Investigation of economic and environmental impacts of the use of solar and biogas resources in urban wastewater treatment plants
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Temiz Tükenmez Enerjiler A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÖZDE ODABAŞ
Danışman: Merih Aydınalp Köksal
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Su ve enerji insanların refahı için en temel ihtiyaçlar iken, su-enerji ilişkisi incelenmesi gereken bir alandır. Su sektörünün enerji ihtiyacının büyük bir kısmı Atıksu Arıtma Tesislerinde (AAT) ve elektrik formunda gerçekleşerek işletme maliyetlerinin büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Dünyanın bağımlı olduğu fosil yakıtlar ile elektrik üretiminin sebep olduğu sera gazları ve günümüzde yaşanan iklim değişikliği krizi düşünüldüğünde AAT'lerin elektrik ihtiyacının yenilenebilir enerji kaynaklarından (YEK) elde edilmesi önemli bir fırsattır. Atıksu sektörü Türkiye'de son 20 yılda hızla gelişmiştir. Artan AAT sayısı ve kapasitesi, kişi başı oluşan atıksu ve nüfusun etkisiyle daha gelişmiş teknolojiler ve arıtma yöntemlerine ihtiyaç duyulması neticesinde sektörün enerji talebi artmıştır. Yeni yapılması planlanan tesisler ile nüfusun da etkisiyle artmaya devam edecektir. Bu çalışmada, Türkiye'deki AAT'lerin %70'ini barındıran ve Türkiye'de oluşan toplam atıksuyun %85'inin kaynağı olan büyükşehir belediyelerine ait AAT'lerin 1 m3 atıksu arıtımı için ihtiyaç duydukları elektrik (enerji yoğunluğu-kWh/m3) ile AAT'lere YEK entegrasyonu seçeneği araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, Türkiye'de AAT türüne ve kullanılan yönteme göre enerji yoğunluğunun hesaplanması ve ihtiyaç duyulan elektrik talebinin fotovoltaik panel ve biyogaz jeneratörü ile elde edilmesinin olası çevresel ve ekonomik etkilerinin incelenmesidir. Çalışmanın ilk aşamasında AAT'lerden bilgi toplamak üzere çevrimiçi anket hazırlanmıştır. Anketin ilk bölümünde tesisin enerji tüketimine yönelik sorular yer alırken, ikinci bölümünde AAT'lerin YEK kullanımına yönelik algısı ele alınmıştır. Ayrıca çeşitli açık kaynaklardan büyükşehirlerde yer alan AAT'ler ve arıtılan atıksu, enerji tüketimi, (varsa) biyogaz ve elektrik üretimi, hizmet verilen nüfus, BOİ/KOİ/AKM, tesisin türü ve arıtma prosesi bilgileri toplanmıştır. Çevrimiçi elde edilemeyen bilgiler birebir iletişim aracılığıyla 451 tesis için büyük oranda tamamlanmıştır. 2017 yılına ait toplanan veriler tesis türü, kullanılan proses ve arıtılan atıksu miktarına göre analiz edilmiştir. Analiz, büyük ölçekli AAT'lerin enerji yoğunluğunun küçük ölçeklilerden düşük olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, beklenildiği üzere birincil arıtma türünün enerji yoğunluğunun (0,07 – 0,34 kWh/m3) ikincil (0,08 – 1,36 kWh/m3) ve ileri arıtma (0,15 – 0,99 kWh/m3) türlerinden düşük olduğu görülmüştür. Çalışmanın ikinci aşamasında, verilerinin bütünlüğüne ve farklı kapasiteleri temsil etmelerine göre seçilen 25 AAT'nin elektrik talebinin biyogaz jeneratörü ve fotovoltaik panel aracılığıyla karşılanması ve bu entegrasyonun ekonomik ve çevresel etkileri araştırılmıştır. CO2 salım cezası (0 $/ton ve 16 $/ton) ve elektrik satış fiyatı (0,000 $/kWh, 0,050 $/kWh ve 0,133 $/kWh) bazında olmak üzere 6 senaryo kapsamında HOMER simülasyon yazılımı kullanılmıştır. Sonuçlar 5 farklı AAT kapasitesi altında incelenmiştir. İncelemeler, 1 milyon m3 altındaki AAT'ler için YEK entegrasyonunun maliyet etkin olmadığını göstermiştir. CO2 emisyon cezası ve elektrik satışının 1 milyon m3 üzerindeki AAT'lerin YEK'ten elektrik üretimini ve üretilen elektriğin tesis içinde kullanımını büyük oranda etkilediği görülmüştür. Elektriğin 0.133 $/kWh'e satılması durumunda elektrik ihtiyacının ortalama %88'i YEK ile karşılanabilirken, aynı senaryoda fotovoltaik panel elektrik ihtiyacının 3,1 katını üretilebilmektedir. Elektrik satışı ve karbon emisyon cezası olmadığı senaryoda ise %23'e varan oranlarda YEK'ten üretim yapılırken CO2 emisyonu %15 azaltılabilmiştir.