YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARINDAN 500 kw A KADAR LİSANSSIZ ENERJİ ÜRETİMİ VE FİZİBİLİTE ANALİZİ

Transkript

1 YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARINDAN 500 kw A KADAR LİSANSSIZ ENERJİ ÜRETİMİ VE FİZİBİLİTE ANALİZİ Ali Erduman 1, Bedri Kekezoğlu 1, Ali Durusu 1, Muğdeşem Tanrıöven 1 1 Elektrik Mühendisliği Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi {aerduman, bkekez, adurusu, tanriov}@yildiz.edu.tr ÖZET Teknolojik gelişmelere bağlı olarak elektrik enerjisine olan talep hızla artmaktadır. Buna karşın gerek fosil yakıtların tükenmeye yüz tutması, gerekse mevcut üretim sistemlerinin çevresel etkileri, yenilenebilir enerji kavramını çok daha önemli bir noktaya taşımıştır. Ülkemizde de yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının desteklenmesi ve teşvik edilmesi adına çeşitli yasal düzenlemeler yapılmaktadır. Bu çalışmada, 21 Temmuz 2011 tarihinde kabul edilen Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik çerçevesinde yenilenebilir enerji kaynaklarından 500 kw a kadar lisanssız enerji üretimi ile ilgili yasal düzenleme incelenmiştir. Buna ek olarak 500kW lık bir rüzgâr türbinine ait fizibilite analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda elde edilen sonuçlar bu çalışma ile ortaya konmuştur. Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Lisansız Enerji Üretimi, Fizibilite Analizi 1. GİRİŞ Günümüzdeki artan elektrik enerjisi ihtiyacı insanoğlunu yeni enerji kaynaklarını kullanmaya yöneltmiştir [1]. Özellikle fosil yakıtlarının ömürlerinin azalması ve bu yakıtları kullanan santrallerin yüksek karbondioksit salınımları elektrik enerjisi üretiminde yenilenebilir ve alternatif enerji kaynaklarına odaklanmaya neden olmuştur [2]. Ülkemizde de başta rüzgâr enerjisi olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı teşvik edilmeye başlanmıştır. 21 Temmuz 2011 tarihinde kabul edilen Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik çerçevesinde yenilenebilir enerji kaynaklarından 500 kw a kadar lisanssız enerji üretimi ile ilgili yasal düzenleme ile de küçük güçlü enerji üretim sistemlerinin kullanımı konusunda önemli kolaylıklar sağlanmıştır [3]. Söz konusu yasal değişik ile özellikle 500kW a kadar olan rüzgâr türbinlerinin enerji sistemimizde önemli bir yer edineceği aşikârdır. Rüzgâr enerjisinden elektrik üretimi son yıllarda oldukça hızlı büyümekte olup, özellikle geçmiş 10 yıl içerisinde dünyanın en hızlı büyüyen enerji sektörü olmuştur [4]. Toplam yüz ölçümler dikkate alındığında, Türkiye nin rüzgâr enerji potansiyeli Avrupa ülkelerine göre çok yüksek seviyelerdedir [5,6]. Tablo 1 den de görüldüğü gibi, Türkiye nin rüzgâr enerji potansiyeli Almanya nın 7 katı iken, Almanya nın kurulu rüzgâr gücü Türkiye nin 30 katıdır. Yine benzer şekilde Türkiye nin rüzgâr enerji potansiyeli Danimarka nın yaklaşık 6 katıdır. Ancak Danimarka toplam elektrik enerji ihtiyacının yaklaşık %20 sini rüzgârdan karşılarken, bu oran Türkiye de %2 seviyelerine yeni gelmiştir. Ancak, rüzgâr enerjisinin toplam enerji içerisindeki büyüme oranı sadece ülkemizde değil, aynı zamanda Avrupa ülkelerinde de çok daha yüksek seviyelerde gerçekleşmektedir. Tablo 1. Bazı Avrupa ülkelerinin rüzgâr enerji potansiyelleri ve Türkiye ile karşılaştırması ÜLKE Teknik Rüzgâr Yüz Ölçümü (1000 km 2 Potansiyel Kurulu ) (GW) Güç Avusturya Bulgaristan Danimarka Fransa Almanya İngiltere Yunanistan İrlanda İtalya Polonya İspanya Türkiye Avrupa da 2009 için yeni kurulan rüzgâr santralleri dikkate alındığında, Türkiye nin rüzgâr kapasitesindeki artış oranı %75 iken, bu oran Almanya da %8, İspanya da %15, İsveç te ise %49 olarak gerçekleşmiştir. Tablo 2 nin incelenmesinden de anlaşılacağı üzere rüzgâr enerjisindeki büyüme oranı tüm ülkelerde yüksek seyretmektedir. Tablo 2. Avrupa da 2009 yıllı için yeni eklenen rüzgâr güçleri ve artış oranları ÜLKE Yeni Artış Kurulan oranı (%) Almanya ,01 İspanya ,73 İtalya ,81 Fransa ,96 İngiltere ,21 Portekiz ,51 Danimarka ,55 İsveç ,85 İrlanda ,68 Yunanistan ,35 Türkiye ,89 Polonya ,27 Bulgaristan ,9 Yapılan tahminlere göre, 2020 lerde dünyanın yenilenebilir enerji kaynaklarına bağımlılığının daha da artacağı öngörülmektedir. TEİAŞ verilerine göre 1984 ile 2009 yılları arasındaki üretim artış profili Şekil 1 de 122

2 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011 verilmiştir [7]. Buna göre 25 yıl içinde enerji üretimimiz 6 kat artmıştır. Bu oranın içerisinde rüzgâr enerjisinin payı % 1 ler seviyesinde gerçekleşmiştir. Türkiye için elektrik enerjisinde gelecek 10 yıllık üretim tahminine göre ortalama %7.35 oranında bir büyüme öngörülmüştür. Şekil 1. Türkiye Elektrik Enerjisi Üretim-Tüketim Ve Kayıplarının Yıllar itibariyle Gelişimi ( ) ( TWh) Ülkemizde, mevcut yasa ve yönetmelikler gereği rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimi iki şekilde yapılabilmektedir. Birinci kategoride, 2001 tarihli Elektrik Piyasası Kanunu ve 2005 tarihli Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun gereğince lisansa dayalı üretim yapılabilmektedir [8]. Ülkemizde rüzgâr enerjisine dayalı üretim ile ilgili lisans başvuruları tamamlanmış olup, şuan itibari ile EPDK yeni lisans başvurusu kabul etmemektedir. İkinci kategoride ise 21 Temmuz 2011 tarihli "Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik" gereğince 500 kw ve altındaki güçler için lisans almaksızın üretim yapılabilmektedir [3]. Bu çalışmada 21 Temmuz 2011 tarihinde kabul edilen Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik çerçevesinde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından 500 kw a kadar lisanssız enerji üretimi ile ilgili yasal düzenleme incelenmiştir. Buna ek olarak 500kW lık bir rüzgâr türbinine ait fizibilite analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda elde edilen sonuçlar ortaya konulmuştur. 2. RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN ŞEBEKE BAĞLANTISI VE LİSANSSIZ BAĞLANTI İLE İLGİLİ YASAL DÜZENLEME Rüzgâr türbinlerinde, değişken rüzgâr karakterinden dolayı üretilen güç de sürekli değişmektedir. Gerek şebeke için zararlı olan bu salınımların gerekse diğer elektriksel büyüklüklerin sınırlarını belirlemek amacıyla TS-EN Rüzgâr Türbinleri - Bölüm 21: Şebekeye Bağlı Rüzgâr Türbinlerinde Güç Kalitesi Karakteristiklerinin Ölçülmesi ve Değerlendirilmesi standardı 13 Ocak 2011 tarihinde yürürlülüğe girmiştir [9]. Bu standart kapsamında rüzgâr türbininin şebekeye bağlandığında teknik açıdan hangi kriterleri sağlaması gerektiği belirtilmiştir. Ayrıca elektrik arz güvenirliği yönetmeliğine göre bir bağlantı noktasında, sistemin kısa devre gücünün en fazla %5 i kadar kurulu güçte rüzgâr enerjisine dayalı bağlantısına izin verilmektedir [10] sayılı yönetmelik Bu yönetmelik, tarihli ve 4628 sayılı Elektrik Piyasası Kanununun 3. maddesinin ikinci ve üçüncü fıkraları ile tarihli ve 5346 sayılı Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanunun 6/A maddesine dayanılarak hazırlanmıştır [3]. Söz konusu yönetmelik 500 kw a kadar olan yenilenebilir enerji kaynakları ve 50 kw a kadar kojenerasyon sistemlerinden elektrik enerjisi üretimimin yasal zeminini düzenlemektedir. Bu yönetmelik rüzgâr enerjisi bakımından birtakım yenilikler ve imkânlar getirmiştir sayı ve 21 Temmuz 2011 tarihli yönetmeliğe göre sağlanan avantajlar aşağıda sıralanmıştır; Lisansız olarak 500 kw a kadar kendi ni kurma yolu açılmıştır. Her bir tüketim tesisi için bir (rüzgâr vb.) kurulabilecektir. Yönetmeliğin 4. maddesinin dördüncü fıkrasına göre ile tüketim tesisinin aynı dağıtım bölgesi içinde olması gerektiği ifade edilmiştir. Bu kanun kapsamında aynı dağıtım bölgesinde kalması kaydı ile farklı tüketim tesislerinde yenilenebilir enerjiden üretilen elektrik enerjisinin kullanılabileceği ifade edilmiştir. Üretilen elektriğin belirlenen tüketim ve kayıpları düşüldükten sonra geriye kalan fazla kısmı perakende satış lisansı olan dağıtım şirketi tarafından YEK kanununda belirtilen fiyatlar üzerinden 10 yıl süre satın alınacağı belirtilmiştir. Tablo 3 te YEK kanununa ait uygulanılacak alım fiyatları verilmiştir [11]. Tablo 3. YEK kanuna ait perakende satış lisansına sahip dağıtım firmaları enerji alım fiyatları Yenilenebilir Enerji Kaynağına Dayalı Üretim Tesis Tipi Uygulanacak Fiyatlar (ABD Doları cent/kwh) a. Hidroelektrik 7,3 b. Rüzgar enerjisine dayalı 7,3 c. Jeotermal enerjisine dayalı 10,5 d. Biyokütleye dayalı üretim tesisi (çöp gazı dahil) 13,3 e. Güneş enerjisine dayalı 13,3 Rüzgâr enerjisine dayalı nde yerli ürün kullanılması; dağıtım şirketinin satın almakla yükümlü olduğu ihtiyaç fazlası üretim miktarının fiyatını YEK kanununda belirtilen oranlar nispetinde destekler. Destek miktarları Tablo 4 te belirtilmiştir. Alım fiyatları ise nin işletmeye giriş tarihinden itibaren 6/B maddesine göre Tablo 3 teki fiyatlara Tablo 4 teki destek fiyatlarının eklenmesi ile elde edileceği belirtilmiştir[11]. 123

3 Tablo 4. Rüzgar enerjisi üretim tesislerinde yerli ürün kullanılması durumunda verilecek destek miktarları Yerli Katkı Yurt İçinde Gerçekleşen İlavesi İmalat (ABD Doları cent/kwh) 1- Kanat 0,8 2- Jeneratör ve güç elektroniği 1 3- Türbin kulesi 0,6 4- Rotor ve nasel gruplarındaki mekanik aksamın tamamı (Kanat grubu ile jeneratör ve güç elektroniği için yapılan ödemeler hariç.) 1,3 Bu yönetmelik dağıtım şirketinin üretim yapacak kişiler arasında ayrım yapamayacağını belirtmektedir. Bu Yönetmelik kapsamında kurulacak üretim tesisleri için kamulaştırma talebinde bulunulamaz ve kamulaştırma yapılamaz. Ayrıca gerekli izinleri almak kaydı ile kamu ve hazine arazileri üzerine kurulabileceği belirtilmiştir. Lisanslı üreticilerden alınan emre amade bedelinin alınamayacağını belirtilmektedir. 3. RÜZGAR TÜRBİNLERİ VE FİZİBİLİTE ANALİZİ Bir rüzgar santralinin kurulumu aşamasında fizibilite analizi önemli bir yer tutmaktadır. Fizibilite analizinde dikkate alınması gereken parametreler aşağıda sıralanmıştır Kapasite Faktörü Bir enerji üretim sisteminin verimliliğinin belirlenmesi amacıyla kullanılan büyüklük Kapasite Faktörü olarak adlandırılır. Başka bir deyişle, kapasite faktörü ait olduğu santralin kurulu gücüne oranla ne kadar enerji üretimi gerçekleştirdiğini belirtir. Bir üretim sistemi için yıllık kapasite faktörü Denklem 1 de gösterildiği şekilde ifade edilir. SantraldeÜretilenYııllık Enerji K f = (1) Santrale Ait Nom. Güç x 8760 Bir rüzgâr santralinde üretilen güç türbin karakteristiklerine ve rüzgâr rejimine bağlı olarak değişmektedir. Tüm bu parametrelerin kullanımı ile rüzgâr santraline ait kapasite faktörü belirlenir. Rüzgâr türbinine ait kapasite faktörü Denklem 2 de gösterildiği şekilde de hesaplanabilir. Burada f w, Weibull fonksiyonunu, V R türbinin nominal güç üretimine başladığı rüzgar hızını, V Ci türbinin üretime başladığı rüzgar hızını ve V Co türbinin üretimi kestiği rüzgar hızını ifade etmektedir Birim Enerji Maliyeti Bir rüzgâr sisteminin toplam maliyeti M T ise buna ait net şimdiki değer eşitliği Denklem 3 te ifade edilmiştir. Burada, M F finansman maliyetlerini, M B&O işletme, bakım/onarım maliyetlerini, i faiz oranını ve n sistemin ekonomik ömrünü göstermektedir. Türbin tarafından gerçekleştirilen yıllık enerji üretimi Denklem 4 de gösterildiği şekilde hesaplanabilir. Denklemde, E T sistemin ürettiği bir yıllık enerjiyi, P T türbinin gücünü ifade etmektedir. Bu büyüklükler kullanılarak birim enerji maliyeti Denklem 5 de gösterildiği şekilde elde edilir Geri Dönüşüm Süresi Ticari bir rüzgâr türbine ait geri dönüşüm süresi enerji satışı sonucunda türbin toplam maliyetinin karşılandığı süreyi ifade etmektedir. Buna göre bir türbine ait geri dönüşüm süresi aşağıdaki gibi ifade edilir: Burada toplam türbin maliyetini, toplam yıllık enerji üretimini, birim enerji satış fiyatını ve PB türbin geri dönüşüm süresini göstermektedir Sayısal Uygulama Bu çalışmanın sayısal uygulama bölümünde 500 kw lık ticari bir rüzgâr türbininin fizibilite analizi gerçekleştirilmiştir. Ele alınan Vestas RRB V39/500 kw türbine ait teknik özellikler Tablo 5 te gösterilmiştir [12]. (3) (4) (5) (6) (2) 124

4 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011 Tablo 5. Fizibilite Analizi Gerçekleştirilen Rüzgâr Türbinine ait Teknik Özellikler Nominal Gücü 500 kw Kule Yüksekliği 50 m Kanat Çapı 47 m Üretime Başladığı Rüzgâr Hızı 4 m/s Nominal Güç için Rüzgâr Hızı 11 m/s Üretimin Durduğu Rüzgâr Hızı 25 m/s Ekonomik Ömrü 25 yıl İncelenen türbine ait rüzgar hızına bağlı güç çıkışı eğrisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Ele alınan türbinin İzmir/Söke bölgesine kurulacağı düşünülmüştür. Bu bölgeye ait Weibull parametreleri k=1,6778 ve c=8,2481 olarak elde edilmiştir. Söz konusu bölgeye ait Weibull dağılım fonksiyonu Şekil 3 de verilmiştir. Şekil 2. Türbinin kurulacağı bölgeye ait Weibull dağılım fonksiyonu Yapılan hesaplamalar sonucunda, incelenen türbinin belirtilen bölgeye kurulması durumunda kapasite faktörü 0,529 olarak bulunmuştur. Literatürde Türkiye için 0,25 ve üzerinde bir kapasite faktörüne ait rüzgâr türbininin kurulumu ticari olarak uygun kabul edilmiştir [13]. İncelenen türbinin de oldukça yüksek bir kapasite faktörüne sahip olduğu göz önüne alındığında yatırım için uygun olduğu ortaya çıkmaktadır. Şekil 3. Türbinin kurulacağı bölgeye ait Weibull olasılık dağılım fonksiyonu Ele alınan türbine ait yaklaşık maliyetler Tablo 6 da verilmiştir. Tablo 6. İncelenen Türbine ait Maliyetler Maliyet Bileşeni Maliyet Türbin + Kule Maliyeti Yıllık Bakım-Onarım Maliyeti Diğer Maliyetler (Taşıma, İşçilik vb.) Türbin finansmanın 5 yıllık kredi ile sağlandığı düşünülmüştür. Hesaplamalarda enflasyon oranı yıllık %4, faiz oranı ise yıllık %4,58 kabul edilmiştir. Tüm bu veriler ışığında ele alınan türbine ait birim enerji maliyeti 3,2 Cent/kWh olarak hesaplanmıştır. Mevcut rüzgar enerjisi üretim sistemlerinde birim enerji maliyetinin Cent/kWh seviyelerinde olduğu düşünüldüğünde, uygulanan senaryoda hesaplanan bedelin kabul edilebilir bir mertebede olduğu görülmüştür. Rüzgâr türbini fizibilite analizinde dikkate alınması gereken diğer büyüklük olan geri dönüşüm süresinin incelenmesi amacı ile 3 farklı senaryo ele alınmıştır. İlk olarak türbinden üretilecek olan enerjinin tamamının şebekeye verilmeden tüketildiği düşünülmüştür. 2. senaryoda üretilen enerjinin %50 sinin kullanıldığı %50 sinin ise şebekeye satıldığı düşünülmüştür. Son olarak üretilen enerjinin tamamının şebekeye satıldığı varsayılmıştır. Her bir durum için türbine ait geri dönüşüm süresi hesaplanmış ve Tablo 7 de verilmiştir. Tablo 7. Farklı Senaryolar için Geri Dönüşüm Süreleri Senaryo Geri Dönüşüm Süresi %100 Kullanım 4,4 Yıl %50 Kullanım + %50 Satış 5,9 Yıl %100 Satış 7,2 Yıl Göz önüne alınan senaryolara göre en kısa geri dönüşüm süresi üretilen enerjinin %100 ünün kullanılması durumunda elde edilmiştir. 4. SONUÇLAR Yapılan bu çalışmada 21 Temmuz 2011 Tarihinde kabul edilen Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik çerçevesinde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından 500 kw a kadar lisanssız enerji üretimi ile ilgili yasal düzenleme incelenmiştir. Ayrıca, söz konusu yönetmelik çerçevesinde kurulması muhtemel 500kW lık bir rüzgâr türbinine ait fizibilite analizi gerçekleştirilmiştir. Ele alınan türbinin İzmir/Söke bölgesine kurulması durumunda kapasite faktörü 0,529, birim enerji maliyeti 3,2 Cent/kWh ve üretilen enerjinin %100 kullanımı için geri dönüşüm süresi 4,4 yıl olarak hesaplanmıştır. Yapılan analizler sonucunda ele alınan türbinin söz konusu bölgeye kurulmasının finansal olarak uygun olduğu görülmüştür. Bölgede şebeke bağlantı kriterlerinin sağlaması durumunda 500 kw lık rüzgâr türbinlerinin kurulması birim elektrik maliyetlerini düşürülmesinin yanında son kullanıcıya en yakın yerde üretim yapılacağı için dağıtım sistemine olumlu katkılar sağlayacaktır. Ayrıca 5346 sayılı YEK kanunu ile sayılı Elektrik piyasasında Lisansız elektrik üretimine ilişkin yönetmelik ile yerli ürün kullanımı teşvik edilmektedir. 5. KAYNAKLAR [1] A. Tascikaraoglu, M. Uzunoglu, B. Vural, O. Erdinc, Power quality assessment of wind turbines and 125

5 comparison with conventional legal regulations: A case study in Turkey, Applied Energy, 88 (2011) [2] M. A. Eltawil, Z. Zhengming, L. Yuan, A review of renewable energy technologies integrated with desalination systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13 (2009) [3] Sayılı - Elektrik piyasasında lisanssız elektrik üretimine ilişkin yönetmelik ; 2011 [4] Z. Chen, F. Blaabjerg, Wind farm A power source in future power systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13 (2009) [5] [6] [7] [8] 4628 Kanun - Elektrik Piyasası Kanunu; 2001 [9] TS EN Rüzgâr türbinleri - Bölüm 21: Şebekeye bağlı rüzgâr türbinlerinde güç kalitesi karakteristiklerinin ölçülmesi ve değerlendirilmesi; 2011 [10] Sayılı - Elektrik İletim Sistemi Arz Güvenilirliği ve Kalitesi Yönetmeliği; 2004 [11] 5346 Sayılı- Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun; 2005 [12] kw-ruezgar-tuerbn.html, 25 Temmuz 2011 [13] N.S. Çetin, H. Çelik, K. BaĢaran, Rüzgâr Türbinlerinde Kapasite Faktörü ve Türbin Sınıfı İlişkisi, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), , May 2011, Elazığ, Turkey 126