ENERJĠ TÜKETĠMĠNE ETKĠ EDEN AĞIRLIK - HIZ PARAMETRESĠNĠN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠNE ETKĠSĠNĠN ĠNCELENMESĠ

Transkript

1 2. Uluslararası Raylı Sistemler Mühendisliği Sempozyumu (ISERSE 13), 9-11 Ekim 2013, Karabük, Türkiye ENERJĠ TÜKETĠMĠNE ETKĠ EDEN AĞIRLIK - HIZ PARAMETRESĠNĠN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠNE ETKĠSĠNĠN ĠNCELENMESĠ Mine SERTSÖZ a* a* Anadolu University Ulaştırma Yüksekokulu, Eskişehir, msertsoz@anadolu.edu.tr Özet Ulaşımda raylı sistemin tercih edilmesi, yakıt tüketiminin azaltılmasına, dolayısıyla enerjinin verimli kullanılmasına ve çevre kirliliğinin önlenmesine yardım etmektedir. Raylı sistemler son yıllarda ulaşımda tercih edilen çözüm şekillerinden biridir. Bununla birlikte raylı sistem ulaşımında kullanılan araç tiplerinin ve bu araçlar kullanılırken optimum işletme noktalarının da enerji verimliliğinde önemli faktörlerdir. Burada istanbul ulaşım a.ş. de hali hazırda 2010 yılında satın alınan araç tipinin teknik verileri kullanılmıştır. Ağırlık ve hız parametrelerinden kaynaklanan enerji tüketimini etkileri matematiksel olarak incelenmiştir. Bulunan sonuçlarda aracın ağırlığı sabit iken hızındaki 60% lık bir artış enerji tüketimini %256; aracın hızı sabit iken ağırlığındaki 66% lık bir artış enerji tüketimini %166 arttırdığı görülmüştür. Bulunan sonuçlar grafiksel olarak ifade edilerek optimum işletme noktaları bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Enerji Verimliliği, Şehiriçi Raylı Sistem Taşımacılığı, Raylı Sistemler. Abstract Choosing the way of rail systems in the transportation helps reducing the fuel consumption in case of using energy efficiency and preventing enviromental pollution. Rail system is one of the solution for transportation of late years. Addition to this, vehicles which were used in rail system transportation types and optimum management points are important factors in the energy efficiency. Here, the technical datas of vehicles of İstanbul Ulaşım a.ş. which was bought at 2010 was used. The effects of energy consumption which caused by weight and speed parameters was searched with matematical methods. Results found shows that, the %60 of the speed increase when the weight is fixed causes %256 of the energy consumption; the %66 of the weight increase when the speed is fixed causes %166 of the energy consumption. Results were showed by the graphics and optimum management points were found. Key Words: Energy Efficiency, Local Rail System Transportation, Rail Systems. 1. Enerji Verimliliği Enerji, ülkelerin kalkınmasında vazgeçilmez girdilerin en önemlileri arasındadır. Uzun yıllar kişi başına enerji tüketimi kalkınmışlığın ölçütü olarak kullanılmış olup önemini devam ettirmektedir. Ancak içinde bulunduğumuz 21. Yüzyılda enerji verimliliği ve daha az enerji tüketimi ile daha çok iş üretimi (enerji yoğunluğunun azaltılması) kavramları da yeni göstergeler olarak gündeme gelmektedir.

2 hidro elektrik %16 nükleer %15 diğer %2 kömür %40 gaz 20% petrol %7 Şekil 1.1. Kaynaklara Göre Elektrik Enerjisi Üretim Payları (2005) [1] Dünyanın bugünkü enerji tüketiminde petrol %35 lik pay ile ilk sırayı alırken, bunu %25,3 ile kömür ve %20,7 lik pay ile doğalgaz izlemektedir. Elektrik enerjisi üretiminde ilk üç sırada %66,6 ile fosil kaynaklar, dördüncü sırada %16 ile hidroelektrik ve beşinci sırada %15,2 ile nükleer enerji yer almaktadır. Güneş, jeotermal, rüzgâr, yanabilir yenilenebilir ve atıklardan elektrik üretimi oranı ise %2,2 dir. Günümüzde petrol ve doğalgazın teminine yönelik stratejiler, bu kaynakların enerji kaynağı olarak dünya politikasında giderek artan stratejik rolleri nedeni ile ülkelerin gelişimlerinin olduğu kadar dış politikalarının da önemli köşe taşlarını oluşturmaktadır. Alternatif enerji kaynaklarının aranması ve teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik tüm çabalara karşın, bilimsel tahminlere göre önümüzdeki dönemlerde de enerji talebinde görülecek artışların büyük bir bölümünün petrol ve doğalgaz ile karşılanması beklenmektedir yılı itibariyle dünyadaki bilinen petrol rezervleri 156,7 milyar ton, doğalgaz rezervleri ise 175,8 trilyon m 3 tür. Yıllık üretim miktarları dikkate alındığında petrol rezervlerinin yaklaşık 41, doğalgaz rezervlerinin ise 67 yıllık ihtiyacı karşılayacak düzeyde olduğu görülmektedir. Yani bugüne bakıldığında petrol 32, doğalgaz ise 56 yıl daha ihtiyaca cevap verecektir. Dünya ekonomisinin yılda %3 büyüdüğü ve birim hâsıla başına düşen tüketilen enerji miktarını ifade enerji yoğunluğunun, enerji verimliliği ile yılda ortalama %1 azaldığı varsayımıyla; dünya enerji tüketiminin yılda ortalama %2 artarak 2015 te 12,3 milyar TEP e, 2025 te de 15,1 milyar TEP e ulaşması beklenmektedir. Dünya petrol talebinin ise önümüzdeki 30 yıllık dönemde yıllık ortalama %1,6 oranında artması beklenmekte ve bu artışının en önemli etkeninin, ulaşım sektöründeki talep artışı olacağı tahmin edilmektedir. Şu anda toplam petrol tüketiminin %47 si ulaşım sektöründen kaynaklanırken bu oranın 2030 yılında %55 e ulaşması beklenmektedir. Toplam petrol talebindeki artışın yaklaşık 2/3 ünün OECD dışı ülkelerden kaynaklanacağı düşünülmektedir. Dünyadaki enerji kaynakları, enerji talebindeki artışı karşılayabilecek durumdadır. Ancak 2030 yılına kadar artacak petrol talebini karşılayabilmek için daha çok rezervin belirlenmesi ve trilyonlarca dolar yatırım yapılarak kullanıma hazır hale getirilmesi gerekmektedir yılında 72 milyon varil/gün olan dünya konvansiyonel petrol üretiminin 2030 yılında 120 milyon varil/gün olacağı tahmin edilmektedir. Dünya doğalgaz toplamına bakıldığında, 2000 yılında 2,5 trilyon m 3 olan doğalgaz talebinin, 2030 yılında 2 Alternatif enerji kaynaklarının aranması ve teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik tüm çabalara karşın, bilimsel tahminlere göre önümüzdeki dönemlerde de enerji talebinde görülecek artışların büyük bir bölümünün petrol ve doğalgaz ile karşılanması beklenmektedir.

3 2003 yılı itibariyle dünyadaki bilinen petrol rezervleri 156,7 milyar ton, doğalgaz rezervleri ise 175,8 trilyon m 3 tür. Yıllık üretim miktarları dikkate alındığında petrol rezervlerinin yaklaşık 41, doğalgaz rezervlerinin ise 67 yıllık ihtiyacı karşılayacak düzeyde olduğu görülmektedir. Yani bugüne bakıldığında petrol 32, doğalgaz ise 56 yıl daha ihtiyaca cevap verecektir. Dünya ekonomisinin yılda %3 büyüdüğü ve birim hâsıla başına düşen tüketilen enerji miktarını ifade enerji yoğunluğunun, enerji verimliliği ile yılda ortalama %1 azaldığı varsayımıyla; dünya enerji tüketiminin yılda ortalama %2 artarak 2015 te 12,3 milyar TEP e, 2025 te de 15,1 milyar TEP e ulaşması beklenmektedir. Dünya petrol talebinin ise önümüzdeki 30 yıllık dönemde yıllık ortalama %1,6 oranında artması beklenmekte ve bu artışının en önemli etkeninin, ulaşım sektöründeki talep artışı olacağı tahmin edilmektedir. Şu anda toplam petrol tüketiminin %47 si ulaşım sektöründen kaynaklanırken bu oranın 2030 yılında %55 e ulaşması beklenmektedir. Toplam petrol talebindeki artışın yaklaşık 2/3 ünün OECD dışı ülkelerden kaynaklanacağı düşünülmektedir. Dünyadaki enerji kaynakları, enerji talebindeki artışı karşılayabilecek durumdadır. Ancak 2030 yılına kadar artacak petrol talebini karşılayabilmek için daha çok rezervin belirlenmesi ve trilyonlarca dolar yatırım yapılarak kullanıma hazır hale getirilmesi gerekmektedir yılında 72 milyon varil/gün olan dünya konvansiyonel petrol üretiminin 2030 yılında 120 milyon varil/gün olacağı tahmin edilmektedir. Dünya doğalgaz toplamına bakıldığında, 2000 yılında 2,5 trilyon m3 olan doğalgaz talebinin, 2030 yılında katına çıkarak 5 trilyon m 3 ʼe ulaşması beklenilmektedir. Ortalama yıllık talep artışı ise %2,4 olacaktır. Uluslar arası petrol ve gaz ticaretinde en önemli petrol ihtiyatçısı, yaklaşık yıllık 910 milyon ton petrol ihtiyacı ile Orta Doğu Bölgesidir. Onu Yaklaşık yıllık 224 milyon ton ile Birleşik Arap Emirlikleri izlemektedir [2] Türkiye nin Genel Enerji Durumu Ülkemizde 2006 yılı itibariyle birincil enerji arzı 99,840 milyon TEP ile birincil enerji kaynakları üretimi ise 26,779 milyon TEP olarak gerçekleşmiştir. Bu rakamlar enerji ihtiyacımızın %73 oranında ithal enerji ile karşılandığını göstermektedir. Aynı yıl dünya toplam enerji tüketimi 11,4 milyar TEP olarak gerçekleşmiş olup Türkiye nin bu tüketimde payı %0,8 dir. Mevcut durumda ham petrol talebinin %93 ü, doğalgaz talebinin %97 si ithalat ile karşılanırken, gerekli önlemlerin alınmaması durumunda bu oranların 2020 yılında sırasıyla %99 ve %100 olması beklenmektedir. Birincil enerji arzında; petrol %36, kömür ve odun gibi katı yakıtlar %31 ve doğalgaz %28 paya sahiptir [2]. doğalgaz %28 hidrolik %4 yenilene bilir %1 katı yakıtlar %31 petrol %36 Şekil 1.2. Yakıt Türlerine Göre Birincil Enerji Arzı (2006) [3]

4 Ulaşım %21 Diğer %1 Sanayi %44 Bina %34 Şekil 1.3. Sektörlere Göre Nihai Enerji Tüketim Dağılımı (2006) [3] Elektrik enerjisi tüketimi bakımında ise bina sektörü %34, sanayi %45 ve ulaşım sektörünün payı da %21 olarak verilmektedir. Toplam elektrik üretiminin ise %16 sı yerli, %84 ü ise ithal kaynaklar ile karşılanmaktadır [6]. 1.2 Ulaşım Tiplerine Göre Enerji Tüketimleri Tablo 1.1. Yolcu Ulaştırma Modlarına Göre Türkiye de Yurtiçi Taşımacılık[4] Karayolu Demiryolu Havayolu 95,00% 2,80% 1,70% AB de bu durum karayolu taşımacılığı %44,5 demiryolu %9,6 ve havayolu ise 6,6 dır [5]. Taşımacılık oranlarına bakıldığında AB de Türkiye deki yolcu taşımacılık çeşitlerine göre daha dengeli bir durum mevcuttur Türkiye nin Ulaşım Sektöründeki Enerji Verimliliğine Bakışı Ulaştırma Bakanlığı tarafından 2008 yılında Resmi Gazetede yayımlanan Ulaşımda Enerji Verimliliğin Arttırılmasına İlişkin Usul ve Esaslar adlı bir yönetmelik yayımlanmıştır. Bu yönetmeliğin amacı motorlu araçların birim yakıt tüketimlerinin düşürülmesine, araçlarda verimlilik standartlarının yükseltilmesine, toplu taşımacılığın yaygınlaştırılmasına, trafik akımının arttırılmasına yönelik sistemlerin kurulmasına ilişkin usul ve esaslardan bahsederek ulaşımda enerji verimliliğini arttırmaktır. Bu yönetmelik ulaşımın her türlü ayağıyla ilgilenir. Nüfus yoğunluğuna göre bazı ulaşım şartlarından bahseder. Ulaşımda toplu taşımanın kullanılması için belediyelere belli görevler addeder. Bu yönetmelikte: Madde 6- (1) Raylı Ulaşımda enerji tüketimini asgari seviyeye düşürmek için elektrikli işletmeciliğe öncelik verilir. Maddesi raylı sistemlerden bahseder ve elektriğin de verimli kullanılmasına atıfta bulunur. Bu yönetmeliğe rağmen ulaştırma alt birimlerinin farklı bakanlıklara bağlı olması sebebiyle alt sistemlerin birbirleriyle koordinasyonları zayıftır. Bu da ulaşım ile ilgili kararların geç hayata geçirilmesine sebebiyet vermektedir. Burada çözüm bu alt birimler için koordinasyonu sağlayacak bir merkez oluşturulması veya hepsinin bir bakanlığa bağlanmasıdır. Bu şekilde ilerleme daha hızlı olacaktır. Son yıllarda enerji verimliliği ve çevre kirliliğine verilen önemin artmasıyla ülkeler temiz enerji arayışına girmişlerdir. Bu da ulaşım sektörüne raylı sistem taşımacılığının arttırılması için çalışmalar ve raylı sistemlerde de enerjinin verimli kullanılmasına ilişkin arayışlara girilmesine sebep olmuştur.

5 Türkiye bu konuda şehirlerarası ve şehir içi ulaşımında raylı sistemin kullanılmasında önemli projelerle büyük bir ilerleme kaydetmiştir. Bunlara örnek olarak Ankara-Eskişehir, Ankara-Konya Hızlı Treni, Marmaray Projesi, Bursa Tramvay Hattı, Eskişehir Tramvay Hattı ve İstanbul daki Kartal- Kadıköy Metro hattı verilebilir. Bunlardan kimi tamamlanmış kimi de kısmen bitmiş projelerdir. 2. Raylı Sistemlerde Enerji Tüketimine Etki Eden Bazı Parametrelerin Karşılaştırılması 2.1 Enerji Tüketimine Etki Eden Ağırlık - Hız Parametresinin Enerji Verimliliğine Etkisinin Ġncelenmesi Burada İstanbul Ulaşım a.ş. tarafından 2010 yılında alınan yeni araçlar için bir enerji tüketim hesabı yapılmıştır. 2.1 Aracın Teknik Özellikleri [6] Araç Boş Ağırlığı: 30 t Araç Dolu Ağırlığı: 50 t Maksimum Hız: 80 km/h Maksimum İşletme Hızı: 50 km/h Kullanılacak matematiksel formül aşağıda verilmiştir: 1. İlk önce aracın boş ve maximum işletme hızı ile gittiğini varsayalım: (1 kwh = 3,61 MJ) W = 1/ = 3,75MJ = 1,038 kwh. 2. Daha sonra aracın boş ve maximum hız ile gittiğini varsayalım: (1 kwh = 3,61 MJ) W = 1/ = 9,60MJ = 2,659 kwh. 3. Ardından aracın dolu ve maximum işletme hızı ile gittiğini varsayalım: (1 kwh = 3,61 MJ) W = 1/ = 6,25MJ = 1,731 kwh. 4. Ardından aracın dolu ve maximum hız ile gittiğini varsayalım: (1 kwh = 3,61 MJ) W = 1/ = 16,00MJ = 4,432 kwh. Aracın ağırlığı sabit iken hızındaki 60% lık bir artış enerji tüketimini %256; Aracın hızı sabit iken ağırlığındaki 66% lık bir artış enerji tüketimini %166 arttırmaktadır. Yapılan matematiksel işlemler ardından verileri bir grafik üzerinde görmek daha çarpıcı olacaktır. Farklı hız ve ağırlıklardaki enerji tüketim değerleri aşağıdaki grafikte gösterilmiştir.

6 enerji tüketimi (kwh) t 40 t 50 t hız 50 hız 60 hız 70 hız 80 Şekil 1.4. Araç Ağırlık ve Hızlarına Göre Enerji Tüketimleri (kwh) Şekil 1.4 teki dikkat çekici husus, aracın ağırlığı ne olursa olsun hızının 60 km/h i geçmesi durumunda enerji tüketiminin katlanarak artmasıdır. 3. Sonuç Burada istanbul ulaşım a.ş. de hali hazırda 2010 yılında satın alınan araç tipinin teknik verileri kullanılarak ağırlık ve hız parametrelerinin enerji tüketimine etkisi matematiksel olarak incelenmiştir. Bulunan sonuçlarda aracın ağırlığı sabit iken hızındaki 60% lık bir artış enerji tüketimini %256; aracın hızı sabit iken ağırlığındaki 66% lık bir artış enerji tüketimini %166 arttırdığı görülmüştür. Bulunan sonuçlar daha sonra grafiksel olarak ifade edilerek araç ağırlığı boşken, yarı doluyken ve tam yüklüyken; hızları 50 km/h, 60 km/h, 70 km/h ve son olarakta maximum hız olan 80 km/h de tüketilen enerji miktarları incelenmiştir. Grafiksel veriden elde edilen sonuç, araç ağırlığı ne olursa olsun araç hızı 60 km/h i geçtiği anda aracın enerji tüketimi daha yüksek bir eğim değerine ulaşmıştır. Buradan çıkarılan netice doğrultusunda araç hızlarının 60 km/h i mümkün olduğunca geçmemesi enerjiyi verimli kullanmak açısından oldukça büyük katkı sağlamaktadır. KAYNAKLAR [1] URL-3: (Ziyaret tarihi 16 Nisan 2012). [2] EİE Genel Müdürlüğü, Enerji Çevre-Hukuki Zorluklar-Emisyon Hesaplamaları, EİE Genel Müdürlüğü Editörlüğü, EİEİ Bina Enerji Yöneticileri Eğitimi Cilt 1, 13-16, [3] URL-4: (Ziyaret tarihi 10 Nisan 2012). [4] URL-5: (Ziyaret tarihi 10 Nisan 2012). [5] Accardo L., Energy saving onboard, Energy Efficency Days7 2009, France, [6] İstanbul Ulaşım a.ş.