TÜRKİYE'DE GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALLERİNİN YER SEÇİMİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ: KARAPINAR VE KARAMAN ENERJİ İHTİSAS ENDÜSTRİ BÖLGELERİ ÖRNEKLERİNİN

T.C. ANKARA ÜNİVERSİTESİ SOSYAL BİLİMLER ENSTİTÜSÜ SİYASET BİLİMİ VE KAMU YÖNETİMİ (KENT VE ÇEVRE BİLİMLERİ) ANA BİLİM DALI TÜRKİYE'DE GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALLERİNİN YER SEÇİMİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ: KARAPINAR VE KARAMAN ENERJİ İHTİSAS ENDÜSTRİ BÖLGELERİ ÖRNEKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Yüksek Lisans Tezi HALİL SERHAN SANER Ankara - 2015

T.C. ANKARA ÜNİVERSİTESİ SOSYAL BİLİMLER ENSTİTÜSÜ SİYASET BİLİMİ VE KAMU YÖNETİMİ (KENT VE ÇEVRE BİLİMLERİ) ANA BİLİM DALI TÜRKİYE'DE GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALLERİNİN YER SEÇİMİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ: KARAPINAR VE KARAMAN ENERJİ İHTİSAS ENDÜSTRİ BÖLGELERİ ÖRNEKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Yüksek Lisans Tezi HALİL SERHAN SANER Tez Danışmanı Prof. Dr. AYŞEGÜL MENGİ Ankara - 2015

T.C. ANKARA ÜNİVERSİTESİ SOSYAL BİLİMLER ENSTİTÜSÜ SİYASET BİLİMİ VE KAMU YÖNETİMİ (KENT VE ÇEVRE BİLİMLERİ) ANA BİLİM DALI TÜRKİYE'DE GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALLERİNİN YER SEÇİMİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ: KARAPINAR VE KARAMAN ENERJİ İHTİSAS ENDÜSTRİ BÖLGELERİ ÖRNEKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Yüksek Lisans Tezi Tez Danışmanı: Prof. Dr. AYŞEGÜL MENGİ Tez Jürisi Üyeleri Adı ve Soyası...... İmzası...... Tez Sınav Tarihi

TÜRKİYE CUMHURİYETİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ SOSYAL BİLİMLER ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜNE Bu belge ile, bu tezdeki bütün bilgilerin akademik kurallara ve etik davranış ilkelerine uygun olarak toplanıp sunulduğunu beyan ederim. Bu kural ve ilkelerin gereği olarak, çalışmada bana ait olmayan tüm veri, düşünce ve sonuçları andığımı ve kaynağını gösterdiğimi ayrıca beyan ederim. ( / /2015) Halil Serhan SANER

İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER... i TABLOLAR LİSTESİ... v ŞEKİLLER LİSTESİ... vii KISALTMALAR LİSTESİ... ix GİRİŞ... 1 1. BÖLÜM: DÜNYADA VE TÜRKİYE DEKİ ENERJİ PİYASALARI İÇİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE GÜNEŞ ENERJİSİNİN YERİ... 5 1.1. Enerji Çevre İlişkisi... 5 1.2. Yenilenebilir Enerji ve Güneş Enerjisi... 9 1.3. Dünyada Güneş Enerjisi... 14 1.4. Türkiye de Güneş Enerjisi... 18 2. BÖLÜM: GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ... 29 2.1. Elektrik Üretiminde Kullanılan Güneş Enerjisi Teknolojileri... 29 2.1.1. Fotovoltaik Güneş Teknolojileri... 29 2.1.2. Isıl Güneş Teknolojileri... 33 2.2. Güneş Enerjisi Santralinden Elektrik Enerjisi Üretim Maliyetinin Diğer Santraller İle Karşılaştırılması... 37 2.3. Güneş Enerjisi Santrallerinin Çevresel Etkileri ve Çevresel Etkilerin Diğer Santraller İle Karşılaştırması... 47 2.3.1. Arazi Kullanım Etkileri... 49 2.3.2. Su Kaynakları ve Toprağa Etkileri... 57 2.3.3. Ekosistem ve Biyolojik Çeşitliliğe Etkileri... 62 i

2.3.4. Rutin ve Kaza Sonucu Kimyasal Madde Salımlarından Kaynaklı Etkiler... 67 2.3.5. Hava Kirliliği Etkisi... 70 2.3.6. Görsel Etkiler... 73 2.3.7. Gürültü Kirliliği Etkisi... 75 2.3.8. Kullanılan Malzeme ve Üretime İlişkin Çevresel Etkiler... 77 2.4. Güneş Enerji Santrallerinin Diğer Olumsuz Etkileri... 84 2.5. Güneş Enerji Santrallerinin Çevresel Etki Performansı... 86 3. BÖLÜM: GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALLERİNİN YER SEÇİMİ İLE İLGİLİ YAKLAŞIMLAR... 88 3.1. Faaliyetlerin Verimliliği Açısından Yer Seçim Koşulları... 88 3.2. Çevresel Etkiler Açısından Yer Seçim Koşulları... 97 3.3. Diğer Etkiler Açısından Yer Seçim Koşulları... 102 3.4. Güneş Enerji Santrallerinin Yer Seçimini Etkileyen Mevzuatın Kısıtlayıcı ve Teşvik Edici Olmaları Yönünden İncelenmesi... 104 3.4.1. Endüstri Bölgeleri Kanunu... 104 3.4.2. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun... 106 3.4.3. Çevre Kanunu... 108 3.4.4. Orman Kanunu... 111 3.4.5. Milli Parklar Kanunu... 111 3.4.6. Kara Avcılığı Kanunu... 112 3.4.7. Mer a Kanunu... 113 3.4.8. Toprak Koruma ve Arazi Kullanım Kanunu... 113 3.4.9. Sulama Alanlarında Arazi Düzenlenmesine Dair Tarım Reformu Kanunu 114 ii

3.4.10. Zeytinciliğin Islahı ve Yabanilerin Aşılattırılması Hakkında Kanun... 115 3.4.11. Kültür ve Tabiat Varlıklarını Koruma Kanunu... 116 3.4.12. Kıyı Kanunu... 118 3.4.13. Askeri Yasak Bölgeler ve Güvenlik Bölgeleri Kanunu... 118 3.4.14. Sivil Havacılık Kanunu... 118 3.4.15. Diğer Mevzuat... 119 3.5. Güneş Enerjisi Santrallerinin Nihai Yerseçimi Kriterleri... 121 4. BÖLÜM: KARAPINAR VE KARAMAN ENERJİ İHTİSAS ENDÜSTRİ BÖLGELERİ ÖRNEKLERİNİN YER SEÇİMİ İLE İLGİLİ YAKLAŞIMLAR AÇISINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ... 131 4.1. Karapınar Enerji İhtisas Endüstri Bölgesi... 132 4.1.1. Karapınar EİEB nin Verimliliği Açısından Yer Seçimin Değerlendirilmesi 136 4.1.2. Karapınar EİEB nin Çevresel Etkiler Açısından Yer Seçimin Değerlendirilmesi... 144 4.1.3. Karapınar EİEB nin Yasal Düzenlemeler Açısından Yer Seçimin Değerlendirilmesi... 153 4.2. Karaman Enerji İhtisas Endüstri Bölgesi... 159 4.2.1. Karaman EİEB nin Verimliliği Açısından Yer Seçimin Değerlendirilmesi 163 4.2.2. Karaman EİEB nin Çevresel Etkiler Açısından Yer Seçimin Değerlendirilmesi... 171 4.2.3. Karaman EİEB nin Yasal Düzenlemeler Açısından Yer Seçimin Değerlendirilmesi... 177 SONUÇ... 182 iii

KAYNAKÇA... 190 ÖZET... 201 ABSTRACT... 202 iv

TABLOLAR LİSTESİ Tablo 1.1. Temiz ve Tükenmez Enerji Kaynaklarının Kurulu Güç Kapasite Dağılımı Projeksiyonu (GW)... 18 Tablo 1.2. 2008 Yılı İtibarıyla Türkiye nin Yerli Kaynak Potansiyeli... 19 Tablo 1.3. Türkiye'nin Yenilenebilir Enerji Kaynakları Potansiyeli ve Kullanım Durumu... 20 Tablo 1.4. 2012 ve 2030 Türkiye Kurulu Güç Kaynağına göre Yıllık Toplam Elektrik Enerjisi Üretimi Karşılaştırması... 21 Tablo 1.5. Türkiye'nin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli... 25 Tablo 1.6. Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı... 26 Tablo 2.1. Güneş Kaynaklı Elektrik Üretiminde İlk Kurulum Maliyeti... 38 Tablo 2.2. Enerji Santrallerinin İlk Kurulum Maliyetine Göre Karşılaştırılması... 39 Tablo 2.3. Güneş Kaynaklı Elektrik Üretiminde Birim Maliyetler... 40 Tablo 2.4. Enerji Santrallerinin Marjinal Maliyetlerinin Birim Maliyetler Üzerinden Karşılaştırılması... 41 Tablo 2.5. Yenilenebilir Enerji Destekleme Mekanizması Birim Fiyatları... 42 Tablo 2.6. Çeşitli Ülkelerin Güneş Kaynaklı Enerjiden Elektrik Üretim Birim Maliyetleri Karşılaştırması (USD/KWs)... 44 Tablo 2.7. Çeşitli Ülkelerin Güneş Enerjisi Kaynaklı Elektrik İçin En Yüksek Alım Değerleri... 45 Tablo 2.8. 2019 Yılı Elektrik Üretiminin Birim Maliyet Tahmini... 46 Tablo 2.9. İşletmede Olan, Yapımı Planlanan veya İnşa Halindeki Fotovoltaik ve Isıl Güneş Enerji Santralleri Örnekleri... 52 v

Tablo 2.10. Enerji Üretim Kategorilerine Göre Arazi Kullanım Miktarları... 56 Tablo 2.11. Enerji Santrallerinin Hayat Döngüsünde Su Tüketim Yoğunluğu... 61 Tablo 2.12. Enerji Üretim Sistemlerinin Ekosistem ve Biyolojik Çeşitliliğe Nispi Etkileri... 66 Tablo 2.13. Enerji Üretim Sistemlerinin Görsel Etkilerinin Karşılaştırması... 74 Tablo 2.14. Enerji Üretim Sistemlerinin Gürültü Etkileri Karşılaştırması... 77 Tablo 2.15. Fotovoltaik Modül ve Sistemin Üretimine İlişkin Emisyonlar... 79 Tablo 2.16. Elektrik Üretim Kategorilerine Göre Hayat Döngüsü Sera Gazı Emisyon Yoğunluğu... 83 Tablo 3.1. Farklı Statüye Sahip Alan ve Arazi Kullanış Biçimlerinin Verimlilik, Çevresel Etki ve Mevzuata Uygunluk Bakımından Karşılaştırılması... 122 Tablonun Devamı... 123 Tablo 4.1. Karapınar EİEB nin Arazi Kullanım Kabiliyet Sınıfı Dağılımı... 146 Tablo 4.2. Karaman EİEB nin Arazi Kullanım Kabiliyet Sınıfı Dağılımı... 172 vi

ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 1.1. Ülkelere Göre 2035 Yılı Fosil Kaynaklı Enerji Tüketimi (Milyon Ton Eşdeğeri Petrol)... 6 Şekil 1.2. Küresel Elektrik Talebi İçinde Fotovoltaik Teknolojilerin Yeri... 17 Şekil 1.3. Türkiye Yıllık Ortalama Günlük Güneşlenme Süresi (1985-2013)... 22 Şekil 1.4. Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA)... 23 Şekil 1.5. Türkiye Güneşlenme Saatleri (Saat)... 24 Şekil 1.6. Türkiye Global Radyasyon Değerleri (KWh/m 2 -gün)... 24 Şekil 2.1. Tarihsel Süreçte Üretilen Birim Elektrik Miktarına Göre Fotovoltaik Hücre Maliyetlerinin Değişimi... 47 Şekil 2.2. Enerji Üretim Kategorilerine Göre Arazi Kullanım Miktarları... 57 Şekil 2.3. Enerji Santrallerinin Hayat Döngüsünde Su Tüketim Yoğunluğu... 62 Şekil 2.4. İşletme Halinde Olan Geniş Ölçekli Enerji Üretim Teknolojilerinde Ölümlü Kazaların Karşılaştırması... 69 Şekil 2.5. Birim Enerji Üretimine Göre Zehirli Madde Salımı... 72 Şekil 2.6. Elektrik Üretim Kategorilerine Göre Hayat Döngüsü Sera Gazı Emisyon Yoğunluğu... 83 Şekil 3.1. Avrupa Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası... 90 Şekil 3.2. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası... 91 Şekil 4.1. Karapınar EİEB nin Konumu... 133 Şekil 4.2. Konya İli 1/100.000 Ölçekli Çevre Düzeni Planında Karapınar EİEB ve Yakın Çevresi... 135 vii

Şekil 4.3. Karapınar EİEB nin Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlasındaki Konumu... 137 Şekil 4.4. Karapınar EİEB nin Topoğrafik Yapısı... 138 Şekil 4.5. Karapınar EİEB nin Mevcut Arazi Kullanım Durumu... 139 Şekil 4.6. Karapınar EİEB nin Mülkiyet Durumu... 143 Şekil 4.7. Karapınar EİEB nin Arazi Kullanım Kabiliyet Sınıfları... 146 Şekil 4.8. Karapınar EİEB ve Çevresindeki Koruma Alanları... 149 Şekil 4.9. Konya-Karaman 1/100.000 Ölçekli Çevre Düzeni Planında Karapınar EİEB ve Yakın Çevresi... 158 Şekil 4.10. Karaman EİEB nin Konumu... 160 Şekil 4.11. Konya-Karaman 1/100.000 Ölçekli Çevre Düzeni Planında Karaman EİEB ve Yakın Çevresi... 162 Şekil 4.12. Karaman EİEB nin Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlasındaki Konumu... 163 Şekil 4.13. Karaman EİEB nin Topoğrafik Yapısı... 165 Şekil 4.14. Karaman EİEB nin Mevcut Arazi Kullanım Durumu... 166 Şekil 4.15. Karaman EİEB nin Mülkiyet Durumu... 170 Şekil 4.16. Karaman EİEB nin Arazi Kullanım Kabiliyet Sınıfları... 172 Şekil 4.17. Karaman EİEB ve Çevresindeki Koruma Alanları... 175 Şekil 4.18. Konya-Karaman 1/100.000 Ölçekli Çevre Düzeni Planında Karaman EİEB... 180 viii

KISALTMALAR LİSTESİ AB ABD AC CBS ÇED DC DMİ EİEB ENSAD GEPA : Avrupa Birliği : Amerika Birleşik Devletleri : Alternatif Akım : Coğrafi Bilgi Sistemleri : Çevresel Etki Değerlendirmesi : Doğru Akım : Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü : Enerji İhtisas Endüstri Bölgesi : Enerji İlişkili Ağır Kaza Veri Tabanı : Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası GW : Gigawatt (1.000.000.000 W) KW : Kilowatt (1.000 W) MTEP : Milyon Ton Eşdeğeri Petrol MW : Megawatt (1.000.000 W) OECD OSB REN21 SOLAR PEIS TÜBİTAK TÜİK-ADNKS : Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü : Organize Sanayi Bölgesi : Renewable Energy Policy Network for the 21st Century : Solar Energy Development in Six Southwestern States : Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu : Türkiye İstatistik Kurumu-Adrese Dayalı Nüfus Kayıt Sistemi TW : Terrawatt (1.000.000.000.000 W) W YEKA YEKGM YHKGS : Watt : Elektrik Enerjisi Üretimine Yönelik Yenilenebilir Enerji Kaynak Alanı : Yenilenebilir Enerji Kaynakları Genel Müdürlüğü : Yaban Hayatı Koruma ve Geliştirme Sahaları ix

GİRİŞ Günümüz dünyasında enerji ve teknoloji ekonominin ana etkenlerinden biri olarak değerlendirilmektedir. Ülkelerin rekabet gücünü artırması, ekonomilerini büyütmesi, yaşam kalitesini yükseltmesi ve bunların tümünü sürdürebilir kılması, teknolojik gelişmişlik düzeyleri ile doğrudan ilişkilidir. Teknolojik gelişmişlik ve bunun sürdürülebilirliği ise enerji ihtiyacının artması ve bunun doğru yöntemlerle karşılanması zorunluluğunu ortaya çıkartmıştır. Günümüzde enerji tüketim yoğunluğu önemli bir gelişmişlik göstergesi olarak değerlendirilmektedir. Ancak artan teknolojik gelişmelere ve büyüyen ekonomilere koşut olarak artan enerji ihtiyacının karşılanması günümüz dünyasında önemli bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Konvansiyonel enerji kaynaklarının orta ve uzun vadede tükenecek olmasıyla ilgili yapılan projeksiyonlar ve konvansiyonel üretim sistemlerinin küresel iklim değişikliklerine varan yıkıcı çevresel etkilerine ilişkin sonuçlar, enerji arzında yeni arayışların ortaya çıkmasına neden olmuş, bu arayışlarda ise yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmeyi hızlandırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları ile yeterli, sürekli ve temiz enerjinin temin edilme potansiyeli dünya ülkelerinin enerji arzı politikalarında yapısal değişiklilere neden olmuş ve son 15 yılda bu alana yapılan yatırımları hızla artırmıştır. Enerji arzı ve çevresel etkilerin azaltılması sorunu çerçevesinde hem dünyada hem de ülkemizde önemi her geçen gün artan yenilenebilir enerji kaynakları içinde güneş 1

enerjisi, kaynağı itibariyle hem bol ve bedava hem de sürekli ve yenilenebilir bir enerji kaynağı ve çevre dostu olduğu nitelendirilmektedir. Güneş kaynaklı enerji teknolojileri; daha düşük düzeyde kirletici atık içermesi, yerel olarak uygulanabilmesi, işletme kolaylığı ve dışa bağımlı olmaması gibi üstünlükleri sebebiyle son yıllarda fosil yakıtlardan kaynaklanan çevresel etkilerin azaltılması için kullanılan yaygın bir alternatif enerji kaynağı olmuştur. Bununla birlikte bazı uluslararası kuruluşlar ve çeşitli ülkelerin enerji politikalarında güneş enerjisinin tamamen temiz bir enerji kaynağı olduğu ve herhangi bir çevresel bozulmaya sebep olmadığından bahsedilmektedir. Ülkemizde de benzer olarak konuyla ilgili kurum ve kuruluşların hazırladığı raporlar, güneş kaynaklı enerji üretim teknolojilerinin herhangi bir çevresel bozulmaya neden olmadığı ve bu teknolojiler ile tamamen temiz enerji üretildiğini vurgulamaktadır. Ancak doğaya karşı elde edilen her başarının bir de bedeli vardır ya da "bedelsiz yarar olmaz". Ekolojinin temel ilkelerinden biri olan bedelsiz yarar olmaz ilkesi bu çalışmanın varsayımının temelini oluşturmaktadır. Bu çalışmanın temel varsayımı doğada kaynağı ne olursa olsun üretilen enerjinin mutlaka çevreye olumsuz etkilerinin olacağıdır. Bu çerçevede çalışmada öncelikle enerji-çevre ilişkisi bağlamından hareketle yenilenebilir enerji ve güneş enerjisi, dünya ve Türkiye enerji piyasaları içinde incelenecek ve konunun hızla artan önemi ortaya konulacaktır. Daha sonraki aşamada çalışmanın varsayımını doğrulayabilmek için güneş enerjisi üretim 2

sistemlerinin çevresel etkileri incelenecektir. Güneş enerjisi üretim sistemlerinin çevresel etkilerini kapsamlı bir şekilde ortaya koyabilmek için öncelikle bu üretim sistemlerinin çalışma prensipleri ve teknolojik detayları ele alınacak, bu sistemlerle elektrik enerjisi üretim maliyetinin diğer santraller ile karşılaştırılması yapılacaktır. Çalışmanın ana omurgasını oluşturan bu aşamada farklı çalışma prensiplerine göre faaliyet gösteren güneş enerji santrallerinin olası tüm çevresel etkileri ele alınacak ve bu etkiler; arazi kullanım etkileri, su kaynakları ve toprağa etkileri, ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe etkileri, rutin ve kaza sonucu kimyasal madde salımlarından kaynaklı etkiler, hava kirliliği etkisi, görsel etkiler, gürültü kirliliği etkisi, kullanılan malzeme ve üretime ilişkin çevresel etkiler olmak üzere 8 ana başlıklar altında gruplandırılacaktır. Bu aşamada güneş enerji santrallerinin çevresel etkilerinin daha iyi anlaşılması, avantaj ve dezavantajlarının değerlendirilebilmesi için söz konusu çevresel etkilerin diğer enerji santralleriyle ölçülebilir veriler üzerinden karşılaştırılması yapılacaktır. Bu aşamada elde edilen verilerin değerlendirmesi sonucunda bu çalışma kapsamında ortaya konulan temel varsayımının doğrulanması amaçlanmaktadır. Bir sonraki aşamada güneş enerji santrallerinin yer seçim yaklaşımları bir önceki aşamada ortaya konulan çevresel etkiler başta olmak üzere, faaliyetlerin verimliliği ve mevzuatın kısıtlayıcı ve teşvik edici olmaları yönünden incelenecektir. Bu aşamanın sonunda güneş enerji santrallerinin nihai yer seçim kriterleri belirlenecektir. 3

Çalışmanın son aşamasında ülkemizde yer seçim kararı verilmiş ve resmi ilan süreci tamamlanmış olan Karapınar Enerji İhtisas Endüstri Bölgesi ile fizibilite çalışmaları tamamlanmış olan Karaman Enerji İhtisas Endüstri Bölgesi örnekleri güneş enerji santrallerinin çevresel etkileri, bu etkiler kapsamındaki yer seçim kriterleri, faaliyetlerin verimlilik koşulları ve yürürlükteki yasal düzenlemeler kapsamında değerlendirip karşılaştırılacaktır. 4

1. BÖLÜM: DÜNYADA VE TÜRKİYE DEKİ ENERJİ PİYASALARI İÇİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE GÜNEŞ ENERJİSİNİN YERİ 1.1. Enerji Çevre İlişkisi Enerji, ekonomi ve ekonomik gelişme için ana etkenlerden biri olarak değerlendirilir. Ekonomik gelişme için enerjinin önemi evrensel olarak görülmektedir ve tarihsel veriler de enerjinin varlığı ile ekonomik aktivite arasında güçlü bir bağ olduğunu doğrulamaktadır. Ekonomik büyümede önemli rolü olan enerji, kalkınma programlarının vazgeçilmez unsurudur. Enerji politikaları, özellikle gelişmekte olan ülkelerde, sürdürülebilir kalkınma planlarının tümleşik bir parçasıdır. Dünya pazarında ülkemizin rekabet gücünü artırmak üzere ekonomiyi büyütecek ve yaşam standartlarını yükseltecek yeterli, sürekli ve temiz enerjinin temini, güvenilir ve sürdürülebilir enerji politikaları ile mümkündür (Kahraman, 2010: 1). Endüstri devrimi ve 1970 li yıllarda yaşanan petrol krizlerinin de etkisiyle enerji kullanımı tüm sektörlerde en çok önem verilen konular arasında yer almaya başlamıştır. Her ne kadar 1970'li yılların başlarında gerçekleşen petrol krizi sırasında asıl kaygı enerji fiyatları ile ilgili olduysa da, son 20 yılda bu kaygının yerini çevresel bozulma ve çevresel riskler almaya başlamıştır. İnsanların çevreye olan etkilerinin artması ile birlikte ortaya çıkan çeşitli faktörler çevresel problemlerin daha da büyümesine neden olmuştur. Dünyadaki toplam enerji tüketimini artıran ve çevresel 5

problemleri doğuran bu faktörler ülkelerin ekonomik kalkınma endişeleri, dünya nüfusundaki hızlı artış, şehirleşme, sanayileşme, endüstriyel aktiviteler ve teknolojinin hızla ilerlemesi olarak sıralanabilir. Yapılan projeksiyonlara göre dünyada 2012-2035 yılları arasında fosil kaynaklı enerji tüketimi % 56 oranında artacaktır. Ancak, enerji talebindeki bu artışın her ülkede aynı seviyede olması beklenmemektedir. (International Energy Agency, 2013a: 6; 2013b: 1-3). Ülkelere göre enerji talebi dağılımının aşağıdaki şekildeki gibi olması beklenmektedir. Şekil 1.1. Ülkelere Göre 2035 Yılı Fosil Kaynaklı Enerji Tüketimi (Milyon Ton Eşdeğeri Petrol) Kaynak: International Energy Agency, (2013b), World Energy Outlook, Paris, s.2. 1990 lı yıllardan sonra özellikle gelişmiş ülkelerin enerji talebinde bir yavaşlama gözlenirken, gelişmekte olan ülkelerin talepleri her geçen gün büyümeye devam etmiştir. Bu nedenle, önümüzdeki 30 yıllık süreçte OECD ülkelerinin enerji talebi % 6

17 oranında artarken, OECD dışı ülkelerde ise bu artışın % 90 civarında olması beklenmektedir. Bu grupta, Çin ve Hindistan gibi yüksek nüfuslu ve hızlı bir ekonomik büyüme gerçekleştiren ülkelerin bulunması, Asya kıtasında enerji kaynaklarına olan talebin yükselmesine neden olacaktır (Yılmaz, 2012: 34). Yapılan çalışmalara göre dünyadaki enerji tüketiminin yılda % 1,5 artış gösterdiği ve 2030 yılında enerji tüketiminin günümüze oranla % 35 artacağı öngörülmektedir. Dünyada ihtiyaç duyulan enerjinin çok büyük bir kısmı fosil kaynaklardan (kömür, petrol ve doğalgaz) karşılanmaktadır (International Energy Agency, 2013b: 3-5). Fosil enerji kaynakları ya da klasik enerji kaynakları olarak tanımlanan bu yakıtlar günlük yaşantımızda her alanda kullanılmaktadır. Klasik enerji kaynakları kısıtlı kaynaklardır ve fiyatları her geçen gün artmaktadır. Bu durum dünya ülkelerini ekonomik, politik ve çevresel açıdan yakın zamanda etkileyecek duruma gelecektir. Enerji piyasası, hem enerji tüketimindeki bu artış ve enerji talebini karşılamak için hem de yüksek petrol ve doğalgaz fiyatları yüzünden yeni kaynak arayışına girmiştir. Bu yeni kaynak arayışının iki önemli tetikleyicisi vardır. Bunlardan birincisi artan enerji ihtiyacı ile birlikte geleneksel kaynaklar olarak tanımlayabileceğimiz fosil enerji kaynaklarının hem azalmaya başlaması hem de fiyatlarının artması, ikincisi ise bu kaynakların dünyanın ekolojik dengesi üzerinde ciddi tahribata ve çevre kirliliğine neden olmasıdır. Dünyadaki petrol rezervlerinin 40 yıl, doğalgaz rezervlerinin 67 yıl ve kömür rezervlerinin 227 yıl sonra tükeneceği tahmin edilmektedir. Dünya elektrik enerjisi 7

tüketiminin yaklaşık olarak % 64,5 i fosil yakıtlardan (% 38,7 kömür, % 18,3 doğal gaz, % 7,5 petrol), % 7 si nükleer enerji, % 16,5 i hidrolik enerji ve % 13 ü diğer yenilenebilir enerji kaynaklarından gerçekleşmektedir. Bu rakamlar yenilenebilir enerji kaynaklarının bundan sonra çok daha önemli olacağını ve bu alana yapılacak yatırımların hızla artacağını göstermektedir. Özellikle fosil kaynak rezervleri bakımından zengin olmayan AB ülkeleri ve sanayileşmiş uzak doğu ülkeleri ile enerji tüketimi çok büyük boyutlarda olan ABD bu kaynakların geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması konusunda öncü olmuştur (Yılmaz, 2012: 34). 1990 lı yıllarda çevre bilincinin ve çevre koruma yaklaşımlarının önem kazanması ise yenilenebilir enerji kaynaklarının gelişimini destekleyen ikinci önemli gelişme olarak değerlendirilebilir. Bu bilinç geleneksel enerji üretim ve tüketiminin çevre ve doğal kaynaklar üzerinde yerel, bölgesel ve küresel seviyede olumsuz etkilere neden olduğunun anlaşılmasına ve atmosfere kirlilik yaratıcı emisyon vermeyen yenilenebilir enerji kaynaklarının temiz enerjiler olarak destek görmesine yol açmıştır. Geleneksel kaynaklarla enerji kullanımının küresel ve yerel düzeyde yarattığı çevresel etkilerin ve bunların küresel ısınma ile ilişkisinin açıkça görülmesi neredeyse sıfır emisyona neden olan yenilenebilir enerji kaynaklarının çevresel açıdan önemli bir konuma gelmesine yol açmıştır (Altuntaşoğlu, 2003: 347). Tüm bu nedenler küresel enerji piyasasının geleneksel kaynaklar/fosil yakıtlar yerine temiz enerji olarak nitelendirebileceğimiz yenilenebilir enerji kaynaklarına 8

yönelmesini açıklamaktadır. Bu da yenilenebilir enerji kaynaklarına dönük beklentilerin önceki yıllara kıyasla önemli bir artış göstermesi sonucunu doğurmuştur. 1.2. Yenilenebilir Enerji ve Güneş Enerjisi Yenilenebilir enerji; doğanın kendi evrimi içinde, bir sonraki kısa süreçte aynen mevcut olabilen enerji kaynağı olarak tanımlanabilir. Geleneksel enerji kaynakları (kömür, petrol, doğal gaz, uranyum vb.) dışında kalan, tükenmeyen kendini yenileyebilen enerjidir. Fosil ve nükleer kaynaklara göre çevreye olumsuz etkileri oldukça azdır (Erkınay, 2012: 7). Yenilenebilir enerji kaynakları doğrudan ya da enerjinin başka bir türüne dönüştürülerek kullanılabilir. Yenilenebilir enerji kaynakları, yerli kaynaklar olduğu için ülkelerin enerjide dışa bağımlılığının azalmasını da sağlamaktadır. Gelişmiş ülkelerde teknolojinin yoğun kullanıldığı güneş, rüzgâr, işlenmiş biokütle ve organik atıklar başta olmak üzere, yenilenebilir enerjinin genellikle modern veya dönüştürülmüş formları kullanılmaktadır. Az gelişmiş ülkelerde ise, kırsal bölgelerde ısınma ve yemek pişirme amacıyla, biokütle ve hayvansal atıkların doğrudan kullanımı önemli düzeylerdedir (International Energy Agency, 2007: 6). Yenilenebilir enerji konusundaki küresel yaklaşımlar 2004 yılından itibaren önemli değişikliklere uğramış, son 10 yılda devam eden teknolojik gelişmeler ve 9

yenilenebilir enerji teknolojilerindeki hızlı artışla birlikte bu konudaki potansiyel daha çok kullanılmaya başlamıştır. Endüstriyel ve ticari tüketiciler enerji harcamalarını azaltırken enerji kaynaklarının sürekliliğini sağlamak için hızla yenilenebilir enerji sistemlerine yönelmeye başlamışlardır. 2012 yılında küresel enerji tüketiminin % 19 u yenilenebilir enerjiden karşılanırken, bu oranın 2013 ve 2014 de daha da artması beklenmektedir. Yenilenebilir enerji piyasası küreselleştikçe enerji çeşitliliği artmış, bu da özelikle güneş ve rüzgâr enerjilerine olan talebin artmasına yol açmıştır. 2013 yılı sonu itibariyle ise fotovoltaik teknolojili güneş enerjisi üreticileri ve rüzgâr tribünü üreticileri kar etmeye başlamışlardır (REN21, 2014: 13). 2010 yılında güneş enerjisi kullanan fotovoltaik sistemler, hidro enerji ve rüzgâr enerjisinin ardından üçüncü önemli yenilenebilir enerji kaynağı iken, 2011 yılında fotovoltaik sistemlerin yenilenebilir enerji sistemleri içindeki büyüme hızı % 70 e ulaşarak önemli bir artış göstermiştir (European Photovoltaic Industry Association, 2012: 11). 2013 yılı itibariyle ise dünyada ilk kez güneş enerjisi kullanan fotovoltaik sistemler rüzgâr enerjisi kullanan sistemlerin önüne geçmiş ve güneş sistemlerine daha fazla yatırım yapılmaya başlanmıştır. 2014 yılında da fotovoltaik teknolojileri hızlı bir artış göstermeye devam etmiş ve son beş yılın küresel kapasitesinin yaklaşık % 55 ine ulaşmıştır (REN21, 2014: 13). Bu gelişmelerin yenilenebilir enerji sektöründeki çalışan sayısı üzerindeki etkilerine baktığımızda ise her ne kadar bu sayılar ülkelere ve kullanılan teknolojilere göre 10

değişiklikler gösterse de küresel olarak yenilenebilir enerji sektöründe istihdamın arttığı açıkça görülmektedir. 2014 yılı itibariyle yenilenebilir enerji sektörü dünya çapında doğrudan ve dolaylı olarak yaklaşık 6,5 milyon çalışana ulaşmış, 144 ülke yenilenebilir enerji kullanımı için hedefler belirlemiş, 138 ülke yenilenebilir enerji kullanımı için desteklemek için politikalar geliştirmiştir (REN21, 2014: 14). Dünyadaki ekonomik gelişmeler paralelinde Türkiye de de ekonomik gelişmeler etkilenmiştir. 2000 yılında 78,8 MTEP (milyon ton eşdeğeri petrol) olan birincil enerji kaynakları tüketimi 2011 yılında 114,4 MTEP değerine ulaşmıştır. Aynı dönemde birincil enerji kaynakları üretimi ise 32,2 MTEP olmuştur. Türkiye de 1990-2008 yılları arasında birincil enerji kaynaklarına olan talep dünya ortalamasının 3 katı olmuştur. Yine Türkiye OECD ülkeleri içinde geçtiğimiz 10 yıllık süreçte enerji talep artışının en hızlı olduğu ülkedir. Aynı şekilde Türkiye elektrik talebinde 2000 yılından günümüze büyük ekonomiler içinde Çin (% 174,8) ve Hindistan dan (% 56,8) sonra % 55,3 lük artış oranı ile üçüncü sırada yer almaktadır (Elektrik Üretim Anonim Şirketi, 2012: 2-4). Bu verilere göre önümüzdeki yıllarda enerji arzının ekonomik büyümeye paralel bir şekilde artarak devam etmesi beklenmektedir. Bu talebin 2015 yılı için 170 MTEP, 2020 yılında ise 222 MTEP düzeyine ulaşması öngörülmektedir. Buna karşın yerli enerji kaynakları üretimi bu hızda artmayacak ve dışa olan bağımlılığımız da artacaktır (Yılmaz, 2012: 35). 11

Türkiye nin ithal enerji kaynaklarına % 74 oranındaki bağımlılığının azaltılabilmesi, uluslararası ilişkiler, ekonomi ve istihdam açısından büyük önem taşımaktadır. Dünyada ve Türkiye de yaşanan ekonomi ve enerji konusundaki gelişmelerin, enerji konusunda oluşturulan stratejilerin gözden geçirilmesi ihtiyacını doğurmaktadır (Gökpınar, 2010: 8). Türkiye deki yenilenebilir enerji kaynaklarına baktığımızda ise güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidrolik enerji, jeotermal enerji ve biokütle enerjisi gibi yenilenebilir kaynak potansiyelleri olduğu görülmektedir. Fakat Türkiye enerji ihtiyacının büyük bir kısmını yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılayabilecek potansiyele sahip olmasına rağmen bu kaynakları verimli bir şekilde değerlendirememekte ve potansiyelini tam olarak kullanamamaktadır. 2007 yılında yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerji miktarı 8,47 MTEP olarak belirlenmiştir. Bu toplam birincil enerji arzımızın yaklaşık olarak % 8 ine karşılık gelmektedir. 2007 ve 2008 yılları enerji verimliliği politikasında önemli bir hamle yılı olmuştur. Enerji Verimliliği Kanunu nu takiben değişik sektörleri kapsayan çok sayıda yönetmelik çıkarılmış, ilk defa sanayi sektörü ile sınırlı da olsa enerji verimliliği projeleri desteklenir hale gelmiştir. Ancak halen enerji yoğunluğu değerlerimiz OECD ve AB ortalamasının oldukça üstünde seyretmektedir (Gökpınar, 2010: 3-4). Bunun azaltılması için ilk önce fosil yakıtlara bağımlılığın azaltılması, yerli kaynaklara dayalı sürdürülebilir enerji arzı stratejilerinin geliştirilmesi ve küresel 12

ısınmaya sebep olan sera gazı salımlarının önlenmesi gerekmektedir. Bu doğrultuda enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi ve yenilenebilir enerji kaynakları potansiyelinden yararlanılması gerekliliği TÜBİTAK'ın Ulusal Enerji Ar-Ge ve Yenilik Stratejisi raporunda (TÜBİTAK, 2011: 8) da tavsiye edilmektedir. Bunun yanı sıra, 2005 yılında yürürlüğe giren Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanılmasına İlişkin Kanun ile de özel sektörün yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretmesine imkân sağlanmıştır. Evrendilek ve Ertekin'in Türkiye nin yenilenebilir enerji potansiyeli hakkında yaptıkları araştırmalara göre 2001 yılındaki enerji kapasitesi 2010 yılında 2 katına, 2020 yılında ise dört katına ulaşacaktır (Evrendilek ve Ertekin 2003: 2305). Yine aynı araştırmada yenilenebilir enerji sistemlerinin uygulanmasına gerekli önem verildiği takdirde Türkiye nin enerji ihtiyacının % 90 ının yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanabileceği ve bu yolla küresel ve çevresel problemlerin azaltılabileceği sonuçlarına ulaşılmıştır. Güneş, jeotermal ve rüzgâr enerjilerinin Türkiye de en çok desteklenmesi gereken yenilenebilir enerji kaynakları olduğu belirtilerek 2001 yılında çıkarılan Elektrik Piyasası Kanunu ile de elektrik piyasasında rekabetin önünün açıldığı vurgulanmıştır (Özdemir, 2013: 6). Türkiye nin gerçek potansiyelini tam kapasitede kullandığı takdirde yıllık 800 MW üretme kapasitesine sahip olduğu, bunun yanında 2015 yılı itibariyle yıllık 600 MW üretim kapasitesi hedeflendiği görülmektedir (European Photovoltaic Industry Association, 2012: 36). 13

2020 yılında ise 15.000 MW hidro ve 10.000 MW güneş ve rüzgâr kurulu gücünün ulusal şebekeye bağlanması hedeflenmektedir. İthalat bağımlılığını azaltabilmek, enerji arzı güvenliğini sağlayabilmek ve sera gazı salımlarını düşürebilmek için ülke enerji dengesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılmasına önem verilmelidir. Ülkemiz açısından yenilenebilir enerji kaynaklarının ulaşmış olduğu potansiyel, içinde bulunulan enerji darboğazının aşılması, ithal kaynaklara olan bağımlılığın azaltılması ve döviz kaybının önlenmesi için önemli bir kaynaktır. Özellikle güneş, jeotermal ve rüzgâr kaynaklarından enerji elde etmek için gerekli üretim ve ekipmanların büyük bir çoğunluğunun ülkemizde üretimi imkânı bulunmaktadır. AR-GE çalışmalarına gerekli kaynak ayrılır, uygulamaya yönelik üniversite-ilgili meslek odaları-sanayi işbirliği sağlanır ve bu konuda özellikle ulusal, kamusal çıkarları gözeten bir enerji programı uygulanabilirse; ülkemiz gerek ulusal kaynakları gerek insan gücü gerekse yetişmiş ve deneyimli mühendis yapısıyla gerekli teknolojik hamleyi yapabilecek alt yapıya sahiptir (Gökpınar, 2010: 29-30). 1.3. Dünyada Güneş Enerjisi Güneş enerjisi, yer ve atmosfer sistemindeki fiziksel oluşumları etkileyen başlıca enerji kaynağıdır. Dünya için sonsuz bir enerji kaynağı olan güneşten gelen güç insanlığın yıllık ticari gereksinimin 16.000 katından fazladır. Dünyadaki tüm elektrik santrallerinin toplam gücü; güneşten gelen gücün 61.000 de birinden azdır. Güneşten gelen güç dünyadaki tüm nükleer santrallerin ürettiği toplam gücün 527.000 katıdır (Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, 2014). 14

Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık 1370 W/m² değerinde iken bu değer yeryüzünde 0-1100 W/m² değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji ihtiyacından çok fazladır (Erkınay, 2012: 11). Güneş sistemindeki yaşamın sürekliliği güneşin sağladığı enerji sayesinde mümkün olmaktadır. Bir saat içinde güneşten dünyaya ulaşan enerji dünyanın yaklaşık bir yıllık enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek düzeydedir. Başka bir ifadeyle bu enerji dünyadaki diğer enerji kaynaklarından sağlanan enerjinin yaklaşık 5.000 katıdır. Güneş enerjisi diğer enerji kaynakları potansiyelinin ve dünya genelinde yıllık enerji tüketiminin kat ve kat üstünde bir potansiyele sahiptir (Gazibey, 2012: 8). Güneş ve dünya arasındaki ilişki keşfedildikten sonra güneş ışınlarını elektriğe çevirmek önemli bir araştırma konusu haline gelmiş ve 19. yüzyılda bilim adamları bazı nesnelerin güneş ışığı altında kalınca elektrik ürettiğini keşfetmiştir. İlk güneş hücresi 1893 yılında icat edilmiş ve birçok alanda kullanılmaya başlanarak günümüzdeki güneş enerjisi pillerinin üretilmesine kadar gelişimini devam ettirmiştir (Özdemir, 2013: 3). Endüstrileşmenin başlangıcıyla birlikte güneş bir enerji kaynağı olarak görülmeye başlanmıştır. Güneşin bir enerji kaynağı olarak görülmeye başlaması, fosil yakıtlardan elde edilen enerjinin, dünyayı kirlettiğinin anlaşılmasıyla birlikte daha da önem kazanmıştır (Kahraman, 2010: 14). 15

Bu bağlamda güneş enerjisi klasik enerji kaynaklarına karşı güçlü bir alternatiftir ve geleneksel kaynakların gittikçe azalması, fiyatlarının artması ve kirliliğe neden olmaları gibi birçok sorunu çözebilecek büyük bir potansiyele sahiptir. Güneş enerjisi teknolojilerinin kullanılması ülkelerin mevcut teknolojilerini geliştirmesine, üretim maliyetlerini azaltmasına ve ekonomilerine katkı sağlamasına yardımcı olmaktadır. Fotovoltaik teknolojili güneş enerjisi üretim sistemleri 2000-2010 yıllarından itibaren dünya çapında en hızlı büyüyen yenilenebilir enerji teknolojisi olmuştur. 2000 yılında 1,5 GW olan toplam kurulu güneş enerjisi kapasitesi 2010 yılında 40 GW a ulaşmıştır. Dünyadaki kurulu güneş enerjisi gücü 2000-2007 yılları arasında % 700 oranında artış göstermiş, 2008 sonu itibariyle dünya çapında kurulu termal güneş enerjisi kapasitesi ise 217 milyon metre kareye (21.700 hektar) karşılık gelen 152 GW ye ulaşmıştır. Günümüzde çok sayıda 60-100 MW lık güneş elektrik santralleri bulunmaktadır. Dünya elektrik enerjisi tüketiminde 2012 yılı sonu itibariyle güneş enerjisinin payı % 0,60 olarak gösterilmiştir (Bkz. Şekil 1.2.). Bu oran her ne kadar genel tüketim içinde az olarak görülse de sadece 2008 yılında dünya genelinde 1.000 den fazla büyük çaplı fotovoltaik güneş enerjisi santrali kurulmuş ve işletmeye açılmıştır. Yine 2008 yılında İspanya da 590 adet, tüm Avrupa da 800 adet, ABD de ise 400 adet büyük çaplı fotovoltaik güneş enerji santrali kurulmuş ve dünya genelindeki büyük çaplı 16

fotovoltaik güneş enerji santrali sayısı 2.000 e yaklaşmıştır. Bu gelişmelerle birlikte 2050 yılında dünya enerji tüketiminin % 15 inin güneşten karşılanacağı tahmin edilmektedir. Şekil 1.2. Küresel Elektrik Talebi İçinde Fotovoltaik Teknolojilerin Yeri % 4,7 % 0,6 Fosil ve Nükleer Yakıtlar % 16,5 Hidroelektrik Diğer Yenilenebilir Kaynaklar %78,2 Fotovoltaik Kaynak: International Energy Agency, (2013c), Trends 2013 in Photovoltaic Applications, Survey Report of Selected International Energy Agency Countries Between 1992 and 2012, Paris, s.69. Temiz ve tükenmez enerji kaynaklarının kurulu güç kapasite dağılımının önümüzdeki üç yıl projeksiyonu incelendiğinde güneş enerjisi kullanımında önemli bir artış olduğu görülmektedir (Bkz. Tablo 1.1.). 17

Tablo 1.1. Temiz ve Tükenmez Enerji Kaynaklarının Kurulu Güç Kapasite Dağılımı Projeksiyonu (GW) 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Hidroelektrik 1071 1102 1138 1173 1209 1249 1291 1330 Biyoenerji 75 82 89 96 105 112 119 125 Rüzgâr Enerjisi 236 282 321 368 413 459 508 559 Güneş Fotovoltaik 69 98 128 161 194 230 268 308 Güneş Termal 2 3 4 6 7 8 10 12 Jeotermal 11 11 12 12 13 14 14 15 Okyanus 1 1 1 1 1 1 1 1 Toplam 1465 1579 1693 1815 1914 2073 2211 2351 Kaynak: International Energy Agency, (2013c), Trends 2013 in Photovoltaic Applications, Survey Report of Selected International Energy Agency Countries Between 1992 and 2012, Paris, s.69. 1.4. Türkiye de Güneş Enerjisi Türkiye klasik enerji kaynakları açısından zengin sayılamayacak bir ülkedir. Toplam kömür rezervi ile jeotermal ve hidrolik enerji potansiyeli toplamı, dünya kaynaklarının % 1 ine karşılık gelmektedir. Petrol ve doğalgaz rezervleri ise son derece kısıtlıdır. Artan nüfus, ekonomik gelişme ve gelişen yaşam standartlarına paralel olarak enerjiye olan talep ise her geçen gün artmaktadır. Dünyada yaşanan son ekonomik kriz nedeniyle, 2009 yılında bir önceki yıla göre % 4,5 oranında gerileyerek, 103 MTEP e (milyon ton eşdeğer petrol) düşen birincil enerji kaynakları tüketimi, daha sonraki yıllarda artmaya devam etmiş ve 2011 yılında 114,4 MTEP değerine ulaşmıştır. Bu üretimin 32,2 MTEP kısmı Türkiye nin kendi kaynaklarını kullanarak 18

elde ettiği enerji olup geri kalan 82,2 MTEP kısmı ise ithalat yoluyla karşılanmıştır (Elektrik Üretim Anonim Şirketi, 2012: 3). Enerji kaynakları bakımından net ithalatçı ülke konumunda olan Türkiye de 2009 yılında enerji arzının petrolde ve doğalgazda % 90 ların üzerinde, kömürde ise % 20 oranında olmak üzere toplam % 74 lük bölümü ithalat ile karşılanmıştır. Mevcut durumda ülkemizin ithal bağımlılık oranı % 74 seviyesindedir. 2008 yılı sonu itibariyle tespit edilmiş bulunan yerli enerji kaynakları potansiyeli ise Tablo 1.2 de verildiği gibidir. Tablo 1.2. 2008 Yılı İtibarıyla Türkiye nin Yerli Kaynak Potansiyeli Kaynak Potansiyel Linyit Taşkömürü Asfaltit Ham Petrol Bitümler Hidrolik Doğalgaz Rüzgâr Jeotermal Biyokütle 8,4 milyar ton 1,3 milyar ton 77,5 milyon ton 42 milyon ton 18,5 milyon ton 129,4 milyar kwh/yıl 7 milyar m3 Çok verimli: 8,000 MW Orta verimli: 40,000 MW 32,010 MWt 8,6 MTEP Güneş Enerjisi 32,6 MTEP Kaynak: Doğukan Kahraman, (2010), Güneş Enerjisi Kaynaklı Elektrik Üretiminin Teknik - Ekonomik Analizi ve Yöresel Uygulaması, Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, s.6. 19

Bu dağılıma göre Türkiye nin temel enerji kaynaklarının petrol, linyit, kömür, doğal gaz, jeotermal ve hidrolik enerji olduğu görülmektedir. Türkiye nin kendi üretimi, tüm enerji ihtiyacının ancak % 48 ini karşılayabilmekte olup; mevcut durum yenilenebilir enerji kaynakları açısından Tablo 1.3 de özetlenmektedir (Görez ve Alkan, 2005: 2) Tablo 1.3. Türkiye'nin Yenilenebilir Enerji Kaynakları Potansiyeli ve Kullanım Durumu Yenilenebilir Enerji Kaynağı Mevcut Brüt Potansiyel (GWh/yıl) Teknik Yönden Değerlendirilebilen Potansiyel (GWh/yıl) Ekonomik Yönden Değerlendirilebilen Potansiyel (GWh/yıl) Kullanılan Potansiyel (GWh/yıl) Kullanım (%) Hidrolik 430-450 215 100-130 35330 30 Güneş 365 182* 91** 4,07 4,5 Biyogaz 1,58 0,79* 0,4** 0,067 16,8 Rüzgâr 400 124 98 61 62 Jeotermal 16 8* 4** 0,89 22,5 * Brüt potansiyelin % 50 si alınmıştır. ** Teknik yönden değerlendirilebilen potansiyelin % 50 si alınmıştır. Kaynak: Turgut Görez, Ahmet ALKAN, (2005), Türkiye nin Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Hidroelektrik Enerji Potansiyeli, TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası III. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, İzmir, s.2. Birçok araştırma kurumunun hazırladıkları raporlara göre 2060 yılında dünya enerji ihtiyacının yaklaşık % 60 ı yenilenebilir kaynaklardan karşılanacaktır. Dünya Bankası tahminlerinde güneş enerjisi sektörünün ticari hacmi önümüzdeki 30 yıl içinde 4 trilyon USD olarak yer almaktadır. 2012 ve 2030 yılları için yapılan toplam elektrik enerjisi üretimi dağılımı incelendiğinde ise günümüzde güneş enerjisi potansiyelinden hiç yararlanılmadığı 20

görülmektedir. 2030 yılı tahmini güneş enerjisinden elektrik üretimi ise %5 olarak gösterilmektedir. Tablo 1.4. 2012 ve 2030 Türkiye Kurulu Güç Kaynağına göre Yıllık Toplam Elektrik Enerjisi Üretimi Karşılaştırması Kaynak 2012 2030 TWh % TWh % Doğalgaz 103 43 145 23 Yerli Kömür 65 27 197 32 Hidroelektrik 58 24 94 15 Rüzgâr ve Jeotermal 7 3 72 12 Güneş - - 28 5 Nükleer - - 71 12 Diğerleri 6 2,5 12 Toplam 239 619 Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Güneş kuşağı içinde bulunan ve bu nedenle güneş enerjisi kazancı açısından zengin olan Türkiye, bu potansiyelini henüz tam olarak kullanamasa da coğrafi konumu nedeniyle güneş enerjisi potansiyeli bakımından birçok ülkeden daha avantajlı bir konumda bulunmaktadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü nün güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2.640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1.311 kwh/m²-yıl (günlük 21

toplam 3,6 kwh/m²) olduğu tespit edilmiştir (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Türkiye, 110 gün gibi yüksek bir güneş enerjisi potansiyeline sahiptir ve gerekli yatırımların yapılması halinde Türkiye yılda birim m² den ortalama olarak 1.100 kwh lık güneş enerjisi üretebilir. Güneşten dünyaya saniyede yaklaşık olarak 170 milyon MW enerji geldiği göz önünde bulundurulduğunda, bir saniyede dünyaya gelen güneş enerjisinin, Türkiye'nin enerji üretiminin 1.700 katı olduğu görülmektedir. Türkiye üretim açısından dünyada birinci sırada yer alan Almanya dan daha avantajlı bir konumda bulunmaktadır. Şekil 1.3. Türkiye Yıllık Ortalama Günlük Güneşlenme Süresi (1985-2013) Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Türkiye nin güneş potansiyelini ortaya koymak amacıyla Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası (GEPA) hazırlanmış ve kullanıma sunulmuştur. 22

Bu atlas uluslararası geçerliliği kabul görmüş bir model olan Güneş Radyasyon Modeli ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) teknikleri kullanılarak haritalandırılmıştır. Modelde kullanılacak parametrelerin hesaplanması ve model kalibrasyonun yapılması için Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü ve Devlet Meteoroloji İşleri istasyonlarında 1985-2006 yıllarına ait ölçüm yapılan 22 yıllık güneş ölçüm değerlerinden yararlanılmıştır (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası na (GEPA) göre, Türkiye nin yıllık güneş enerjisi teknik potansiyeli yaklaşık 405 milyar kwh (DNI> 1800 kwh/m 2 -yıl) ve ekonomik potansiyeli yaklaşık 131 milyar kwh (DNI> 2000 kwh/m 2 -yıl) dır. Şekil 1.4. Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA) Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Türkiye nin güneşlenme saatleri değerleri incelendiği zaman günlük ortalama güneşlenme süresinin en düşük değerine 3,75 saat ile Aralık ayında, en yüksek değerine ise 11,31 saat ile Temmuz ayında ulaştığı görülmektedir. 23

Şekil 1.5. Türkiye Güneşlenme Saatleri (Saat) Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Türkiye nin Global Radyasyon Değerleri (kwh/m 2 -gün) incelendiğinde ise global radyasyon değerlerinin en yüksek oranına 6,57 ile Haziran ayında, en düşük oranına ise 1,59 ile Aralık ayında ulaştığı görülmektedir. Şekil 1.6. Türkiye Global Radyasyon Değerleri (KWh/m 2 -gün) Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. 24

Aylara göre Türkiye de güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ise Tablo 1.5 de verildiği gibidir. Tablo 1.5. Türkiye'nin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli Aylar Aylık Toplam Güneş Enerjisi (Kcal/cm 2 -ay) (kwh/m 2 -ay) Güneşlenme Süresi (Saat/ay) Ocak 4,45 51,75 103,0 Şubat 5,44 63,27 115,0 Mart 8,31 96,65 165,0 Nisan 10,51 122,23 197,0 Mayıs 13,23 153,86 273,0 Haziran 14,51 168,75 325,0 Temmuz 15,08 175,38 365,0 Ağustos 13,62 158,40 343,0 Eylül 10,60 123,28 280,0 Ekim 7,73 89,90 214,0 Kasım 5,23 60,82 157,0 Aralık 4,03 46,87 103,0 TOPLAM 112,74 1311 2640 ORTALAMA 308,0 cal/cm 2 - gün 3,6 kwh/m 2 -gün 7,2 saat/gün Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Türkiye'nin güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı incelendiğinde ise en fazla güneş enerjisi alan bölgenin 1.460 KWh/m 2 -yıl ile Güney Doğu Anadolu Bölgesi olduğu, onu 1.390 KWh/m 2 -yıl ile Akdeniz Bölgesi nin izlediği görülmektedir. En az güneş enerjisi alan bölge ise 1.120 KWh/m 2 -yıl ile Karadeniz Bölgesidir. 25

Tablo 1.6. Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı Bölge Toplam Güneş Enerjisi (kwh/m 2 -yıl) Güneşlenme Süresi (Saat/yıl) Güneydoğu Anadolu 1460 2993 Akdeniz 1390 2956 Doğu Anadolu 1365 2664 İç Anadolu 1314 2628 Ege 1304 2738 Marmara 1168 2409 Karadeniz 1120 1971 Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Ancak, bu değerlerin, Türkiye nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır. 1992 yılından bu yana Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü ve DMİ, güneş enerjisi değerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla güneş enerjisi ölçümleri yapmaktadırlar. Devam etmekte olan ölçüm çalışmalarının sonucunda, Türkiye güneş enerjisi potansiyelinin eski değerlerden % 20-25 daha fazla çıkması beklenmektedir (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Bu ışınım şiddetleri ile Türkiye nin, Güneydoğu Anadolu ve Akdeniz bölgeleri içinde kalan ve yüzölçümünün % 17 sini kapsayan bölümünde, güneşli su ısıtıcılarının yıl boyunca tam kapasite ile çalışabilmektedir. Türkiye yüzölçümünün % 63 ünü kapsayan bölümde ise, güneşli su ısıtıcılarının yıl boyunca çalışma oranı % 90 ve ülkenin % 94 ünü kapsayan bir bölümdeki çalışma oranı ise, % 80 dir. Türkiye nin hemen her yerinde, güneşli su ısıtıcılarının yılın % 70 i kadar bir sürede 26

tam kapasite ile çalışabilmektedir. Bu sebeple özellikle ülkenin güney kesimleri ve Ege kıyıları başta olmak üzere bütün bölgelerde güneş enerjisi kolektörleri yoğun olarak sıcak su elde etmek amacıyla kullanılmaktadır. Büyük çoğunluğu Akdeniz, Ege ve Güney Doğu Anadolu bölgelerinde olmak üzere, Türkiye de 3-3,5 milyon konutta güneş kolektörü bulunmaktadır. Bu toplayıcıların tümü 18 milyon m 2 lik alan kaplamakta ve bu alana her yıl yaklaşık olarak 1 milyon m 2 ilave yapılmaktadır. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü verilerine göre 2007 de üretilen enerji miktarı 420 bin ton eşdeğeri petrolün üstündedir. Ayrıca bazı endüstriyel uygulamalar, hacim ısıtma uygulamaları (güneş mimarisi) ile elektrik üretiminde fotovoltaik pillerin kullanımı da gittikçe yaygınlaşmaktadır (Gökpınar, 2010: 34). Güneş enerjisinden elektrik üretimi için potansiyeli yüksek olan dünyanın sayılı ülkelerinden biri olmasına rağmen Türkiye deki çalışmaların yetersiz olmasının en büyük nedeni ise güneş enerjisinden elektrik elde etme maliyetlerinin oldukça yüksek olmasıdır. Yenilenebilir olan bu enerji kaynağının ticari şekilde kullanmasını kısıtlayan en önemli nedenlerden biri bu maliyet yüksekliğidir. Güneşten elektrik üretimi ise 1.000 kw kurulu güç ile pilot uygulamalar seviyesindedir. Şu anda 3.000 dolar olan kw maliyetinin 1.500 dolara düşmesi durumunda ülkemizde de güneşten elektrik üretimi uygulamaları yaygınlaşabilecektir (Gökpınar, 2010: 35). Yapılan çeşitli araştırmalara göre Türkiye de yaklaşık 56.000 MW termik santral kapasitesine eşdeğer güneş enerjisi potansiyelinin bulunduğu ve bu potansiyelden yararlanılması durumunda yıllık ortalama 380 milyar kwh elektrik enerjisi üretilebileceği hesaplanmıştır. 27

Şu anda güneş enerjisi kullanımı daha çok sıcak su temini yönünde olmasına rağmen ilerleyen yıllarda güneş enerji kaynağı açısından gelişmeler yakından takip edilmeli ve elektrik enerjisi üretimi diğer enerji kaynakları ile rekabet edebildiği sürece hızlı bir şekilde potansiyeli değerlendirecek çalışmalar yapılmalıdır. Maliyetlerdeki düşmeye ve özellikle AB ve ABD gibi gelişmiş ülkelerin uyguladığı teşvikler nedeniyle dünyada güneş enerjisinden elektrik elde etme çalışmaları hızlı bir şekilde artmaktadır. Güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kullanımlarına ülke enerji politikalarında yer verilmesi, enerji dış alımlarını azaltabileceği gibi fosil yakıtlardan kaynaklanan çevre kirliliğinin azaltılmasını da sağlayacaktır. 28

2. BÖLÜM: GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ 2.1. Elektrik Üretiminde Kullanılan Güneş Enerjisi Teknolojileri Elektrik üretiminde kullanılan güneş enerjisi teknolojileri, yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermektedir. Bu faaliyetlerin hayat döngüsü içindeki çevresel etkileri ile yer seçimine ilişkin kriterlerin belirlenebilmesi için çalışma prensipleri ve teknolojik detaylarının incelenmesinde yarar bulunmaktadır. Elektrik üretiminde kullanılan güneş enerjisi teknolojileri, fotovoltaik güneş teknolojileri ve ısıl (termal) güneş teknolojileri olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. 2.1.1. Fotovoltaik Güneş Teknolojileri Fotovoltaik sistemlerle elektrik enerjisi üretimi, güneş pilleri ile elektrik enerjisi üretimi olarak da bilinmektedir. Fotovoltaik hücreler denen yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler. Güneş hücreleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerilerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Hücrenin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Sistemin en küçük birimi olan güneş hücresi, pozitif ve negatif olmak üzere en az iki yarı iletken katmandan oluşur. Güneş ışınları hücreye girdiğinde, güneş ışınlarına ait fotonlar, yarı iletkenin atomları 29

tarafından emilir. Negatif katmandaki elektronlar serbest kalarak pozitif katmana doğru ilerler, böylelikle elektrik akımı oluşur. Bunun yanında oluşan elektrik akımı çok küçüktür ve uygulamada kullanım için yeterli değildir. Oluşan elektrik miktarını artırmak için düzinelerce hücre bir araya getirilerek modül oluşturulur. Modüller de bir araya gelerek dizinleri meydana getirir (Texas State Energy Conservation Office, 2014: 2). Güneş enerjisi, güneş hücresinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 30 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş hücresi birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir. Bu yapıya güneş hücresi modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan MegaWatt'lara kadar sistemler oluşturulur. (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Fotovoltaik sistemlerde kullanılan güneş pilleri, yarı iletken maddelerden yapılmış hücrelerden oluşmakta ve bu yarı iletken maddeler çoğunlukla silikondan imal edilmektedir. Silikon atomik yapı itibariyle ısı gördüğünde elektronları hareketli hale geçmektedir. Ancak bu hareket elektrik akımı oluşturmak için yeterli olmayıp silikon atomlarının fosfor ve boron atomları ile zenginleştirilmesi gerekmektedir. Bu şekilde zenginleştirilmiş silikona güneş ışığı verildiğinde harekete geçen elektronlar elektrik akımı oluşturur. Temel olarak fotovoltaik yöntemle elektrik enerjisi elde edilmesi süreci bu şekilde tanımlanmaktadır. (Karataş, 2009: 131-132) 30

Fotovoltaik güneş teknolojilerinin genel elektrik şebekesiyle ilişkisine göre iki farklı gruba ayrılmaktadır. Birincisi ada şeklinde çalışan yani şebekeden bağımsız olarak çalışan sistem, ikincisi ise şebekeye bağlı çalışan sistemdir. Şebekeden bağımsız çalışan ada tipi fotovoltaik sistemler genellikle genel elektrik şebekesinden uzak bölgelerdeki enerji ihtiyaçları için kullanılmaktadır. Bu sistemle ihtiyaç kadar enerji üretilir ve ek bir depolama ünitesinde enerji depolaması yapılır. Tipik bir ada sistemi ile çalışan fotovoltaik güneş enerji santrali ile yüksek düzeylerde elektrik enerjisi üretilebilmektedir. Bunun yanında günlük yaşamda kullanılan hesap makinesi, bahçe lambası, şarj makinesi, telefon vb cihazlar da ada tipinde çalışan fotovoltaik güneş teknolojilerine örnektir. Şebekeye bağlı çalışan fotovoltaik sistemlerdeki temel prensip ise üretilen enerjinin şebekeye verilmesidir. Bu sistemde çalışan yüksek güçteki enerji santralleri doğrudan genel elektrik şebekesi için enerji üretimi yapmaktadır. Yerel ölçekte veya binalarda kullanılan küçük güçlü üretim sistemlerinde, ihtiyacın üstündeki enerji çift yönlü sayaçlarla şebekeye verilebilmektedir. Örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken, üretilen fazla enerji elektrik şebekesine verilir, yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen doğru akım (DC) elektriğin, alternatif akım (AC) elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). 31

Fotovoltaik hücreler pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde kullanılan malzemelerle ilgili teknoloji her geçen gün gelişmektedir. Fotovoltaik hücrelerin yapımında kullanılan malzemeler sistemin yapısı, gücü ve ömrü için farklı maliyet ve verim seçenekleri sunmaktadır. Hâlihazırda en çok kullanılan malzemeler kristal silisyum, galyum arsenit, amorf silisyum, kadmiyum tellürid ve bakır indiyum diseleniddir (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Kristal silisyum; önce büyütülüp daha sonra 150-200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen tek kristal silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuar şartlarında % 24, ticari modüllerde ise % 15'in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen kristal silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de % 2-5 kadar düşük olmaktadır. Verim, laboratuar şartlarında % 18, ticari modüllerde ise % 14 civarındadır (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Galyum arsenit (GaAs); laboratuar şartlarında % 25 ve % 28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarı iletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde % 30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Amorf silisyum; kristal yapı özelliği göstermeyen bu silisyum pillerden elde edilen verim % 10 dolayında, ticari modüllerde ise % 5-7 dolayındadır. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum direkt 32

güneş ışınımı az olan bölgelerde de santral uygulamalarında kullanılmaktadır. Amorf silisyumun bir başka önemli uygulama sahası ise binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci uygulamalarıdır (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Kadmiyum tellürid (CdTe); çok kristal yapıda bir malzemedir ve güneş hücre maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuar tipi küçük hücrelerde % 16, ticari tip modüllerde ise % 7 civarında verim elde edilmektedir. Bakır indiyum diselenid (CuInSe2) malzemesi de kristal yapıdaki bir hücredir ve laboratuar şartlarında % 17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise %10,2 verim elde edilmiştir (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). 2.1.2. Isıl Güneş Teknolojileri Isıl güneş teknolojileri temel olarak güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. Bu sistemlerin en yaygın kullanımı konutlarda sıcak su ısıtma amacıyla kullanılan düzlemsel güneş kolektörleridir. Bu sistemlerde su, doğrudan güneş enerjisinden elde edilen ısı ile ısıtılmakta ve elektrik üretimi olmamaktadır. Diğer taraftan ısıl güneş teknolojileri, fotovoltaik sistemlerle birlikte güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretiminin bir diğer yöntemidir. Isıl güneş teknolojileriyle elektrik üretimindeki temel prensip aslında yukarıda bahsedilen su ısıtma ile başlamaktadır. 33

Isıl sistemlerin çalışma prensibinde yoğunlaştırıcı sistemler ile güneş ışınları belirli bir bölgeye toplanır. Elde edilen sıcaklık ile buhar türbini v.b. bir sistem yardımı ile konvansiyonel bir enerji çevrimi yaratılır ve elektrik enerjisi üretilir. Güneş ışınları yardımıyla, gün içerisinde elde edilen ısı enerjisi, tuz, seramik, beton v.b. sıvı veya katı materyallerde depolanabilir. Böylelikle gece de üretime devam edilerek elektrik enerjisi elde edilir (Karataş, 2009: 141). Görüldüğü üzere bu sistemde güneş enerjisini çeşitli yoğunlaştırıcılar vasıtasıyla belli bir bölgede toplanmakta ve bu enerjiden elde edilen sıcaklık ile akışkanın yani çoğu zaman suyun ısıtılması sağlanmakta. Bu sayede buhar türbinin çalıştırılması ile geleneksel termik santrallere benzer bir elektrik üretimi gerçekleştirilmektedir. Isıl güneş teknolojili santraller ile elektrik üretiminde fotovoltaik sistemlerde olduğu gibi belirli bir yatırım ve işletme faaliyeti bulunmakta ancak fotovoltaik sistemlerden farklı olarak ısıl güneş teknolojilerinde su kullanımı gerekmektedir. Bu durumda ısıl güneş teknolojileriyle çalışan santrallerin ürettiği enerjiye paralel su talebi bulunmaktadır. Son yıllarda ısıl güneş sistemlerinin gelişen teknoloji ile gelecek yıllarda çok önemli ilerlemeler kaydedeceği, çevre dostu ve elektrik enerjisi üretiminde fosil yakıt kaynaklarının yerini alacağından bahsedilmektedir. Ancak enerji üretiminde gereksinim duyacağı su miktarının değerlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. Yoğunlaştırıcı güneş enerjisi sistemleri ile elektrik üretimi için 4 temel elemente ihtiyaç duyulur. Bunlar, yoğunlaştırıcı, alıcı, iletim materyali ve enerji 34

dönüştürücülerdir. Bu yolla elektrik enerjisi üretimi; doğrusal yoğunlaştırıcılar, merkezi güneş kuleleri ve parabolik çanak kolektörler ve noktasal yoğunlaştırıcı kolektörler olmak üzere üç ana teknoloji ile gerçekleştirilir (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014). Doğrusal Yoğunlaştırıcılar: Bu yöntemde, parabolik aynalar aracılığı ile toplanan güneş ışınları odak noktasından geçen bir boru içerisindeki ısıl transfer sıvısını ısıtır. Bu transfer sıvısı, sentetik bir yağ olabilir. 400 o C e kadar ısıtılan bu yağ, ekstra ısıtılmış buhar üretimi için ısı eşanjörlerine pompalanır. Buhar türbinleri vasıtasıyla, elektrik enerjisi üretilir (Greenpeace ve European Solar Thermal Power Industry Association, 2009: 10). Bu sistemin avantajları; kullanılan teknolojinin 12 milyon kwsa ile kanıtlanmış olması, net verimliliğinin % 14 civarında olması, hibrit konsepte uygunluğu, tüm güneş teknolojileri arasında tesis alanı kullanımı en iyi olan teknoloji olması, kullanılan materyal talebinin azlığı ve depolama yapılabilmesidir. Dezavantajları ise yağ tabanlı ısı transferi sağladığı için sıcaklığın 400 o C civarına kadar çıkabilmesi ve dolayısıyla orta şiddette buhar elde edilebilmesidir (Greenpeace ve European Solar Thermal Power Industry Association, 2009: 10). Merkezi Güneş Kuleleri ve Parabolik Çanak Kolektörler: Etrafında parabolik çanak kolektörlerin bulunduğu merkezi bir güneş kulesinden oluşur. Güneş kulesinin tepesinde merkezi bir alıcı bulunur ve parabolik kolektörler, güneş ışınlarını bu noktaya yansıtırlar. Merkezi kule, aldığı güneş enerjisini, ısıl enerjiye çevirir. Bu ısıl 35

enerji vasıtasıyla ekstra ısıtılmış buhar üretilir ve buhar türbinlerine verilir. Buhar türbinleri vasıtasıyla, elektrik enerjisi üretilir. Isıl transfer materyali olarak su/buhar, eritilmiş tuz, likit sodyum veya hava kullanılabilir. Eğer, basınçlı hava veya gaz, 1.000 o C gibi yüksek bir sıcaklığa eriştirilebilirse, elektrik enerjisi üreten bir gaz türbinindeki doğalgazın yerini direkt olarak alabilir. Şebeke bağlantılı tesisler, yüksek şiddette proses sıcaklığı ile elektrik enerjisi üretmektedir. Tek ünite için en yüksek kapasite 10 MW dır. Avantajları; yüksek sıcaklıkta, orta vadede yüksek çevrim verimine sahip olması, depolama yapılabilmesi ve hibrit konsepte uygun olmasıdır. Dezavantajları; uzun vadede performans problemlerinin yaşanabilmesi, yatırım ve işletme maliyetlerinin ticari prosesler için kanıtlanmamış olmasıdır (Greenpeace ve European Solar Thermal Power Industry Association, 2009: 10). Noktasal Yoğunlaştırıcı Kolektörler: Parabolik çanak tipli bir kolektör vasıtasıyla güneş ışınları, odağa yerleştirilen bir alıcıya gönderilir. Merkezdeki alıcı, gaz veya sıvı olarak kullanılan bir transfer sıvısını yaklaşık 750 o C a kadar ısıtır. Bu gaz veya sıvı, stirling motoru veya buhar türbini vasıtası ile elektrik enerjisi üretiminde kullanılır. Şebeke bağlantısız kurulabileceği gibi, küçük ve büyük şebeke bağlantılı olarak da kurulabilir. Tek ünite için en yüksek kapasite 10 kw dır (ABD Enerji Dairesi, 2001: 3). Avantajları; % 30 gibi çok yüksek seviyede net çevrim verimine sahip olması, hibrid konsepte uygunluğu, teknolojisinin kanıtlanmış olmasıdır. Dezavantajları; kitle 36

üretim maliyetlerinin kanıtlanmamış olması ve güvenilirliğinin geliştirilmesi gerekliliğidir (Karataş, 2009: 144). 2.2. Güneş Enerjisi Santralinden Elektrik Enerjisi Üretim Maliyetinin Diğer Santraller İle Karşılaştırılması Güneş enerjisi santrallerinden elektrik üretim maliyetleri kullanılan sistem ve sistemin kullanıldığı bölgeye göre değişiklik göstermektedir. Güneş enerjisi ile elektrik üretiminde maliyeti etkileyen en önemli faktör ilk yatırım maliyetidir. Petrol, doğalgaz, linyit ve kömür gibi konvansiyonel enerji kaynakları ile faaliyet gösteren santrallerin aksine güneş kaynaklı üretimde daimi bir yakıt gideri bulunmamaktadır. Ancak güneş kaynaklı sistemlerde kullanılan malzeme ve ekipman diğer türde faaliyet gösteren santrallerin oldukça üzerinde olduğundan üretilen enerji birim fiyatını doğrudan etkilemektedir. Bu yatırım maliyeti, sistem için gerekli malzeme ve ekipmanı üreten ülkeler için daha düşük olmakta ancak bu malzemeyi üretmeyen ülkeler doğrudan ithalatçı olduğundan kurulum maliyetleri oldukça yüksek olmaktadır. Ülkemiz de güneş enerjili elektrik üretim teknoloji ve malzemelerini halen ithal etmektedir. Güneş kaynaklı elektrik üretiminde kullanılan fotovoltaik ve ısıl sistemler çalışma prensipleri açısından tamamen farklı teknolojiler olup kullandıkları malzemeler ve sonuçta elde edilen verim de farklılık göstermektedir. Bu bakımdan güneş kaynaklı 37

elektrik üretiminde yatırım ve işletme maliyetlerinin bu iki sistem kapsamında ayrı ayrı ele alınması gerekmektedir. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Genel Müdürlüğü 2010 yılı verilerine göre fotovoltaik güneş teknolojilerinin KW başına ilk kurulum maliyeti 5000 ile 6000 USD arasında, ısıl güneş teknolojilerinin ilk kurulum maliyetleri 3000 ile 5000 USD arasındadır. Tablo 2.1. Güneş Kaynaklı Elektrik Üretiminde İlk Kurulum Maliyeti Teknoloji Türü İlk Yatırım Maliyeti (USD /KW) Isı Güneş Teknolojileri 3000-5000 Fotovoltaik Güneş Teknolojileri 5000-6000 Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Güneş enerjisi santrallerinin ilk kurulum maliyetleri fosil kaynaklı santraller ve diğer yenilenebilir kaynaklı üretim yapan santraller ile karşılaştırıldığında oldukça yüksek olduğu görülmektedir. YEKGM nün verilerine göre KW başına fosil kaynaklı faaliyet gösteren linyite dayalı termik santrallerin ilk kuruluş maliyetleri ortalama 1600 $, ithal kömüre dayalı termik santraller 1450 $, doğalgaza dayalı termik santraller 680 $, petrole dayalı termik santraller 2000 $, nükleer santraller 3500 $ dır. Yenilenebilir kaynaklı üretimde rüzgâr santrallerinin ilk kuruluş maliyeti 1450 $, hidroelektrik santrallerin maliyeti ise 750 ile 1200 $ arasında değişmektedir. 38

Tablo 2.2. Enerji Santrallerinin İlk Kurulum Maliyetine Göre Karşılaştırılması Santral Türü USD/KW Doğalgaza Dayalı Termik Santraller 680 İthal Kömüre Dayalı Termik Santraller 1450 Linyite Dayalı Termik Santraller 1600 Petrole Dayalı Termik Santraller 2000 Nükleer Santraller 3500 Hidroelektrik Santraller (baraj gövdesine bağlı olarak değişir) 750-1200 Rüzgâr Santralleri 1450 Isıl Teknolojili Güneş Santralleri 3000-5000 Fotovoltaik Teknolojili Güneş Santralleri 5000-6000 Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Tablodaki veriler incelendiğinde fotovoltaik teknolojili güneş enerji santrallerinin ilk kurulum maliyetlerinin fosil yakıtla faaliyet gösteren santrallerin oldukça üzerinde olduğu görülmektedir. Bu santrallerin ilk kurulum maliyetleri doğalgaz santrallerinin ilk kurulum maliyetlerinin yaklaşık 7,5 katı, kömür santralinin 3,5 katı, linyit santralinin 3 katı, petrol santralinin 2,5 katı ve nükleer santralin 1,5 katıdır. Elektrik enerjisi, diğer enerji kaynaklarının fiziksel ve kimyasal olarak dönüştürülüp kullanılmasıyla elde edilmektedir. Kömür, doğalgaz, petrol, su, nükleer, rüzgâr, güneş, hidrojen, biyogaz, evsel ve sanayi atıkları mevcut teknolojiler aracılığı ile elektrik enerjisine dönüşürler. Genelde bu kaynakların yakılması sonucu elde edilen ısı enerjisi veya rüzgâr ve sudan elde edilen hareket enerjisi büyük jeneratörler aracılığı ile elektrik enerjisine dönüştürülür. Jeneratörler mekanik enerjiden elektrik üreten makinelerdir. Farklı kaynaklardan üretilebilen elektrik enerjisi, kaynakların cinsine göre farklı yapıların inşasını gerektirmektedir. Hidroelektrik santraller büyük 39

baraj inşaatını gerektirirken, nükleer santraller denetim mekanizmasının çok gelişmiş olmasını gerektirmektedir. Dolayısıyla kullanılan kaynaklara bağlı olarak, santrallerin gerek ilk kuruluş maliyetleri gerekse marjinal maliyetleri farklılık göstermektedir (Dolun, 2002: 43-44). İlk kurulum maliyetleriyle beraber elektrik üretim maliyetini etkileyen çok sayıda faktör bulunmaktadır. Fosil kaynaklı faaliyet gösteren santrallerde yakıt maliyeti önemli bir yer tutmaktadır. Ayrıca konvansiyonel enerji santrallerindeki elektrik üretiminde CO2 emisyonlarına ilişkin maliyetler de önemli bir yer tutmaktadır. Farklı kaynaklara göre faaliyet gösteren tüm santrallerde işletme ve amortisman masrafları elektrik üretim birim maliyetlerini etkilemektedir. Tüm faktörler göz önüne alındığında güneş enerjisinden ticari anlamda elektrik üretim maliyetleri, diğer santraller ile karşılaştırıldığından oldukça yüksektir. YEKGM nün 2010 yılı verilerine göre ısıl güneş teknolojilerinde elektrik üretim maliyeti ortalama 0,20 USD/KWs, fotovoltaik teknolojilerinde ise 0,25 USD/KWs olmaktadır. Tablo 2.3. Güneş Kaynaklı Elektrik Üretiminde Birim Maliyetler Teknoloji Türü İlk Yatırım Maliyeti (USD /KW) Enerji Maliyeti (USD /KWs) Isı Güneş Teknolojileri 3000-5000 0,20 Fotovoltaik Güneş Teknolojileri 5000-6000 0,25 Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. 40

Bu maliyetler diğer kaynaklarla karşılaştırıldığında güneş kaynaklı elektrik enerjisinin birim maliyetlerinin oldukça yüksek olduğu görülmektedir. Güneş kaynaklı faaliyet gösteren santrallerde üretilen elektriğin birim fiyatı, maliyeti en yüksek sıralarda olan petrolün 4 katı, nükleer enerjinin ise 3 katından fazladır. Tablo 2.4. Enerji Santrallerinin Marjinal Maliyetlerinin Birim Maliyetler Üzerinden Karşılaştırılması Santral Türü USD/KW Hidroelektrik Santraller (baraj gövdesine bağlı olarak değişir) 0,0005 Linyite Dayalı Termik Santraller 0,025 Doğalgaza Dayalı Termik Santraller 0,03 İthal Kömüre Dayalı Termik Santraller 0,035 Rüzgar Santralleri 0,045 Petrole Dayalı Termik santraller 0,06 Nükleer Santraller 0,075 Fotovoltaik Teknolojili Güneş Santralleri 0,25 Kaynak: Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 2014, http://www.eie.gov.tr. Yenilenebilir enerji kaynaklarından ve özellikle güneş enerjisinden elektrik üretim maliyetlerinin yüksek olması, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde bu teknolojilere destek verilmesi gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Günümüzde gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde yenilenebilir enerji kaynakları ile üretilen elektrik için orta ve uzun vadeli alım garantisi ve desteklenmiş fiyat tedbir politikaları uygulanmaktadır. Ülkemizde ise 2005 yılında Resmi Gazete de yayınlanarak yürürlüğe giren 5346 Sayılı Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı 41

Kullanımına İlişkin Kanun bu kapsamda değerlendirilmektedir. Kanunun temel amacı; yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanımının yaygınlaştırılması, bu kaynakların güvenilir, ekonomik ve kaliteli biçimde ekonomiye kazandırılması, kaynak çeşitliliğinin artırılması, sera gazı emisyonlarının azaltılması, atıkların değerlendirilmesi, çevrenin korunması ve bu amaçların gerçekleştirilmesinde ihtiyaç duyulan imalat sektörünün geliştirilmesidir. Söz konusu kanun kapsamında yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üreten gerçek ve tüzel kişiler; ihtiyaçlarının üzerinde ürettikleri elektrik enerjisini dağıtım sistemine vermeleri halinde aşağıda verilen birim fiyatlardan 2005-2015 yılları arasında geçerli olmak üzere on yıl süre ile faydalanabilmektedir. Ayrıca alım garantisine ait bu sürenin uzatılmasına ilişkin yetki limitsiz olarak Bakanlar Kuruluna verilmektedir. Tablo 2.5. Yenilenebilir Enerji Destekleme Mekanizması Birim Fiyatları Yenilenebilir Enerji Kaynağına Dayalı Üretim Tesis Tipi Uygulanacak Fiyatlar (USD/kWs)* Hidroelektrik üretim tesisi 0,073 Rüzgâr enerjisine dayalı üretim tesisi 0,073 Jeotermal enerjisine dayalı üretim tesisi 0,105 Biyokütleye dayalı üretim tesisi (çöp gazı dahil) 0,133 Güneş enerjisine dayalı üretim tesisi 0,133 Kaynak: 5346 Sayılı Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun I Sayılı Cetvel, 2010. (*) Orijinal kaynakta USCent/kWs olarak verilen birimler diğer göstergeler ile karşılaştırılabilmesi için USD/kWs a standardize edilmiştir. 42

Yukarıda yer alan 2.5. tablosunda fotovoltaik teknolojili güneş enerji santralleri ile elektrik üretim maliyeti 0,25 USD/kWs, 2.4. tablosunda yer alan 5346 Sayılı Kanuna göre devletin alım yaptığı birim fiyat 0,133 USD/kWs dır. Hâlihazır durumda ülkemizde maliyet ve maksimum satış değeri arasında 0,117 USD gibi bir fark bulunmakta ve güneş kolektörleri ile güneş panellerinin işletme giderleri devletin destek mekanizmasının üstünde seyretmektedir. Ancak çeşitli ülkelerde güneş enerjisinden elektrik üretim birim maliyetleri 0,15 USD/kWs altına düşmüş ve gelecek projeksiyonlarına göre güneş potansiyeli yüksek ülkelerde birim maliyetin 0,10 USD/kWs ın altına ineceği öngörülmektedir. Farklı ülkelere göre birim maliyetler incelendiğinde, kullanılan teknoloji, bu teknolojinin üretimi, ülkenin güneş potansiyelini etkileyen coğrafi konumu gibi faktörler ana değişkenler durumundadır. Ancak güneş kaynaklı enerji üretim maliyetleri ile diğer kaynaklardan üretilen enerjinin birim maliyetleri arasındaki oranlar farklı ülke örneklerinde de benzerlik göstermektedir. Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere Federal Almanya nın 2013 yılı değerlerine göre fotovoltaik güneş santrallerinde üretilen elektrik birim maliyeti 0,15 USD/KWs dir. Bu değer her ne kadar diğer kaynaklara yakın olsa da diğer örneklere nazaran düşük seyretmektedir. Fotovoltaik güneş santrallerinde üretilen elektrik birim maliyeti İngiltere de 0,26 USD/KWs, Fransa da 0,39 USD/KWs, Avustralya da 0,11 USD/KWs, ABD de 0,21 USD/KWs dir. Seçilen ülkeler arasında Federal Almanya ve İngiltere nin konumları diğer ülkelere göre dezavantajlı olmakla birlikte Federal 43

Almanya nın geliştirdiği teknoloji ve kullandığı malzemelerde yarattığı öncü rolü sayesinde maliyetleri düşürdüğü görülmektedir. Tablo 2.6. Çeşitli Ülkelerin Güneş Kaynaklı Enerjiden Elektrik Üretim Birim Maliyetleri Karşılaştırması (USD/KWs) Santral Türü Federal Almanya * İngiltere ** Fransa *** Avustralya **** ABD ***** Kömür 0,14 0,22 0,11 0,07 0,08 Doğalgaz 0,15 0,16 0,08 0,07 0,20 Nükleer 0,15 0,16 0,07 0,05 0,07 Hidroelektrik 0,11 0,22 0,03 0,05 0,07 Biyogaz 0,13 0,15 0,13 0,08 0,08 Rüzgar 0,10 0,15 0,09 0,06 0,06 Fotovoltaik 0,15 0,26 0,39 0,11 0,21 Kaynak: (*)Fraunhofer Institut For Solar Energy Systems, 2013, s.3-4, (**) Parsons Brinckerhoff, 2012, s.3-4, (***)World Energy Council, 2013, s.20, (****) Graham, 2006, s.122, (*****) California Energy Commission, 2009, s.3. (Karşılaştırmanın yapılabilmesi için farklı para ve enerji birimleri USD/KWs e standardize edilmiştir.) Seçilen ülkelere göre güneş hariç diğer türlerin birim maliyetlerindeki değişkenlik, fosil kaynaklı enerjinin potansiyeline bağlı olarak farklılık göstermektedir. Ancak Federal Almanya hariç seçilen tüm örneklerde fotovoltaik teknolojili güneş enerji santrallerinde üretilen elektrik birim maliyeti diğer tüm kaynakların birim maliyetlerin üstünde görülmektedir. 5346 Sayılı Kanun ile yenilenebilir enerji destekleme mekanizması kapsamındaki birim fiyatları güneş enerjisi için üretim maliyetlerinin üstünde kalmaktadır. Bu maliyet ve destekleme sistemi diğer ülkeler örneğinde incelendiğinde; Yunanistan 0,536, Fransa 0,440, İspanya 0,429, Federal Almanya 0,428, Portekiz 0,241, İsrail 44

0,204 UDS/kW dır (European Photovoltaic Industry Association, 2011: 53). Ülkeler örneğinde üretim maliyetleri ile alım fiyatları korelasyonu açıkça göstermektedir ki bu ülkelerde ticari olarak güneş enerjisinden elektrik üretimi oldukça kârlıdır. Ülkemizde belirlenen 0,133 UDS/kW alım garantisi güneş enerjisinde kullanılan teknoloji ve malzemeyi ithal eden bir ülke için oldukça düşük düzeyde kalmaktadır. Tablo 2.7. Çeşitli Ülkelerin Güneş Enerjisi Kaynaklı Elektrik İçin En Yüksek Alım Değerleri Ülke UDS/kW Yunanistan (1000 kw'dan büyük sistemler) 0,536 Fransa 0,440 İspanya 0,429 Federal Almanya (1000 kw'dan büyük sistemler) 0,428 Portekiz 0,241 İsrail 0,204 Türkiye (*) 0,133 Kaynak: European Photovoltaic Industry Association, (2011), Market Report, Onehemisphere, s. 53. (*) 5346 Sayılı Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun I Sayılı Cetvel, 2010. ABD Enerji Dairesinin 2019 yılı için öngördüğü birim elektrik üretim maliyetleri incelendiğinde; hâlihazırda 0,21 USD/KWs olan fotovoltaik teknolojili güneş santrallerinde birim maliyetin 0,13 USD/KWs e kadar düşeceği tahmin edilmektedir. Aynı tahminlere göre ısıl güneş santrallerindeki birim maliyetin 0,24 USD/KWs olacağı öngörülmektedir. Diğer kaynaklarla ilgili tahminler ise; jeotermal 0,05, doğalgaz 0,07, rüzgâr 0,08, hidroelektrik 0,08, kömür, nükleer ve biyogaz 0,10 USD/KWs dir. Enerji üretimiyle ilgili yapılan projeksiyonlar fotovoltaik teknolojili 45

güneş enerji üretim maliyetlerinin düşeceği ve diğer kaynaklara yaklaşacağını göstermektedir (ABD Enerji Dairesi, 2014) Tablo 2.8. 2019 Yılı Elektrik Üretiminin Birim Maliyet Tahmini Santral Türü Jeotermal Santral 0,05 Doğalgaz Santrali 0,07 Rüzgâr Santrali 0,08 Hidroelektrik Santral 0,08 Kömür Santrali 0,10 Nükleer Santrali 0,10 Biyogaz Santrali 0,10 Fotovoltaik Güneş Santrali 0,13 Birim Maliyet (USD/KWs) Isıl Güneş Santrali 0,24 Kaynak: ABD Enerji Dairesi, (2013), Levelized Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook, Washington DC, s.35. ABD ve AB ülkelerinde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasına ilişkin verilen teşviklerle güneş enerjisini elektrik enerjisi üretimi için kullanmak ekonomik hale gelmektedir. Ayrıca, fotovoltaik teknolojilerin gündelik yaşamda kullanımlarına ilişkin pratik avantajlar da göz önüne alınması gereken önemli bir husustur. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretimi ile ilgili araştırma ve geliştirme çalışmaları hızla devam etmekte ve her geçen gün yeni teknolojiler ortaya çıkmaktadır. Görülmektedir ki yakın gelecekte, güneş enerjisi, elektrik üretimi anlamında diğer kaynaklarla yarışabilir seviyeye gelecektir. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü üzere 1 watt elektrik üretmek için kullanılan fotovoltaik hücrenin maliyeti 1977 yılında 76,67 USD iken bu değer tarihsel süreçte 46

parabolik bir azalma göstermiş ve 2014 yılında 0,36 USD a gerilemiştir. Yani 1977 yılındaki birim fiyat günümüzdeki birim fiyatın yaklaşık 213 katıdır. Yapılan projeksiyonlar; geliştirilen yeni teknolojilerle günümüzdeki maliyetlerin daha da aşağı çekileceğini göstermektedir. Şekil 2.1. Tarihsel Süreçte Üretilen Birim Elektrik Miktarına Göre Fotovoltaik Hücre Maliyetlerinin Değişimi Kaynak: BLOOMBERG, New Energy Finance, http://about.bnef.com/white-papers. 2.3.Güneş Enerjisi Santrallerinin Çevresel Etkileri ve Çevresel Etkilerin Diğer Santraller İle Karşılaştırması Fosil yakıtlı santrallerin küresel iklim değişikliklerine varan yıkıcı çevresel etkileri günümüzde büyük ölçüde kanıtlanmış ve her geçen gün bu etkilerin azaltılması için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu etkilerin azaltılması ve temiz enerji üretiminin sağlanması için yaygınlaşan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımında güneş enerjisi önemli bir yer tutmaktadır. Ancak doğada kaynağı ne olursa olsun üretilen 47

enerjinin çevreye çeşitli etkileri bulunduğu varsayımından hareketle güneş enerji santrallerinin çevresel etki performansını ölçülebilir veriler üzerinden incelemek büyük önem taşımaktadır. Bu faaliyetlerin çevresel etkilerini anlayabilmek için üretim, kurulum ve işletme aşamalarıyla ilgili süreçlerin değerlendirilmesi gerekmektedir. Tipik bir fotovoltaik güneş enerji santralinin inşa aşamasında fotovoltaik paneller, yerin 1 metre altında seviyelendirilmiş beton temeller üzerine çelik kolonlarla yine çelik ve alüminyum destekler üzerine monte edilirler. Bu yapının kurulabilmesi için arazi örtüsündeki ağaç, çalı, fundalık, sazlık, maki vb. vejetasyon örtüsünün temizlenmesi gerekmektedir (Turney ve Fthenakis, 2011: 3262). Isıl güneş enerji santralleri de fotovoltaik enerji santrallerinde olduğu gibi kuruldukları zemine beton temeller üzerinde çelik kolonlar ile monte edilmektedirler. Bu sistemin kurulabilmesi için fotovoltaik santrallerde olduğu gibi zemindeki vejetasyonun temizlenmesi gereklidir. Bu vejetasyon temizlenmesindeki bir diğer neden ise gölgelenmeden kaçınmaktadır. Güneş enerji santrallerinde gölgelenmenin ve olası bir yangının engellenmesi için bu işlem periyodik olarak tekrarlanmaktadır. Enerji santrallerinin faaliyet gösterdikleri alanlar paneller ile sınırlı olmamaktadır. Santral içindeki erişim yolları, elektriksel donanım ve iletim için gerekli alanlar ile panellerin dizilişi için gerekli alanlar, sadece panellerin kapladığı alanların 2,5 katı genişliğindedir (Turney ve Fthenakis, 2011: 3263). 48

Daha önceki bölümde elektrik üretiminde kullanılan güneş enerjisi teknolojileri; çalışma prensipleri, kullandıkları malzeme ve ekipman ile üretim teknolojileri bakımından iki ana grupta değerlendirilmişti. İki ayrı grupta incelenen fotovoltaik ve ısıl güneş teknolojilerinin bazı çevresel etkileri ortak olmakla birlikte bazı etkileri ise değişik çalışma prensiplerinden dolayı farklılık göstermektedir. Bu kapsamda güneş enerji santrallerinin çevresel etkileri; arazi kullanım etkileri, su kaynakları ve toprağa etkiler, ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe etkiler, rutin ve kaza sonucu kimyasal madde salımlarından kaynaklı etkiler, hava kirliliği etkisi, görsel etkiler, gürültü kirliliği etkisi, kullanılan malzeme ve üretime ilişkin çevresel etkiler olmak üzere toplam 8 ana grupta incelenmiştir. Çevresel etkilerin daha iyi anlaşılabilmesi ve ölçülebilir veriler üzerinden değerlendirilebilmesi için güneş enerji santrallerinin çevresel etkileri ile fosil yakıtlı enerji santralleri ve diğer yenilenebilir enerji santrallerinin çevresel etkileri yine 8 ana başlık altında karşılaştırılmıştır. 2.3.1. Arazi Kullanım Etkileri Güneş enerji santrallerinin doğrudan çevresel etkilerinin başında kurulum yapılacak santral alanındaki mevcut arazi kullanım durumunun değişmesi gelmektedir. Arazi kullanımındaki değişim doğrudan veya dolaylı olan diğer etkileri tetiklemesi açısından büyük önem taşımaktadır (Turney ve Fthenakis, 2011: 3264). Doğada yerleşme, sanayi, ulaştırma vb. insan aktiviteleri gibi enerji santrallerinin kurulacağı alanda yapılan arazi kullanım değişiklikleri zeminde fiziksel ve kimyasal 49

bozulmalara neden olmakta ve doğal yaşamı olumsuz etkilemektedir. Santral alanı kurulacak alandaki bu etkiler doğrudan etkiler kapsamında değerlendirilmektedir. Güneş enerji santrallerinin çevrim verimliliği olarak adlandırılan; kurulu güç alan kullanımı oranına ilişkin verimi oldukça düşüktür. Üretilen birim enerji miktarı diğer enerji santralleri ile karşılaştırıldığında güneş enerji santralleri oldukça büyük alan gerektirmektedir. Kurulu güç ve arazi kullanımına ilişkin çok çeşitli veriler olsa da ortalama verimdeki ısıl güneş enerji santralleri 1.000 MWs kurulu güç için ortalama 1.000 ila 1.500 hektarlık bir alana ihtiyaç duymaktadır (Tsoutsos vd., 2005: 290-291). Benzer şartlarda, ortalama verimdeki fotovoltaik güneş enerji santralleri ise 1.000 MWs kurulu güç için 2.500 hektarlık bir alana ihtiyaç duymaktadır. Fotovoltaik enerji santralinin kapladığı alan aynı miktarda üretim yapan bir kömür santrali alanının 10 katından fazladır. (Turney ve Fthenakis, 2011: 3264). Bu bakımdan ülkemizde güneş enerjisi kaynaklı elektrik üretimi için kurulması planlanan Enerji İhtisas Endüstri Bölgelerinin (EİEB) çevrim verimliliklerini yukarıdaki göstergelerle karşılaştırmakta yarar bulunmaktadır. Bakanlar Kurulu kararıyla ilan edilmiş bulunan Konya Karapınar Enerji İhtisas Bölgesi birbirine yakın mesafede yer alan iki ayrı bölgeden oluşmakta ve toplam 5.956 hektar (59.560.000 m 2 ) genişliğinde bir alanı kaplamaktadır (Resmi Gazete, 08.09.2012/28405). Fotovoltaik sistem ile üretim yapacak Karapınar EİEB de kurulu gücün 3.222 MW olacağı planlanmaktadır (Mevlana Kalkınma Ajansı, 2011: x). Bu 50

oran 1.000 MW lık kurulu güç için yaklaşık 1.911 hektarlık bir alan kullanılacağı anlamına gelmektedir. Kurulması planlanan bir diğer EİEB ise Karaman ilinde yer almakta ve 3.465,6 hektar (34.656.000 m 2 ) genişliğinde bir alanı kaplamaktadır. Fotovoltaik sistem ile üretim yapacak Karaman EİEB nin kurulu gücünün 1.750 MW olacağı planlanmaktadır (Köz vd., 2013: 104-105). Buna göre Karaman EİEB de 1.000 MW lık kurulu güç için yaklaşık 1.980 hektarlık bir alan kullanılacaktır. Son yıllarda dünyada hızla artan fotovoltaik ve ısıl güneş enerji santrallerine ilişkin yatırımlar çerçevesinde alan kullanımı-kurulu güç oranının incelenmesinde fayda bulunmaktadır. Aşağıdaki tablodan görüldüğü üzere farklı santrallerin kurulu gücü (MW) ile kapladıkları alan korelasyonu, bulundukları bölgeye göre değişkenlik göstermektedir. 51

Tablo 2.9. İşletmede Olan, Yapımı Planlanan veya İnşa Halindeki Fotovoltaik ve Isıl Güneş Enerji Santralleri Örnekleri FOTOVOLTAİK ISIL İşletmede Olan Fotovoltaik Güneş Enerji Santralleri Adı Ülke Kurulu Güç (MWp) Alan (ha) Topaz Solar Farm ABD 550 2.500 Desert Sunlight Solar Farm ABD 550 1.600 Huanghe Hydropower Golmud Solar Park Çin 317 564 Solarpark Meuro Federal Almanya 166 200 Montalto di Castro Photovoltaic Power Station İtalya 140 166 Perovo Solar Park Ukrayna 133 200 Toul-Rosières Solar Park Fransa 115 367 Yapımı Planlanan veya İnşa Halindeki Fotovoltaik Güneş Enerji Santralleri Adı Ülke Kurulu Güç (MWp) Alan (ha) Ladakh Power Project Hindistan 5.000 8.093 Westlands Solar Park ABD 2.700 12.000 Ordos Solar Project Çin 2.000 6.500 Bulli Creek Solar Farm Avustralya 2.000 5.260 Mohammed bin Rashid AlMaktoum Solar Park Birleşik Arap Emirlikleri 1.000 4.045 Quaid-e-Azam Solar Park Pakistan 1.000 4.045 İşletmede Olan Isıl Güneş Enerji Santralleri Adı Ülke Kurulu Güç (MWp) Alan (ha) Ivanpah Solar Power Facility ABD 1.000 1.420 Solar Energy Generating Systems ABD 662 647 Solnova Solar Power Station İspanya 250 1.000 KaXu Solar One Güney Afrika 100 1.100 Shams Solar Power Station Birleşik Arap Emirlikleri 100 250 Yapımı Planlanan veya İnşa Halindeki Isıl Güneş Enerji Santralleri Adı Ülke Kurulu Güç (MWp) Alan (ha) Ouarzazate Solar Power Station Fas 160 250 Ashalim Power Station İsrail 121 315 Crescent Dunes Solar Energy Project ABD 110 647 Cerro Dominador Solar Thermal Plant Şili 110 148 El Reboso 2+3 İspanya 100 100 Kaynak: Tablo Wikipedia, List of Photovoltaic Power Stations, http://en.wikipedia.org/wiki/list_of_photovoltaic_power_stations ve Wikipedia, List of Solar Thermal Power Stations, http://en.wikipedia.org/wiki/list_of_solar_thermal_power_stations verilerinden faydalanılarak hazırlanmıştır. 52

Yüksek kapasiteli enerji üretimi için büyük alanlara ihtiyaç duyan güneş enerji santralleri, yer seçtikleri arazilerde önemli tahribata neden olmaktadırlar. Kurulum yapılan santral alanlarının zemininde mevcut vejetasyona yönelik büyük çaplı temizlik işlemleri yapılmaktadır (RESET, 2014). Vejetasyonun temizleme işlemi; gölge oluşmaması ve faaliyet alanındaki yüksek sıcaklık yayılımından dolayı olası bir yangının engellenmesi için faaliyet süresince periyodik olarak tekrarlanmaktadır. Temizleme işlemi fiziki olarak vejetasyonun sökülüp taşınması şeklinde olmakla birlikte bitkileri yok eden herbisit türevi maddeler kullanılarak da yapılmaktadır (Turney ve Fthenakis, 2011: 3263). Bu temizlik işlemlerinin farklı arazi kullanış biçimlerine olumsuz etkileri bulunmaktadır. Güneş enerji santrallerinin bulunduğu arazilerde periyodik olarak yapılan fiziki temizlik işlemi, arazi kullanış biçimini doğrudan etkilerken, kimyasal temizlik ise toprağın ve suyun kirlenmesine neden olmaktadır. Güneş enerji santrali kurulacak alanlardaki zemini olumsuz etkileyen bir diğer işlem ise toprakta yapılan sıkıştırma ve tesviye işlemleridir. Bu işlemler arazinin topoğrafik yapısını değiştirmekte ve toprağın doğal yapısını tamamen etkilemektedir. Topoğrafik yapıdaki bu değişim doğal drenaj kanallarının bozulmasına neden olmakta ve toprağın o bölgede azalarak erozyona uğramasına neden olmaktadır. Ayrıca drenaj kanallarının yok olması sel ve su baskınlarına da neden olmaktadır (Solar Energy Development Programmatic EIS, 2014). 53

Güneş enerji santrallerinin tarımsal amaçlı kullanılan arazilere de olumsuz etkileri bulunmaktadır. Hâlihazırda tarımsal amaçlı kullanılan veya ekim-dikim yapılmayıp da arazi kullanım kabiliyet sınıfı tarımsal amaçlı üretime uygun olan arazilerde kurulan güneş enerji santralleri bu alanların kullanım kabiliyet sınıflarını düşürmektedir. Özellikle eğimi düşük sulanabilir mutlak tarım arazileri üzerinde kurulan santral alanlarında yapılan temizleme ve sıkıştırma işlemleri, bu arazilerin topoğrafik yapısını bozmakta ve bu araziler üzerinde yer alan toprağın doğal yapısını değiştirmektedir. Güneş enerji santralleri faaliyet dönemleri boyunca tarım arazilerinde önemli bir üretim kaybına sebep olmaktadır. Ancak asıl önemli etki bu arazilerin topoğrafik yapısının ve doğal toprak yapısının bozulması nedeniyle olmaktadır. Bu bozulma faaliyet dönemi sonrasında tarım arazilerinin amacı dışında kullanılmasının önünü açmakta ve verimli tarım arazilerinin kaybına neden olmaktadır. Diğer taraftan günümüzde ülkelerin enerji politikalarında dışa bağımlı olmayan enerji üretimine çevreye rağmen izin verilmesi, güneş kaynaklı enerji üretim teknolojilerinin ucuzlaması, verilen teşvikler ve uygun alan arayışları, çiftçilerin yoğun olarak bu arazileri yatırımcılara kiralamasına neden olmaktadır. Arazi Kullanım Etkiilerinin Diğer Enerji Üretim Kategorileriyle Karşılaştırılması: Farklı üretim kategorilerinde dolaylı arazi kullanım etkileri dikkate alınmadan sadece enerji üretimi için faaliyet yapılan santral alanları karşılaştırıldığında; güneş enerji 54

santrallerinin çevrim verimliliği olarak adlandırılan üretilen enerji/kullanılan alan oranına ilişkin verimi oldukça düşüktür. Enerji üretim tesislerinin sadece faaliyet gösterdikleri santral alanları dikkate alındığında, hem fotovoltaik hem de ısıl sistemli güneş enerji santralleri; baraj tipi hidroelektrik santralleri hariç diğer tüm enerji üretim tesislerinden daha fazla alan kaplamaktadır. Birim enerji miktarının üretilmesi için fotovoltaik güneş enerji santrallerinin alan kullanımı konvansiyonel kategorilerle karşılaştırıldığında; petrol ortalamasının yaklaşık 15 katı, doğalgaz ortalamasının yaklaşık 20 katı, kömürün yaklaşık 40 katı, nükleerin ise yaklaşık 190 katı bir alana ihtiyaç duymaktadır. Birim enerji üretimi için gerekli alan miktarı diğer yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılaştırıldığından fotovoltaik güneş enerji santralleri rüzgârın yaklaşık 16 katı, jeotermalin yaklaşık 13 katı alana ihtiyaç duymaktadır. Yapılan bu karşılaştırmada güneş enerji santrallerinden daha fazla alan gereksinimi olan tek üretim kategorisi baraj tipi hidroelektrik santrallerdir. Birim enerji miktarının üretiminde baraj tipi hidroelektrik santraller fotovoltaik güneş enerji santrallerinin 5 katından fazla bir alanı kapsamaktadır (Applied Energy Studies Foundation, 2010: 67-68). Ancak bu tesisler elektrik üretimiyle birlikte aynı zamanda içme suyu, sulama ve taşkın kontrol amaçlı da faaliyet gösterebilmektedir. Konvansiyonel enerji üretim tesisleri güneş enerji santralleri ile karşılaştırıldığında daha küçük alanlarda faaliyet göstermektedirler. Ancak konvansiyonel santrallerde kullanılan yakıt için yüzeysel ve yeraltı madencilik faaliyetleri, petrol ve doğalgaz 55

arama, çıkarma ve işletme faaliyetleri yapılmaktadır. Bununla birlikte kullanılan yakıtın karayolu, demiryolu, denizyolu ve boru hatları ile taşınımı vb. inşa faaliyetleri dikkate alındığında alan kullanımına ilişkin etkiler büyümektedir. Benzer olarak hidroelektrik enerji santralleri için inşa edilen gövde ve rezervuar alanları ile bu faaliyetler için kurulan ve işletilen malzeme ocaklarının alan kullanımını arttırdığı ve çevreye olumsuz etkileri olduğu açıktır. Bu bakımdan konvansiyonel enerji üretim sistemlerinin yakıt gereksinimi için gerekli madencilik vb. faaliyetler ile atık ve ulaştırmaya ilişkin dolaylı arazi kullanış etkileri bütüncül olarak değerlendirildiğinde; bu etkilerin güneş enerji sistemlerinin arazi kullanım etkileri ile karşılaştırılabilir düzeylerde olduğu görülmektedir (Kammen, 2011: 14). Tablo 2.10. Enerji Üretim Kategorilerine Göre Arazi Kullanım Miktarları Santral Türü Arazi Kullanım (m 2 /GWs) Hidroelektrik Santral (Baraj Tipi) 2350 Isıl Güneş Santrali 370 Fotovoltaik Güneş Santrali 340 Doğalgaz Santrali 320 Kömür Santrali(Yüzeysel madencilik) 240 Nükleer Santral 130 Kaynak: Vasilis Fthenakis, Hyung Chul KIM, (2009), Land Use And Electricity Generation: A Life-Cycle Analysis, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, s.1471. 56

Şekil 2.2. Enerji Üretim Kategorilerine Göre Arazi Kullanım Miktarları 2500 2350 Arazi Kullanım (m2/gws) 2000 1500 1000 500 370 340 320 240 130 0 Hidroelektrik Isıl Güneş Fotovoltaik Güneş Doğal Gaz Kömür Nükleer Kaynak: Vasilis Fthenakis, Hyung Chul KIM, (2009), Land Use And Electricity Generation: A Life-Cycle Analysis, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, s.1471. 2.3.2. Su Kaynakları ve Toprağa Etkileri Isıl güneş enerjisi santralleri fosil yakıtlı enerji santrallerinde olduğu gibi soğutma suyu kullanmaktadırlar ve kullandıkları soğutma suyu miktarı ürettikleri enerji miktarına paralel olmaktadır. Büyük ölçekli ısıl güneş enerji santrallerinde kullanılan su miktarı santralin bulunduğu bölgedeki su kaynaklarını zorlayabilmektedir (Turney ve Fthenakis, 2011: 3266). 50 MW lık tipik bir ısıl güneş santrali yılda 0,4-0,5 milyon m 3 soğutma suyuna ihtiyaç duymaktadır. 50 MW lık santral alanının ihtiyaç duyduğu su miktarı ile yine aynı büyüklükte ve yarı kurak bir iklimde bulunan bir tarım arazisi sulanabilmektedir. Isıl güneş santrallerinde panellerin yüksek ışık yansıma durumunun korunması gerektiği için paneller periyodik olarak su ile yıkanıp temizlenmektedirler. Bu işlem için gerekli su miktarı soğutma suyu için gerekli su 57

miktarının ortalama yüzde biri kadar olmakla birlikte 50 MW lık santral için yıllık 4000 ila 5000 m 3 arasında değişmektedir. Yıkama ve temizleme için gerekli su miktarı bölgedeki yağış rejimine göre değişiklik göstermektedir. Ayrıca kurak arazilerde ve çöllerde faaliyet gösteren ısıl güneş santralleri kum ve tozdan olumsuz etkilenmekte, daha sık temizleme ve daha çok su kullanımı gerekebilmektedir (Fabrizi, 2012: 3). Diğer taraftan fosil yakıtlı santrallerde olduğu gibi ısıl güneş santrallerinde kullanılan soğutma suyu, su kaynağına geri verilmekte ve bu durum bölgedeki su kaynağında kirliliğe ve termal dengenin bozulmasına neden olmaktadır (Turney ve Fthenakis, 2011: 3266). Isıl güneş santralleriyle karşılaştırıldığında fotovoltaik güneş enerji santrallerinin işletme esnasında su kullanımı yok denecek kadar azdır. Çalışma prensibi itibariyle fotovoltaik modüller güneş enerjisini elektriğe doğrudan dönüştürmekte ve bu sistemde soğutma suyu kullanımı gerekmemektedir. Ancak fotovoltaik enerji santrallerinin işletme aşamasından önceki süreç olan kullanılan malzeme ve ekipmanın üretimi sürecinde su kullanım yoğunluğu oldukça yüksektir. Silikon hammaddeli fotovoltaik modüllerin üretiminde, sistemden elde edilen her 1 W enerji başına 2000 litre su tüketilmektedir. Kullanılan suyun büyük bir bölümü olan % 66-68 i silikonun yüksek oranda saflaştırılması için kullanılmaktadır. (Fthenakis ve Kim, 2010: 2043). Günümüzde daha az düşük yoğunlukta hammadde gereksinimi olan admiyum tellürid (CdTe) filmler silikon malzemeler ile 58

karşılaştırıldığında daha düşük enerji yoğun süreçlerde üretilirler. Buna paralel olarak üretim sürecinde kullanılan su miktarı da azalmakta ve yaklaşık 800 L/MWs düzeylerine inmektedir (Kammen, 2011: 13). Güneş enerji santrallerinin toprak ve su yapısına en önemli etkilerinden biri erozyonun artması ve akarsularda sediment yükünün yükselmesidir. Vejetasyonun yok edilmesi, hava ve yağmur suyundaki kirleticilerin filtrasyonunun azalmasına, yeraltı su döngüsünün azalmasına ve sel riskinin artmasına neden olmaktadır (ABD Enerji Dairesi, 2011: 121). Örneğin eğimli bölgelerde kurulan enerji santrallerinde erişim yolları arasında yer alan paneller bağ alanlarındaki yapıya benzer olarak erozyona neden olmaktadır. Yapılan araştırmalarda orman, mer a, çayırlık, bataklık vb. arazinin doğal kullanım vasfının değiştirilmesi ve o bölgede tarımsal faaliyet yapılması toprağın geçirgenlik değerleri, yüzeysel akış oranı ve buharlaşması gibi temel özelliklerini değiştirmekte ve arazilerin doğal vasfında bozulmaya neden olmaktadır. Güneş enerji santrallerinin kurulumu için yapılan doğal vejetasyonun temizlenmesi ve toprakta yapılan sıkıştırma ve tesviye işlemleri de aynı tarımsal faaliyetlerde olduğu gibi o alanın geçirgenlik değerleri, yüzeysel akış oranları ve buharlaşmasını etkilemekte ve toprak üzerinde etkileri uzun süren bozulmalara sebep olmaktadır (Turney ve Fthenakis, 2011: 3265). Son dönemde İspanya da büyük bir hızla artan güneş enerji santrallerinin bir bölümü % 10 ve üstü yüksek eğimli ve ormanlık alanlarda kurulmaktadır. Ormanlar doğadaki 59

ekolojik dengenin sağlanmasında büyük önem taşımakla birlikte taşkın ve sel riskini azaltmakta ve suyun doğal yollarla arıtılmasını sağlamaktadır. Ormanlık alanlarda kurulan güneş enerji santralleri nedeniyle bölgenin hidrojeolojik yapısı bozulmakta, taşkın ve sel riski artmakta, suyun doğal yollarla arıtılması engellenmektedir. Bu nedenle o bölgelerdeki yerel yönetimler bozulan doğal yapının etkilerini giderebilmek için ek yatırımları göze alarak taşkın ve selle mücadele etmekte, temiz su kaynakları bulma ve işletmeye açma için ek inşa faaliyetlerine girişmektedir (ABD Enerji Dairesi, 2011: 121). Su Kaynakları ve Toprağa Etkilerin Diğer Enerji Üretim Kategorileriyle Karşılaştırılması: Enerji geliştirme ve kullanma kararlarının su kaynakları üzerinde doğrudan etkisi bulunmaktadır. Enerji talebinin artacağı yönündeki projeksiyonlar bu talebi karşılamak için daha fazla su kullanımının gerekeceği yönündeki projeksiyonlara paralellik göstermektedir. Fosil yakıtların elde edilmeye başlanmasından beri bu yakıtlar enerji üretimi için kullanılmaktadır. Temel olarak fosil yakıtların elektriğe dönüşümü termoelektrik santraller ile gerçekleştirilmektedir. Hidroelektrik santraller elektrik üretiminde suyun doğrudan enerjisinden faydalanılırken termoelektrik santraller fosil yakıtların yanmasıyla elde edilen sıcak su ve buhar ile elektrik üretmektedirler (Edenhofer vd., 2012: 741). Farklı kategoride faaliyet gösteren enerji santrallerinin hayat döngüsünde üretilen birim enerjide tüketilen su miktarı karşılaştırıldığında 5300 L/MWs ile hidroelektrik 60

santraller en başta gelmektedir. Suyun doğrudan enerjisinden yararlanan bu santrallerin aynı zamanda sulama, içme suyu ve taşkın kontrol amaçlı da kullanıldığı unutulmamalıdır. Su tüketimi yoğun sistemlerin başında 3700 L/MWs lik tüketimle ısıl güneş santralleri gelmektedir. Konvansiyonel santraller gibi soğutma suyu kullanan ısıl güneş enerji santrallerinin su tüketim miktarı, ortalama 3100 L/MWs lik kömür, petrol, nükleer ve doğalgaz santrallerinin biraz üstündedir. Tablo 2.11. Enerji Santrallerinin Hayat Döngüsünde Su Tüketim Yoğunluğu Enerji Santrali Su Tüketimi (Litre/MWs) Hidroelektrik 5300 Güneş (Isıl - su soğutma) 3700 Kömür (devir daim) 3100 Nükleer (devir daim) 3100 Petrol (devir daim) 3100 Doğalgaz (devir daim) 3100 Güneş (Isıl - kuru soğutma) 300 Güneş (Fotovoltaik) 15 Rüzgâr 4 Kaynak: Vasilis Fthenakis, Hyung Chul KIM, (2010), Life-Cycle Uses of Water In U.S. Electricity Generation, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, s.2043. Aynı verilere göre fotovoltaik güneş enerji santrallerinin 15 L/MWs lik su tüketimiyle en alt sıralarda yer aldığı ve üretilen enerji miktarına kıyasla su kaynaklarına tehdit oluşturmadığı görülmektedir. 61

Şekil 2.3. Enerji Santrallerinin Hayat Döngüsünde Su Tüketim Yoğunluğu 6000 5000 5300 Su Tüketimi (L/MWs) 4000 3000 2000 3700 3100 3100 3100 3100 1000 0 Hidroelektrik Güneş (Isıl- su soğutma) Kömür (devirdaim) Nükleer (devirdaim) Petrol (devirdaim) Doğal Gaz (devirdaim) 300 Güneş (Isıl-kuru soğutma) 15 Güneş (Fotovoltaik) 4 Rüzgar Kaynak: Vasilis Fthenakis, Hyung Chul KIM, (2010), Life-Cycle Uses of Water In U.S. Electricity Generation, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, s.2043. 2.3.3. Ekosistem ve Biyolojik Çeşitliliğe Etkileri Güneş enerji santrallerinin ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe temel etkisi, bu faaliyetlerin kapladıkları geniş alanla ilişkilidir. Enerji santrallerinin etrafı çeşitli yöntemlerle çevrildiğinden hayvanların hareketlerini engellenmektedir. Santrallerin kurulumunda toprağın kazılması, sıkıştırılması ve vejetasyonun fiziki ve kimyasal yöntemlerle temizlenmesi gerekmektedir. Çevredeki hayvanların barınakları, avlanmaları ve beslenmeleri bu büyük alan kaplayan faaliyetlerden etkilenmekte ve bu faaliyetler hayvanların yaşam ortamını olumsuz yönde etkilemektedir. Enerji santrallerinin kurulumunda zemin ve toprağın doğal yapısında yapılan değişiklik bölgenin doğal vejetasyonunu bozmakta ve kalıcı zararlara neden 62

olmaktadır. Ayrıca santrallerde kullanılan paneller alanı uzun süreli gölgelenmekte ve bu durum mikro klimanın doğal olmayan yollarla değişmesine neden olmaktadır. Gölgelenme ile değişen mikro klimanın yarattığı etkiler ve sonuçları günümüzde halen üzerinde çalışılmamış bir konu olarak değerlendirilmektedir (Turney ve Fthenakis, 2011: 3265). Güneş enerji santrallerinin yaban hayat üzerindeki etkisini anlamak için temel gösterge ise yaban nüfusundaki azalmadır (Turney ve Fthenakis, 2011: 3265). Güneş enerji santrallerinin kuşlar, yarasalar ve böcekler üzerinde de olumsuz etkileri kanıtlanmış durumdadır. Büyük alanlar kaplayan bu faaliyetler, çevrelerinde yoğun bir ışık yansıması yaratmakta ve bu durum termal dengenin bozulmasına neden olmaktadır. Güneş enerji santrallerinin yakınında yapılan ölçümlerde yoğun yansıma ve termal dengenin değişiminden olumsuz etkilenen kuşların ve böceklerin öldüğü tespit edilmiştir. Diğer taraftan yoğun ışık yansımasına neden olan güneş enerji santrallerinin kuşların göç hareketlerini de olumsuz etkilediği bilinmektedir (Wagner vd., 1984: 7). Isıl güneş enerji santralleri fosil yakıtlı santrallerde olduğu gibi soğutma suyuna ihtiyaç duymaktadırlar. Üretilen enerji miktarına paralel olarak kullanılan soğutma suyu bölgedeki su kaynaklarını zorlamakta bu da o bölgenin ekosisteminde olumsuz etkilere neden olmaktadır. Özellikle bölgedeki su kaynaklarından su çekilmesi ve soğutma sularının bu kaynaklara geri verilmesi, bu kaynaklarda kirlilik yarattığı gibi sudaki termal dengenin de bozulmasına neden olmaktadır. Bölgedeki su canlıları ve su kaynaklarıyla ilişkili olan doğal yaşam bu döngüden olumsuz etkilenmektedir. 63

Yüzey sularında olduğu gibi yeraltından çekilen yüksek miktardaki su da bölgenin su rejimini olumsuz etkilemektedir. Güneş enerji santrallerinin yaban hayata diğer bir etkisi bu faaliyetler çevresinde oluşan manyetik alandan kaynaklanmaktadır. Büyük alan kapsayan enerji santrallerinde üretilen elektrik doğal olarak manyetik alan yaratmakta ve bu manyetik alan doğal yaşamı olumsuz etkilemektedir (RESET, 2014). Ekosistem ve Biyolojik Çeşitliliğe Etkileri Etkilerin Diğer Enerji Üretim Kategorileriyle Karşılaştırılması: Enerji üretim teknolojilerinin ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe ilişkin etkilerinin karşılaştırmasında üç ana grupta yapılan sınıflandırılma önem taşımaktadır. Rezervuar inşası, nehirlerin yataklarındaki değişimler, yüzeysel madencilik, gelgit engelleri, atıklar ve arazi kullanım değişiklikleri gibi doğrudan fiziksel bozulmalar birinci grupta yer almaktadır. Altyapı, inşa ve kurulum süreçlerindeki değişikliklerin yarattığı habitatların parçalanması, ekosistemlerin tahrip edilmesi, belirli türlerin yok edilmesine ilişkin bozulmalar ikinci grupta değerlendirilmektedir. Son olarak hava ve su kirliliğinin neden olduğu habitat bozulmaları üçüncü grup etki sınıfında değerlendirilmektedir (Edenhofer vd., 2012: 370) Enerji üretim sistemlerinin ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe etkilerinin nispi olarak değerlendirilip karşılaştırılabilmesi için; faaliyetin yoğunluğu, süresi ve mekânsal 64

etkilerinin incelenmesi gerekmektedir (Applied Energy Studies Foundation, 2010: 69). Yoğunluk kapsamındaki karşılaştırma yüksek, orta ve düşük sınıflamasında değerlendirilmektedir. Yüksek yoğunluklu faaliyetlerde geniş ölçekli alan kaplanmakta, büyük alanlardaki toprak ve vejetasyon o bölgeden kaldırılmakta ve yüzeyde büyük ölçekli değişiklikler ve bozulmalar yaratılmaktadır. Orta yoğunluklu faaliyetlerde vejetasyonun kaldırılması, yollar ve hatlar için yüzeysel değişiklikler gibi sınırlı düzeyde ancak yerel açıdan önemli yüzeysel bozulmalar yaratılmaktadır. Düşük yoğunluklu faaliyetlerde ise sınırlı düzeyde zemin değişimine ilişkin bozulmalar yaratılmaktadır (Applied Energy Studies Foundation, 2010: 70). Faaliyetlerin süresi kapsamındaki değerlendirmede; uzun vade 30 yıldan fazla, orta vade ise 10 ile 30 yıl arasındaki süreçleri değerlendirmek için kullanılmaktadır. Mekânsal etkiler kapsamında değerlendirme ise yerel ve bölgesel olmak üzere iki ölçekte sınıflandırma yapılmaktadır. Yerel ölçek, faaliyetin yakın çevresindeki etkilenmeyi, bölgesel ölçek ise faaliyetin yakın çevresiyle beraber daha geniş alanlardaki etkilenmeyi işaret etmektedir (Applied Energy Studies Foundation, 2010: 71). Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere farklı enerji üretim sisteminin biyolojik etki karakteristiği çeşitlilik göstermektedir. Genel olarak yenilenemez enerji kaynakları, güneş de dâhil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha yüksek enerji üretim yoğunluğuna sahiptirler. 65

Tablo 2.12. Enerji Üretim Sistemlerinin Ekosistem ve Biyolojik Çeşitliliğe Nispi Etkileri Enerji Kaynağı Etki Karakteristikleri Yoğunluk Süre Mekânsal Etki Enerji Yoğunluğu (birim enerji/kaplanan alan) Yüzeysel madencilik Yüksek Orta Yerel Yüksek Kömür Yeraltı madenciliği Düşük Uzun Yerel Yüksek Kömür yakıtlı elektrik üretimi Yüksek Uzun Bölgesel Yüksek Petrol ve Gaz Nükleer Konvansiyonel petrol ve gaz çıkarma Orta Kısa Yerel Yüksek Petrol ve gaz kaynaklı elektrik üretimi Orta Uzun Yerel Yüksek Nükleer - hammadde madenciliği Orta Orta Yerel Çok Yüksek Nükleer yakıtlı elektrik üretimi Yüksek Uzun Yerel Çok Yüksek Jeotermal Yüksek Orta Yerel Orta Hidroelektrik Yüksek Uzun Yerel Düşük Rüzgâr Orta Uzun Yerel Düşük Güneş Yüksek Uzun Yerel Düşük Kaynak: Applied Energy Studies Foundation, (2010), The Environmental Cost Of Energy, Damascus, s.70. Tablodaki göstergelere göre nükleer enerji üretim sistemleri diğer sistemlere nazaran çok yüksek yoğunlukta üretim yapmakta ve aynı zamanda ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe nispi olarak daha düşük etkide bulunmaktadır. Ancak olağan işletme durumu dışında meydana gelebilecek olası bir kaza durumundaki yıkıcı etkiler küresel düzeylere ulaşabilmektedir. Güneş enerjisinden elektrik üretim faaliyetlerinin ekosistem ve biyolojik çeşitliliğe etki karakteristikleri incelendiğinde; yoğunluğunun yüksek, faaliyet süresinin uzun, mekânsal etkisinin ise yerel düzeyde olduğu görülmektedir. 66

2.3.4. Rutin ve Kaza Sonucu Kimyasal Madde Salımlarından Kaynaklı Etkiler Güneş enerji santrallerinin işletme safhasında radyoaktif madde yayılımı bulunmamakla birlikte gaz veya sıvı kirletici yayılımı ise konvansiyonel santrallerle karşılaştırıldığında oldukça düşüktür. Ancak fotovoltaik panellerdeki CIS ve CdTE modülleri çevre açısından riskli kimyasallar olup zehirleyici toksik madde niteliğinde değerlendirilmektedir. Monte ve demonte esnasında, yangın veya başka türlü bir kaza durumunda bu maddelerin küçük bir miktarı önemli çevresel problemler yaratması bakımından potansiyel risk taşımaktadır (Tsoutsos vd., 2005: 292). Fotovoltaik panellerin yapımında kullanılan diğer maddeler olan galyum arsenit (GaAs), bakır indiyum ve silisyum maddelerinin kaza durumunda toprağa karışması su kaynaklarının da kirlenmesine neden olmakta, bu durum önemli çevresel bozulmalar yaratmakla birlikte, insan sağlığı için de tehdit oluşturmaktadır. Fotovoltaik enerji santrallerine benzer olarak ısıl güneş santrallerinde de kaza durumu ve rutin işletme aşamasında çevresel riskler bulunmaktadır. Isıl güneş enerji santrallerinde soğutucu sıvının 2-3 yılda bir değişmesi gerekmektedir. Soğutucu sıvı su kaynaklı olsa bile içinde pas önleyici ve anti-friz madde barındırmaktadır. Bu maddelerin toprağa ve suya salımı çok çeşitli çevresel bozulmalara neden olmaktadır (Tsoutsos vd., 2005: 292). Bununla birlikte ısıl güneş enerji santrallerinde kullanılan ısı iletim sıvılarında sızıntı olması ve bu sıvı kaynaklı oluşan emisyonlar, toprak, yeraltı suyu, yüzey suları, hava 67

ve insan sağlığı için tehdit oluşturmaktadır. Son yıllarda California ve İspanya da inşa edilen parabolik sistemli ısıl güneş enerji santrallerinde sentetik yağ kullanılmaya başlanmıştır. Yüksek toksin madde içeren sentetik yağ ise toprağı kirletmekte ve suya diğer toksin maddelere nazaran daha hızlı geçmektedir (Fabrizi, 2012: 4). Rutin ve Kaza Sonucu Oluşabilecek Etkilerin Diğer Enerji Üretim Kategorileriyle Karşılaştırılması: Mevcut durumda faaliyet gösteren ve gelecekte faaliyet gösterecek enerji üretim sistemlerinin kazaya bağlı risklerinin karşılaştırmalı değerlendirmesi, enerji ve sürdürülebilirliğin karşılaştırmalı değerlendirilmesi açısından çok önemli bir eksende yer almaktadır. Kaza olaylarını temel olarak doğal afetler, teknolojik hatalarla, insan hataları ve kötü niyetli eylemler tetiklemektedir (Edenhofer vd., 2012: 745). Enerji sektöründe yaşanan kazalar, dünya çapında insan kaynaklı meydana gelen tüm kazalar içinde ikinci sırada yer almaktadır. 1990 lı yıllardan itibaren bu kazaların yarattığı tehditlerin değerlendirilebilmesi amacıyla uygun verinin olmadığı düşüncesinden hareketle Paul Scherrer Enstitüsü tarafından enerji ilişkili ağır kaza veritabanı (ENSAD) kurulmuştur. İsviçre de doğa ve mühendislik bilimleri üzerine faaliyet gösteren Paul Scherrer Enstitüsü tarafından hazırlanan geniş ölçekli enerji üretim teknolojilerinin neden olduğu ölümlü kazaların değerlendirmesine ilişkin çalışmada, ENSAD veritabanının 68

1970-2008 periyodundaki veriler kullanılmıştır. Çalışmaya 2011 yılında meydana gelen Fukushima nükleer kazasına ilişkin veriler dâhil edilmemiştir (Edenhofer vd., 2012: 745). Şekil 2.4. İşletme Halinde Olan Geniş Ölçekli Enerji Üretim Teknolojilerinde Ölümlü Kazaların Karşılaştırması Kaynak: Paul Scherrer Institut, (2011), Comparison Of Fatality Rates And Maximum Consequences Of Currently Operating Large Centralized And Decentralized Energy Technologies, http://www.psi.ch/ta/risk-assessment. Üretilen enerji (GWs) başına meydana gelen kazaya ilişkin göstergelerde, fotovoltaik güneş enerji sistemleri 0,000245 değeri ile diğer tüm kategorilerin altında bulunmaktadır. Aynı göstergelere göre diğer yenilenebilir kaynaklar, konvansiyonel sistemlere göre daha düşük ölümlü kazaya neden olan üretim kategorileri sınıfında yer almaktadır. Meydana gelen kazalarda yaşanan insan kayıplarına ilişkin 69

göstergelerde, fotovoltaik güneş sistemleri ve rüzgâr enerji sistemleri diğer tüm kategorilerin altında bulunmaktadır. Çalışmada dikkati çeken en önemli gösterge nükleer santrallerin neden olduğu kazalarda yaşanan can kayıplarıdır. Sadece Çernobil de meydana gelen kazadaki can kaybı her bir kategorinin ayrı ayrı 38 yıllık süreçteki toplam kayıplarından fazladır. 2.3.5. Hava Kirliliği Etkisi ABD Çevre Koruma Ajansı hava emisyonlarının insan sağlığı, doğal yaşam ve küresel iklim üzerindeki etkilerinin büyük önem taşıdığından hareketle, hava kirleticileri altı temel sınıfta gruplandırmıştır. Kirletici kriterler olarak adlandırılan bu maddeler; karbon monoksit (CO), nitrojen oksitler (NOX), sülfür oksitler (SOX), ozon (O3) ve kurşun (PB) dur. Buna ek olarak ABD Çevre Koruma Ajansı ve çeşitli ülkeler benzen, toluen, klisem, cıva ve formaldehit gibi maddeleri de temel toksik maddeler kategorisinde değerlendirmektedir (ABD Çevre Koruma Ajansı, 2014). Bu kirletici maddelerin atmosfere salımı yerel ve bölgesel ölçekte önemli etkilere neden olmaktadır. Hava kirleticilerin konuma özel etkileri; bu kirleticilere maruz kalma durumu ve atmosferdeki yoğunluklarıyla birlikte daha başka kirleticilerin kimyasal tepkime yoğunluklarına bağlı olmaktadır. Bu nedenle birim enerji üretim miktarında salınan kirletici miktarlarının insan sağlığı ve çevresel etkileri itibariyle değerlendirilmesi önem taşımaktadır (Edenhofer vd., 2012: 736). Fotovoltaik güneş enerji santrallerinde kullanılan hammadde ve malzeme miktarı konvansiyonel fosil yakıtlı santraller ile karşılaştırıldığında oldukça fazladır. 70

Üretim aşamasında kullanılan zararlı maddeler ve çeşitli solventlerin salımı olmakta ve hava kirliliği yaratmaktadır. Tipik bir fotovoltaik sistemin kurulumunda KWp başına ortalama 1,9 kg sülfür dioksit, 1,8 kg azot oksit, 0,11 kg partikül, 971 kg karbon dioksit, 1,6 kg metan ve 0,0031 kg diazot oksit salımı yapılmaktadır. (Dubey vd., 2013: 325). Hava Kirliliği Etkisinin Diğer Enerji Üretim Kategorileriyle Karşılaştırılması: Güneş kaynaklı üretim teknolojilerinin toksin salımlarının konvansiyonel yakıtlı enerji santralleri ile karşılaştırıldığında oldukça düşük olduğu görülmektedir. Aynı karşılaştırma diğer yenilenebilir enerji kaynaklarıyla yapıldığında fotovoltaik sistemlerin daha fazla salım yaptığı görülmektedir. Aşağıdaki şekilde görüleceği üzere ısıl güneş enerji sistemleri de fotovoltaik sistemlere göre daha az zehirli madde salımı yapan sistemlerdir. 71

Şekil 2.5. Birim Enerji Üretimine Göre Zehirli Madde Salımı Kaynak: Ottmar Edenhofer, Ramón Pichs Madruga, Youba Sokona, (editörler), (2012), Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, New York, s.738. 72