T.C. TARIM VE KÖYİŞLERİ BAKANLIĞI PROJE TEKLİFİ

Transkript

1 T.C. TARIM VE KÖYİŞLERİ BAKANLIĞI PROJE TEKLİFİ Araştırma Alan Kodu : A 2 Araştırma Öncelik Puanı: Araştırma Programı Kodu : P-10 Toplam Proje Puanı : Yeni Proje Numarası :TAGEM-BB E01 1. PROJE ADI: : ESKİŞEHİR KOŞULLARINDA GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ÇALIŞAN SU POMPASI SİSTEMİNİN TARIMSAL SULAMA AMAÇLI OLARAK SU ELDE EDİLMESİ VE DEPOLANMASINDA KULLANILMASI (Using of Solar Energy Powered Water Pump System for Optaining and Storing of Water for Agricultural Irrigation Purpose ın Eskişehir Conditions) 2. YÜRÜTÜCÜ KURULUŞ: Eskişehir Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü. 3. İŞBİRLİĞİ YAPILACAK KURULUŞ: 4. PROJE LİDERLERİ: Dr. Mahmut POLAT (Makine Yüksek Mühendisi). TSKAEM, ESKİŞEHİR Yardımcı Araştırmacılar: Dr. Ertuğrul KARAŞ (Ziraat Y. Müh.). TSKAEM, ESKİŞEHİR Adnan CENGİZ (Ziraat Mühendisi). TSKAEM, ESKİŞEHİR 5. PROJENİN İLGİLİ OLDUĞU AFA/PROGRAM Araştırma Fırsat Alanı : Toprak ve Su Kaynakları X Yüksek Orta Düşük Araştırma Programı İlgili Daire Başkanlığı : Tarımsal Yatırımlarda Girdi Optimizasyonu ve Kırsal Alandaki Toplumlar İçin Mali Modeller : Bahçe Bitkileri Daire başkanlığı X 6. PROJE SÜRESİ : 36 Ay Başlama Tarihi: Bitiş Tarihi : PROJENİN ÖZET TANITIMI: Özellikle sürdürülebilir gelişme kavramının dünyada tüm toplumların üzerinde önemle durduğu bir konu durumuna gelmesi, günümüzde alışılagelmiş enerji kaynaklarının verimli üretim ve tüketimi, çevre etkilerinin en aza indirilmesi yanında temiz ve tükenmez enerji kaynaklarına(güneş, rüzgâr, biokütle, yer içi ısısı, hidrojen, biyotermal gibi) geçişi gündeme getirilmiştir. 1

2 Bu çalışmada Eskişehir ilinde güneş enerjisi potansiyelini değerlendirmek amacıyla, küçük güçlü sulama pompaj tüketicilerin beslenmesinde fotovoltaik sistemlerin kullanılması incelenecektir. Çalışma Eskişehir Toprak ve Su Kaynakları Araştırma istasyonunda yılları arasında yapılacaktır. 8. Anahtar Kelimeler: Eskişehir; Güneş Enerjisi; Güneş Pili; Fotovoltaik Sistem; Su Pompası. ABSTRACT Energy as a significant and inevitable notion of our daily life, effects every human being gradually. Especially the increasing interest of every country throughout the world towards the nation of sustainable development has genareted not only a concern towards efficient use and production of conventional energy resources (such as solar, wind, biomass, geothermal, hyrogen, biothermal). In this study, the usage of photovoltaic systems which was nourished in small power consumers was investigated in the aim of evaluation of solar energy potential in the Eskişehir Region. This study will appliy between years on Eskişehir Soil and Water Resources Resarch Institue. Keywords: Eskişehir; Solar Energy; Solar Cell; Photovoltaic System; Water Pump. 9. PROJE TEKLİFİ HAKKINDA AYRINTILI BİLGİ: 9.1. Projenin Amacı ve Gerekçesi Türkiye de tarımsal sulama elektrik, mazot veya petrol gibi konvansiyonel enerji kaynakları ile çalışan su pompaları kullanılarak yapılmaktadır. Elektrik olmayan veya elektrik götürülmesi güç ve pahalı olan tarımsal alanlarda ise yaygın olarak mazot ve petrol pompaları kullanılmaktadır. Güneş enerjisi ile çalışan su pompası sistemleri ise günlük bakım istemedikleri için, bol güneş olması şartı ile kurulabilirler. Bu tip pompaların ilk yatırım masrafları yüksek olmasına rağmen, yakıt ve bakım ihtiyaçları olmadığından kısa zamanda ekonomik duruma geçebilirle. Bu projede sistem, Mayıs ve Kasım ayları arası olmak üzere (sulama mevsimi) yılda toplam 6 ay süre ile 3 yıl çalışacaktır. Esas amaç bu süre içerisinde sistemden elde edilebilecek toplam su miktarının tespit edilerek PV (fotovoltaik) sulama sistemlerinin uygulamadaki gerçek verimleri hakkında bilgi sahibi olmaktır. Bu verilerden yola çıkılarata sistemin günlük, aylık ve yıllık olarak su miktarı- zaman grafikleri elde edilecektir. Bilindiği üzere artan enerji ihtiyacı ve tükenmekte olan birincil enerji kaynakları, insanoğlunu alternatif enerji kaynaklarını araştırma çabasına yöneltmiştir. Enerji ihtiyacının büyük bir bölümünü karşılayan fosil yakıtlar gün geçtikçe azalmaktadır. Durum böyle iken hidro, güneş, rüzgâr, biyokütle, jeotermal, deniz, dalga enerjisi, çöp yakıtlar, hidrojen enerjisi, küçük veya nehir tipi hidrolik enerji kaynakları ve biyotermal gibi alternatif enerji kaynaklarının gelecekte daha fazla kullanılması gerekmektedir. Alternatif enerji kaynaklarının öneminin daha iyi anlaşılabilmesi için Dünya enerji rezervleri Çizelge 9.1 de verilmiştir (Türkyılmaz, 2007). 2

3 ÇizelgeF 9.1. Dünya fosil yakıt rezervlerinin kullanılabilme süreleri. Bölge Petrol Doğalgaz Kömür Kuzey Amerika Orta ve Güney Amerika Avrupa Eski SSCB Ülkeleri Ortadoğu Afrika Asya ve Okyanusya Toplam Dünya Çizelge 9.1 deki rakamlardan enerji rezervleri yönünden Avrupa kıtasının kritik bir konumda olduğu görülmektedir. Avrupa kıtasını Kuzey Amerika, Asya ve Okyanusya takip etmektedir. Enerji rezervleri yönünden en iyi konumda olan bölge ise Ortadoğu bölgesidir. Tahmini kullanım ömrü itibarı ile ürün olarak en kritik sınırda petrolü görmekteyiz. Petrolün kullanılabilme ömrünün ise oldukça kritik bir değerde olduğu tahmin edilmektedir. Durum böyle iken hidro, güneş, rüzgâr, biokütle, jeotermal, deniz, dalga enerjisi, çöp yakıtlar, hidrojen enerjisi, küçük veya nehir tipi hidrolik enerji kaynakları ve biyotermal gibi alternatif enerji kaynaklarının gelecekte daha fazla kullanılması gerekmektedir. Türkiye nin 2020 Yılı itibariyle tahmini enerji ihtiyacı ile ilgili grafik Şekil 9.1 de verilmiştir. 250 Mtep Yenilenebilir Hidro Nükleer Doğal Gaz 100 Petrol 50 Kömür Şekil 9.1. Türkiye nin 2020 Yılı na kadar olan enerji ihtiyacı(etkb, 2008). Şekil 9.1 den Türkiye nin 2020 Yılı nda enerji ihtiyacının bugüne göre %160 daha fazla olacağı tahmin edilmektedir. Projenin amacı hakkında bilgi verdikten sonra, projede kaynak olarak kullanılacak olan Güneş Enerjisi, Yurdumuzdaki potansiyeli ve PV sistemler hakkında da kısaca bilgi vermek gerekir. Malum olduğu üzere, Güneş enerjisi, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir, Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m² değerinde olup yeryüzünde W/m 2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, 3

4 insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Dünya ya güneşten gelen enerji, Dünya da bir yılda kullanılan enerjinin katıdır. Dünya ile Güneş arasındaki mesafe 150 milyon km olup Güneş ışınımının tamamı yer yüzeyine ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi tarafından geriye yansıtılır. Güneş ışınımının %50 si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile Dünya nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur. Rüzgâr hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur. Güneşten gelen ışınımın %20 si atmosfer ve bulutlarda tutulur. Dünya ya gelen bütün güneş ışınımı, sonunda ısıya dönüşür ve uzaya geri verilir. Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Türkiye nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kwh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kwh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Türkiye nin toplam Güneş enerjisi potansiyelinin bölgelere dağılımı Çizelge 9.2 de, aylara göre Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ise Çizelge 9.3 te verilmiştir. Çizelge 9.2. Türkiye nin yıllık toplam Güneş enerjisi potansiyelinin bölgelere göre dağılımı. BÖLGE G.DOĞU ANADOLU AKDENİZ DOĞU ANADOLU İÇ ANADOLU EGE MARMARA KARADENİZ TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ (kwh/m 2 -yıl) GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl) Çizelge 9.2 dende görüldüğü üzere, Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi nin Güneydoğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Çizelge 9.3. Türkiye nin yıllık ortalama Güneş enerjisi potansiyeli(eie Genel Müdürlüğü) AYLAR OCAK ŞUBAT MART NİSAN MAYIS HAZİRAN TEMMUZ AĞUSTOS EYLÜL EKİM KASIM ARALIK TOPLAM ORTALAMA AYLIK TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ (Kcal/cm 2 -ay) (kwh/m 2 -ay) 4,45 5,44 8,31 10,51 13,23 14,51 15,08 13,62 10,60 7,73 5,23 4,03 112,74 308,0 cal/cm 2 -gün 51,75 63,27 96,65 122,23 153,86 168,75 175,38 158,40 123,28 89,90 60,82 46, ,6 kwh/m 2 -gün GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/ay) 103,0 115,0 165,0 197,0 273,0 325,0 365,0 343,0 280,0 214,0 157,0 103, ,2 saat/gün 4

5 Çizelge 9.3 ten ortalama Güneş enerjisi potansiyelinin en yoğun olduğu ayların Mayıs ayı ile Eylül ayları arasındaki dönemi kapsayan aylar olduğu görülmektedir. Projeyi yürüteceğimiz Eskişehir İli ne ait atmosfer dışında ve yeryüzüne yatay bir yüzeye gelen ortalamalı aylık güneş ışınım miktarları Şekil 9.2 de verilmiştir H (MJ/m2) Aylar Şekil 9.2. Eskişehir İli ne gelen aylık güneş ışınım şiddeti. Şekil 9.2 deki grafikten de görüleceği üzere çalışmanın yürütüleceği Mayıs-Kasım ayları arasındaki periyotta güneşlenme şiddetinin yüksek olduğu görülmektedir. Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir (Şekil 9.3.). Şekil 9.3. Güneş pili ve modülü. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır. Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak birkaç Watt'tan megawatt'lara kadar sistem oluşturulur. Mevcut şartlarda bir PV pilin üretmiş olduğu gerilim 0.6 volt civarındadır. Güneş pilleri seri olarak bağlanır ve foltavoltaik modülleri oluştururlar. Tipik bir modül 20 tane pilin bağlanması ile açık güneşli havada 12 volt, 10 amper yani 120 watt elektrik üretebilir. Modüller, elde edilen gerilimi artırmak için seri, akımı artırmak için ise paralel bağlanır. 5

6 Güneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler (DC/AC, dönüştürücü), akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar (Şekil 9.4.). Şekil 9.4. Şebekeden bağımsız bir güneş pili enerji sistemine ait şema. Bu sistemler, özellikle yerleşim yerlerinden uzak, elektrik şebekesi olmayan yörelerde, jeneratöre yakıt taşımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar. Enerji iletim mesafesinin 2 milden uzak olduğu yerlerde fotovoltaik pille çalışan sistemler daha rekabetçi bir özelliğe sahiptir (Helikson, H.D., Baird, C.D.). Bunun dışında dizel jeneratörler ya da başka güç sistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mümkündür. Bu sistemlerde yeterli sayıda güneş pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzere genellikle sistemde akümülatör bulundurulur. Güneş pili modülleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerji akümülatörden alınır. PV kullanımı giderek artmaktadır. Dünya da 2012 Yılı na kadar olan PV Kurulu gücü değişim öngörüsü Şekil 9.5 te verilmiştir. Şekil Yılı na kadar Dünya genelinde PV kurulu gücü değişim öngörüsü. Şekil 9.5 ten de açık bir şekilde görüldüğü gibi 2012 yılı ndaki değişim 2009 Yılı na göre %100 olarak öngörülmektedir. Her sistemde olduğu gibi PV sistemlerinin kullanımında da avantaj ve dezavantajlar mevcuttur. 6

7 Güneş pillerinin avantajları: Güneş enerjisini % 20 lere varan bir verimle elektrik enerjisine çevirebilir, Temiz bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisinden daha fazla istifade edebilmek amacı ile güneş takip sistemlerinden faydalanılabilir (Rüstemli vd., 2009). Güneş pillerinin dezavantajları: Pahalıdır, Birçok uygulamada büyük depolama elemanına ihtiyaç gösterir(özellikle geceleri ve bulutlu havalarda) Çok fazla güneş ışığı alan bölgelerde yüksek sıcaklık nedeniyle verim düşer. Güneş enerjisi ile çalışan su pompalama sistemlerinin diğer sistemlere göre, bakım istemeden kendi başına çalışmaları, yakıt gerektirmemeleri ve uzun ömürlü olmaları gibi üstünlükleri vardır. Bu sistemlerin kötü yanları ise, sistem kuruluş fiyatının yüksek oluşu ve pompalanan su miktarının güneşe bağlı oluşudur (Atay, Ü. Ve ark., 2009). Güneş enerjisi ile çalışan tipik bir su pompalama sistemi görülmektedir (Şekil 9.6.). Şekil 9.6 Güneş enerjisi ile çalışan dalgıç tipi pompa ve bu sistemin kullanıldığı bir kırsal uygulama. Güneş enerjisi ile çalışan dalgıç tipi pompalar farklı debi ve basma yüksekliklerine bağlı olarak farklı güçlere sahiptirler. Dolayısıyla ihtiyaç duyulan güce bağlı olarak da farklı sayıda PV modülüne gereksinim duyulur. Tasarım grafikleri (abakları) sayesinde sistem için gerekli fotovoltaik güneş paneli seçimi pratik olarak yapılabilmektedir (Yeşilata ve Aktacir, 2001) Literatür Özeti: [1] Rüstemli vd., (2009), yaptıkları çalışmada 5 kw olan bir meskenin elektrik ihtiyacını karşılamak için 20 adet güneş pili ve sistemin verimini artırmak için ise güneş takip sistemi kullanmışlardır. 45 o lik güneş takip sistemi sayesinde akımda % 15.4, gerilimde % ve güçte ise % 29 luk gibi bir kazanç elde edilmiştir. [2] Atay vd., (2009), Şanlıurfa İli koşullarında fotovoltaik pille çalışan (PV) bir mikro sulama sistemi (MSS) kurulumu ile ilgili bir çalışma yürütmüşlerdir. Çalışma sonucunda PV-MSS sistemleri ilk yatırım maliyetinin yüksekliği ve sistem veriminin düşüklüğü dezavantajlar 7

8 yanında su tüketimine yönelik sorunları gidermede en uygun çözümlerden biri olarak önerilmiştir. [3] Yeşilata vd., (2001), çalışmalarında fotovoltaik (PV) güç sistemli su pompalarının dizayn esasları incelenmiş ve sistem bileşenlerinin kolaylıkla seçimine katkıda bulunacak bir yöntem takip edilerek tasarım grafikleri (abakları) oluşturulmuştur. Bu grafikler yardımıyla sistem için gerekli fotovoltaik güneş paneli seçimi pratik olarak yapılabilmektedir [4] Yeşilata, (2004), deneysel olarak aralarındaki yükseklik 5 m. ve her birinin hacmi 750 litre olan 2 adet su deposu arasında PV beslemeli bir su pompası ile çalışan sistemde çalışılmıştır. Şanlıurfa koşullarında ( tarihinde) 7 saatlik bir sürede toplam 4100 litre su depolanmıştır. [5] Fıratoğlu vd., (2004), dinamik çevre koşullarının fotovoltaik (PV) destekli su pompası sistemi üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Değişken faktör olarak çevre sıcaklığı ve anlık ışınım şiddeti arasındaki ilişki incelenmiştir. [6] Helikson vd., çalışmasında pompa tahrikinde kullanılan (elektrik, benzin, motorin ve güneş pili) 4 adet farklı motor kullanarak maliyet analizi yapmıştır. Analiz sonucunda 1.5 ha. dan küçük alanlar ve 2 milden daha fazla mesafelerde bulunan enerji kaynaklı iletim hattı için fotovoltaik pille çalışan sistemin daha rekabetçi bir özelliğe sahip olduğunu ortaya koymuştur Materyal ve Metot: Materyal olarak Güneş enerjisi ile çalışan dalgıç tipi su pompası ve PV sistemi kullanılacaktır. Pompaya ait özellikler: Q= 100 litre/saat, H= 30m., P=120 W. Piyasada farklı tipte PV destekli pompalar mevcuttur. Her Firmanın ve her pompanın farklı performans eğrileri ve seçim abakları mevcuttur. Bu abaklardan çalışma (Q, H m, P) şartlarına bağlı olarak pompa dolayısıyla bu pompayı besleyecek PV güç sistemi seçimi yapılabilir. Projede kullanılacak olan PV sulama sistemine ait şema Şekil 9.7 de verilmiştir. Fotovoltaik Modül Su Deposu Güç kontrol cihazı Hg 1 Sulama Sistemine Hg 2 Su Pompası Şekil 9.7. PV destekli dalgıç tipi pompa ve sulama sistemi deney düzeneği. 8

9 Şekil 9.7 deki şemada görüldüğü gibi, Güneş enerjisi ile çalışan su (dalgıç) pompası, yeryüzü seviyesinden H g2 derinlikte ve suyun içerisinde tamamen daldırılmış olarak çalışacaktır. Emme flanşından aldığı suyu H m (H m =H g1 +H g2 ) yüksekliğe su deposuna basar. Dolayısıyla sulamada kullanılacak olan suyun çıkış basıncı H g1, mss kadar olacaktır. Pompaj sistemlerinde pompa etiket değerleri olarak 4 değer önemlidir. Bunlar: su basma yüksekliği, debi, güç ve devir sayısıdır. İlk bilinmesi gereken seçimi yapılacak olan pompanın su basacağı mesafe veya yüksekliktir. İkincisi bu mesafe veya yüksekliğe iletilmesi istenen su miktarıdır. Üçüncüsü istenen su miktarını istenen yüksekliğe basabilmesi için pompanın gerek duyduğu güç. Son olarak ta pompanın gerekli debiyi birim zamanda elde edebilmesi için, pompa çarkının birim zamandaki devir sayısıdır. PV kaynaklı sulama pompaj sistemlerinde ise olay farklıdır. Pompanın basma yüksekliği ve debisi tamamen enerji kaynağı olan güneş pillerinin sayısına ve güneşlenme şiddetine bağlıdır. Yani pompayı çalıştıran enerji zamana bağlı olarak değişkenlik göstereceğinden, pompa devir sayısı dolayısıyla buna bağlı olarak da pompa debisi de değişkenlik gösterecektir. Pompanın etiket değerleri en ideal çalışma şartları için teorik değerlerdir. Oysa ki uygulamada durum tamamen farklıdır. Çalışma şartları çevreye bağlı olarak değişebilmektedir. Bu durumda dinamik çevre şartları pompanın verimini önemli derecede etkileyebilmektedir. (Fıratoğlu, Z.A., Yeşilata, B.). Toplam yükseklik, pompanın kuyu içerisindeki derinliğine, su yüzeyinin derinliğine ve deponun yüksekliğine bağlıdır. Su yüzeyinin derinliği genellikle mevsime göre ve kuyudan su çekildikçe düşer. Su derinliğinde büyük değişiklik bekleniyorsa ortalama yüksekliği almak gerekir. Toplam yükseklik aşağıdaki formülle hesaplanır. H H (1) m g Eşitlikte; H m ; manometrik yükseklik, H g ;geometrik(suyun pompalanacağı) yükseklik, ; toplam kayıpları ifade etmektedir. Sistemdeki sürekli ve yerel(lokal) kayıplar toplamı Z olmak üzere; 8 L 2 Z ( K ). Q (2) 2 4. D D Z g. (3) şeklinde yazılıbalir. Burada, D boru çapı, boru kayıp katsayısı, L boru boyu, K toplam lokal kayıpları ifade etmektedir. Boru kayıp katsayısı borunun kalitesine, ayni şekilde K lokal kayıp katsayısı ise, su iletim boru sistemindeki vana, dirsek, T parçası, ani genişleme, ani daralma, deve boynu gibi yerel olarak basınç düşümüne sebep olan elemanlardan kaynaklanan bir katsayı olup, lokal basınç düşümüne neden olan elemana bağlı olarak değimektedir. Örneğin hazne girişi için K hg =1, hazne çıkışı içi K hç =0.5, ani daralma için K ad =0.3, 90 o lik dirsek için K=0.63, evdeki tesisat elemanları için ise K et =10 dir. Pompa debisi, sulamada kullanılacak günlük su ihtiyacına dolayısıyla ürün çeşitine bağlı olarak değişir. Genellikle su pompası seçiminde ve su deposu dizaynında geniş bir ürün çeşidine hitap edebilecek özelliklere sahip olan pompa sistemleri seçilmelidir. Pompa debisi, V Q (4) t 9

10 şeklindeki bir eşitlikle hesaplanabilir. Eşitlikte Q, pompanın hacimsel verdisi [m 3 /saat], V, sulama için bir günde (ortalama) ihtiyaç duyulan su miktarı [m 3 ], t, pompanın günlük ortalama olarak güneş ışığından faydalanarak çalışacağı zaman [saat] ifade etmektedir. Deneysel olarak aralarındaki yükseklik 5 m. ve her birinin hacmi 750 litre olan 2 adet su deposu arasında PV beslemeli bir su pompası ile çalışan sistemde Şanlıurfa koşullarında 7 saatlik bir sürede toplam 4100 litre su depolanmıştır (Yeşilata, B, 2004). Sistemde kullanılacak pompa gücü PV sistemi seçiminde esas büyüklüktür. Zira pompa gücüne bağlı olarak debi ve basma yüksekliği değişecektir. Kuyudan su çekecek olan pompanın gücü ise aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanabilir.. Q. g. H P m (5) p Burada, P, pompa gücü [W], Q, pompa debisi [m 3 /sn], suyun yoğunluğunu, p pompanın verimini temsil etmektedir. Şeklinde yazılabilir. Bu denklem düzenlenirse, E. g. V. (6) H m şeklinde günlük enerji ihtiyacını veren ifadeyi elde etmiş oluruz.. Burada, E, günlük olarak sistemin ihtiyaç duyduğu enerji miktarı [kwh/gün], V, pompalamak istediğimiz toplam su hacmi (m 3 /gün). Günlük olarak ihtiyaç duyduğumuz enerji miktarı; şeklinde ifade edilebilir. 1000x10xVxH 3600 x10 3 m E 0,0028. V. Sistem için seçilecek PV pompanın günlük olarak verebileceği su miktarı ve hasma yüksekliği önemlidir. Günlük olarak su deposunda biriken su, gerekli görüldüğünde sulamada kullanılacaktır. Dolayısıyla pompa seçiminde belirleyeci temel büyüklüklerimiz; Q[m 3 /saat] ve pompanın su basma yüksekliği dediğimiz manometrik yükseklik H m [m] dir. Bu projede sistem, kurulumu yapıldıktan sonra Mayıs-Kasım ayları arası olmak üzere (sulama mevsimi) yılda toplam 6 ay süre ile 3 yıl çalışacaktır. Esas amaç bu süre içerisinde sistemden elde edilebilecek toplam su miktarının tespit edilerek PV sulama sistemlerinin uygulamadaki gerçek verimleri hakkında bilgi sahibi olmaktır. Bu verilerden yola çıkarak ta sistemin günlük, aylık ve yıllık olarak su miktarı- zaman grafikleri elde edilecektir. Uygulama sonucu elde edilen değerlerle, sistemin teorik(etiket) değerleri karşılaştırılarak pompa performans eğrileri elde edilecektir Beklenen Yararlar / Uygulamaya Aktarma / Ekonomiye Katkı: Bu çalışmanın sonuçları ile Eskişehir bölgesinde Güneş enerjisinden faydalanmak suretiyle sulama suyu elde edilmesi imkanları araştırılacaktır. Sistemden elde edilen verilerle saatlik, günlük, aylık ve yıllık enerji ve su miktarları hesaplanacaktır. Bu değerlerden faydalanarak sistemin ekonomik (fayda/maliyet) analizi yapılacaktır. H m (7) 10

11 10. ÖNERİ SAHİPLERİNİN YETERLİLİĞİ: Proje Lideri: A. Kişisel Bilgiler Adı Soyadı: Dr. Mahmut POLAT Çalışma Konuları: Enerji, alternatif enerji kaynakları, pompalar. B. Tamamlanmış araştırma projeleri 1. Santrifüj Pompa Projesi, Makine Projesi, İ.T.Ü., SMF, Isıtma Projesi, Makine Projesi, İ.T.Ü., SMF, Optimum Pompa Seçimi ve Verilen Yeni Çalışma Şartlarına Uyarlanması, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, Biyotermal Enerjiyle Seraların Isıtılması, Doktora Tezi, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, C. Halen Devam Eden Araştırma Projeleri: 1. Bazı kompost çeşitlerinin ısı kapasitelerinin belirlenmesi ( ) 2. Eskişehir İlinde Yetiştirilen Arpa, Buğday, Şeker Pancarı, Mısır, Yeşil Mercimek, Nohut, Domates, Kuru Fasulye, Haşhaş, Kanola, Kuru Soğan, Ayçiçeği ve Aspirin Üretim Girdi Maliyetlerinin Belirlenmesi ( ). D. İştirak Edilen Uluslararası ve Ulusal Toplantılar I. Uluslararası ve Ulusal Hakemli Dergilerde Yayımlanan Makaleler: 1. Optimum Pompa Seçimi ve Verilen Yeni Çalışma Şartlarına Uyarlanması, Uluslararası Enerji, Teknoloji ve Tesisat Dergisi, 32.Sayı, İstanbul, Pompalarda Yeni Çalışma Şartları, Uluslararası Enerji, Teknoloji ve Tesisat Dergisi, 33.Sayı, İstanbul, II. Uluslararası ve Ulusal Toplantılarda Sunulan Bildiriler: 1- POLAT, M., CANBAZOĞLU, S.,Optimum Pompa Seçimi ve Verilen Yeni Çalışma Şartlarına Uyarlanması, Uluslararası Pompa Kongresi, İ.T.Ü., İstanbul, POLAT, M., TOPRAK, S.,Doğal Gübrede İki Farklı Uygulama Yönteminin Mısır Verimi Üzerine Etkisi, 4. Ulusal Bitki Besleme ve Gübre Kongresi, Konya, POLAT, M., ALTUNTOP, N., Biyotermal Enerji Kaynağı Olan Kompostun Isıl Kapasite ve Isı İletkenliğinin Hesaplanması, 17. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Cumhuriyet Üniversitesi, Haziran, Sivas, POLAT, M., ALTUNTOP, N., Biyotermal Enerji Kaynağı Olan Tarımsal Artık Kökenli Kompostun Zaman-Sıcaklık Karakteristiğinin Belirlenmesi, 17. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Cumhuriyet Üniversitesi, Haziran, Sivas, POLAT, M., ALTUNTOP, N., Biyotermal Enerjiden Faydalanarak Bir Sera Isıtma Uygulaması ve Sonuçları, V. Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, Makine Mühendisleri Odası, Ekim, Kayseri,

12 10.2. Yardımcı Araştırmacılar: A. Kişisel Bilgiler Adı Soyadı: Dr. Ertuğrul KARAŞ Çalışma Konuları: Hidroloji, toprak muhafaza, sulama. B. Tamamlanmış araştırma projeleri 1. Kütahya Merkez Kocaçeşme deresi havzası yağış ve akım karakteristiklerinin araştırılması, Köy Hizmetleri Eskişehir Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü ( , Proje No: E01, basılmamış, proje lideri ve yürütücüsü). 2. Bilecik-Pazaryeri Kurukavak deresi havzası yağış ve akım karakteristikleri ile sediment veriminin araştırılması, (sonuç raporu), Toprak ve Su Kaynakları Eskişehir Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü ( Proje No: 83110E01, Yayın No:143., proje lideri ve yürütücüsü). 3. Sakarya-Porsuk Sarısu Havzasında CORINE, LEAM ve USLE Metodolojilerini Kullanarak Erozyon Risk Haritalarının Belirlenmesi, Toprak ve Su Kaynakları Eskişehir Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü ( , proje lideri ve yürütücüsü). 4. Tokat-Çelikli Havzasında Toprak Bozulmasının Belirlenerek, Sürdürülebilir Bir Tarım İçin Havzanın Planlanması, Toprak ve Su Kaynakları Tokat Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, ( , yardımcı araştırıcı). C. Halen Devam Eden Araştırma Projeleri: 1. Eskişehir Merkez Çukurhisar Gölet havzası yağış ve akım karakteristikleri ile sediment veriminin araştırılması (2003 devam ediyor). 2. Eskişehir Koşullarında Yetiştirilen Domates Bitkisinde Damla Sulama İle Farklı Su Uygulama Oranları ve Damlatıcı Aralıklarının Verim, Kalite, Su Kullanım Randımanı ve Enerji Maliyetine Etkisi (2009 devam ediyor). D. İştirak Edilen Uluslararası ve Ulusal Toplantılar I. Uluslararası ve Ulusal Hakemli Dergilerde Yayımlanan Makaleler: 1. Karaş, E. ve F. Öztürk, Havza Yönetimi. Türk-Koop Ekin Dergisi, Tarım Kredi Kooperatifleri Yayın Organı, Yıl 5, Sayı: 15, Ocak-Mart 2001, 53-58, Ankara. 2. Öztürk, F., Sönmez, F. K., Yıldırım, Y. E., Bayramin, İ., Apaydın, H. ve Karaş, E Kurukavak Deresi Havzasında Yüzey Akış ve Sediment Miktarının AGNPS Modeli ile Tahmini. Ankara Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, Cilt 9, sayı:3, s Ankara. II. Uluslararası ve Ulusal Toplantılarda Sunulan Bildiriler: 1. Ayday, C., Altan, M. ve Karaş, E Preperation of Erosion Risk Map by Using Remote Sensing and Geographic Information System Techniques. ICGESA International Conference on GIS for Earth Science Applications, Ljubliana (17-21 May 1998), Slovenia. 2. Karaş, E Su Veriminin Hesaplanmasında Kullanılan Ampirik Yöntemler ve Karşılaştırılması, 6.Ulusal Kültürteknik Kongresi (5-8 Haziran 1997), Bursa. 3. Karaş, E Kurukavak Deresi Havzası'nda Su Veriminin Belirlenmesi ve Ampirik Yöntemlerle Karşılaştırılması, Ulusal Su Kaynakları Sempozyumu, Eylül 1997, İTÜ Meteoroloji Mühendisliği Bölümü, İstanbul. 12

13 4. Karaş, E Kurukavak Deresi Havzası'nda Su Veriminin SWRRB-WQ Modeli İle Belirlenmesi. II.Ulusal Hidroloji Kongresi (22-24 Haziran 1998), İstanbul. 5. İstanbulluoğlu, E., Karaş, E. ve Korukçu, A Küçükelmalı Gölet Havzası'ndaki Alt Havzada Yüzeysel Akışın SCS Yöntemiyle Belirlenmesi, II.Ulusal Hidroloji Kongresi (22-24 Haziran 1998), İstanbul. 6 Oğuz, İ., Karaş, E., Susam, T Çelikli Havzası erozyon risk haritasının hazırlanması ve toprak erozyonunun buğday verimi üzerine etkilerinin araştırılması. 1. Uzaktan Algılama CBS Çalıştay ve Paneli Kasım İstanbul, Türkiye 7. Karaş, E., Oğuz, Sakarya Porsuk Sarısu Havzasında CORINE, LEAM ve USLE metodolojilerinin kullanılarak erozyon risk haritalarının hazırlanması. 1. Uzaktan Alg1lama CBS Çalıştay ve Paneli Kasım 2006.İstanbul, Türkiye 8. Oğuz, 0., Susam, T., Karaş, E The relationships between runoff and crop yield in Çelikli basin s farmland. International Congress River Basin Management, March 2007, P Antalya / TURKEY 9. Oğuz, İ., Susam, T., Karaş, E., Erşahin, S., Noyan, Ö.F Çelikli Havzası tarım alanlarında makro ve mikro besin elementi kapsamlarının ve gübre ihtiyaçlarının CBS destekli olarak belirlenmesi. 4. Ulusal Bitki Besleme ve Gübre Kongresi, Ekim s Selçuk Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Konya / Türkiye 10. Karaş, E., Oğuz, İ., Türkseven, E. ve Keskin, S Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Teknolojisini Kullanarak Sakarya-Porsuk-Sarısu Havzası'nda Bazı Erozyon Haritalama Yöntemlerinden Yararlanarak Erozyon Risk Haritalarının Hazırlanması. 1. Ulusal Kuraklık ve Çölleşme Sempozyumu, Haziran 2009-Konya 11.Karaş, E Eskişehir koşullarında gölgeleme materyalinin buharlaşma, domates bitkisine verilen sulama suyunun miktarı ve verim üzerindeki etkisi. 1. Ulusal Kuraklık ve Çölleşme Sempozyumu, Haziran 2009-Konya 12. Oğuz, İ. Karaş, E., Susam, T. ve Noyan, Ö. F Tokat Artova Çelikli Havzasında Toprak Bozulmasının Belirlenerek, Sürdürülebilir Bir Tarım İçin Havzanın Planlanması, 1. Ulusal Kuraklık ve Çölleşme Sempozyumu, Haziran 2009-Konya III. Diğer Yayınlar: 1. Kırsal Havzalarda Su ve Sediment Verimi Modeli (SWRRB). Eskişehir Köy Hizmetleri Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, 139 s (derleme). 2. SWAT (Soil Water Assessment Tool) Modeli. Eskişehir Köy Hizmetleri Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, (basılmamış) 124 s (çeviri) 3. RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) İle Muhafaza Planlaması Rehberi. Eskişehir Köy Hizmetleri Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, (basılmamış) 291 s (çeviri) 4. Güvenç Havzasında SWAT, USLE ve RUSLE Modellerinin Uygulanması, Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, (basılmamış), 34 s (araştırma uygulaması) 13

14 A. Kişisel Bilgiler Adı Soyadı: Adnan CENGİZ Çalışma Konuları: B. Tamamlanmış araştırma projeleri 1. Türkiye Pamuklarının Lif Kalite Karakterleri Veri Tabanının Oluşturulması 2. Türkiye de Üretilen Bazı Standart Pamuk Çeşitlerinin Lif Kalite, İplik ve Kumaş Özellikleri İle Boyanabilirlik Karakteristikleri C. Halen Devam Eden Araştırma Projeleri: D. İştirak Edilen Uluslararası ve Ulusal Toplantılar I. Uluslararası ve Ulusal Hakemli Dergilerde Yayımlanan Makaleler: II. Uluslar arası ve Ulusal Toplantılarda Sunulan Bildiriler: 1. CENGİZ, A., COŞKUN M., Ülkemiz Pamuk Tarımında Kaolin Kullanım Olanaklarının Araştırılması Ve Organik Tarıma Katkısının Değerlendirilmesi, Şanlıurfa 1.GAP Organik Tarım Kongresi, Kasım 2009, Şanlıurfa. 11. ARAŞTIRMA BİRİMİNİN YETERLİLİĞİ: Birimde Mevcut Donanım: Projede kullanılacak makine donanımı yeterlidir Birimde Yürütülmekte Olan Araştırma-Geliştirme Etkinlikleri: Halen 7 araştırma projesi yürütülmektedir. 12. TALEP EDİLEN BÜTÇE Ekonomik GENEL BÜTÇE Ödenek Mal ve Hizmet alımının Cinsi Kod Açıklama (TL) Miktarı v.b. Karakteristikleri GENEL BÜTÇE Hizmet Alımları Tesis montaj işleri 2 TÜKETİME YÖNELİK MAL VE MALZEME Muhtelif( detaylar maliyet unsurları ALIMLARI tablosundadır) 6 SERMAYE GİDERLERİ Geçici yurtiçi ve grup toplantıları seyahatleri ve arazi çalışmaları tazminatları. Ekonomik 2011 Yılı Bütçesi Ödenek Kod Açıklama (TL) GENEL BÜTÇE MAL VE HİZMET ALIM GİDERLERİ Hizmet Alımları Tesis montaj işleri Tüketime Yönelik Mal Ve Malzeme Alımları Mal ve Hizmet alımının Cinsi Miktarı v.b. Karakteristikleri Detaylar maliyet unsurları tablosundadır. 2 6 SERMAYE GİDERLERİ Diğer sermaye giderleri 2 Yolluk giderleri 1 Yurtiçi geçici görev yolluları 2 Yolluk giderleri 6 Arazi tazminatları Saha çalışmaları. 14

15 2011 Yılı Maliyet Unsuru Birimi Birim Fiyatı (TL) Toplam İhtiyaç Toplam Maliyet (TL) Ne İçin Kullanılacağı 1 PV Panel(120 W) Adet Gerekli enerjinin sağlanması Dalgıç Pompa (Q=100 2 l/saat, H m = 30 m.) Adet Suyun yeraltından çıkartılması Su Deposu Sistemi 3 (V= 1000 litre) Adet Suyun depolanması Su Deposu Taşıyıcı Su deposunun koyulacağı kaide ve Adet Ayaklar Çelik Konst. Sis. taşıyıcı ayaklar. Data Cihazı (hız, basınç, 5 debi ölçer) Adet Veri toplama. 6 Arazi (deneme) tesisi Gün Arazi tazminatları (proje süresince) T O P L A M Ekonomik 2012 Yılı Bütçesi Ödenek Mal ve Hizmet alımının Cinsi Miktarı Kod Açıklama (TL) v.b. Karakteristikleri GENEL BÜTÇE MAL VE HİZMET ALIM GİDERLERİ 6 SERMAYE GİDERLERİ Diğer sermaye giderleri 2 Yolluk giderleri 1 Yurtiçi geçici görev yolluları 2 Yolluk giderleri 6 Arazi tazminatları Saha çalışmaları Yılı MALİYET UNSURU Birimi Birim Fiyatı (TL) Toplam İhtiyaç Toplam Maliyet (TL) Ne İçin Kullanılacağı 1 Arazi (deneme tesisi) Gün Verilerin toplanması T O P L A M Ekonomik 2013 Yılı Bütçesi Ödenek Mal ve Hizmet alımının Cinsi Miktarı Kod Açıklama (TL) v.b. Karakteristikleri GENEL BÜTÇE MAL VE HİZMET ALIM GİDERLERİ 6 SERMAYE GİDERLERİ Diğer sermaye giderleri 2 Yolluk giderleri 1 Yurtiçi geçici görev yolluları Grup toplantıları 2 Yolluk giderleri 6 Arazi tazminatları Saha çalışmaları. 15

16 2013 Yılı Birim Toplam Birimi Fiyatı Toplam Maliyet MALİYET UNSURU (TL) İhtiyaç (TL) Ne İçin Kullanılacağı 1 Grup toplantısı (gün) Gün Program (grup) değerlendirme top. 2 Grup toplantısı (kişi) Kişi Yolculuk için 3 Arazi (deneme tesisi) Gün Verilerin toplanması T O P L A M T O P L A M ANALİTİK BÜTÇE TEKLİFİ Yeni Proje Numarası: TAGEM-BB E01 PROJE FORMU: Proje Adı: : ESKİŞEHİR KOŞULLARINDA GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ÇALIŞAN SU POMPASI SİSTEMİNİN TARIMSAL SULAMA AMAÇLI OLARAK SU ELDE EDİLMESİ VE DEPOLANMASINDA KULLANILMASI Projenin Özeti: Türkiye de tarımsal sulama elektrik, mazot veya petrol gibi konvansiyonel enerji kaynakları ile çalışan su pompaları kullanılarak yapılmaktadır. Elektrik olmayan veya elektrik götürülmesi güç ve pahalı olan tarımsal alanlarda ise yaygın olarak mazot ve petrol pompaları kullanılmaktadır. Güneş enerjisi ile çalışan su pompası sistemleri ise günlük bakım istemedikleri için, bol güneş olması şartı ile kurulabilirler. Bu tip pompaların ilk yatırım masrafları yüksek olmasına rağmen, yakıt ve bakım ihtiyaçları olmadığından kısa zamanda ekonomik duruma geçerler. Çalışma yılları arasında Eskişehir-Ankara Devlet Karayolunun kuzeyinde, Eskişehir ili merkezine 8 km mesafede bulunan Eskişehir Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü araştırma istasyonunda yapılacaktır Materyal olarak Güneş enerjisi ile çalışan dalgıç tipi su pompası ve PV sistemi kullanılacaktır. Bu çalışmanın sonuçları ile, Eskişehir Bölgesinde Güneş enerjisinden faydalanmak suretiyle sulama suyu elde edilmesi imkanları araştırılacaktır. Bu projede sistem, kurulumu yapıldıktan sonra Mayıs-Kasım ayları arası olmak üzere (sulama mevsimi) yılda toplam 6 ay süre ile 3 yıl çalışacaktır. Esas amaç bu süre içerisinde sistemden elde edilebilecek toplam su miktarının tespit edilerek PV sulama sistemlerinin uygulamadaki gerçek verimleri hakkında bilgi sahibi olmaktır. Bu verilerden yola çıkarak ta sistemin günlük, aylık ve yıllık olarak su miktarı- zaman grafikleri elde edilecektir. Bu değerlerden faydalanarak sistemin ekonomik (fayda/maliyet) analizi yapılacaktır. SEKTÖRÜ: Tarım KURUMU: Eskişehir Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü. 16

17 I. PROJENİN TANIMI 1- Projenin Adı: Eskişehir Koşullarında Tarımsal Sulama Amaçlı Güneş Enerjisi ile Çalışan Su Pompalama Sistemi Uygulaması. 2- Afa Adı: Toprak ve Su Kaynakları 3- Afa Kodu: A Program Kodu: A 02.P Program Adı: Tarımsal Yatırımlarda Girdi Optimizasyonu ve Kırsal Alandaki Toplumlar İçin Mali Modeller 6- Türü: Yeni Proje 7. Proje No: TAGEM-BB E01 8- Başlama ve Bitiş Tarihi: ÇALIŞMA TAKVİMİ: II. YATIRIM TUTARINA AİT BİLGİLER MALİYET (TL) Projenin Toplam Yatırım Tutarı Yılı Yatırımı Yılı Yatırımı Yılı Yatırımı Yapılacak İşler / Yıllar 2011 Yılı 2012 Yılı 2013 Yılı Sistemin piyasadan satın alınması Ocak Sistemin kurulması Mart Ölçümlerin başlangıç tarihi Nisan Nisan Nisan Ölçümlerin bitiş tarihi Ekim Ekim Ekim Sonuçların İrdelenmesi 14. KAYNAKLAR 1- Rustemli, S., Dinçadam, F., Demirtaş, M., Güneş Pilleri ile Sıcak Su Elde Etme ve Sokak Aydınlatması, V.Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, Diyarbakır, Atay, Ü., Işıker, Y., Yeşilata, B., Fotovoltaik Güç Destekli Mikro Sulama Sistemi Projesi Genel Esasları, V.Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, Diyarbakır, YEŞİLATA, B., Foltavoltaik Güç Sistemli Su Pompasının Dizayn Esaslarının Araştırılması, Mühendis ve Makine, Yeşilata, B., Aydın, M., Işıker, Y., Küçük Ölçekli Bir PV Su Polpalama Sisteminin Deneysel Analizi, Mühendis ve Makine Dergisi, cilt:47, sayı:553, s:31-38, Fıratoğlu, Z.A., Yeşilata, B., Dinamik Çevre Koşullarının Fotovoltaik Destekli Su Pompası Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması, Mühendis ve Makine Dergisi, cilt:46, sayı:544, s: Helikson, H.J., Pumping Water For Irrigation Using Solar Energy, Fact Sheet EES-63, Universıty of Florıda, TEKLİF ONAYI 15.1.Proje Lideri: Dr. Mahmut POLAT 15.2.Öneren Kuruluş: Toprak ve Su Kaynakları Eskişehir Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü 15.4.Onaylayan: Halil POLAT Enstitü Müdürü 17