIENCIES FOR INDUCTION MOTORS AND
PRESENT TRENDS
Vinod KUMAR K.N
GE Energy Services
Why the fuss ?
Electric motors in industrial applications account for 30-40% of
electric energy consumption world wide
Annual consumption of electricity by motors ~ 6400 TWh. Huge
saving potential (and need) !
Saving in
Electric
Energy
Environmental benefits
Natural resources saving
Energy security for future
Benefits For End User:
150kW, 1500 RPM, 415 V, 50 Hz, TEFC, 96.5 % Eff
$ 9,100
68,082
68,082
68,082
68,082
68,082
$340.410
150 kW, 1500 RPM, 415 V, 50 Hz, TEFC, 94.00 %Eff
Distribution of saving potential in the industrial sector:
$ 5,948
69.893
69.893
69.893
69.893
69.893
$349.465
Operating cost for 5 years based on $ 0.05 (USD) / kWh
Reduction in CO2* = 1068.00 Kg
* Based on natural gas generated power ~ 0.6 kg / kWh
Source: IEC 60034-30
Major chunk of the motors are in 0.75 to 375 kW range. Hence, the
main focus area.
The Present Scenario:
Different countries have different standards for efficiency and
energy classification- Epact in US, CEMEP in EU, CSA, AS/NZS
etc...
Difficult for the manufacturers to make products for global
products…..misunderstandings and trade barriers
Some countries are not yet fully awake to the need for increased
efficiency…or are slow moving
83
PROCEEDINGS BOOK
Existing Regulations :
Manufacturers showcasing the benefits of the higher efficiency.
Penetration of “Premium Efficiency” trend is less (gradual) in
OEM driven markets!
Premium efficiency motors availability is more in US compared
to other countries in EU or Asia.
Differing test procedure / tolerance practices for new standards
have been deterrents for faster implementation.
Efforts to Harmonize the efficiency levels, testing procedure globally.
IE # Energy Levels
(IE – International Energy-Efficiency Class)
Aimed at harmonizing the global efficiency levels/testing
practices/tolerances
Based on new standard IEC 60034-30
Defines three levels – IE1, IE2, IE3 and IE4 (super efficienc ) for
future
Testing methods per new standard IEC 60034-2-1
The Significant change from IEC 60034-2 is stray load loss
calculation
Optimistic method
Does not define frame (size) for output
Salient Points
Nominal 50 Hz limits for IE2 and IE1 are based on EFF1 and EFF2
respectively adjusting for the difference in test method (loss calculation)
IE3 levels set at 15- 20 % reduction in losses compared to IE2
Note: Efficiency levels of 1,2,3 are defined. 4 is reserved for next
revision. The Goal is to reduce the losses by 15 % compared to IE3
levels. Other technologies than the conventional induction motors
may be required !
Scope Of Coverage:
Out put rating – 0.75 kW to 375 kW
Voltage – up to 1000 Volt
2,4,6 poles (8 and higher poles are less in volume and hence
not included)
S1 duty or S3 duty with a duty cycle duration more than 80%
DOL “operation”
Operating conditions per IEC 60034-1, clause 6
Does not define frame ( size) for output
Special notes:
Geared motors and brake motors are covered
Hazardous area motors are included. However, Explosion
Proof motors mentioned as special but not specifically
excluded
Contents of IEC 60034-1, clause 6:
Suitable for operation with a supply with HVF – 0.03 for design
N motors, 0.02 for others
HVF = Sqrt (Sigma (Un Squared/n))
Un = pu of harmonic voltage
n = order of harmonics
IE Efficiency Classification:
84
Characteristic Numeral
Description
1
Standard
2
High
3
Premium
4
Super Premium
Negative Sequence Components – Not exceeding 1% for long
periods or 1.5% for few minutes & zero sequence component
not exceeding 1% of positive sequence component
Temperature rise limited to 10K in the permitted “abnormal”
operating conditions as above
PROCEEDINGS BOOK
Specific Exclusions:
Inverter duty motors (that are only used on inverter)
Motors completely integrated into a machine that can not be
tested separately
Hazardous area motors are included. However, Explosion Proof
(Flame proof) motors mentioned as special but not specifically
excluded
Calculation per the sum of losses
Computation - Nominal Efficiency Levels:
General formula for computation of nominal efficiency with 50 Hz
mains supply
hN=A.[ log10[PN/1kW]]3+B. [log10[PN/1kW]]2+C.log10[PN/1kW]+D
Eff And IE:
IE refers to IEC 60034-2-1 ( stray load losses are measured) where
as Eff levels were based on IEC 60034-2 ( assumes the stray load
losses as 0.5 % of the input power)
A,B,C,D are interpolation coefficients and PN is kW
Is it fair to make this assumption?
The calculated efficiency should be rounded to nearest 10th
Stray Load Loss is the most difficult to measure of all the losses
and highly variable among the similar machines
Stray load losses – In direct Measurement ( similar to IEEE 112,
method B).
The significant difference from the earlier practice of considering
0.5% of the rated input.
Interpolation Coefficients For Different Levels:
A Look Into The Indirect Measurement Of Stray Load Losses:
IE Code
Coefficients
IE1
IE2
IE3
50 Hz up to 200 kW
2 pole
4 pole
6 pole
A
0.5234
0.5234
0.0786
B
-5.0499
-5.0499
-3.5838
C
17.418
17.418
17.2913
D
74.3171
74.3171
72.2383
A
0.2972
0.0278
0.0148
B
-3.3454
-1.9247
-2.4978
C
13.0651
10.4395
13.247
D
79.077
80.9761
77.5603
A
0.3569
0.0773
0.1252
B
-3.3076
-1.8951
-2.613
C
11.6108
9.2984
11.9963
D
82.2503
83.7025
80.4769
Indirect Measurement:
Residual Losses =P1-P2-Ps-Pr-Pfe-Pfw
P1 = Power input to the machine
P2 = Output power ( ωT )
Ps = Stator Copper Loss
Pr = Rotor Copper Loss (Calculated as slip power absorbed in rotor)
Pfe = Iron Losses ( From no load test)
Pfw = Mechanical Losses ( From no load test)
Smoothing of the residual loss data by Regression analysis of
PLr = A x T2 + B
A and B are regression coefficients and T is torque.
Testing Method:
Testing per IEC 60034-2-1
For IE1 and lower efficiency levels, test method with low / medium
uncertainty shall be sufficient. For Higher efficiency levels, only
low uncertainty methods are acceptable
Method
Preferred
Method
Required
Facilities
Uncertainty
PLL from residual
losses
Three phase
machines >
1kW up to
150 kW
Torquemeter/
dynamometer
for >=1.25 x
Full load
Low
PLL from
assigned value
Medium /
High
PLL from
removed rotor
and reverse rotation test
Auxiliary motor with rated
power <=5 x
total loss
High
PLL from Eh-star
test
Resistor for
150% rated
phase current
Medium
Smoothing of the residual loss data
When the correlation coefficient γ is less than 0.95, delete the
outlier and repeat the regression.
However, if the coefficient remains less than 0.95, redo the test
85
PROCEEDINGS BOOK
Comparison Of Both The Methods:
Variation in stray load losses with respect to motor output
Data based on calculation and not from test results.
Method 1: By indirect measurement of WLL
Method 2: By assigned value of WLL
References:
IEEE 112
IEC 60034-1, IEC 60034-2-1, IEC 60034-30
IEEE paper – Electric Motor Standards,
Transformation.
Various websites
86
Ecodesign
and
Global
Market
PROCEEDINGS BOOK
ORGANİK ESASLI MANGAN KATKI MADDESİYLE FUEL OİLİN YANMA
ÖZELLİKLERİNİN TS 11630 KAPSAMINDA GELİŞTİRİLMESİ
Zafer MACİT
PETROYAK A.Ş.
Özet
Dünyadaki fosil enerji kaynaklarının giderek azalması, hızlı nüfus
artışı, endüstrileşme ve mevcut yakıtların sera tabakası, küresel
ısınma, iklim değişiklikleri, asit yağmurları gibi çevre üzerindeki
olumsuz etkileri bilim adamlarını ve uluslararası kuruluşları, uzun
vadede ucuza mal edilebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarından
yararlanmaya yöneltmektedir. Bu amaçla yapılan çalışmalarda
yeni ve temiz enerji kaynakları endüstride ihtiyaçları karşılamadığı
sürece, konvansiyonel enerji kaynaklarının en verimli şekilde ve
çevreye duyarlı olacak şekilde kullanılmaları ön plana çıkmaktadır.
Fosil yakıtlar içerisinde fuel oil; dezavantajları giderilebildiği takdirde,
özgül ısısı ve kullanım kolaylığı yönüyle ekonomik bir enerji kaynağı
haline dönüşmektedir. Fuel oildeki kükürdün metal katkı maddeleriyle
sülfatlı bileşikler halinde külde tutularak baca gazında kükürt oksit
bileşiklerinin salınımının önlenmesi, metal katalizörlerin katalitik etkisi
ile yakıtın özelliklerini geliştirmesi, polimerleşmeyi önlemesi, düşük
sıcaklık ve yüksek sıcaklık korozyonunu önlemesi verim artışı ile
birlikte umut verici bir gelişme olarak düşünülmektedir. Bu konuda
yanmayı geliştiren TS 11630 Fuel oil Katkı Maddeleri standardı
endüstrideki kullanıcılara yol gösterici önemli bir kaynaktır. Organik
esaslı metal katkı maddeleri içerisinde en etkili metal katalizör, mangan
esaslı bileşiklerdir. Bu çalışmada, katkısız ve mangan katkılı fuel
oilin laboratuvar ve tesis ölçümleri standart deneyler doğrultusunda
kaydedilmiş, katkı maddesinin fuel oili incelttiği, yanma özelliklerini
geliştirdiği ve emisyon değerlerini iyileştirdiği tespit edilmiştir.
küçük bir tasarruf değerinin toplam tüketimde büyük rakamlara
ulaşacağı muhakkaktır[1]. Günümüzde enerji tüketiminin %
90’ından fazlasını fosil yakıtlar oluşturmakta ve bu benzer senaryo
gelecekte de uzun süre bu şekilde devam edecek gözükmektedir[2].
Yüksek viskozite brülörlerde tıkanıklığa yol açıp yanma verimliliğini
düşürdüğü gibi pompalama için gereken enerji miktarını artırır.
Yüksek viskozitedeki yakıtlar, yakıtın fakir atomizasyonuna,
kötü yanmaya, enjektörlerin tıkanmasına, segmanlarda karbon
birikmesine ve yağlama yağının bozulmasına sebep olmaktadır.
Yüksek viskozite pompalanabilmeyi ve enjektörlerin püskürtme
özelliğini azaltır ve harcanan enerji miktarını artırır[3][4]. Asfalta
yakın daha ağır petrol ürünleri kullanıldığında problemler daha da
artmakta do-layısıyla daha fazla enerji kaybına yol açmaktadır[5].
Bu tür sorunları çözmek için üreticiler döner başlıklı[6], çift
akışkanlı[7], döner basınçlı[8], fanlı[9], ultrasonik[10] ve sıklıkla
kullanılan “Y” tipi nozulların yanında[11], kimyasal katkı sayesinde
yakıtın istenen özelliklerinin sağlanabileceğini belirtmişlerdir[1][4].
Bu çalışmada 6 numara ağır sanayi fuel oilin laboratuvar ve
tesis çalışmaları çerçevesinde sentezlenen mangan esaslı katkı
maddeleriyle viskozitenin ve parlama noktasının düşürülmesi
amaçlanmaktadır. Bu amaçla yakıt içerisine kütlece % 0,1 değerinde
katkı maddesi dozlanmış baca gazı ölçümleri ile performans ve
emisyon değerleri incelenmiştir.
2. Deneysel Çalışma
Anahtar Kelimeler: Manganez, Emisyon, Fuel Oil Katkı Maddesi,
Enerji Tasarrufu.
1. Giriş
Fosil yakıtların neden olduğu temel etki, global ısınma; sıcak iklime
sahip ülkelerde yüzlerce ölümlere, deniz seviyesindeki artış, sel
baskını, kasırga, orman yangını gibi felaketlere sebep olmaktadır.
Hidrojen ve elektrik enerjisi gibi temiz enerji teknolojileri ile ilgili
temel problem, bu tür enerjilerin kaynağında üretilmeleri ve
taşıma problemleridir. Uzun mesafelere taşınmaları sırasında,
depolama sorunları yaşanmakta ve önemli miktarlarda elektrik
enerjisi kaybı olmaktadır. Yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları
bulunmadıkça fosil yakıtlar ve yakma sistemleri vazgeçilmez
enerji kaynağıdır. Bu noktada fosil yakıtlarda güncel yakma
teknolojilerine ve çevreye duyarlı, standartlara uygun katkı
maddelerine geçiş hızlandırılmalıdır. Mevcut yakma sistemlerinin
ve fosil yakıtların ıslahı ile geleneksel yakıtlar ve sistemleri, temiz
enerji teknolojisindeki yerini almalıdır. Dolayısıyla, fuel oilin enerji
tüketimindeki payı büyüktür ve yanma tüketiminde sağlanacak en
Yakıt olarak yüksek viskoziteden dolayı büyük problemlerin
yaşandığı 6 numara ağır fuel oil seçilmiştir. Kesikli karıştırıcılı
reaktörde mangan organik esaslı bileşiklerle reaksiyona sokularak
katkı maddesi hazırlanmıştır. Mangan esaslı katkı maddesi
dozlanmış fuel oil numuneleri bir gün bekletilerek değişik
sıcaklıklarda Saybolt viskozimetresi ile viskoziteleri ölçülmüştür.
Aynı şartlarda aynı fuel oil katkı maddesiz olarak ölçümleri
tekrarlanarak karşılaştırılmıştır. Her bir ölçüm üç kez tekrarlanarak
ortalamaları alınmıştır. Katkısız ve katkılı numunelerde alevlenme
noktası ASTM D-93 metodu ile ölçülerek katkı maddesinin etkisi
belirlenmiştir. Ayrıca gerçek boyutlardaki tesislerde yanma,
katkısız ve katkılı fuel oil ile gerçekleştirilerek hava katsayısı ve
bacagazı emisyon ölçümleri kaydedilmiştir. Deneylerde “TS 11630
Fuel Oil Katkı Maddeleri-Yanma Özelliğini Geliştiren” standardında
belirtilen esaslar dikkate alınmıştır.
3. Sonuçlar ve Tartışma
Tablo 1’den de görüldüğü gibi katkı maddesi ilavesi, fuel oilin
viskozitesinin düşmesinde etkili olmuştur. Alevlenme noktası da
katkılı yakıtlarda 11°C azaldığı tespit edilmiştir.
87
PROCEEDINGS BOOK
Tablo 1. Fuel Oil Katkı Oranları ve Viskozite ve Alevlenme
Noktası Değerleri
Özellik
Katkısız Fuel Oil
%0.1 Katkılı Fuel Oil
Viskozite, SSF, 0°C
191
170.4
Alevlenme noktası,
(°C ) ASTM D-93
87
76
Organik esaslı mangan katkı maddesi dozlanarak 50 °C’deki
ölçümlerde katkısız fuel oilin viskozitesine göre % 10.8. incelttiği
tespit edilmiştir. Diğer taraftan katkılı fuel oildeki alevlenme
noktasının düşmesi ve viskozite düşüklüğü ilk tutuşmayı
kolaylaştırıcı rol oynamaktadır. Bununla beraber, inceltme için çok
yüksek sıcaklıklara çıkılmasının gerekmediği ortaya çıkmaktadır.
Daha düşük sıcaklıklardaki pulverizasyon, enerji tasarrufu
sağlamakta ve aşırı ısınmadan kaynaklanan köpürmelere ve
kesikli yanmaları önlemektedir. Kolay pulverizasyon fazla hava
katsayısını düşürmekte, emisyon ve korozyon değerlerinde önemli
düşüşler sağlanmaktadır.
Katkısız ve % 0.1 Mangan esaslı Petroyak – F katkı maddesi
dozlanmış ağır fuel oilin pilot tesiste alınan yanma sonuçları Tablo
2’de verilmektedir. Baca gazı sıcaklığı düşerek % CO2 değerleri artmış,
dolayısıyla yanma verim değerleri 85.1 den 88.1’e yükselmiştir. Yanma
sırasında hava katsayısı düştüğü halde yanmada iyileşme görülmüş,
CO değeri 9 ppm’den 7 ppm’e, kurum ise Bacharac Skalasına göre
3’ten 2’ye düşmüştür. Ayrıca SO2 değeri ise 5456 mg/m3’den 4220
mg/m3 değerine düşmüştür. Dolayısıyla düşük sıcaklık korozyonu ve
asit yağmurlarında önemli düşüşler kaydedilmiştir.
Tablo 2. Katkısız ve Katkılı Fuel Oilin Yanma Özellikleri
Katkısız
%0.1 Petroyak-F
Özellik
Fuel Oil
Katkılı Fuel Oil
Baca gazı sıcaklığı, °C
215
200
9,7
10,4
% CO2
CO, ppm
9
7
Kurum, Bacharac Skalası
3
2
Fazla hava katsayısı
63,6
62,1
8,1
7,1
% O2
5456
4220
SO2, mg/m³
Yanma verimi, %
85,1
88,1
Katkılı yakıtların baca gazı ölçümlerinde hava kısılmış olmasına
rağmen kurum, CO, SO2, emisyon değerlerinde önemli düşüşler
kaydedilmiştir. Katkı maddesinin yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık
korozyonunu önleme, kullanım ve ilk ateşleme kolaylığı, verim
artışı, tortu ve filtre temizliği gibi birçok faydalarının yanı sıra
çevre yönünden de katkı sağlamaktadır. Diğer taraftan daha
önce katkı maddesi kullanmamış işletmede yılların birikimi olan
ve hiçbir şekilde değerlendirilemeyen ve temizlenmesi oldukça
güç olan tortu tabakası Petroyak-F katkı maddesi dozlanması
ile tamamen çözünerek kullanımı sağlanmıştır. Daha sonraki
tespitlerde de tortu oluşmadığı bir tutanakla belgelendirilmiştir. İlk
tutuşturma, pulverizasyon, yakıtın buharlaşma güçlüğü, polimerleşme,
karbonlaşma, verim düşüklüğü gibi birçok yanma probleminin sebebini
oluşturan viskozite yüksekliği, ısıtarak yüksek maliyetle aşılabileceği
gibi, mangan esaslı katkı maddeleriyle ekonomik olarak çözüm
getirilebilecektir. Bu durum TS 11630 standardında aranılan özellikleri
karşılayabilmektedir. Bu çalışmada kullanılan katkı maddesi düşük
sıcaklıklarda yüksek sıcaklıklara nazaran daha fazla etki göstermiştir.
Sıcaklık arttıkça akışkanın viskozitesi azalır, dolayısıyla akışkan hale
gelir ve yukarıda bahsettiğimiz sorunlarla yüksek sıcaklıkta daha az
88
karşılaşılır. Yanma problemlerinin ve emisyon kirliliğinin organik esaslı
katkı maddeleriyle azaltılmasının yanı sıra fuel oil ya da benzeri bir
yakıtın pompalandığı bir tesiste viskozitenin düşürülebilmesiyle ön
ısıtma ve pompalamadan kaynaklanan elektrik enerjisinden elde
edilecek tasarruf görsel olarak elde edilecek olan ekonomik kazanca
açıklık getirecektir.
Kaynaklar
[1]
Gürü, M., “Manganlı Bileşiklerin Fuel Oil Yakıtına Etkileri”, 6. Enerji ve
Enerji Tasarrufu Semineri, 11-13 Ocak 1988, İstanbul.
[2] EIA, International Energy Outlook 2000, Energy Information
Administration, US Department of Energy, Washington, 2000.
[3] Karaosmanoğlu, F., Tetik E., Fuel properties of pyrolytic oil of the
straw and stalk of rape plant., Renewable Energy 16: 1090-1093.
[4] M. Gürü., A. Alıcılar., A. Murathan., Ş. Dursun, Yakıt Püskürtmeli Güç Santrallerinde Yanma Sorunları ve Çözümleri, 7th
International Combustion Symposium,Ankara, July 17-18, 2002,
pp. 338-345
[5] Germán Ferreira, Juan Antonio García,, Félix Barreras,Antonio
Lozano, Eduardo Linchetab, Design optimization of twin-fluid
atomizers with an internal mixing chamber for heavy fuel oils Fuel
Processıng Technology 90 (2009),270–278
[6] R.P. Fraser, N. Dombrowski, J.H. Routley, The filming of liquids by
spinning cups, Chem. Eng. Sci. 18 (6) (1993) 323–337.
[7] A.Mansour, N.Chigier, Air-blast atomization of non-Newtonian
liquids, J. of Non- Newtonian Fluid Mechanics 58 (2-3) (1995) 161–
194.
[8] A. Radclife, The performance of a type of swirl atomizer, Proc.
Inst. Mech. Eng. 169 (1955) 93–106.
[9] N. Dombrowski, D. Hanson, D.E. Ward, Some aspects of liquid flow
through fan spray nozzles, Chem. Eng. Sci. 12 (1960)35–50.
[10] P.J. Mullingen, N.A. Chigier, The design and performance of
internal mixing multijet twin fluid atomizers, J: Inst. Fuel 47 (1974)
251–261.
[11] W.B. Bryce, N.W. Cox, W.I. Joyce, Oil droplet production andsize
measurement from a twin-fluid atomizer using realfluids, Proc. of
the 1st Int. Conference on Liquid Atomization and Spray Systems,
Tokyo, 1978, pp. 259–263.
Summary
The decrease in the fossil fuel sources, the rapid increase in population,
industrialization; the harmful effects of the conventional fuels on
the environment such as strengthening of the greenhouse effect,
global warming and acid rains; are forcing scientist and international
organizations to go for environment friendly fuels which would be feasible
in the long term. The research in this purpose reveals that unless the
energy requirement is sustained by the renewable energy sources, the
conventional energy sources must be used in the most efficient and
environmental friendly ways. By eliminating the disadvantages, fuel-oil
could be used as an economic conventional fuel among the fossil fuels
with its high specific heat and easy handling. Keeping the sulphur in the
ash as sulphate compounds with the metallic fuel additives and avoiding
the emission of it as sulphur oxides, is another promising positive effect
of the metallic catalysts; in addition to the improvement of the combustion
characteristics of fuels, avoiding polymerization and corrosion, increasing
efficiency. In this prospect, TS 11630 Fuel-oil Additives Standard is a
good reference for industrial consumers. Among the organic metallic fuel
additives, the most effective metallic catalyst is the manganese based
compounds. In the studies and trials both in the laboratories and the
plants, the measurements of parameters of the fuel-oil with and without
the additive are recorded; the fuel-oil additive’s positive effects on the
viscosity, the combustion characteristics and emissions are observed.
POSTER PROCEEDINGS
BİNALARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ
Bekir YELMEN
Aksaray Üniversitesi
Serdar ÖZTEKİN
Çukurova Üniversitesi
Menderes ÜSTÜNER
Çağ Üniversitesi
Özet
Enerji giderlerinin önemli bir bölümünün bina
sektöründe gerçekleştirildiği ülkemizde, enerji
verimliliği çözüm geliştirilmesi gereken en
önemli konulardan biridir. Enerji üretiminin
yanında üretilen enerjinin doğru bir şekilde
kullanılması üretimde karşılaşılan problemlerin
azalmasına yardımcı olacaktır. Ülkemizde
uzun yıllardır ihmale uğramış olan elektrik
enerjisi tasarrufu ve verimlilik konusundaki
planlı uygulamaların gerekli işlemlerin ve yasal
düzenlemelerin tamamlanması gerekmektedir.
Bu uygulamalar sonucunda elde edilecek ülke
elektrik enerji yoğunluğunun azalması, talep artış
hızının azalması, kaynak israfının önlenmesi,
emisyonların azaltılması gibi çok önemli yararlar
yanında üretim, iletim ve dağıtımda yeni yatırım
gereksinimi de azalacaktır. Türkiye’de enerjinin
büyük bir kısmı bina ısıtılmasında kullanılmaktadır
ve binalardaki enerji akış hesaplamaları genellikle
enerji analizine bağlı olarak yapılmaktadır. Enerji
analizinde, tüm proses için gerekli temel enerji
hesaplanır ve ısıtma sistemi gücü belirlenir.
Fakat, enerji analizi tek başına enerji kullanım
proseslerinin bütün davranışlarını incelemek için
yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle, binalardaki
enerji akışını daha iyi tanımlayabilmek için ekserji
analizi yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada,
binalarda enerji verimliliğinin sağlanmasında
en etkili yolun, binaların enerji etkin sistemler
olarak tasarlanması olduğu vurgulanmakta
ve enerji kaynak noktasından odanın dış
duvarlarından olan ısı kaybına kadar olan kararlı
hal koşulları altındaki tasarım hesaplamaları
adım adım gösterilmiş, ısı kayıplarının nerelerde
gerçekleştiğini göstermek amacıyla her bir
bileşen üzerinde enerji, ekserji analizleri yapılmış
ve tüketim değerleri hesaplanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Düşük Enerjili Bina, Enerji,
Ekserji,
1. Giriş
Dünyadaki artan enerji ihtiyacının önemli bir
bölümünü karşılayan fosil yakıtların giderek
azalması, çevrenin kirlenmesi ve iklim
değişiklikleri enerji verimliliğini sürekli olarak
gündemde tutmaktadır[1]. Gelişmiş ülkeler
konut, sanayi ve ulaşım başta olmak üzere
birçok alanda enerji verimliliği ve enerji ile çevre
90
ilişkisini uyguladıkları enerji politikaları ile teşvik
etmeye çalışmaktadır. Uygulanan politikalar,
sadece enerjiyi kesintisiz, güvenilir, temiz ve
ekonomik yollardan temin etmeyi değil, aynı
zamanda bu kaynakların birlikte kullanımını ve
enerji-ekonomi-ekoloji dengesine önem veren
planlama anlayışı ile enerji kaynak çeşitliliği
ve güvenliği gerçeklerini de dikkate alan yeni
enerji modellerine yönelmektedir. Günümüzde
en az maliyetli enerjinin verimli kullanım sonucu
tasarruf edilen enerji olduğu kabul edilen bir
gerçektir. Binalarda Enerji Performansı Direktifi
(2002/91/EC) Avrupa Birliği ülkelerinde mevcut
ve yeni yapılacak binalarda enerjinin daha verimli
kullanılması için belirli standartlar ve ortak bir
denetleme ve değerlendirme oluşturma amacıyla
04 Ocak 2003 tarihinde yürürlüğe girmiştir[2].
Binaların enerji verimliliğini amaçlayan direktif,
aşağıdaki konularda düzenlemeler içermektedir:
Binaların enerji performansını hesaplamak için
kullanılacak ortak metodoloji geliştirilmesi,
Yeni binalar ve yenilenecek büyük ölçekli
binalar için minimum enerji performansı şartı,
Binalarda enerji sertifikalandırması,
Merkezi sisteme sahip binalarda ısıtma
giderlerinin tüketim ile ilişkili paylaşımı,
Sıcak su kazanları ve iklimlendirme
sistemlerinin periyodik denetimleri.
geren öncelikli bir ilke olmalıdır. Binaların en
önemli işlevlerinden biri iç çevrede ısıl (termal)
konfor koşullarının sağlanmasıdır. Günümüzdeki
enerji sorunu göz önünde bulundurulduğunda,
bina
kabuğunun
ısıl
konforu
minimum
enerji kullanarak sağlaması büyük bir önem
taşımaktadır. Isıl konfor koşullarını sağlamak
için, yapma ısıtma gereksinmesinde görülen
artışa karşın; yapma ısıtmada kullanılan enerji
kaynakları (kömür, petrol.) azalmakta, maliyetleri
artmakta, yapma ısıtma süreci sonunda, dış
havaya atılan kirleticiler insan sağlığına zarar
vermektedir. Bu problemlerin çözümü için
yapma ısıtma enerjisi harcamalarının minimum
düzeye indirgenmesi, ısı kayıplarının azaltılması
ve dolayısıyla ısı yalıtımı kullanımı gerekli
olmaktadır[3]. Kullanıcı sağlığı düşünüldüğünde,
binalarda ısı yalıtımı kullanımı ile ısı kayıplarını
azaltmanın en önemli nedenlerinden birisi de
enerji kökenli hava kirliliğidir. Türkiye’de enerji
tüketiminden kaynaklanan SO2, CO2 parçacıkları
ve diğer emisyonlar bölgesel ölçekte önemli
sorunlara yol açmaktadır. Özellikle kış aylarında
yaşanan, insanları, ürünleri ve doğal yaşamı tehdit
edici boyutlara ulaşan hava kirliliğine en büyük
katkı enerji tüketiminden kaynaklanmaktadır.
Bu nedenle binalarda yalıtım standartlarının
yükseltilmesi için yoğun bir çaba gösterilmesi
gerekmektedir.
2. Binalarda Isı Yalıtımı Kullanımı ve
Enerji Verimliliği Sağlamayı Zorunlu
Kılan Nedenler
3. Binalarda Uygun Isı Yalıtımı
Kullanımı Ve Enerji Verimliliğinin
Sağlanmasına İlişkin Öneriler
Enerjinin etkin kullanımı, genel olarak, istenilen
performans düzeyi, kalite ve konfor koşullarından
ödün verilmeksizin, bir hizmet elde etmek için
gerekli olan enerji miktarının azaltılması olarak
tanımlanabilir. Enerjinin verimli kullanımı ile
sağlanacak enerji tasarrufu daha ucuza elde
edilebilen bir enerji kaynağıdır. Bina sektörü enerji
tüketiminin önemli bir payını oluşturduğundan, bina
sektöründe enerjinin verimli kullanımına yönelik
teknolojilerin geliştirilmesi ve uygulanmasının
sağlanması, diğer sektörlere de bir kazanç
olarak yansıyacaktır. Diğer taraftan, ülkemizde
enerjinin verimli kullanılmamasına bağlı olarak
hizmetlerin enerji yoğun sağlandığı bir gerçektir.
Kısa dönemde sonuçların kolaylıkla alınabileceği
bir alan olan enerjinin verimli kullanımı ülkece
üzerinde çözüm üretilmesi gereken bir konudur.
Ayrıca bu konu enerji politikasının benimsemesi
Binalarda ısı yalıtımı kullanımı ve enerji verimliliğinin sağlanmasına ilişkin öneriler aşağıda
açıklanmıştır (Şekil 1).
Şekil 1. Binalarda enerji verimliliği sağlamaya yönelik
öneriler[4].
POSTER PROCEEDINGS
4. Dış Duvarlar, Pencereler, Tavanlar,
Çatı Döşemeleri, Mahzenler Boyunca
Olan Isı Kaybı
Enerji Uluslar arası sistemde kWh cinsinden
ölçülmektedir. Isıl güç ise kW cinsinden ölçülür.
Isı iletkenlik katsayısı k ise 1 oKelvin ısı farklılığına
karşın 1 metrekare alandan (duvar, tavan,
pencere gibi) ve bu alana dik birim kalınlıktan (1
m) kaybedilen ısı miktarıdır. Dış duvarlardan olan
ısı kaybı toplam kaybın yaklaşık % 35 kadardır.
Yalıtımsız dış duvarlarda k=0,8-1,3 W/m2 K’dır.
Avrupa normlarına göre k değeri en fazla 0,6
W/m2 K olabilir. Pencerelerden kaçan ısı kaybı
yaklaşık % 37’dur. Termopan (PVC) pencerelerin
kullanımı birçok avantajı sayılabilir.
Isı kayıpları ve işletme maliyetleri azalır.
Pencere kenarlarındaki soğuk bölgeler yok
edilir.
Kışın: Güneş ışınlarından maksimum fayda.
Yazın: dışarıdaki yüksek ısıdan korunma.
Yalıtımlı ve yalıtımsız pencereler arasında basit
bir karşılaştırma yapılarak ısı kaybı azalımı
anlaşılabilir. Hesaplamalara göre yalıtımlı PVC
pencerelerde 1 metrekare başına (ısı iletkenlik
değeri k=1,5 W/m2K) bir ısıtma dönemi için
yaklaşık 16 m3 gaz tasarruf edilebilir.
4 mm lik normal cam için ısı iletkenlik katsayısı
k = 5,4 W/m2K, hava ile yalıtılmış ısıcamlarda
ise k = 2,8 W/m2K dır. Yeni tasarım yalıtımlı
pencerelerde bu değerler 1,5 W/m2K hatta 1.0
W/m2K (kripton doldurulmuş ısı camlar) değerine
kadar düşmektedir.
Çatılardan olan kayıplar ise yaklaşık %15’dir.
Bu oranı düşürmek için daha iyi bir yalıtım
gerekmektedir. Örneğin 10 cm yerine 15 cm lik
bir taş yünü kullanılabilir. Zeminlerde olan ısı
kaybı ise yaklaşık %13’dir. Bunun için de 7,5 cm
lik gaz beton kaplaması gerekmektedir.
5. Çevre Duyarlılığı-Çevre Kirliliği
Eğer enerji tüketimi bu şekilde artmaya devam
ederse, bu çevreye geri dönülemeyen bir zarar
verecektir. Bu da insanlık için felaket demektir.
Enerji demek yakmak demek, yakmak demek
kirlilik demektir. Yakma alırsa kirlilikte azalacaktır.
Endüstriden gelen kirleticiler (CO,CO2,SO2)
yağmur ile birleşince asit (Karbon ve sülfürik asit)
yağmurları oluşmaktadır. Bu da bütün bitkileri
olumsuz etkilemektedir. Örneğin Avrupa’da
birçok orman alanı bu şekilde zarar görmektedir.
Çevre kirliliğinin bir başka etkisi ozon tabakasının
koruma özelliğinin azalmasıdır. UV ışınlarının
ozon tabakasında süzülmeden geçmesi nedeniyle insanlarda önemli çilt hastalıklar ortaya çıkmaktadır. Küresel ısınma insanlık için çok ciddi
Örnek 1.
YAPILARDAKI ISI KAYIPLARI
Çatı %15
Pencere %37
Dış Duvarlar %35
Döşeme %13
Şekil 2. İyi bir ısı yalıtımı enerji tüketimini % 50 azaltabilir.
neticeler doğuran bir başka kirlilik neticesidir.
Küresel ısınma:
Kıtlık, ısı dalgaları ve sellere,
Kutupların eriyip deniz seviyelerinin yükselmesine,
Sağlıkta negatif etkilere neden olmaktadır.
Yalıtılmamış
dış duvarlar
6. Binaların Isıl İyileştirilmesi
Isıl iyileştirme ısı kayıplarını ve yakıt tüketimini
azaltmaktadır. Isınma ve sıcak su maliyetleri düşmekte yaşam konforu artmaktadır. Şunu belirtmek gerekir ki katlarda enerjinin %80 i ısınma ve
sıcak su ihtiyacı için harcanmaktadır. Avrupa’da
2010 yılında bina enerji tüketimindeki tasarrufun
yaklaşık % 22 olacağı tahmin edilmektedir.
7. Bina/Kat Sahipleri İçin Enerji Tasarrufu
(Maliyet Azaltımı)
Yalıtılmış
dış
duvarlar
Örnek 2.
Yalıtım Olmayan Evlerde Isı Kayıplarının Dağılımı
(Şekil 2).
Daha önce de belirtildiği gibi k değeri 0,06 W/
m2K’dan yüksek olmamalıdır.
8. Hesaplama Örnekleri [5]
Örnek 3
3 odalı betonarme bir dairede yalıtılmış ve
yalıtılmamış ısı kayıplarını hesaplayalım.
Dış duvar alanı: 48 m2-9,25 m2 (pencere)=
38,75 m2
Pencere alanı : 9,25 m2
Yalıtılmamış duvarlar için k=0,8 W/m2K.
Yalıtılmış duvarlar için k=0,3 W/m2K.
Yalıtılmamış pencereler için k=2,8 W/m2K.
Yalıtılmış termopan pencereler k=1,5 W/m2K.
Isıtma süresi(Z) 150 gün x 24 saat = 3600 saat.
Sıcaklık farkı 30 ºC.
Örnek 1
Düzenli ısıtma durumunda yakıt gereksinimi (Dış
duvarlarda farklı yalıtım durumlarında farklı k
değerleri vardır)
Örnek 2
Dış duvarlarda ısı kaybı hesabı- yalıtılmamış ve
yalıtılmış.
Bu örnekte yalıtılmış ve yalıtılmamış dış duvarlarda
normal pencereli ve termopan pencereli durumlar
için k değerleri ve yakıt tüketimleri gösterilecek.
Hesaplamalar 1 metrekarelik duvar için ve 30ºC
lik ısı farkı ( kış günü)düşünülerek ve 24 saat için
yapılmıştır.
Q = k. A. ∆t
k- ısı iletkenlik katsayısı
A-Duvar alanı
∆t-Sıcaklık farkı
Dış duvarlar dışarıdan olmak şartıyla 5 cm’lik
polistren katman ile kaplanmıştır. Eski pencereler
(k=2,8 W/m2K) termopan pencereler ile değiştirilmiştir (k=1,5 W/m2K).
Yalıtılmamış dairedeki ısı kaybı
Qduvarlar = k x A x ∆t x Z =0,8 X 38,75 X 30 X
3600 =3348000
Wh=3348 kWh
Qpencerele r= k x A x ∆t x Z =2,8 X 9,25 X 30 X
3600 =2797200
Wh=2797,2 kWh
Toplam Kayıp (yalıtılmamış): 6146,2 kWh 640,2
m³ gaz. (gazın kalori değeri 9,60 kWh/m3)
Yalıtılmış dairedeki ısı kaybı
Qduvarlar =k x A x ∆t x Z =0,3 X 38,75 X 30 X
3600 =1255500
Wh=1255,5 kWh
Qpencereler = k x A x ∆t x Z =1,5 X 9,25 X 30 X
3600 =1500000
Wh=1500 kWh
91
POSTER PROCEEDINGS
Toplam Kayıp (yalıtılmış): 2755,5 kWh 292 m3 gaz
tasarrufu ,Yalıtılmış dairede (640,2-292)=348,2
m3 gaz tasarruf edilmiştir. Bu % 45 demektir.
Isıl engelleyici (yalıtım) malzemeler nerelere
konulmalıdır?
Araştırmaların sonucunda ön-yapımlı beton
elemanların kullanıldığı binalarda en fazla ısı
kaybı aşağıdaki elemanlar üzerinden olmaktadır.
Dış duvarlar,
Zemin döşemesi ve çatı döşemesi,
Pencereler ve dışa açılan kapılar,
Isı köprüleri,
Yalıtılmamış veya kötü yalıtılmış ısıtma
boruları ve sıcak su borularını üzerleri.
Binalarda enerji verimliliği konusunda sunulan
önerilerin gerçekleştirilebilmesi ve konuya ilişkin
önemli atılımlar sağlamak için tasarımcılar
yapımcılar ve karar vericiler birlikte çalışmalıdır.
Türkiye’de enerji verimliliği sağlamada etkili
olan bina yalıtım yönetmelikleri enerji korunumu
mevzuatı ile bütüncül bir yaklaşımla ele alınmalıdır. Bugün Türkiye’de geçerli olan enerji korunumu mevzuatı çeşitli yönetmelik ve standartlarda
yer alan maddelerden oluşmaktadır. Enerji
korunumu yönetmelikleri, enerji etkin binaları
tanımlayan, ileri teknolojiye sahip yapı ve yalıtım
malzemelerine yönelik uygulamaları içeren,
mimar/mühendise ve bina kullanıcılarına yol
gösterici teknik bilgi ve kriterlerin oluştuğu bir
rehber niteliğinde olmalıdır. Bu tür bir kaynak ve
uygun yapısal düzenlemeler ile mevcut binaların
enerjiyi verimli kullanacak şekilde yenilenmesi
ve yeni tasarlanacak binaların da enerji etkin
olarak tasarlanması ve gerçekleştirilmesi olanaklı
olabilecektir. Binalarda kullanılan enerjinin büyük
bir kısmı ısıtma ve sıcak su hazırlama amaçlı
tüketildiğinden, enerji verimliliği sağlanarak hem
enerji maliyetinin düşürülmesi hem de sera
gazları yayılımlarının azaltılması büyük önem
kazanmaktadır. Mevcut ısıtma sistemlerinin yenilenebilir enerji kaynakları ile birlikte kullanılması
ayrıca araştırılmalıdır.
Kaynaklar
[1] Richtlinie 2002/91/EG des Europäischen
Parlaments und des Rates vom 16.
Dezember 2002 über das Energieprofil von
Gebäuden.
[2] 8-9 Mart 2007 Avrupa Birliği Brüksel Zirvesi
Kararları.
[3] EURIMA (Europen Insulation Manufacturers
Association) www.eurima.org
Erişim
09.10.2010
[4] Koçlar Oral G., Yalıtım Dergisi İle Röportaj,
Yalıtım, Yıl:9, Sayı:54, 2006, İstanbul.
[5] Binalarda Enerji Tasarruf Danışmanı, Modüler Müfredat ve Eğitim Materyalleri –
Türkiye, 2009 www.better-building.eu Erişim
09.10.2010
92
POSTER PROCEEDINGS
YAKIT PİLLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü
Özet
Yakıt pilleri; fosil yakıtların (kömür, petrol, doğal
gaz vb.), kimyasal ürünlerin (amonyak, metanol
vb.), biyolojik kökenli yakıtların (biyogaz, atık
malzemeler vb.) veya bir reformlayıcı yardımıyla
elde edilen hidrojenin veya doğrudan hidrojenin
oksijen ile kimyasal tepkimesi ile elektrik üre-ten güç
sistemleridir. Yakıt pilleri yakıttaki kimyasal enerjiyi
herhangi bir enerji dönüşüm işlemi gerekmeksizin,
yüksek verimle elektriğe dönüştüren cihazlardır. Bu
çalışmada, elektrolit ve yakıt seçimine bağlı olarak
farklı tip yakıt pillerinin; tasarım özellikleri, temel
çalışma ilke-leri/gerçekleşen kimyasal tepkimeler,
başlıca üstünlük/olumsuzlukları ve uygulama
alanları incelenmiş ve yakıt pili teknolojisindeki
son gelişmeler tartışılmıştır.
1. Giriş
Enerji tüketiminin artması, çevre koruma bilincinin
gelişmesi ve fosil yakıt kaynaklarının mevcut
miktarlarının azalmaya başlaması, alternatif/
yenilenebilir enerji kaynakları konusunda yoğun
araştırmalar yapılmasının başlıca nedenleridir.
Günümüzde, bazı hidrokarbonları yakıt olarak
kullanarak yakıt pilleri ile elektriksel güç üreten
sistemlerde, işlem verimliliği % 40 düzeylerine
ulaşmıştır. Yakıt pilleri sessiz bir şekilde çalışır
ve çevre kirliliği oluşturmazlar. Ayrıca durağan
uygulamalarda yakıt pilleri yüksek sıcaklıkta
kullanılmaktadır. Bu durumda, enerji tüketimi
azalır ve kojenerasyon verimi % 85 düzeyine
yükseltilebilir.
Yakıt pilleri, yakıttaki kimyasal enerjiyi herhangi
bir enerji dönüşüm işlemi gerekmeksizin, yüksek
verimle doğrudan elektriğe dönüştüren durağan
yapıdaki cihazlardır. Yakıt pil modülü başlıca
iki elektrot (anot ve katot) arasına konulan
elektrolitten oluşur. Anot elektrodu yakıt elektrodu,
katot elektrodu ise oksijen elektrodudur (Şekil 1).
Yakıt pilinde, yakıt ile oksijen arasında tepkimeler
gerçekleşirken, elektrik akımı ve ısı oluşur.
Yakıt pilleri, tasarımında değişiklik yapılmaksızın,
cep telefonlarında kullanılabilecek kadar düşük ve bir kente yetebilecek kadar yüksek güç
üretebilirler. Yakıt pilleri diğer dağılmış güç
üretim teknolojileri ile karşılaştırıldığında başlıca
üstünlükleri şunlardır: enerji dönüşüm etkinliği
yüksektir, emisyon değerleri sıfırdır, modüler bir
yapıya sahiptirler, ölçeklenebilirler, hızlı bir şekilde
tasarımlanabilirler ve kojenerasyon uygulamaları
için uygun özelliklere sahiptirler[1]. Bu çalışmada,
elektrolit ve yakıt seçimine bağlı olarak farklı tip
yakıt pillerinin; tasarım özellikleri, temel çalışma
ilkeleri/gerçekleşen kimyasal tepkimeler, başlıca
üstünlük/olumsuzlukları ve uygulama alanları
incelenmiş ve yakıt pili teknolojisindeki son
gelişmeler tartışılmıştır.
2. Yakıt Pillerinin Güç Üreten Diğer
Sistemlerle Karşılaştırılması
Toplumda enerji tüketiminin ve çevre koruma
bilincinin giderek artması ve fosil yakıtların oluşma özellikleri nedeniyle, araştırma/geliştirme
çalışmalarının, alternatif/yenilenebilir enerji
kaynakları konusuna yönlendirilmesine neden
olmaktadır. Rüzgar türbinleri, fotovoltaik (PV)
sistemler, mikro türbinler ve yakıt pilleri gibi
küçük ölçekli güç üretim sistemleri, dağınık
güç üretimi (DGÜ) kavramından yararlanılarak
tüketici taleplerinin karşılanması için önemli rol
oynarlar. Dağınık güç üretimi terimi, merkezi
veya uzak yerleşimlerden çok, tüketicilerin
yakınına kurulmuş olan küçük-ölçekli üretim
anlamına gelir. Enerji iletimi, dağıtımı ve dönüşümü işlemlerinde önemli miktarda enerji kaybı
gerçekleşir. Dağınık güç üretim sistemlerinin
başlıca yararları şunlardır:
Uzun mesafelere iletim ve dağıtım sırasında
gerçekleşen kayıplar azalır.
Tasarım giderleri azalır.
Bölgesel gerilim düzenlemesi gereken ve aşırı
yük koşullarında küçük bir ünite eklenmesine
olanak verir.
Farklı dağınık üretim sistemleri arasında, ısı ve güç
üretebilme özellikleri ve kapasiteleri nedeniyle,
yakıt pilleri büyük önem kazanmıştır. Geleneksel
ısı motorları, mekanik enerjinin dönüşümü ilkesine göre, kimyasal enerjiden elektrik üretirler.
Yakıt pilleri ile karşılaştırıldığında, ısı motorlarını
verimleri daha düşüktür. Yakıt pilleri, motorlar
ve akülerin üstün özelliklerinin bir arada taşırlar.
Herhangi bir mekanik enerji dönüşümü olmadan,
yakıt olduğu sürece, motorlar gibi uzun süre
çalışabilirler.
Yakıt tarafından kimyasal biçimde depolanmış
enerji, elektrokimyasal bir işlem sonucunda, direkt
olarak elektriğe dönüştürülmektedir. Klasik çevrim
teknolojisinde, yakıtta kimyasal biçimde depolanan
enerji yanma tepkimesi ile ısıya ve ısı Rankine
Çevrimi ile mekanik enerjiye dönüştürülürken,
Carnot Çevrimi sınırı aşılamamakta, mekanik
enerji, jeneratörle elektriğe dönüştürülürken
yeni kayıplar oluşmaktadır. Böylece, hem verim
düşmekte, hem de kalabalık bir makina topluluğu
gerekmekte, çevre aşırı kirletilmektedir. Oysa,
hareketli parçası olmayan, tipine göre 80-1000
o
C arasındaki sıcaklıkta çalışabilen, çok az
gürültü yapan yakıt pili kompakt yapısı (Şekil 2)
ile ideal çevrim aracıdır[2].Yakıt pili, ısıl yöntemle
elektrik sistemlerine kıyasla, daha yüksek verimle
çalışır. Isıl sistemlerden elektrik üretiminde
sistemin verimi “Carnot Çevrimi Kriterleri”nden
etkilenirken, yakıt pili sistemlerinde bu etkileşim
yoktur. Isıl sistemlerde elektrik verimi % 35-40’ı
geçemezken, yakıt pili sistemlerinde % 70’e yakın verimle çalışılmaktadır.
Farklı güç üretim sistemleri Tablo 1’de karşılaştırılmıştır. Geleneksel sistemler ve diğer DGÜ
sistemleri ile karşılaştırıldığında, yakıt pillerinin
verimleri sürekli olarak yüksektir. Diğer DGÜ
sistemlerine kıyasla yakıt pillerinin üstünlükleri
şunlardır:
Enerji dönüşüm verimi yüksektir.
Emisyon oluşturmazlar.
Modüler yapıdadırlar.
Her ölçekte tasarımlanabilirler.
Hızlı bir şeklide tasarımlanabilirler.
Kojenerasyon uygulamalarına olanak tanırlar.
Elektrik üretimi için klasik çevrim ve yakıt
pili teknolojileri basit bir şekilde Tablo 2’de
karşılaştırılmıştır. Hidrojen ile çalışan yakıt
pilleri, geleneksel içten yanmalı sistemlere
kıyasla iki veya üç kat daha fazla verim sağlar.
Klasik yanma ilkesiyle güç üreten bir elektrik
santrali % 33-35 arasında bir verimlilikte
çalışmasına karşın, yakıt pili sistemleri yaklaşık
% 60 verimle çalışmaktadır. Bununla birlikte,
yakıt pili sistemlerinin verimleri kojenerasyon
uygulamaları ile daha da artırılabilmektedir.
Normal koşullarda çalışan bir Otto motoru,
benzinin bünyesindeki kimyasal enerjiyi güce
dönüştürürken % 20 verimle çalışır. Buna
Tablo 1. Farklı Güç Üretim Sistemlerinin Karşılaştırılması[3]
Karşılaştırma
Ölçütü
Pistonlu
Motor: Dizel
TürbinJeneratör
Fotovoltaik
(PV)
Rüzgar
Türbini
Yakıt Pili
Kapasite
500 kW-5 MW
500 kW-25 MW
1 kW-1 MW
10 kW-1 MW
200 kW-2 MW
Verim (%)
35
29-42
6-19
25
40-60
Yatırım
maliyeti ($/
kW)
200-350
450-870
6600
1000
1500-3000
0.005-0.015
0.005-0.0065
0.001-0.004
0.01
0.0019-0.0153
İşletme/
bakım gideri
($/kW)
97
POSTER PROCEEDINGS
karşılık, hidrojen kullanılan yakıt pilinde yakıtın
% 60’ı enerjiye dönüşür.
Yakıt pillerinin uygulamadaki enerji verimleri %
40-60 arasındadır. Günümüzdeki fosil yakıtlı
termik elektrik santrallerinin ortalama verimi %
30 düzeyinde kaldığından, yakıt pili, santrale
göre çok küçük boyutu ve yüksek verimi ile önem
kazanmaktadır. Yakıt pilleri, geleceğin enerji
üretim kaynağı olarak görülmektedir (Tablo 3).
Tablo 2. Elektrik Üretimi İçin Klasik Çevrim ve Yakıt Pili Teknolojilerinin Karşılaştırılması
Klasik Çevrim Teknolojisi
Yakıt Pili Teknolojisi
Verim düşüktür.
Kalabalık bir makina topluluğu gereklidir.
Çevre kirletilir.
Yakıt sağlandığı sürece elektrik üretebilir.
Yakıtlardan direkt olarak elektrik üretilir.
Tablo 3. Yakıt Pilinin Üstünlükleri ve Olumsuzlukları
Üstünlükleri
Enerji verimleri yüksektir
Hareketli parçaları yoktur.
Modüler bir yapıya sahiptir ve boyutları küçüktür.
Uzaktan işletilebilir.
Değişik yakıtlar kullanılabilir.
Tasarım dışı yük koşulunda verimi iyidir.
Değişik büyüklük/boyutlarda tasarımlanabilir.
Hızlı yük takip edebilme yeteneği vardır.
Atık ısıları kullanılabilir.
Kullanıcıya yakın olarak tasarımlanabilir.
Yakıt olarak hidrojen, doğal gaz, metanol veya kömür gazları kullanılabilir.
Sessiz bir şekilde çalışır.
SOx ve NOx emisyonları düşüktür.
Tasarımlanacak alanda çevreyi çok az kısıtlar.
Kısa sürede tasarımlanabilir.
Katı atık sorunları yoktur.
Kojenerasyon olanağı sağlar.
Çevre ve gürültü kirliliğine neden olmaz.
Hareketli parça içermez.
Yakıt ve yerleşim esnekliğine sahiptir.
Kesintisiz güç sağlayabilir.
Dayanıklı ve güvenli sistemlerdir.
Gerekli her yerde kullanılabilir/yerleştirilebilir.
Olumsuzlukları
Diğer sistemlerden daha pahalı bir sistemdir. Maliyeti halen yüksektir.
Güç üretimi için alışılmış bir teknoloji değildir.
Kullanımı, çok fazla bilgi ve ileri teknoloji gerektiren bir sistemdir.
Uygulamalarının tam verimle gerçekleşmesi için uzun zamana ve çok paraya
ihtiyaç vardır.
Bazı yakıt türleri için (hidrojen, metanol vb.) bir dağıtım altyapısı bulunmamaktadır.
Hidrojen güvenliği sağlanması gereklidir.
Şekil 1. Yakıt pilinin çalışma ilkesi
Şekil 2. Yakıt pili modülleri
3. Yakıt Pillerinin Karşılaştırılması
3.1. Erimiş Karbonat Yakıt Pili
Tablo 4. Erimiş Karbonat Yakıt Pilinin (MCFC) Teknik Özellikleri, Çalışma İlkesi ve Üstünlük/Olumsuzlukları
Elektrolit
Lityum ve Potasyum karbonat
Çalışma sıcaklığı (0C)
~650
Anot tepkimesi
H2+CO32- → H2O+CO2+2e-
Katot tepkimesi
1/2O2+CO2+2e- → CO32-
Yük taşıyıcı
O=
Yakıt
H2, CO, CH4 ve diğer hidrokarbonlar
Oksidan
Havadaki oksijen
Reformlama gereksinimi
-
Verimi (%)
>50
Hücre gerilimi (V)
0.7-1.0
Güç yoğunluğu (kW/m2)
1.5-2.6
Tasarım maliyeti ($ US/kW)
~2000-3000
Kapasitesi
155 kW-200 kW-250 kW-1 MW-2 MW
Kojenerasyon için uygunluğu
Uygun
Uygulama alanları
Ulaşım (deniz ve tren), endüstri, güç tesisleri
Üstünlükleri [4]
Olumsuzlukları [4]
Yakıtın kendiliğinden içsel
reformlanmasına olanak sağlar.
Fazla miktarda ısı enerjisi üretir.
Tepkime hızı yüksektir.
Verimi yüksektir.
Metal katalizör gerekli
olmadığından, maliyeti azalır.
Korozif özellikte sıvı elektrolit kullanılır. İleriki gelişmeler için, korozyona dayanıklı ve boyutsal olarak karalı ve
dayanıklı materyaller ve kullanılarak tasarımlanmasına gereksinim vardır. Nikel oksit katot katalizör, elektrolit
içinde eriyebilir. Bu durum, bazı arızlara nedene olabilir. Boyutsal kararsızlık, elektrotların etkin alanını değiştirerek
bozulmalara neden olabilir.
Kükürde karşı toleranssızlık fazladır. Özellikle, anot yakıt içerisinde 1.55 ppm’den daha fazla olan kükürt
parçacıklarını tolere edemez. Aksi durumda, yakıt pili işlevlerinin önemli düzeyde bozulmasına neden olacak
şekilde zarar görür.
Sıvı elektrolite sahip oldukları için kullanıma ilişkin sorunları oluşur.
Çalışmaya başlamadan önce ön-ısıtma gereklidir.
Çalışmaya başlamaları yavaştır.
Maliyeti yüksektir.
Sorunları
Nikel oksit, oksijen elektrotundan
çok yavaş çözünür.
Anot kayması gerçekleşir.
Metal bölümlerde korozyon oluşur.
98
POSTER PROCEEDINGS
3.2. Katı Oksit Yakıt Pili
Tablo 5. Katı Oksit Yakıt Pilinin (SOFC) Teknik Özellikleri, Çalışma İlkesi ve Üstünlük/Olumsuzlukları
Elektrolit
Stabilize katı oksit (Y2O3.ZrO2)
800-1000
Anot tepkimesi
H2+O-2 → H2O+2e-
Katot tepkimesi
1/2O2+2e- → O2-
Yük taşıyıcı
O-
Yakıt
H2, CO, CH4 ve diğer hidrokarbonlar
Oksidan
Havadaki oksijen
-
Verimi (%)
>50
Hücre gerilimi (V)
0.8-1.0
0.1-1.5
3000
Kapasitesi
1 kW-5 kW-25 kW-100 kW-250 kW-1.7 MW
Uygun
Uygulama alanları
Konutlar, güç tesisleri, ticari kojenerasyon taşınabilir güç
Üstünlükleri [4]
Olumsuzlukları [4]
Yakıtın kendiliğinden içsel olarak
reformlanmasına olanak sağlar.
Oksit iyonları elektrolit içinde
hareket ettiğinden, yakıt pili
oksitlemek ve yanabilir gaz için
kullanılabilir.
Fazla miktarda yüksek derecede
atık ısı üretir.
Kimyasal tepkimeler çok hızlıdır.
Verimleri yüksektir.
MCFC’den daha yüksek
akımlarda çalışılabilir.
Elektrolit katı olduğundan, sıvı
kullanımına ilişkin sorunlar
yoktur.
Asıl metal katalizör gerekli
değildir.
Maliyeti yüksektir.
Pazarın gelişebilmesi için; yeterli iletkenliğe sahip, çalışma sıcaklıklarında katı kalabilen, pilin diğer bileşenleri ile
uyumlu, boyutsal olarak kararlı ve yüksek dayanıma sahip materyallerin geliştirilmesi gereklidir.
En ince elektrolit tabakalarının kullanılması gerekmektedir.
Bu tip yakıt pillerinde karşılaşılan en büyük sorun, saf hidrojen dışında kullanılan yakıtlar ile birlikte oluşan kükürt
kirliliğidir. Kükürt toleranssızlığı (50 ppm) orta bir değerdedir.
Gelişmiş bir teknoloji değildir.
Çalışmaya başlaması yavaştır.
3.3. Alkali Yakıt Pili
Çizelge 6. Alkali Yakıt Pilinin (AFC) Teknik Özellikleri, Çalışma İlkesi ve Üstünlük/Olumsuzlukları
Elektrolit
KOH sıvı çözeltisi
50-200
Anot tepkimesi
H2+2(OH-) → 2H2O+2e-
Katot tepkimesi
1/2O2+H2O+2e- → 2(OH)-
Yük taşıyıcı
OH-
Yakıt
Saf hidrojen
Oksidan
Havadaki oksijen
Gerekli
Verimi (%)
~50
Hücre gerilimi (V)
1.0
~1
~ 1800
Kapasitesi
10 kW-100 kW
-
Uygulama alanları
Ulaşım, uzay araştırmaları, taşınabilir güç
Üstünlükleri [4]
Olumsuzlukları [4]
Düşük sıcaklıklarda çalışabilirler.
Hızlı bir şekilde çalışmaya
başlarlar.
Verimleri yüksektir.
Çok az miktarda katalizör
kullanılır. Bu nedenle maliyeti
düşüktür.
Korozyon sorunları yoktur.
Basit bir şeklide çalışırlar.
Kütle ve hacimleri azdır.
Karbondioksit toleranssızlığı çok fazladır (350 ppm). Karbon monoksite karşı belirli toleranssızlık gösterir. Bu
durum yakıt ve oksidan tipini sınırlandırır. Oksidan saf oksijen veya havasız CO2, yakıt ise saf hidrojen olmak
zorundadır.
CO, CH4 ve H2S duyarlılığı fazladır.
Sıvı elektrolit kullanıldığından kullanma sorunları ile karşılaşılır.
İşlem suyunun boşaltılması gereklidir.
Kullanım süreleri kısmen kısadır.
Platin katalizör maliyeti yüksektir.
KOH elektrolit dolaşımı ve CO2 soğurması nedeniyle mobil uygulamalarda pratik değildir.
Anot olarak Ni ve katot olarak Ag kullanılmakta olup, bu katalizörler ile güç üretimi düşüktür.
99
POSTER PROCEEDINGS
3.4. Proton Değiştiren Membranlı Yakıt Pili
Tablo 7. Proton Değiştiren Membranlı Yakıt Pili (PEMFC) Özellikleri, Çalışma İlkesi ve Üstünlük/Olumsuzlukları
Elektrolit
Katı polimer membran
50-100
Anot tepkimesi
H2 → 2H++2e-
Katot tepkimesi
1/2O2+2H++2e- → H2O
Yük taşıyıcı
H+
Yakıt
Saf hidrojen
Oksidan
Havadaki oksijen
Gerekli
Verimi (%)
40-50
Hücre gerilimi (V)
1.1
3.8-6.5
< 1500
Kapasitesi
30 W-1 kW-2 kW- 5 kW-7 kW-250
kW
-
Uygulama alanları
Ulaşım, ticari, endüstriyel, konutlar, banka ve hastanelerin acil servisleri
Üstünlükleri [4]
Olumsuzlukları [4]
Anot ve katodun ayıracı katı bir polimer filmdir.
Pil kısmen düşük sıcaklıklarda çalışır. Tasarım
ve kullanımı, diğer pillerin birçoğundan daha az
karmaşıktır.
Korozif özellikte olmayan elektrolit kullanılır. Asit/
korozif özellikteki diğer maddelerin kullanılması gerekli
değildir.
CO2 toleranslı olduğundan, atmosferik hava
kullanılabilir.
Katı ve kuru elektrolit kullanıldığından, sıvı kullanma ve
yenileme sorunları ile karşılaşılmaz.
Gerilim, akım ve güçleri yüksektir.
Düşük basınçlarda (1 veya 2 bar) çalışabildiklerinden
güvenlik sorunu yaratmaz.
Çabuk çalışmaya başlarlar.
Reaktantların basınç farkını iyi tolere edebilirler.
Yapıları kompakt ve sağlamdır.
Basit mekanik tasarıma sahiptirler.
Kararlı yapı malzemeleri kullanılır.
Hidrojen kirliliğine karşı çok duyarlıdırlar. Geleneksel yakıtları yakıt pili olarak kullanabilmek
için birçok reformlayıcı ünite geliştirilmiştir. Reformlayıcı olmadan yakıt olarak doğrudan
metanol kullanan PEM yakıt pilleri, doğrudan metanol yakıt pilinin (DMFC) bir çeşididirler.
50 ppm değerinden fazla karbon monoksiti tolere edemezler. Kükürde karşı toleransları
düşüktür.
Reaktif gaz ünitelerinin nemlendirilmeleri gerekir. Gazların nemlendirilmesi için su
kullanılması durumunda, yakıt pilinin çalışma sıcaklığı, suyun kaynama sıcaklığından
daha düşük olmak durumundadır. Bu durum, kojenerasyon için kullanılma potansiyelini
sınırlandırır.
Platin katalizör pahalıdır.
3.5. Fosforik Asit Yakıt Pili
Tablo 8. Fosforik Asit Yakıt Pili Teknik Özellikleri, Çalışma İlkesi ve Üstünlük/Olumsuzlukları
Elektrolit
Fosforik asit (H3PO4)
~ 200
Anot tepkimesi
H2 → 2H++2e-
Katot tepkimesi
1/2O2+2H++2e- → H2O
Yük taşıyıcı
H+
Yakıt
Saf hidrojen
Oksidan
Havadaki oksijen
Gerekli
Verimi (%)
40
Hücre gerilimi (V)
1.1
0.8-1.9
2100
Kapasitesi
100 kW-200 kW-1.3 MW
Uygun
Uygulama alanları
Ulaşım, kojenerasyon, taşınabilir güç
Üstünlükleri [4]
Olumsuzlukları [4]
Karbondioksiti % 30’a kadar tolere
edebildiğinden, atmosferdeki havayı doğrudan
kullanabilir.
Orta düzeylerdeki sıcaklıklarda çalışır iken,
kojenerasyon için atık ısı kullanabilirler.
Yüksek kalitede atık ısı oluşur.
Kararlı özellikte ve 200 0C’nin üzerindeki
sıcaklıklarda bile buharlaşma özelliği düşük
elektrolit kullanılır.
Karbon monoksite karşı toleransı en fazla % 2’dir.
Sıvı elektrolit kullanıldığından, orta düzeyde sıcaklıklarda korozif etki ve kullanma/emniyet
sorunları ile karşılaşılır.
Asit elektroliti seyreltebilen su girişine olanak tanır.
Büyük ve ağırdır.
Otomatik olarak yakıt reformlayamaz.
Çalışmaya başlamadan önce belirli bir sıcaklığa ulaşması gereklidir. Diğer bir deyişle, belirli bir
çalışma sıcaklığı vardır.
100
POSTER PROCEEDINGS
3.6. Doğrudan Metanol Yakıt Pili
Tablo 9. Doğrudan Metanol Yakıt Pili (DMFC) Teknik Özellikleri, Çalışma İlkesi ve Üstünlük/Olumsuzlukları
Elektrolit
Katı polimer zar
60-200
Anot tepkimesi
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e
Katot tepkimesi
6H++6e-+O2 → 3H2O
Yük taşıyıcı
H+
Yakıt
CH3OH
Oksidan
Havadaki oksijen
Yok
Verimi (%)
40
Hücre gerilimi (V)
0.2-0.4
~ 0.6
-
Kapasitesi
1 W-1 kW-100 kW
-
Uygulama alanları
Bilgisayar ve diğer taşınabilir cihazlar
Üstünlükleri [4]
Olumsuzlukları [4]
Sıvı yakıt kullanır. Çökeltilerin boyutu küçüktür.
Herhangi bir reformlama işlemine gereksinim
duyulmadığından, tasarım maliyeti düşüktür.
Elektrolit, PEM yakıt pilindeki benzer şekilde,
proton değiştiren membrandır.
Hidrojen pilleri ile karşılaştırıldığında verimi düşüktür.
Anotta metanolün elektro-oksidasyonu için soy metalden oluşan fazla miktarda katalizöre
gereksinim vardır.
Güç yoğunluğu düşüktür.
Tablo 10. Farklı Yakıt Pillerinin Karşılaştırılması
Yakıt Pili Tipleri
Karşılaştırma Ölçütleri
PEMFC
Elektrolit
Katı polimer
membran
(Nafyon)
50-100
AFC
PAFC
KOH sıvı
çözeltisi
Fosforik asit
(H3PO4)
50-200
MCFC
Lityum potasyum
karbonat (LiAlO2)
z200
z650
SOFC
Kararlı duruma
getirilmiş katı oksit
elektrolit (Y2O3, ZrO2)
DMFC
Katı polimer
membran
800-1000
60-200
Anot tepkimesi
H2→ 2H++2e-
H2+2(OH )
→2H2O 2e-
H2→2H++2e-
H2O+CO3 →H2O+CO2+
2e-
H2+O2 →H2O+2e-
CH3OH+H2O
→ CO2+
6H++6H-
Katot tepkimesi
1/2O2+2H++
2e-→H2O
1/2O2+H2O+
2e-→2(OH)-
1/2O2+2H++
2e-→H2O
1/2O2+CO2+ 2e-→CO32-
1/2O2+ 2e-→O2-
3O2+12H++
12H- →6H2O
H+
OH-
H+
CO3-
O-
H+
H2,CO,CH4, diğer
hidrokarbonlar
CH3OH
Havadaki O2
Yük taşıyıcı
Yakıt
Oksidan
Verim
Kojenerasyon
Reformlayıcı gereksinimi
Pil voltajı
-
2
Saf H2
Saf H2
Saf H2
H2,CO,CH4, diğer
hidrokarbonlar
Havadaki O2
Havadaki O2
Havadaki O2
Havadaki O2
Havadaki O2
% 40-50
z%50
% 40
>%50
>%50
% 40
-
-
Evet
Evet
Evet
Hayır
Evet
Evet
Evet
-
-
-
1.1
1.0
1.1
0.7-1.0
0.8-1.0
0.2-0.4
z0.6
3.8-6.5
z1
0.8-1.9
1.5-2.6
0.1-1.5
Yerleşim maliyeti (US $/kW)
<1500
z1800
2100
z2000-3000
3000
-
30 W, 1 kW, 2kW,
5 kW, 7 kW, 250
kW
10-100 kW
100 kW, 200
kW, 1.3 MW
155 kW, 200 kW, 250
kW, 1 MW, 2 MW
1 kW, 5, kW, 25 kW,
100 kW, 250 kW, 1.7
MW
1 W-1 kW
100 kW-1
MW
Uygulamalar
Konutlar,
UPS, hastane
ve bankların
acil servisleri,
endüstri, ulaşım,
ticari
Ulaşım, uzay
mekikleri,
taşınabilir
güçler
Ulaşım, ticari
kojenerasyon,
taşınabilir güç
Ulaşım (deniz,
donanma araçları ve
tren), endüstri, güç
tesisleri
Konutlar, güç tesisleri,
ticari kojenerasyon,
taşınabilir güç
Bilgisayar
ve diğer
taşınabilir
cihazların
bataryaları
Üstünlükleri
Yüksek güç
yoğunluğu, hızlı
başlama, korozif
olmayan katı
elektrolit
Yüksek güç
yoğunluğu,
hızlı başlama
Yüksek
dereceli atık
ısı üretimi,
kararlı
elektrolit
özellikleri
Yüksek verim, metal
katalizöre gereksinim
olmaması
Katı elektrolit, yüksek
verim, yüksek dereceli
atık ısı üretimi
Yakıt
reformlama
olmaması
nedeniyle
düşük maliyet
Pahalı platin
katalizör, yakıttaki
kirli maddelere
(CO, H2S) karşı
duyarlılık
Pahalı platin
katalizör,
yakıttaki kirli
maddelere
(CO, CO2,
CH4, H2S)
karşı
duyarlılık
Korozif
özellikte sıvı
elektrolit,
yakıttaki kirli
maddelere
(CO, H2S)
karşı duyarlılık
Yüksek maliyet, Korozif
özellikte sıvı elektrolit,
yavaş başlama, kükürt
için toleranssızlık
Yüksek maliyet, yavaş
başlama, kükürt için
toleranssızlık
Düşük
verim, güç
yoğunluğu
Kapasite
Olumsuzlukları
101
POSTER PROCEEDINGS
3.7. Yakıt Pillerinin Karşılaştırılması
Başlıca 6 tip yakıt pili; kullanılan yakıt, elektrolit
malzemesi, maliyet, üstünlükleri/olumsuzlukları
ve kullanım alanları dikkate alınarak Tablo 10’da
karşılaştırılmıştır. Tablo 10’dan izlenebileceği
gibi, çalışma sıcaklıklarının düşük (50-100 0C)
olması ve hızlı bir şekilde çalışmaya başlamaları
nedeniyle, konutlar ve ticari uygulamalar için
en uygun yakıt pili PEM yakıt pilidir. Bununla
birlikte, orta ve büyük güçlü uygulamalar için en
iyi seçim MCFC ve SOFC’dir. Bütün yakıt pili
tipleri arasından en yüksek sıcaklıkta çalışan
yakıt pili SOFC’dir. SOFC’nin; verimi yüksektir,
içsel reformlama özelliği vardır ve kojenerasyon
uygulamalarında yan ürün olarak yüksek
kaliteli ısı açığa çıkar. Bu özellikleri nedeniyle,
kojenerasyon uygulamalarında sistem verimi
% 80 gibi yüksek bir düzeye ulaşır ve sera gazı
emisyonları düşüktür. En önemli olumsuzluğu
başlangıç maliyetinin yüksek olmasıdır.
Farklı uygulamalarda aşırı yük gereksinimlerinin
karşılanabilmesi için kullanılacak olan yakıt
pilinin optimum büyüklüğünün belirlenmesi
önemlidir. Piyasada farklı yakıt pilleri için güç
değerleri 0.5 kW-2 MW aralığında değişmektedir.
Özellikle, PEM, MCFC ve SOFC’nin yakıt pili
modülü maliyetinin azaltılması ve kullanım
süresinin 40000 saatten daha yüksek bir
değere artırılabilmesi için yoğun araştırmalar
sürdürülmektedir. Günümüzde, konutlardaki
uygulamalar için 7 kW gücünde PEMFC tasarımı
çalışmaları sürdürülmektedir. Durağan güç uygulamalarında MCFC kullanımı konusunda
araştırma/geliştirme yapılmaktadır. Avrupa ülkelerinde kojenerasyon amacıyla; 250 kW, 300 kW
ve 400 kW güçlerinde, ticari uygulamalar için
MCFC geliştirilmesi sürdürülmektedir. SOFC, durağan güç uygulamaları için başarılı bir şekilde
kullanılmaktadır. Birleşik ısı ve güç üretimi için
PEMFC ve PAFC sistemleri konusunda yoğun
araştırmalar sürdürülmektedir.
Kaynaklar
[1] Çetinkaya M. ve Karaosmanoğlu F.,
“Doğrudan Metanol Kullanılan Yakıt Pilleri”,
http://mmf.sdu.edu.tr/utes, 2006.
[2] Ültanır MÖ.. “21. Yüzyıla Girerken Türkiye’nin
Enerji Stratejisinin Değerlendirilmesi” Yayın
No: TÜSİAD-T/98-12/239, ISBN: 975-724959-9, Lebib Yalkım Yayımları ve Basım İşleri
A.Ş., İstanbul, 1998.
[3] Kirubakaran A., Shailendra J. and Nema,
RK., “A Review on Fuel Cell Technologies
and Power Electronic Interface”, Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 13 (9):
2430-2440, 2009.
[4] Andujar JM. and Segura F., “Fuel Cells: History
and Updating. A Walk along Two Centuries”,
Renew Sustain Energy Rev (2009),
doi:10.1016/j.rser.2009.03.015, 2009.
Summary
Fuel cells are one of the key enabling technologies
for future hydrogen economy. For the last 20
years, applications of the fuel cells are mostly
replacing internal combustions engines, and
providing power in stationary and portable power
applications. But the history of the fuel cells is
more than last 20 years; actually it has covered
102
almost two centuries. There are now many
manufacturers working on fuel cell applications
of very different nature. For example, there are
many uses of fuel cells with direct application in
the automotive sector. The most widespread use
can be found in aircrafts, ships, trains, buses,
cars, motorcycles, trucks and forklifts. There
are also vending machines, vacuum cleaners
machines and traffic signals that operate by a
fuel cell. On the other hand, there is a growing
market for fuel cells for mobile phones, laptops
and portable electric devices. At larger scale,
there are hospitals, police stations and banks
that have a fuel cell system for generating
electrical power at their facilities. The purpose
of this paper is to present the development of
the fuel cells across the time, fuel cell types, its
present state and some nowadays applications.
This paper reviews the history of fuel cells. Its
follows the path from the invention of the fuel
cell up to present days. Fuel cell types as well
as their advantages, disadvantages and principal
applications nowadays are explained.
POSTER PROCEEDINGS
E-CO: ENERGY CONTROLLING - COMPREHENSIVE ENERGY MANAGEMENT FOR
FACILITIES AND COMPANIES
Attila VÁRI
Horváth & Partner GmbH
Dr. Zsolt János VIHAROS
İbrahim Halil KALKAN
Abstract
Currently the technical managers of a building
are facing an emerging challenge of the
continuous rising of the energy costs or their
share inside company expenses. Moreover, they
are pushed by variety of the following factors to
do significant steps in the direction of efficient
energy management:
Increase of the energy prices and smaller time
horizon for the reliable price forecasts
Social responsibility expectation to move into
the direction for energy efficiency, trends of
becoming to a green focused organisation
New technologies and technology driven
break-trough
developments
of
energy
production and consumption methodologies
(wind energy, solar, geothermal, natural-gas,
bio-mass, etc.) and increasing push of their
vendors
Changing and adapted global, continentwide or on country level regulation of energy
management standards
E-Co is covering the whole value chain of energy
controlling:
Forecasting electricity price for the preparation
of optimal contracting
Measurement and calculation of the energy
balance, identifying significant consumption
areas
Improvement of energy efficiency (idea
collection, evaluation and ranking)
Energy consumption forecast, prognosis
Energy cost allocation, forecasting
Preparation energy consumption dashboards
Optimization of air conditioning-heatingventilation
Presentation
will
include
methodological
approach and practical application examples
based on project experiences.
EXTENSION, details:
E-Co is covering the whole value chain of energy
controlling the following part describes the main
activities and results of the different improvement
areas:
Forecasting electricity price for the preparation
of optimal contracting
Motivation: there is a sustainable demand
for supporting company’s technical and
financial managers for reaching optimal
contracting conditions with the traders of
various energy sources.
Solution: energy consumption profiles,
restrictions and constrains are collected
to support the exploration of possible field
of decisions of the company managers,
followed by the modelling of the given
energy market related situation of the
company enabling various simulation
possibilities.
Results: the optimal energy purchase time
and conditions can be determined for
supporting typically technical and financial
managers.
Measurement and calculation of the energy
balance, identifying significant consumption
areas
Motivation: the requirement is to see
clearly the profiles, components, ratios
and consumptions of the individual users
of the company energy together with
the contributions of the different energy
suppliers.
Solution: All of the company energy sources
(inputs) and energy users (outpus) are
identified and their consumption profiles are
determined and modelled.
Results: Energy balances, identified ratio of
energy consumption of energy users, e.g.
departments also under various conditions,
e.g. during the year, months, during days,
etc., together with the energy content and
ratios of different energy sources.
Improvement of energy efficiency (idea
collection, evaluation and ranking)
Motivation: Managers face daily the need
to save energy together with many energy
saving ideas coming from colleagues, green
energy solution providers, technicians or
competitors and it is difficult to handle the
variety of request and ideas.
Solution: A template is defined for handling
the technical description of any energy
saving ideas and the needed changes in the
company processes are identified, moreover
a unified template is defined to calculate the
costs and benefits of the individual ideas
also under various conditions, e.g. changing
energy prices, exchange rates.
Results: The solution allows the unified
evaluation and comparison of the energy
saving ideas and the related investments
and benefits, too.
Energy consumption forecast, prognosis
Motivation: Technical managers of middle
or large companies have to give energy
consumption forecast typically a day ahead;
moreover they have to appoint for e.g. a
year ahead the maximal energy need.
Solution: The solution identifies the main
drivers of the energy consumption and
applies the models built up during the
preparation of the energy balance.
Results: Energy forecast and prognosis
models are able to estimate the energy
needed for a shorter and longer time horizon
allowing an optimal energy request from the
supplier and the efficient energy control.
Energy cost allocation, forecasting
Motivation: In many companies energy
cost are ordered to the general cost type
and later on they are allocated to different
business units, products, etc. using different
cost allocation weights. The proposed
solution allows much more accurate and
flexible allocation of the costs to the cost
centers.
Solution: The main drivers identified and the
models build up for the energy consumption
forecast are applied for determining the
accurate cost allocation factors.
Results: Energy costs are directly allocated
to the appropriate cost centers as direct
cost.
Preparation energy consumption dashboards
Motivation: Instead of continuously reading
and interpreting the content of energy
invoices technical and financial managers
need a visual dashboard to follow and review
energy consumptions and costs easily.
103
POSTER PROCEEDINGS
Solution: Energy cost and amounts are
collected, stored in business intelligence
data bases and are presented with efficient
visualization solutions
Results: Energy dashboards are available
for the decision makers ensuring efficient
control information and decision support.
Optimization of air conditioning-heatingventilation
Motivation: Technical managers have to give
an operative regulation for their colleagues
realizing minimal energy consumption.
Solution: The model built up for energy
balance together with the identified energy
drivers form a framework for the energy
consumption minimalization under various
external conditions. The relation among the
control system set-up parameters and the
energy balance of the building is determined.
Optimization of the air conditioning-heatingventilation set-up parameters is possible.
Results: Optimal values for the set-up
parameters of the air conditioning-heatingventilation machines are determined
ensuring the minimal energy and costs.
104
POSTER PROCEEDINGS
TÜRKİYE ENERJİ VERİMLİLİĞİ POTANSİYELİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Mehmet Akif ŞENOL
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı
Özet
Bu çalışmada öncelikle enerji verimliliğinin tanımı
ve önemi vurgulanmış, enerji verimliliği göstergesi
olan enerji yoğunluğunun sebepleri irdelenerek
ülkemizdeki primer enerji kaynaklarınının enerji
verimliliği potansiyeli sektörel bazda incelenerek
değerlendirilmiştir. Daha sonra sekonder enerji
kaynağı olarak elektrik enerjisindeki tasarruf
potansiyeli incelenmiştir. Çalışmada ayrıca
Türkiye Cumhuriyetinin kurulmasından bu yana
ülkemizdeki enerji verimliliği çalışmaları incelenerek, enerji verimliliğinin dünü ve bugünü
tartışılmıştır. Enerji verimliliği çalışmalarının yarını
konusunda sektörel bazda yapılabilecek iyileştirme
çalışmalarına ışık tutmak üzere mevcut yasa ve
ikincil mevzuat çalışmaları anlatılmıştır. Enerji
ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2010-2014 Stratejik
Planındaki enerji verimliliği hedefleri ve Enerji
Verimliliği Strateji Belgesi Taslağı incelenmiştir.
Sonuçlar bölümünde de enerji verimliliği
konusunda dikkat edilmesi ge-reken hususlar ve
alınması gerekli tedbirler be-lirtilmiştir.
1. Enerji Verimliliği İle İlgili Tanımlar
Enerji verimliliği; enerjide arz güvenliğinin
sağlanması, dışa bağımlılıktan kaynaklanan
risklerin
azaltılması,
enerji
maliyetlerinin
sürdürülebilir kılınması, iklim değişikliği ile
mücadelenin etkinliğinin artırılması ve çevrenin
korunması gibi ulusal stratejik hedefleri
tamamlayan bir kavramdır. Sürdürülebilir
kalkınmanın öneminin gittikçe daha çok
anlaşıldığı günümüzde, enerji verimliliğine
yönelik çabaların değeri de aynı oranda
artmaktadır. Bu çerçevede; enerjinin üretiminden
nihai tüketime kadar bütün aşamalarda enerji
verimliliğinin geliştirilmesi, bilinçsiz kullanımın
ve israfın önlenmesi, enerji yoğunluğunun gerek
sektörler bazında ve gerekse de makro düzeyde
azaltılması ulusal enerji politikamızın öncelikli ve
önemli bileşenlerinden birisidir.
Enerji verimliliği, yaşam kalitesinden ve üretimden
ödün vermeksizin enerjiyi tasarruflu kullanmak
olarak tarif edilir. Endüstriyel manada ise enerji
verimliliği; kalite ve performansı düşürmeden bir
mal veya hizmeti elde etmek için gerekli olan
enerji miktarının azaltılmasıdır.Bunun sonucunda
sağlanacak enerji tasarrufu, en hızlı ve maliyeti
diğerlerinden daha ucuz olan temiz bir enerji
kaynağı olarak addedilir. Enerji verimliliğinin
ölçülebilir göstergesi olarak “Enerji Yoğunluğu”
kavramı geliştirilmiştir. Enerji yoğunluğu, bir
ülkedeki Gayri Safi Yurtiçi Hasıla (GSYH) başına
tüketilen birincil enerji miktarıdır. Bu değer
Japonya’da 0,1 değerinde, OECD ülkelerinde ise
0,19 iken, ülkemizde 2008 yılı itibarıyla 0,28’dir[1].
Bunun anlamı ülke olarak her 1.000 $’lık GSMH
için 0,28 TEP (TEP: Ton Eşdeğer Petrol) enerji
tüketiyoruz demektir. Tükettiğimiz primer enerji
kaynaklarının tamamı petrol olmamakla birlikte,
petrol fiyatları ile bir hesaplama yapıldığında;
1 varil petrol 0,15898 ton ve 1 varil petrol fiyatı
75 $ ila 150 $ arasında değişken olduğu dikkate
alınarak 1 ton petrol fiyatının 471,75 $ ila 943,50
$ arasında olduğu, her 1.000 $’lık GSYH için
0,28 TEP enerji kullandığımıza göre, 1.000
$’lık GSYH’da 132 $ ila 264 $ arasında enerji
tükettiğimiz sonucuna ulaşılmaktadır. Başka
bir deyişle her 1.000 $’lık GSYH’nın %13,2 ila
% 26,4’sı enerji için sarfediliyor demektir. Bu
hesaplama elektrik enerjisi fiyatları ile yapıldığında;
1 TEP=11628 kWh olduğu ve 1 kWh enerji 0,1
$ olduğundan, 1.000 $’lık GSYH’da 325 $’lık
elektrik enerjisi kullanıldığı, başka bir deyişle her
1.000 $’lık GSYH’nın elektrik enerjisi fiyatları ile
hesaplandığında %32,5’u enerji için sarfediliyor
demektir. Özetle, elektrik gibi sekonder enerji
kaynaklarını verimli kullanmak, primer enerji
kaynaklarını verimli kullanmaktan daha büyük
önem arzeder. Elektrik enerjisini elde etmek için
elektrik santrallerinde kullanılan tüm cihazların
(kazan, türbin, generatör vb.) verimleri, iletim ve
dağıtım sistemindeki (transformatördeki demir ve
bakır kayıpları, hatlardaki joule ve korona kayıpları
ile yer altı kablolarındaki dielektrik kayıplar vb.)
kayıplar da dikkate alındığında; aynı önemin
elektrik enerjisinin yalnızca kullanımında değil,
üretim, iletim ve dağıtım aşamaları için de geçerli
olduğu anlaşılır. Bu nedenle elektrik enerjisinde
enerjinin verimli kullanılmasını sağlamak birincil
önceliğimiz olmalıdır.
2. Ülkemizdeki Enerji Verimliliği
Potansiyeli
2008 yılı verilerine göre ülkemizdeki nihai birincil
enerji tüketimi 79.559.000 TEP olup; bunun
25.677.000 TEP’i sanayi, 28.323.000 TEP’i
bina ve hizmet, 16.044.000 TEP’i ulaştırma geri
kalanı diğer sektörlerde kullanılmaktadır[1]. Öte
yandan Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EİEİ) Genel
Müdürlüğünce sanayide %20, bina ve hizmette
%30, ulaştırmada %15 tasarruf potansiyelimizin
olduğu bildirilmektedir. Bu veriler ışığında; petrol
fiyatları ile ve 1 varil petrolün güncel fiyatı olan
75 $’a göre sanayi, bina ve hizmet ile ulaştırma
sektörlerindeki tasarruf potansiyelimiz, sanayide
2,4, bina ve hizmette 4, ulaştırmada 1,1 milyar $
olarak hesaplanabilir.
Enerji Yoğunluğunun azaltılmasına ilişkin hedef
Enerji ve Tabii Kaynaklar bakanlığı (ETKB)
Stratejik Planında belirtildiği üzere birincil enerji
yoğunluğunun 2015 yılına kadar 2008 yılı
değerine göre %10 azaltılmasıdır. Buna göre
birincil enerji yoğunluğu 2014 yılı sonunda 0,254
TEP seviyesine indirilmesi öngörülmektedir.
2.1. Sanayi Sektöründe: Katı yakıt, petrol ve
doğalgaz ile elektrik sistemlerindeki teknolojik
gelişmeler farklı farklı olduğundan, sanayideki
katı yakıt sistemlerindeki tasarruf potansiyelinin
petrol ve doğalgaz sistemlerinden ayrı değerlendirilmesi, elektrik kullanımındaki tasarruf potansiyelinin de ayrıca dikkate alınması isabetli
olacaktır. Sanayideki enerji kullanımının ve tasarruf potansiyelinin primer enerji kaynaklarına göre
dağılımı aşağıdaki gibidir:
Miktarı
(kTEP)
Tas.
Oranı
Tas.
miktarı
(kTEP)
Katı yakıt
9.245
% 20
1.849
Petrol + D. Gaz
9.023
% 5
451
Elektrik
6.268
%3
Kaynak türü
Toplam (Not: 1 kTEP=1000 TEP)
188
2.488
Sanayi sektöründe makul tasarruf miktarının
petrol fiyatları ile parasal karşılığı 1,17 milyar $
olup sektörün %50’sinde bu hedefin tuttturulması
halinde 0,58 milyar $’lık bir potansiyelden söz
edilebilir.
2.2. Bina ve Hizmet Sektöründe: Primer enerji
kaynaklarına göre dağılım kTEP olarak, katı yakıt
11.354, petrol 1.683, doğalgaz 7.251, elektrik
6.949, diğer 1.086 olmak üzere toplam 28.323’tür.
Bina sektöründe özellikle ısıtma amaçlı olarak
katı yakıt, petrol ve doğalgaz gibi kaynaklar
kullanılmaktadır. Isı yalıtım sistemlerine tam
geçişle birlikte bu kaynaklardan tasarruf miktarı:
Katı yakıt + Petrol + Doğalgaz Toplamı: 20.288
kTEP, tasarruf miktarı 6.086 kTEP ve potansiyeli
% 30’dur. Bina ve hizmet sektöründe makul
tasarruf miktarının petrol fiyatları ile parasal
karşılığı 2,87 milyar $ olup sektörün % 50’sinde
bu hedefin tuttturulması halinde 1,43 milyar $’lık
bir potansiyelden söz edilebilir.
2.3. Ulaştırma Sektöründe: Primer enerji
kaynaklarına göre dağılım kTEP olarak: Katı yakıt
0, petrol 15.733, doğalgaz 203, elektrik 42, diğer
66’dır. Görüleceği üzere ulaştırma sektörümüz
gelişmiş ülkelerin aksine büyük oranda petrol
ve doğalgaza bağımlıdır. Elektrik sisteminin
ulaştırma sektöründeki tartışmasız teknik
üstünlüğünden dolayı, elektriğe olan bağımlılığın
artırılması önem arzetmektedir. Buna göre, petrol
+ Doğalgaz Toplamı: 15.936 kTEP, tasarruf
miktarı 2.390 kTEP, potansiyeli % 30’dur. Bina
ve hizmet sektöründe makul tasarruf miktarının
petrol fiyatları ile parasal karşılığı 1,12 milyar $
olup sektörün % 50’sinde bu hedefin tutturulması
halinde 0,56 milyar $’lık bir potansiyelden söz
105
POSTER PROCEEDINGS
edilebilir. Toplam makul tasarruf potansiyeli
milyar $ olarak:
Sektör
% 100
gerçekleşme
% 50
gerçekleşme
Sanayi
1,17
0,58
Bina ve Hizmet
2,87
1,43
Ulaştırma
1,12
0,56
Toplam
5,16
2,58
Enerji yoğunluğumuzun OECD ülkelerine göre
yüksek olmasının tek sebebi enerji verimli
kullanmamamız değildir. Ülkemizdeki sanayi
sektörünün yapısı incelendiğinde, Sanayi sektörü
enerji tüketimi 25.677.000 TEP olarak dikkate
alındığında bunun 11.875.000 TEP’i enerji
yoğunluğu yüksek (ağır) sanayiden oluştuğu
görülür[1]. Bunun oranı % 46’dır. Bunlar; demirçelik, diğer metaller, petro-kimya, gübre vb.
sektörlerdir. Ülke olarak katma değeri yüksek, enerji
yoğunluğu yüksek olmayan yüksek teknolojik ürün
sanayilerine de geçişin hızlandırılması (teşvikler) ile
de enerji yoğunluğu azalacaktır.
3. Elektrik Enerjisindeki Verimlilik
Potansiyeli
Ülkemizde elektrik enerjisinin de verimli kullanılması için 2010-2023 yıllarını kapsayan Enerji
Verimliliği Strateji Belgesi’nde hedef olarak 1
Dolarlık GSYH başına elektrik kullanımının ise
2008 yılı değeri olan 0,53 kWh’den en az 0,42
kWh’e indirilmesi temel hedefler olarak kabul
edilmiştir.
2009 yılı verilerine göre üretilen elektrik enerjisinin
primer kaynaklara dağılımı ile ülkemizde üretilen,
iletilen, dağıtılan ve kullanılan elektrik enerjisinin
değerleri aşağıda verilmiştir:
3.1. Elektrik Üretimi[2]:
• Termik
: 156.923,5 GWh
• Hidrolik
: 35.958,4 GWh
• Jeotermal
: 435,7 GWh
• Rüzgar
:1.495,4 GWh
Toplam Üretim
:194.812,9 GWh
Türkiye Tüketime sunulan : 194.079,1 GWh
Elektrik üretimi ile ilgili olarak eski teknolojik ürünleri
kullanan santral üniteleri gözden geçirilmelidir.
3.2. Elektrik İletimi[2]:
• İletim sistemine giren
: 176.161,1 GWh
• İletim kaybı
: 3.973,4 GWh
• İletim sisteminden çıkan : 172.187,7 GWh
• İletim kayıp oranı
: % 2,26
Kaybın sebepleri teknik olup kayıp oranı değeri,
makul seviyelerdedir.
3.3. Elektrik Dağıtımı[2]:
Türkiye Elektrik Dağıtım A.Ş.’nin resmi verilerine
göre dağıtılan elektrik enerjisinin abone gruplarına
göre dağılımı aşağıda verilmiştir:
2008 yılı GWh)
2009 yılı (GWh)
Mesken
Türü
39.583,598
39.147,505
Ticaret
23.903,332
25.018,856
Resmî daire
7.344,252
6.989,641
Sanayi
74.850,263
70.470,076
Diğer
16.266,083
15.267,992
Türkiye
161.947,528
156.894,070
106
Türkiye’de elektrik dağıtımında kayıp ve kaçak
oranı % 15 seviyelerinde iken bu oran OECD
ülkelerinde ortalama % 8,5’tir. Dağıtım sistem
kayıplarımızın OECD ortalaması olan % 8,5
değerine düşürülmesi halinde; elektrik enerjisi
tasarrufu yılda 9.366.620.000 kWh olacak; bunun
parasal değeri ise 936.662.000 $/yıl olacaktır.
4. Enerji Verimliliğinde Mevcut Durum
Enerji verimliliği konusunda mevcut durumun
tespiti; Cumhuriyetin ilk 50 yılında yapılan
çalışmalar ve içinde bulunduğumuz ikinci 50 yıl
içinde yapılan çalışmalar olmak üzere iki ayrı
başlık altında yapılmıştır.
4.1. Cumhuriyetin İlk 50 Yılındaki (1923-1973)
Durum
Osmanlı Devleti, son dönemlerinde Avrupa’da
başlayan sanayileşmeye ilişkin gelişmelere ayak
uyduramadığı için sanayisi de gelişememiş, tarım
faaliyetlerinde geri kalmıştı, Bu nedenle Türkiye
Cumhuriyetinin kurulmasıyla birlikte, ekonomide
izleyeceği metotları belirlemek ve kalkınma
hedeflerini tespit etmek için 17 Şubat 1923’te
İzmir İktisat Kongresi toplanmış, ilk sanayileşme
hamlesi başlamıştır. Özetle Cumhuriyetin ilk
yıllarında enerjinin verimli kullanılması bir yana,
enerjinin kullanılmasına dönük çalışmalar
yapılmıştır.
Elektrik enerjisi konusundaki verimlilik çalışmaları
ülkemize ilk kez Cumhuriyetin ilk 50 yılı içinde
dolaylı olarak girmiştir. İleri saat uygulaması
10 Ekim 1946’da Montreux’da yapılan Avrupa
Doğu Münasebetleri ve Tren Seferleri (Orerleri)
Konferansında alınmış bir karar olup, ülkemizde
de 05 Aralık 1946 tarih ve 5049 sayılı Bakanlar
Kurulu Kararı ile uygulamaya koyulmuştur.
Görüldüğü üzere bu tedbirin ortaya çıkış amacı
ulaşım sektörü kaynaklı olmasına rağmen elektrik
enerjisi konusunda alınmış teknik bir tedbirdir.
İleri saat uygulamasına göre, başlangıçta
Nisan ayının 3. pazar gününden başlayarak
Ekim ayının ilk pazar gününe kadar ileri saat
uygulaması söz konusu olmuştur. Daha sonra
ileri ssat uygulaması Mart ayının son haftası
ile Ekim ayının son haftası arasını kapsayacak
şekilde genişletilmiştir. Ülkemizde daha sonra
06.12.1984 tarihinde 697 sayılı Kanun’un
3097 sayılı Kanunla değişik 2. Maddesine
göre, başlangıç ve bitiş tarihleri belirtilmek
ve 1 saati aşmamak kaydıyla, ileri saat
uygulamaya Bakanlar Kurulu yetkili kılınmıştır.
İleri saat uygulaması ile yılda 500 milyon
kWh’in üzerinde enerji tasarrufu yapılmasına
neden olunmuştur. İleri saat uygulamaları
konusunda belirli periyotlarla Birleşmiş Milletler
Avrupa Ekonomik Komisyonu tarafından
uygulamalar gözden geçirilmekte, üye ülkelerin
ileri saate geçiş tarihlerini Sekreteryaya teyit
etmeleri istenmektedir. Komisyon, ortak ileri
saat uygulamalarının yararlarına işaretle
tüm üye ülkeleri bu uygulamaya katılmaya
davet etmektedir. Komisyon kararları tavsiye
niteliğinde olup nihai karar ülke hükümetlerine
bırakılmıştır. İleri saat uygulaması ile özellikle
konutlarda kullanılan elektrik enerjisinden
tasarruf sağlanmaktadır. Bu uygulama ile
günlük 8 saatlik uyku dilimi 1 saat öne alınarak
bu dilim içerisindeki karanlığın oranı artırılmış
olmakta, böylece gün ışığından biraz daha fazla
istifade edilmesi sağlanmaktadır. Ülkemizde bu
uygulama halen devam ettirilmektedir[3].
4.2. 1973 Yılından Günümüze Kadar Durum
Enerjide ilk kriz 1973’te 1. Petrol Krizi olarak
patlak vermiş, 1978’de başlayan 2. Petrol Krizi
1979’da da sürmüş olup dünyadaki enerji (petrol)
arz darlığı nedeniyle, ülkemiz de dahil olmak
üzere özellikle petrol fakiri ülkelerde ciddi enerji
darboğazları yaşanmıştır. Bunun sonucunda tüm
dünyada enerji tasarruf bilinci ve tasarruf tedbirleri
bilimsel yöntemlerle incelenmeye başlanmıştır.
1983’den itibaren ülkemizde özel sektör ön plana
çıkmaya başlamış, yeni ve hızlı bir sanayileşme
hamlesi ile birlikte hizmet sektörü büyük bir atılım
içerisine girmiştir. 1970 ila 2010 yılları arasındaki
elektrik tüketimi 40 yılda 23 katına çıkarak
yaklaşık 200 milyar kWh’e ulaşmıştır. Uzun
yıllar elektrik tüketim artış hızları ortalaması %
8 civarında gerçekleşmiştir. Bu dönemde 1990’lı
yıllardan başlayarak Enerji ve Tabii Kaynaklar
Bakanlığınca elektrik enerjisinde tasarruf
tedbirlerinde “puant tarifenin yaygınlaştırılması”
ve “güç katsayısının düzeltilmesi”ne ilişkin önemli
kararlar alınmıştır.
4.2.1.Güç katsayısının düzeltilmesi çalışmaları
Elektrik enerjisinin verimli kullanılmasına yönelik
tedbirdir. Özellikle sanayi aboneleriyle ilgili olan bu
tedbir, elektrik motorlarının reaktif enerji talepleri
nedeniyle şebekeden çektikleri reaktif akımın
kompanzasyon tesisleri yapılarak düzeltilmesi
olarak tanımlanabilir. Bu konuda 1996 yılında
başlatılan çalışma sonucunda 01.12.1998 tarih ve
20006 sayılı Resmi Gazete’de yayımlanan “Elektrik
Projelerinin Hazırlanması ve Elektrik Tesislerinin
Gerçekleştirilmesi Sürecinde Güç Faktörünün
İyileştirilmesi” İle İlgili Tebliğ” yayınlanmış ve
güç faktörünün 0,95’e yükseltilme zorunluluğu
getirilmiş, uygulama kapsamı 250 kVA’dan 50
kVA’ya düşürülerek genişletilmiştir. Böylece
hem elektrik dağıtım şirketlerinin dağıtım sistem
yatırımlarından daha iyi istifade etmesi sağlanmış
hem de 2 milyar $’ın üzerinde enerji santral tesis
maliyetlerinden tasarruf sağlanmıştır [4][5].
4.2.2. Puant tarifenin yaygınlaştırılması
Bu tedbir, abonelerin elektriğe olan ihtiyaçlarının
puant saatlerin dışında talep edilmesini
teşvik etmektir.
Çünkü günün değişik
saatlerindeki elektrik üretimi farklı maliyetlerle
gerçekleşmektedir. O halde elektriğe en çok
ihtiyaç duyulan saatlerdeki talebin teşvik
tedbirleri ile günün diğer dilimlerine kaydırılması
elektrik tasarruf edilmesi ile sonuçlanacaktır.
Özellikle 1970li yıllardan beri Avrupa ülkelerinde
çok çeşitli uygulamaları olan bu tedbirle ilgili
olarak, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığınca
Elektrik
Tarifeleri
Yönetmeliğinin
55’inci
maddesi, 25.12.1997 tarih ve 23211 sayılı Resmi
Gazete’de yapılan değişiklik ile değiştirilmiş ve
17.06.1999 tarihinde tüm abone gruplarının bu
uygulamadan yararlanabilmeleri sağlanmıştır. Bu
tedbir ile yıllık 1 milyar $’ın üzerinde enerji santral
maliyetlerinden tasarruf sağlanmıştır. Bu konuya
ilişkin olarak detaylı bilgi[6] no’lu makelede
verilmiştir. Kamu binalarında enerjinin verimli
kullanılmasına yönelik çalışmaya ilişkin olarak
detaylı bilgi[7] de verilmiştir.
4.2.3. Teknik mevzuatta yapılan değişiklikler
Yukarıda belirtilen enerji verimliliğine yönelik
çalışmalara paralel olarak elektrikle ilgili teknik
yönetmeliklerde de gerekli değişiklikler yapılmış,
yönetmeliklerde çağın gerektirdiği yüksek verimli
ve yeni teknolojik ürünlerin kullanılması zorunlu
POSTER PROCEEDINGS
kılınmıştır. Bu yönetmeliklerin Enerji ve Tabii
Kaynaklar Bakanlığınca Resmî Gazetelerde
yayınlanması sağlanmıştır. Bu yönetmelikler
arasında Elektrik İç Tesisleri Yönetmeliği, Elektrik Kuvvetli Akım Tesisleri Yönetmeliği, Elektrik
İç Tesisleri Proje Hazırlama Yönetmeliği, Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği sayılabilir[8]. Dünyadaki teknolojik gelişmelere bağlı
olarak ülkemizdeki tüm teknik yönetmelik vb.
mevzuatın düzenli olarak takibi ve güncellenmesi
esastır. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı birimleri buna göre organize edilmelidir.
4.2.4. Enerji Verimliliği Kanunu ve buna bağlı
yönetmeliklerin yürürlüğe konulması
EİEİ tarafından hazırlanan Sanayi Kuruluşlarının
Enerji Tüketiminde Verimliliğin Artırılması İçin
Alacakları Önlemler Hakkında Yönetmelik
11.11.1995 tarih ve 22400 sayılı Resmi
Gazete’de yayınlanmış ve bu yönetmelik ile
birlikte Enerji Yöneticiliği gündeme gelmiştir. Bu
yıllarda enerji yöneticisi yetiştirme çalışmalarına
da önem verilmiştir.
Ülkemizde
enerji
verimliliği
konusundaki
potansiyelin değerlendirilmesi amacıyla ilk kanun 02.05.2007 tarih ve 26510 sayılı Resmi
Gazete’de yayımlanarak yürürlüğe giren 5627
sayılı Enerji Verimliliği Kanunudur (EVK). Bu
Kanunun yürürlüğe girmesinden sonra Kanunda
öngörülen ikincil mevzuat düzenlemelerine
gidilerek ilgili yönetmelikler (Enerji Kaynaklarının
ve Enerjinin Kullanımında Verimliliğin Artırılmasına Dair Yönetmelik, Binalarda Enerji PerformansıYönetmeliği, Ulaşımda Enerji Verimliliğinin
Artırılmasına İlişkin Usul ve Esaslar Hakkında
Yönetmelik vb.) çıkarılmıştır. Buna paralel olarak atıf yapılan ilgili kanun ve yönetmeliklerde
de gerekli düzenlemeler yapılmıştır. EİEİ Genel Müdürlüğü 2007 yılında yürürlüğe giren
Enerji Verimliliği Kanunu ile sanayi, ulaşım
ve enerji sektörleri ile binalarda enerjinin
verimli kullanılmasına yönelik çalışmalarda
yeni görev-ler üstlenmiştir. Bunun yanı sıra
EVK’nun 4. maddesine istinaden Enerji ve Tabii
kaynaklar Bakanlığı Müsteşar Yardımcısının
başkanlığında çeşitli Bakanlık, Kurum ve Kuruluş
temsilcilerinden oluşan 15 üyeli Enerji Verimliliği
Koordinasyon Kurulu (EVKK) oluşturulmuş ve
çalışmalarına 2008 yılından itibaren aktif olarak
başlamıştır.
15.02.2008 tarih ve 26788 sayılı Resmi Gazete’de
yayımlanarak yürürlüğe giren Başbakanlık
Genelgesi ile de kamu kurum ve kuruluşlarında
enerjinin etkin ve verimli kullanılmasına yönelik
tedbirler belirlenmiştir. Bu Genelge ile “Ulusal
Enerji Verimliliği Hareketi” başlatılmış ve
2008 yılı “Enerji Verimliliği Yılı” ilan edilmiştir.
Enerji verimliliğinin süratle ve etkili bir şekilde
arttırılabileceği tedbirler arasında, aydınlatma
amacıyla kullanılmakta olan akkor flamanlı
lambaların yaklaşık 5 kat daha tasarruflu olan kompakt floresan lambalarla değiştirilmesi hususuna
öncelik verilmiştir.13.08.2008 tarihli 2008/19
sayılı Başbakanlık Genelgesi ile tüm kamu kurum
ve kuruluşları, belediyeler ve kamu kurumu
niteliğindeki meslek odalarının 1 ay içinde kendi
sorumluluklarında bulunan yerlerdeki mevcut
akkor flamanlı lambaları tasarruflu ampullerle
değiştirmeleri zorunlu kılınmıştır. Başbakanlık
Genelgesi doğrultusunda ülke genelinde yapılan
uygulama sonucunda, toplam 1.828.742 adet
ampul çıkarılarak yerine 1.758.954 adet verimli
lamba takılmıştır. Satın alınan verimli lambalar
için ödenen 11,5 milyon lira, 101 günde geri
kazanılmıştır. Elektrik giderindeki azalma ile
bütçeye yılda 41 milyon lira katkı sağlanmıştır.
Diğer taraftan, “Ulusal Enerji Verimliliği
Hareketinin” bir adımı olarak, “El Ele ENVER
Hareketi” Aralık 2008 tarihinde tüm illerimizde
başlatılmıştır. Bu hareket kapsamında, ilköğretim
okullarında enerjiyi verimli kullanan lamba
dağıtımı ve bilinçlendirme etkinlikleri yapılmış,
bu kapsamda Aralık 2008 ila Nisan 2009 tarihleri
arasında 43 ilde toplam 4.800.000 adet lamba
dağıtımı gerçekleştirilmiştir. Öte yandan Avrupa
Birliği (AB) ile işbirliği çerçevesinde “Türkiye’de
Enerji
Verimliliğinin
Artırılması“
projesi
çalışmaları 2003 yılında başlatılmış olup, proje
kapsamında AB’den sağlanan uzman desteği
ile ilgili kuruluşlarla birlikte, Enerji Verimliliği
Stratejisi hazırlanmıştır. Halen 2. sürüm Enerji
Verimliliği Stratejisi Belgesi Taslağı, EİEİ web
sitesinde (eie.gov.tr) 28.06.2010 tarihinde
yayınlanmış olup; 31.07.2010 tarihine kadar
gerçek ve tüzel kişierin görüş ve önerilerine
açılmış olup; değerlendirme çalışmaları devam
etmektedir.
4.2.5. EVK’ya bağlı/ilgili ikincil mevzuat
4.2.5.1. Merkezi Isıtma ve Sıcak Su Sistemlerinde Isınma ve Sıhhi Sıcak Su Giderlerinin Paylaştırılmasına İlişkin Yönetmelik
Bu Yönetmeliğin amacı; mevcut ve yeni yapılacak
birden fazla bağımsız bölüme sahip merkezî veya
bölgesel ısıtma sistemli ve sıhhî sıcak su sistemli
binalarda, ısıtma ve sıhhî sıcak su giderlerinin,
bağımsız bölüm kullanıcılarına paylaştırılmasına
ilişkin usûl ve esasları belirlemektir.
4.2.5.2. Ulaşımda Enerji Verimliliğinin Artırılmasına İlişkin Usul ve Esaslar Hakkında
Yönetmelik
Bu Yönetmelik ulaşımda enerji verimliliğinin
artırılması amacıyla; motorlu araçların birim
yakıt tüketimlerinin düşürülmesine, araçlarda
verimlilik standartlarının yükseltilmesine, toplu
taşımacılığın yaygınlaştırılmasına, trafik akımının
arttırılmasına yönelik sistemlerin kurulmasına
ilişkin usul ve esasları kapsar.
4.2.5.3. Kosgeb Destekleri Yönetmeliği
Bu Yönetmeliğin amacı; ülkenin ekonomik ve
sosyal ihtiyaçlarının karşılanmasında, küçük
ve orta ölçekli sanayi işletmelerinin payını
ve etkinliğini artırmak, rekabet güçlerini ve
düzeylerini yükseltmek, ekonomik gelişmelere
uygun bir şekilde sanayide entegrasyonu
gerçekleştirmek üzere, Küçük ve Orta Ölçekli
Sanayi Geliştirme ve Destekleme İdaresi
Başkanlığı tarafından gerekli geri ödemeli ve geri
ödemesiz desteklerin sağlanmasına ilişkin usul
ve esasları belirlemektir.
4.2.5.4. Enerji Kaynaklarının ve Enerjinin Kullanımında Verimliliğinin Artırılmasına Dair
Yönetmelik
Bu Yönetmeliğin amacı; enerjinin etkin kullanılması, enerji israfının önlenmesi, enerji
maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün
hafifletilmesi ve çevrenin korunması için enerji kaynaklarının ve enerjinin kullanımında verimliliğin artırılmasına ilişkin usûl ve esasları
düzenlemektir.
4.2.5.5 Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği
Bu Yönetmeliğin amacı, binalarda enerjinin ve enerji
kaynaklarının etkin ve verimli kullanılmasına, enerji
israfının önlenmesine ve çevrenin korunmasına
ilişkin usul ve esasları düzenlemektir.
4.2.5.6. Tanıtma ve Kullanma Kılavuzu
Uygulama Esaslarına Dair Yönetmelik
Bu Yönetmelik ile üretilen veya ithal edilen sanayi
mallarının tanıtım, kullanım, bakım ve basit
onarımına ilişkin Türkçe kılavuzla ve gerektiğinde
uluslararası sembol ve işaretleri kapsayan etiketle
birlikte satılma zorunluluğu getirilmesi, tanıtma
ve kullanma kılavuzuna ilişkin usul ve esasların
belirlenmesi amaçlanmıştır.
4.2.5.7. Sıvı ve Gaz Yakıtlı Yeni Sıcak Su
Kazanlarının Verimlilik Gereklerine Dair
Yönetmelik
Bu Yönetmeliğin amacı, sıvı veya gaz yakıtlı yeni
sıcak su kazanlarına uygulanabilir verim gereklerini
belirleyerek enerji verimliliğini artırmaktır.
5. Enerji Bakanlığı 2010-2014 Stratejik
Planı
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2010-2014
Stratejik Plan’da enerji verimliliğine ilişkin 13
strateji belirtilmiştir:
1) Ulusal enerji verimliliği kapsamında stratejik
ve bütünleşik enerji verimliliği ön-lem ve
programlarının etkili bir şekilde uygulanabilmesi
için çalışmalar artırılarak devam ettirilecektir.
2) AB Enerji Verimliliği müktesabatı ve özellikle
kojenerasyon düzenlemeleri ile tam uyum
sağlanacaktır.
3) Aydınlatma öncelikli olmak üzere, kamuda
enerji verimliliği çalışmaları yoğunlaştırılarak
topluma öncelik edilecektir.
4) Enerji verimliliği projeksiyonları yapılacak,
alt sektörlerin enerji verimliliği potansiyelleri
belirlenecektir.
5) Yüksek verimli kojenerasyon ve trijenerasyon
ve bölgesel ısıtma uygulamalarını yaygınlaştırıcı ve teşvik edici tedbirler alınacaktır.
6) Nihai tüketimin yanı sıra enerjinin üretimden
tüketime kadar olan tüm aşamalarında
verimliliği artırıcı tedbirler alınacaktır.
7) Elektrik üretim santrallerine ilişkin rehabilitasyon
projeleri kapsamında, santral performansı ve
ömrünün artırılması sağlanacaktır.
8) İşletmedeki elektrik üretim santrallerinin sağlıklı ve entegre bilgi sistemleri oluşturulacak,
izleme, denetim ve raporlama altyapısı geliştirilecektir.
9) Ulaşımda enerji verimliliği çalışmalarına kurumsal destek verilmeye devam edilecektir.
10) Binalarda enerji verimliliği konusunda faaliyetler yoğunlaştırılacaktır.
11) Sanayi kuruluşlarının verimlilik artırıcı projeleri desteklenecektir.
12) Enerji yönetim sistemi ve enerji yöneticilerinin sanayi ve bina sektörlerinde yaygınlaştırılması sağlanacaktır.
13) Toplumdaki enerji kültürünün ve verimlilik
bilincinin geliştirilmesi için ülke çapında bilinçlendirme faaliyetleri yürütülmeye devam
edilecektir.
6. Enerji Verimliliği Strateji Belgesi
Taslağı
Türkiye’nin enerji verimliliği alanındaki yol
haritasının stratejik ve dinamik bir bakış açısıyla
hazırlanması kaçınılmaz hale gelmiştir. Kamu
107
POSTER PROCEEDINGS
kesimi, özel sektör ve sivil toplum kuruluşlarının katılımcı bir yaklaşımla ve işbirliği çerçevesinde hareket etmesini sağlamak, sonuç
odaklı ve somut hedeflerle desteklenmiş bir
politika seti belirlemek, bu hedeflere ulaşmak için yapılması zorunlu eylemleri tespit
etmek, ayrıca süreç içinde kuruluşların yüklenecekleri sorumlulukları tanımlamak için strateji
belgesi hazırlanmıştır. Bu belgede tanım-lanan
faaliyetlerin gerçekleştirilmesinden, tedbirlerin
uygulanmasından, sonuçların değerlendirilmesinden sorumlu olan kamu ve sivil toplum kuruluşları arasında yakın bir işbirliği kurulması
amaçlanmakta olup, söz konusu koordinasyonu
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı ile EİE Genel
Müdürlüğünün sağlaması öngörülmüştür.
EİEİ’de ölçme ve değerlendirme kapasitesinin
kurulmasını müteakip yapılacak derinlemesine
sektörel analizlerin sonuçlarına göre stratejik
amaçlar, hedefler ve tedbirler gözden geçirilecek,
gerçekleşme oranları ve yeni eğilimler çerçevesinde belgenin yayımlanmasından en geç 3
yıl sonra ihtiyaç duyulan revizyonlar yapılarak
güncellenmiş metin kamuoyuyla paylaşılacak,
sonraki yıllarda belgenin her iki yılda bir güncellenmesi sağlanacaktır.
7. Sonuçlar
a.
b.
c.
d.
e.
Enerji verimliliğinde esas; kalite ve performansı düşürmeden bir mal veya hizmeti
elde etmek için gerekli olan enerji miktarını
azaltmaktır. Enerji yoğunluğu, enerji verimliliği için göstergedir. Bunun değeri TEP
olarak OECD ülkelerinde ise 0,19 iken,
ülkemizde 2008 yılı itibarıyla 0,282 dir. Bu
değerin 2015 yılına kadar % 10 azaltılarak
0,254 değerine, 2023 yılında da % 20
azaltılarak 0,226 değerine düşürülmesi
hedeflenmiştir.
Enerji yoğunluğu, enerji verimliliği için tek
kıstas olmakla birlikte, ülkemizde bu değerin
yüksek olmasına sebep olan hususlardan
biri de sanayimizin yarıya yakınının (%46)
yüksek enerji girdisi kullanan sektörlerden
(demir-çelik, diğer metaller, petro-kimya,
gübre vb.) oluşmasıdır. Ülkemizde yüksek katma değerli ve/veya düşük enerji
yoğunluğu gerektiren yüksek teknolojik
ürünlere ilişkin sanayi sektörü büyüdükçe,
enerji yoğunluğunun düşmeye başladığı
görülecektir.
Enerji tasarruf miktarı, cari petrol fiyatları
ile fiyatlandırma yapıldığında 2015 yılına
kadar 3,75 milyar $, 2023 yılı itibarıyla da 7,5
milyar $ olarak planlanmıştır. Sanayi, bina ve
hizmet ile ulaştırma sektörlerinin kullandığı
enerji türleri dikkate alındığında daha makul
değerler olarak 2,5 milyar $ ve 5 milyar $
olarak hesaplanmıştır.
Elektrik gibi sekonder enerji kaynaklarını
verimli kullanmak, primer enerji kaynaklarını
verimli kullanmaktan daha büyük önem
arzeder. Elektrik enerjisinin üretiminde, iletiminde, dağıtımında ve tüketiminde enerjinin
verimli kullanılmasını sağlamak birincil önceliğimiz olmalıdır.
Elektrik dağıtım sistem kayıplarımız 2008
yılı itibarıyla %14,3 olup bu değerin OECD
ortalaması olan %8,5 değerine düşürülmesi
halinde elektrik enerjisi tasarrufu yılda
9.366.620.000 kWh olacak; bunun parasal
değeri ise 936.662.000 $/yıl olacaktır.
108
6.
Dünyadaki teknolojik gelişmelere bağlı
olarak ülkemizdeki tüm teknik yönetmelik
vb. mevzuatın düzenli olarak takibi ve
güncellenmesi esastır. Bakanlık birimleri
buna göre organize edilmelidir.
Kaynaklar
[1] www.enerji.gov.tr
[2] www.teias.gov.tr ve www.tedas.gov.tr
[3] SENOL M. A., Elektrik Enerjisinin Verimli
Kullanılmasına Yönelik Tasarruf Tedbirlerine
Genel Bakış, Ulusal Enerji Verimliliği
Kongresi, Ocak 2000, Ankara,
[4] SENOL M. A., Elektrik Projelerinin Hazırlanması
ve Elektrik Tesislerinin Gerçekleştirilmesi
Sürecinde Güç Faktörünün İyileştirilmesi
Çalışmaları, IV Elektromekanik Sempozyumu, Aralık 1997, Bursa, Türkiye
[5] SENOL M. A., Sanayide Elektrik Enerjisinin
Daha Verimli Kullanılması İçin Güç Faktörünün İyileştirilmesi, Enerji Verimliliği sempozyumu, Ocak 1998, YTÜ İstanbul,
[6] SENOL M. A., Elektrik Enerjisinde Puant
Tarifenin Yaygınlaştırılması, Ulusal Enerji
Verimliliği Kongresi, Ocak 2001, Ankara,
Türkiye
[7] SENOL M. A., Kamu Binalarında Enerjinin
Verimli Kullanımı, Ulusal Enerji Verimliliği
Haftası Semineri, 2001, Ankara, Türkiye
[8] www.basbakanlik.gov.tr e-mevzuat adresindeki yayınlar
Summary
This paper identifies the energy efficiency and its
importance. In this study the reason of the energy
density which is the indicator of the energy
efficiency has been also discussed. The energy
efficiency potential based on of the primary
sources in Turkey for different sectors has been
evaluated. After that energy efficiency potential
of the electricity energy which is a secondary
energy sources has been discussed. The realized
studies of the energy efficiency in Turkey has
been also discussed from 1923 to 2010. For the
future of the energy efficiency studies of Turkey
the regulations has been expressed and clarified.
The Draft of the “Energy Efficiency Strategy
Document” and the goals in the Strategy Project
between 2010 and 2014 of Turkey prepared by
Energy and Natural Sources Ministry has been
examined. In the conclusion the necessary points
and the required measures about on the energy
efficiency has been explained.
NOTLAR
NOTLAR

tıklayınız

Transkript

Benzer belgeler

ENERJİ VERİMLİLİĞİ PROJELERİ İÇİN İŞ PLANI ve FİNANSMAN

TEMEL BİLGİLER – Enerji Sistemleri

1 " Avrupa Birliğinde ve Türkiye`de Enerji Verimliliğinin Enerji

e-broşür