Türkiye’deki Atıksu Arıtma Tesislerinde Güneş, Rüzgar ve Hidroelektrik Enerji Sistemlerinin Kullanılmasının Ekonomik Ve Çevresel Açıdan İncelenmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Temiz Tükenmez Enerjiler A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: İREM BİLİR
Danışman: Merih Aydinalp Köksal
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Su ve enerji talebinin küresel çapta artması, kaynakların sınırlı oluşu ve iklim krizinin neden olduğu sorunlar su ve enerji tedarik sistemleri üzerinde büyük bir baskıya neden olmaktadır. Dolayısıyla sürdürülebilir enerji ve temiz su temini dünya çapında en kritik konular arasında yer almaktadır. Suyun enerji üretimi için birincil madde oluşu, su arıtımı için ise enerjiye ihtiyaç duyulması, su ve enerji arasında karşılıklı bir ilişki olduğunu göstermektedir. Atık su arıtma tesisleri (AAT), birçok ülkede birincil enerji tüketicisidir. Türkiye'deki AAT'lerin yaklaşık %14'ü yüksek enerji tüketiminden kaynaklanan ekonomik nedenlerle işletilememektedir. Özellikle bu durum birim enerji ihtiyacının daha fazla olmasından kaynaklı küçük şehir belediyelerinde görülmektedir. Daha önceki çalışmalara bakıldığında, büyük ölçekli atıksu arıtma tesisleri için yenilenebilir enerji entegrasyonunun hem çevresel hem de ekonomik olarak uygulanabilir olduğu görülmektedir. Fakat Türkiye'deki birincil sorun, küçük kapasiteli AAT'lerin çoğunun yüksek elektrik talebi nedeniyle işletilmemesidir. Literatürde, yenilenebilir enerji kaynaklarının belirli bir kapasiteye sahip AAT'lere entegre edilmesi konusunda birçok çalışma olmasına rağmen, Türkiye'de bulunan nispeten küçük kapasiteli AAT'ler için yenilenebilir kaynak türlerini içeren bir çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle, yenilenebilir kaynak entegrasyonuna sahip atıksu arıtma tesislerinin kapasitesi için bir eşik değer belirlemek, bu çalışmanın birincil amacıdır. Python ile Parçacık Sürü Optimizasyonu kullanılarak bir matematiksel model oluşturulmuştur. Çalışma, Türkiye'de 1.000.000 m3'ten daha az atık suyu arıtan 79 AAT'yi değerlendirmiş ve bunlardan dokuzunun yenilenebilir enerji entegrasyonu için uygun olduğunu, yedi yıl veya daha kısa bir geri ödeme süresine sahip olduğunu ve elektrik talebinin en az %50'sini karşılama potansiyeline sahip olduğunu belirlemiştir. Güneş enerjisine ek olarak rüzgar ve hidro da dahil olmak üzere yenilenebilir enerji entegrasyonunun, 5.5 ila 8.6 yıl arasında değişen geri ödeme süreleri ile farklı kapasitelerdeki AAT'ler için uygun olduğunu ve bu AAT'lerin maliyet ve emisyon azaltımları için önemli bir potansiyele sahip olduğunu işaret etmektedir. Oluşturulan optimizasyon modelinde iki farklı senaryo yer almaktadır. Senaryo 1, AAT'nin elektrik tüketimini karşılayacak kadar elektrik üretmeye ve bunu minimum maliyetle optimize etmeye dayanmaktadır. Batarya sistemlerinin karmaşıklığı nedeniyle, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektriğin doğrudan ulusal şebekeye satılacağı varsayılmaktadır. Bu nedenle, Senaryo 1'de üretim, tüketilen miktarla sınırlıdır. Senaryo 2'de ise, mevcut maksimum fotovoltaik alanı kullanılarak ve şebekeye satılarak ihtiyaç duyulandan daha fazla elektrik üretilebilir. Bu durumda, Senaryo 2'de elektrik üretimi için herhangi bir sınırlama yoktur ve bölgedeki mevcut tüm potansiyel, elektrik üretimi için kullanılmaktadır. Çalışma sonucu, düşük kapasiteli AAT'lere yenilenebilir enerji entegrasyonu için eşik kapasitenin Senaryo 1'de 380,633 m3/yıl ve Senaryo 2'de 100,611 m3/yıl olduğu belirlenmiştir. Bu çalışma, ortalama maliyet azaltımının Senaryo 1'de yıllık 22,300$ ve Senaryo 2'de yıllık 29,300$ olduğunu ortaya koymaktadır. AAT'ler, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik ile, Senaryo 1'de %56 ve Senaryo 2'de %74 emisyon azaltımına katkıda bulunabilmektedir. Türkiye'de bir konutun yıllık ortalama elektrik tüketiminin yaklaşık 4.000 kWh olduğu varsayıldığında, yenilenebilir enerji kaynaklarının 79 AAT'ye entegre edilmesi, yaklaşık 2,000 konutun yıllık elektrik tüketimine bağlı emisyonuna denk gelmektedir.