MANİSA / KIRKAĞAÇ RÜZGÂR POTANSİYELİNİN İNCELENMESİ. N. Sinan KÖKSAL

Transkript

1 MANİSA / KIRKAĞAÇ RÜZGÂR POTANSİYELİNİN İNCELENMESİ N. Sinan KÖKSAL Celal Bayar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, MANİSA Özet Kullanılabilir fosil kaynakların azalması ve enerji ihtiyacının sürekli artması ile yenilenebilir enerji kaynaklarının günümüzdeki önemi artmaktadır. Rüzgâr enerjisi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Bu çalışmada, rüzgâr enerjisi ve Türkiye deki rüzgâr enerji santralleri hakkında bilgi verilmiştir. Ege bölgesi ve Manisa daki rüzgâr enerji potansiyeli araştırılmıştır. Türkiye rüzgâr haritaları incelendiğinde, Kırkağaç ilçesinde de bu potansiyelin mevcut olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, rüzgâr enerjisinin avantajlarından yararlanmak için tesis sayısının artması gerektiği anlaşılmaktadır. Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Rüzgâr enerjisi, Manisa Abstract THE INVESTIGATION OF WIND POTENTIAL IN KIRKAGAC / MANİSA Importance of renewable energy sources is increasing continuously with the reduction in the available fossil fuel resources and increasing demand for energy. The wind energy is one of clean and renewable energy sources. In this study, information is provided on wind energy and wind power plants in Turkey. Wind energy potential in Aegean region and Manisa was investigated. Studying the wind map of Turkey shows that there is wind energy potential also in Kırkağaç district. As a result, it seems that the number of wind power plants should increase in order to take the advantage of wind power. Keywords: Renewable energy, Wind energy, Manisa

2 GİRİŞ Enerji üretimi sanayileşen toplumlarda kalkınmanın temel gereksinimlerinden biridir. Bu üretim ve tüketime bağlı olarak, hava, su ve toprak kirlenmesi gibi etkileri oluşmaktadır. Fosil yakıtların kısıtlı kullanım sürelerinin olmasından ve yenilenebilir enerjiler, çevreye karşı duyarlı ve sürdürülebilir enerji sistemleri olduğundan önemi artmaktadır. Günümüzde, endüstrileşmiş ülkeler, enerjilerinin yaklaşık %65 lik kısmını fosil yakıtlardan elde etmektedirler. Yapılan araştırmalar, gelişmiş ülkelerin 2030 a kadar dünya enerji üretiminin %50 sini gerçekleştireceğini belirtmektedir. Bu ülkeler, enerji üretiminde %65 oranında fosil yakıt kullanımına devam ettikleri takdirde hava kirliliğinde artışın büyük düzeyde devam edeceği, dünya üzerinde sera etkisinin artacağı ve ayrıca petrol fiyatlarının da kaynakların azalması ile hızla yükseleceği bilinmektedir [1]. Rüzgar enerjisinin olumlu yönleri; atmosferde serbest olarak bulunur, yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağıdır, çevre dostudur. Kaynağı güvenilirdir, tükenme ve zamanla fiyat artma riski yoktur. Maliyeti günümüz güç santralarıyla rekabet edebilecek düzeye gelmiştir. Bakım ve işletme maliyetleri düşük ve kolaydır. Rüzgar enerji santralleri; toplam santral sahasının %1'ini işgal ederler. Geri kalan kısım tarımsal ve hayvansal faaliyetler için kullanılabilir. Yakıt maliyeti yoktur, büyük ölçüde yerli kaynak kullanımı olacağından, ithale dayalı diğer fosil yakıtların (doğal gaz ve ikincil ithal kömür ve petrol ürünleri) hemen tümüne karşı temin güvenliği avantajına sahiptir. İthal kömür her ne kadar temiz olarak kabul edilse de karbon dioksit ve az oranda da diğer kirleticilerin üretimine neden olmaktadır. Buna karşın yenilenebilir enerji kaynaklarının atmosferik emisyonları yok denecek kadar az olacağından kirliliğe sebep olmayacak ve sera etkisi azalacaktır. Yenilenebilir enerji kaynakları, dağlık yöreler gibi kırsal ve gelişmemiş alanlarda iş ve altyapı imkanları sayesinde sosyo-ekonomik gelişmeye katkıda bulunabilecektir. Olumsuz yönleri ise; ilk yatırım maliyetleri yüksektir, kapasite faktörü düşüktür (% arasında), kesintili bir enerji kaynağıdır, yenilenebilir enerji kaynakları projelerinin işletmeleri daha ucuz olmakla beraber ilk yatırım maliyetleri fosil kaynaklı teknolojilere göre daha yüksektir [2, 3]. Fosil esaslı enerji kaynakları sera gazlarının (CO 2, SO 2 ve NO x ) oluşumuna sebebiyet verirler. Atmosferdeki CO 2 oranı sanayi çağı öncesine göre şimdiden %25 artmış ve 2050 yılında iki katına çıkacağı tahmin edilmektedir. Günümüzde CO 2 emisyonunun yaklaşık 6 milyar ton olduğu söylenmektedir. Ayrıca, SO 2 ve NO x gibi asit gazlarının emisyonu kullanılan yakıtın kalitesine ve yakma ile filtreleme sistemine göre değişmekle beraber bölgesel asit yağmurlarına neden olmaktadır. Avrupa Birliği (AB) 2020 yılına kadar hedef olarak toplam sera gazı miktarını %20 azaltacağını ifade etmektedir. Bu çerçevede 2020 yılı kişi başı sera gazı emisyon miktarının 8,8 ton CO 2 eşdeğerine ulaşacağı hesaplanmaktadır. AB adaylık sürecinde bulunan Türkiye, AB'nin hedef yılı olan 2020 yılına kadar kalkınmasını her yıl yaklaşık %7.5 oranında artırdığını varsayarsak, kişi başı toplam emisyon miktarında yapabileceği maksimum azaltma önlemleri ile her yıl %6 oranında artacağını kabullendiğimizde 2020 yılı itibariyle Türkiye'nin yaklaşık 8,8-9,0 ton CO 2 eşdeğerine ulaşacağı hesaplanmaktadır. Bu durumda 2025 yılından itibaren AB azaltım takvimi ile paralel gitmesi hedeflenmektedir. Ayrıca, AB Komisyonu küresel iklim değişikliğiyle mücadele için yenilenebilir enerjinin toplam tüketimde halen yüzde 8,5 olan payının 2020 yılına kadar ortalamada yüzde 20'ye yükseltileceğini bildirmektedir. Birleşmiş Milletler (BM) raporuna göre; sera gazı emisyonları sonucu

3 dünyada 2050 yılına kadar 2 milyar insan sel felaketi tehdidi altında (günümüzde 1 milyar insan ) yaşayacak ve tarım alanlarının da %10'nu yok olacaktır. Dünyadaki ülkelerin bu enerjinin aktif kullanılmasında Almanya, kısa sürede hedef belirlemiş ve 2050 de enerjilerinin %50'sini bu şekilde elde etmeyi planlamaktadır. Japonya da Almanya ile benzerlik göstermektedir. 2020'de Avrupa'nın hedefi enerjinin %20'sini rüzgardan karşılamak olarak açıklanmıştır [2]. Rüzgardan sağlanacak güç, rüzgar hızının küpü ve kullanılacak rüzgar türbininin rotor süpürme alanı ile doğru orantılıdır. Güç elde etmede önemli bir faktör rüzgar hızı, yerden yükseldikçe logaritmik olarak artış göstermektedir. Rüzgar santralinden elde edilebilecek güç, kullanılan türbin sayısı ve türbin büyüklüğü ile sınırlı kalmaktadır. Bu rüzgar enerjisinden yararlanma imkanının olabileceği varsayımıyla 8 MW/km 2 üretim kapasitesi ile GW kurulu güce sahip olunacağı hesaplanmaktadır. Ülkemizde, rüzgar enerjisi yatırımı ilk olarak 1998 yılında Çeşme de gerçekleştirilmiştir (8,7 MW) yılı içinde ise sadece 10,2 MW lık bir yatırım Bozcaada da yapılmıştır. Türkiye rüzgar yönünden çok zengin bir ülke olup (rüzgar potansiyelimizin Almanya'nın 7, Danimarka'nın 5, İspanya'nın da 2 katı) ve bu rüzgarın enerjiye çevrilmesi halinde her anlamda büyük kazançlar elde edilebilecektir [1, 3-5]. Rüzgâr türbinleri rüzgâr enerjisini elektrik enerjisine çevirmektedir. Rüzgâr türbini telekomünikasyon sistemleri gibi sistemlerin ve konutların elektrik ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Örnek olarak rüzgar türbinleri Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1. Rüzgâr türbinleri [6] Türkiye nin en çok rüzgar alan bölgeleri Türkiye rüzgar atlasına göre Marmara, Güneydoğu Anadolu ve Ege bölgesidir (Tablo 1). Tablo 1. Türkiye nin değişik bölgelerinde rüzgar enerji potansiyeli [7] Bölge Yıllık ortalama Yıllık ortalama rüzgar hızı (m/s) rüzgar yoğunluğu (W/m 2 ) Marmara Bölgesi 3,29 51,91 Ege 2,65 23,47 Akdeniz 2,45 21,36 İç Anadolu 2,46 20,14 Karadeniz 2,38 21,31 Doğu Anadolu 2,12 13,19 Güneydoğu Anadolu 2,69 29,33 Ortalama 2,58 25,82

4 Türkiye'de yer seviyesinden 50 metre yükseklikte ve 7,5 m/s üzeri rüzgar hızlarına sahip alanlarda kilometrekare başına 5 MW gücünde rüzgar santralı kurulabileceği kabul edilmiştir. Bu kabuller ışığında Türkiye rüzgar enerjisi potansiyeli MW olarak belirlenmiştir. Bu potansiyele karşılık gelen toplam alan Türkiye yüz ölçümünün %1,30'una denk gelmektedir. Rüzgar enerjisi santralleri 3 m/sn den itibaren elektrik üretmeye başlar. 25 m/sn lik rüzgar hızına kadar elektrik üretmeye devam eder. Türkiye nin rüzgar haritası incelendiğinde ülkemizin en az rüzgar alan yerlerinin dahi 3 m/sn daha fazla rüzgar aldığı görülmektedir. Türkiye Rüzgar Enerjisi hakkındaki önemli çalışmalardan biri de rüzgar enerjisi atlasıdır. EİE, DMİ ile işbirliği yaparak rüzgar enerji kaynağının değerlendirilmesine ve planlamalarına referans oluşturmak, rüzgar enerji dönüşüm sistemlerine uygun olan yerleri belirlemek amacıyla Türkiye'nin Rüzgar Atlasını hazırlamıştır. Rüzgar Enerjisi Atlası rüzgar enerjisi çalışması yapacak firmalara kılavuz niteliğindedir. Atlas rüzgar ölçüm verileri, arazi pürüzlülük bilgileri, yakın çevresel engel bilgileri ve harita bilgileri (topografya) açısından özenle hazırlanmıştır. Elektrik İşleri Etüt İdaresi'nden temin edilmektedir. Şekil 2. Türkiye rüzgâr atlası Bir bölgenin rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesinde, ham verilerin işlenmesi yoluyla elde edilmiş olan istatistiksel veriler kullanılır. Bu amaçla kullanılan istatistiksel metotlar arasında en yaygın kullanılan iki tanesi Rayleigh ve Weibull dağılımlarıdır.

5 Şekil 3. Rüzgar potansiyeli dağılım haritası (10 m) Manisa ili durumu son verilere [8] göre incelendiğinde, işletmedeki RES lerin illere göre kurulu güç dağılımında Balıkesir den hemen sonra geldiği görülmektedir (Şekil 4). Burada mevcut potansiyelin uygun olduğu ve değerlendirilmeye başlandığı görülmektedir.

6 Şekil 4. İşletmedeki RES lerin illere göre dağılımı [8] Manisa ili rüzgar potansiyelini araştırılma sonucunda mevcut veriler ve verimli olarak kullanılabilecek bölgeler şekillerle gösterilmiştir (Şekil 5 Şekil 8). Şekil 5. Manisa rüzgâr hız dağılımı (50 m yükseklik için)

7 Ekonomik RES yatırımı için 7 m/s veya üzerinde rüzgar hızı gerekmektedir. Şekil 6. Kapasite faktörü Ekonomik RES yatırımı için %35 veya üzerinde kapasite faktörü gerekmektedir. Şekil 7. Rüzgar Santralı Kurulabilecek Alanlar Gri renkli alanlara rüzgar santralı kurulamayacağı kabul edilmiştir.

8 Şekil 8. Enerji nakil hatları ve trafo merkezleri Tablo 2. Manisa iline kurulabilecek rüzgar enerjisi santralı güç kapasitesi Uygulamada kullanılabilecek rüzgar türbin sistemlerinde; Bir ev için kullanılabilecek rüzgar türbin gücü yıllık tüketilen elektrik miktarına bağlı olarak 1-20 kw arasında değişmektedir. Kurulacak alandaki yıllık ortalama rüzgar hızına, türbinin güç eğrisine ve evin yıllık kwh olarak enerji ihtiyacına uygun bir rüzgar türbininin seçilmesi. Kurulum, işletim ve bakım maliyelerinin en az olması gibi faktörler de dikkate alınır. 250 m uzaklıktaki bir rüzgar türbinin gürültü seviyesi 45 db(a)'dır. Küçük rüzgar türbinlerinin gürültü seviyesi ise klimaların gürültü seviyesinden daha azdır. Şekil 9 da çeşitli aletlerin çıkardığı gürültü seviyeleri ile rüzgar türbinin gürültü seviyesi verilmektedir.

9 Şekil 9. Gürültü seviyeleri [9] Küçük bir rüzgar türbinin kw başına ilk yatırım maliyeti 2000 $ ve 8000 $ arasında değişmektedir. Bu tür sistemlerin yıllık işletme maliyetleri ise ilk yatırım maliyetinin % olarak alınmaktadır. Ayrıca rüzgar enerjisi santrallerinin gün içerisinde 24 saat boyunca kapasitesi kadar üretim yaptığı hesaba katılırsa 1 kwa lık bir rüzgar enerjisi santrali 20 KWA nın üzerinde elektrik üretmektedir. Rüzgar enerjisi santralinin sürekli elektrik üretmesi birim başına üretim maliyetini de düşürmektedir. Rüzgar enerjisinin 1 kwa başına ortalama üretimi 4-5 cent/kwa olarak maliyetli olduğu kabul edilmektedir [9]. Küçük rüzgar türbin sistemleri şebeke bağlantılı (grid-connected) veya bağımsız (tek başınastand-alone) olarak çalışırlar. 1-Şebekeye Bağlı Sistemler: Bir rüzgar santralı oluşturmak üzere birbirine yakın kurulan bir veya birden fazla türbinden oluşan sistemlerdir. Bu sistemler için Enerji Piyasası Düzenleme Kurumundan (EPDK) lisans alınması gerekmektedir (Şekil 10). Ayrıntılı bilgi adresinden alınabilir. Rüzgardan elektrik enerjisi üretimi ile ilgili tüm mevzuat, ve adreslerinden temin edilebilir. Şekil 10. Şebeke bağlantılı sistem

10 2- Yalnız Başına (Stand Alone) Sistemler: Bu uygulamada şebekeye hiç enerji vermeden bir veya bir kaç yük beslenir. Tarımsal amaçlı su pompalama, ürünlerin kurutulması veya soğutulması, ısıtıcıların işletimi, su arıtma, havalandırma işlemleri ve küçük çapta konutların elektrik ihtiyacının karşılanması için kullanılır (Şekil 11). Şekil 11. Şebekeden bağımsız sistem 3-Küçük Hibrit Güneş ve Rüzgar Elektrik Sistemleri Bu uygulamlarda küçük rüzgar elektrik sistemleri diğer enerji üreten sistemlerle de birlikte (küçük güneş elektrik sistemleri ve hibrid güç sistemleri) kullanılabilir. Hibrid rüzgar enerji sistemleri evler, çiftlikler ve iletim hattından uzak bölgelere uygulanabilir (Şekil 12). SONUÇ Şekil 12. Bir hibrit sistemi (rüzgar ve güneş enerjisi) Manisa ili rüzgar verileri incelendiğinde potansiyelin varlığı ve özellikle de Kırkağaç ilçesi dahilinde uygun yatırım bölgelerinin olduğu görülmektedir. Mevcut rüzgar santralleri uygulamalarının bu bölgede yoğun olarak başladığı ve bölge de potansiyelin olduğu görülmektedir. Çevreye olumlu katkıları olması ve tarım alanlarına zarar vermemesi ve kullanım amacına göre değişebilmesi gibi avantajlarından dolayı enerji üretiminde bu sistemler öncelikli olarak kullanılabilir.

11 Kaynaklar 1. Sestoa, E. Casale, C., 1998, Exploitation Of Wind As An Energy Source To Meet The World's Electricity Demand, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol , P Altuntaşoğlu, Z., 2011, Türkiye'de Rüzgâr Enerjisi, Mevcut Durum, Sorunlar, Mühendis ve Makine, Sayı:617 s Global Wind Statistics, Çivi C, Köksal N.S. 2011, Rüzgar Türbinlerinde Oluşan Hasarların İncelenmesi, CBÜ Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi, Cilt: 2 Sayı:16, S Elektrik İşleri Etüt İdaresi, 1986, Rüzgar Enerjisi, Elektrik İşleri Etütİdaresi Genel Müdürlüğü, Ankara. 8. TURSAT 2012, Türkiye Rüzgar Enerjisi İstatistik Raporu. 9. AWEA Small Wind Turbine Global Market Study 2008