Designing A Smart Solar Car

5,120 views

Published on

Nowadays, environmental reasons such as pollution, global warming, lack of fossil reserves, increasing of the energy demand have increased studies on systems converting renewable and alternative energy sources to power. The fact that the vehicles are moved by the electric motors and the accumulators are charged by making use of solar energy is one of the systems.

In this study, some systems of a prototype solar car that is able to race in a national or international solar car competitions and a solar car\' s steering and suspansion systems which has been used in past years were renewed. The solar car racing not only draws worldwide attention to the need for sustainable road transportation, but also provides emerging green technologies with opportunities for the demonstration of their capabilities. The prototype of a solar car has a electric motor with capacity of 1,2 kW and 12volt 4 amount, accumulator and it is charged by solar energy. The surface field of the solar panel which can get a power up to 1,2 kw is 6 m2.

Published in: Technology
2 Comments
7 Likes
Statistics
Notes
  • tezinizi indirmemize izin verirseniz vatana millete yardım etmiş olcaksınız lütfen bencil olmayalım
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • tezinizi neden download edilebilir yapmamışsınız ?
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
No Downloads
Views
Total views
5,120
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
39
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
2
Likes
7
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Designing A Smart Solar Car

  1. 1. T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİGÜNEŞ ENERJİLİ BİR ARACIN TASARIM AŞAMALARI VE BAZI SİSTEM BİLEŞENLERİNİN REVİZYONDAN GEÇİRİLİP ÜRETİLMESİ 06066024 AÇELYA USLU 06062047 KEREM EYUPOĞLU 07065709 ERDİ ÇELİKKAYA LİSANS TEZİ DANIŞMANNURTEN BAYRAK OTOMOTİV ANABİLİM DALI YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI HABERLEŞME PROGRAMI DANIŞMAN YRD. DOÇ. DR. ALPTEKİN ERGENÇ İSTANBUL, 2011DANIŞMAN DOÇ. DR. SALİM YÜCE İSTANBUL, 2011
  2. 2. ÖNSÖZÖncelikle şunu söylemek isteriz ki, hidrojenli araba yapalım diye yola çıktığımızdabundan 5 ay önce bugünü kestirmek gerçekten bir hayli zordu. Her şeye rağmen,ortaya başından sonuna kadar okunması gereken “oku-analiz et- hemen yap“pratikliğinde, Güneş Arabalarına dair başka bir kaynağa ihtiyaç duymadan tüm Know-How’ a sahip olabileceğiniz bir çalışma ortaya koyduğumuz için çok mutluyuz.“Kopyala-yapıştır tez yapmak istemiyoruz” dediğimizde, sesimize kulak verip bizlerigirişimci gençler olarak sahiplenen, sabır gösteren, tüm olumsuzluklara rağmen hepyanımızda olup yapacağız çocuklar diyen ve çalışmalarımızın her safhasında fikir veyardımlarını bizden esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. AlptekinERGENÇ’e ve Araştırma Görevlisi hocalarımıza teşekkürlerimizi sunarız.Tez çalışmamıza yapmış oldukları maddi katkısından dolayı, Metin Otomotiv’den MetinAbi’ ye, Türkiye İhracatçılar Meclisi Başkan Yardımcısı Sayın Mustafa Çıkrıkçıoğlu’ na,Elektrikli ve Hidrojenli araç yapma aşamasında 100 sayfalık sunumumuzla kapı kapıdolaştığımızda bizi dinleyen, destek olmak isteyen, istemeyen, kapıları yüzümüzekapanan, kapanmayan herkese, ve YTÜ Teknopark’ ında Innovalogy ismi ileşirketleşmeye giden yolda bize el uzatan Erdem Bektaş Bey’ e şükranlarımızı sunarız.Hayatımız boyunca yapmış olduğumuz tüm çalışmalarımızda bize sonuna kadar destekolan, manevi ve maddi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ve her zaman yanımızdaolan ailelerimize ve gerçek dostlarımıza en içten teşekkürlerimizi bir borç biliriz. Haziran, 2011Açelya USLU Kerem EYUPOĞLU Erdi ÇELİKKAYA
  3. 3. İÇİNDEKİLERÖNSÖZ ............................................................................................................................... iiİÇİNDEKİLER .......................................................................................................................vSİMGE LİSTESİ ................................................................................................................... ixKISALTMA LİSTESİ ..............................................................................................................xŞEKİL LİSTESİ...................................................................................................................... xiÇİZELGE LİSTESİ ................................................................................................................ xvÖZET ................................................................................................................................ xviABSTRACT ...................................................................................................................... xviiBÖLÜM 1 ........................................................................................................................... 1GİRİŞ .................................................................................................................................. 1 1.1 Çalışmanın Amacı ve Kapsamı ...................................................................... 3 1.2 Neden Güneş Arabaları ................................................................................. 4 1.3 Konu ile İlgili Yapılmış Çalışmalar .................................................................. 6BÖLÜM 2 ........................................................................................................................... 8YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI VE TÜRKİYE AÇISINDAN ÖNEMİ .............................. 8 2.1 Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Çeşitleri ................................................. 12 2.2 Rüzgar Enerjisi............................................................................................. 13 2.3 Hidroelektrik ............................................................................................... 16 2.4 Jeotermal Enerji (Isı, Elektrik) ..................................................................... 18 2.5 Biyokütle Enerjisi......................................................................................... 22 2.5.1 Biyogaz ...................................................................................................... 23 2.5.2 Biyoyakıt .................................................................................................... 25 2.6 Hidrojen Enerjisi.......................................................................................... 27 v
  4. 4. 2.7 Nükleer Enerji ............................................................................................. 28 2.7.1 Türkiyenin Uranyum ve Toryum Kaynakları ............................................. 30 2.7.2 Türkiye’nin Nükleer Reaktör İşletme Deneyimi ........................................ 31 2.7.3 Nükleer Santral İhaleleri ........................................................................... 31 2.8 Okyanustan Enerji Üretimi .......................................................................... 34 2.8.1 Dalga Enerjisi............................................................................................. 34 2.8.2 Gelgit Enerjisi ............................................................................................ 35 2.8.3 Okyanus Isı Enerjisi ................................................................................... 35 2.8.4 Metan Gazı ................................................................................................ 36 2.9 Güneş Enerjisi ............................................................................................. 36 2.9.1 Güneş ........................................................................................................ 39 2.9.2 Güneş Işınlarının Yapısı ............................................................................. 40 2.9.3 Türkiye’ de Güneş Enerjisi......................................................................... 42 2.9.4 Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları .......................................................... 46BÖLÜM 3 ......................................................................................................................... 48GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ ..................................................................................... 48 3.1 Güneş Enerjisi ve Araçlarda Kullanımı ........................................................ 49 3.1.1 Güneş Pilleri .............................................................................................. 49 3.1.1.1 Güneş Pillerinin Tarihçesi ................................................................. 50 3.1.1.2 Güneş Pillerinin Çalışma Prensipleri................................................. 52 3.1.1.3 Güneş Pili Üretimi ............................................................................ 60 3.1.1.4 Güneş Pili Çeşitleri............................................................................ 61 3.1.1.5 Güneş Pili Güç Verimlilikleri ............................................................. 64 3.1.1.6 Güneş Pillerinin Teknik ve Ekonomik Değerleri ............................... 66 3.1.1.7 Güneş Pili Sistemlerinde Kullanılan Ekipmanlar............................... 68 3.1.1.8 Dünyadaki Güneş Pili Üreticileri Ve Üretim Teknolojileri ................ 72 3.1.2 Güneş Pili Kullanım Alanları ...................................................................... 74 3.1.2.1 Güneş Enerjisinin Kara Taşıtlarında Kullanımı.................................. 76 3.1.2.2 Hedef ................................................................................................ 76 Yukarıdaki tablo konutlarda uygulanan 2006 yılı şebeke elektrik satış fiyatları göz önüne alınmıştır, vergiler hariçtir. 13 lt/100 km yakıt sarfiyatı, ortalama 2,5 TL/lt yakıt ücretine göre hesaplanmıştır. Buna göre günlük ihtiyaçlarımızda 2,4 tonluk bir makinenin kullanımının alternatifsiz olup olmadığını iyi hesap etmek gerekecektir, zira çizelge 3.12’ den görülebileceği üzere aradaki maddi farkın yanında belki de daha önemli olarak ön plana çıkabilecek çevresel farklar da mevcuttur. ..................................................... 77 3.1.2.3 Güneş Arabaları ................................................................................ 77 3.1.2.4 Güneş Araçlarının Kullanımının Kazandıracakları ............................ 80 3.1.2.5 Güneş Enerjili Araba Yarışları ........................................................... 81 3.1.2.6 Daha Önceki Yıllarda Yarışmış Bazı Güneş Arabaları........................ 87BÖLÜM 4 ......................................................................................................................... 91 vi
  5. 5. GÜNEŞ ARABASI TASARIMI, TEMEL SİSTEM YAPISI ve ÇALIŞMA PRENSİBİ .................... 91 4.1 Güneş Arabası Tasarlama ........................................................................... 91 4.1.1 Genel Tasarım Esasları .............................................................................. 93 4.1.2 Güneş Arabalarında Genel Enerji Akışı ..................................................... 95 4.1.3 Tasarımda Dikkat Edilecek Hususlar ......................................................... 97 4.1.4 Güneş Arabalarında Performans Kriterleri ............................................... 97 4.2 Bir Güneş Arabası Sistemine Genel Bakış ................................................... 98 4.3 Güneş Arabalarının Temel Bileşenleri....................................................... 101 4.3.1 Enerji Yönetimi ........................................................................................ 101 4.3.1.1 Güneş Jenaratörü ........................................................................... 101 4.3.1.2 Hücre Dizisi ..................................................................................... 102 4.3.1.3 Hücrelerin Montajı ve Kaplanması ................................................. 103 4.3.1.4 Enerji Kazanımı ............................................................................... 106 4.3.1.5 Panel Alanı ve Verimi ..................................................................... 108 4.3.2 Elektrik ve Elektronik Sistemi .................................................................. 110 4.3.2.1 Aküler (Elektrik Pilleri).................................................................... 110 4.3.2.2 Elektrik Motoru .............................................................................. 116 4.3.2.3 Maksimum Güç Noktası İzleyici ..................................................... 118 4.3.2.4 İleri Düzey Kontrol Sistemleri ......................................................... 119 4.3.2.5 Güç Sistemleri ............................................................................... 120 Motor Kontrolörü.......................................................................................... 120 4.3.3 Sürüş Takımları........................................................................................ 122 4.3.3.1 Fırçasız Doğru Akım Motorları ....................................................... 124 4.3.4 Mekanik ve Yapısal Bileşenler ................................................................. 125 4.3.4.1 Pilot Kontrol Bileşenleri.................................................................. 127 4.3.4.2 Gövde ve Şasi ................................................................................. 128 4.3.4.3 Aerodinamik ................................................................................... 132BÖLÜM 5 ....................................................................................................................... 135GÜNEŞ ARABASI İMALATI ............................................................................................. 135 5.1 Şase Tasarım ve İmalatı............................................................................. 135 5.2 Kasa Tasarımı ve İmalatı ........................................................................... 139 5.3 Yürüyen Aksam, Yön Verme Düzeneği ve Süspansiyon ............................ 141 5.3.1 Direksiyon Sistemleri Revizyonu ............................................................. 141 5.3.1.1 Direksiyon Sistemleri...................................................................... 141 5.3.1.2 Güneş Arabası Mevcut Direksiyon Sistemi .................................... 149 5.3.1.3 Mevcut Sistemin Revize İşlemleri .................................................. 149 5.4 Fren Sistemi .............................................................................................. 162 5.5 Motor ve Motor Sürücüsü ........................................................................ 163 5.6 Maksimum Güç Noktası İzlyecisi ............................................................... 165 5.7 Akü ............................................................................................................ 166 vii
  6. 6. 5.8 Güneş Modülleri ve Elektrik Sistemi ......................................................... 167 5.8.1 Güneş Modülleri ..................................................................................... 167 5.8.2 Elektrik Sistem Düzeni ............................................................................ 168 5.9 Ölçüm ve Deneylerde Kullanılacak Olan Ölçüm Cihazları ......................... 170 5.9.1 Dijital Pens Avometre ............................................................................. 170 5.9.2 Güneş Işınımı Ölçüm Cihazı ..................................................................... 171 5.9.3 Motor Devri Ölçüm Cihazı ....................................................................... 171BÖLÜM 6 ....................................................................................................................... 172DENEYSEL BULGULAR VE TARTIŞMA ............................................................................ 172 6.1 Güneş Işınımına Göre Güneş Modülü Gerilim ve Akım Değerleri ............ 172 6.1.1 Güneş Işınımı Gerilim İlişkisi ................................................................... 172 6.1.2 Güneş Işınımı Akım İlişkisi ....................................................................... 173 6.2 Akü Şarj ve Deşarj Sürelerinin Belirlenmesi .............................................. 175 6.3 Mesafenin Hesaplanması .......................................................................... 175 6.4 Sistem Performansının Değerlendirilmesi ................................................ 176BÖLÜM 7 ....................................................................................................................... 177SONUÇ ........................................................................................................................... 177KAYNAKLAR ................................................................................................................... 178EK-A ............................................................................................................................... 181EK-B ............................................................................................................................... 191EK-C ............................................................................................................................... 192EK-D............................................................................................................................... 193EK-E ............................................................................................................................... 195ÖZGEÇMİŞLER ............................................................................................................... 199ÖZGEÇMİŞLER ............................................................................................................... 200ÖZGEÇMİŞLER ............................................................................................................... 201 viii
  7. 7. SİMGE LİSTESİA AkımAh Amper saatJ JouleK Kelvinkg Kilogramkm Kilometrekm/h Hız / Saatte Gidilen YolmV MilivoltNm Newton metrerpm Hız / DevirV Gerilim (Volt)VDC Volt doğru akımW Güç (Watt)Wh Watt saatW/m2 Işınım şiddeti ix
  8. 8. KISALTMA LİSTESİCO KarbonmonoksitCO2 KarbondioksitDC Doğru akım (DA)EİE Elektrik İşleri Etüt İdaresiEPDK Enerji Piyasası Düzenleme KurumuFV FotovoltaikHES Hidroelektrik santraliICHET International Centre for Hydrogen Energy TechnologieskW KilowattMppt Maximum power point trackerMTA Maden Tetkik ve Arama Genel MüdürlüğüMtep Milyon ton eşdeğer petrolMW MegawattNO Azot oksitPV PhotovoltaicSO2 Kükürtdioksit x
  9. 9. ŞEKİL LİSTESİ SayfaŞekil 2.1 Yenilenebilir enerji tüketiminin birincil enerji tüketimindeki payı ..................... 9Şekil 2.2 Elektrik enerjisi paralelinde yenilenebilir elektrik enerjisinin trendi ................. 9Şekil 2.3 Elektrik üretiminde kaynakların payı ................................................................ 10Şekil 2.4 Rüzgâr sisteminin temel elemanları ................................................................. 14Şekil 2.5 Türkiye rüzgar atlası yıllık rüzgar dağılım haritası 70 m ................................... 15Şekil 2.6 Marmara bölgesindeki muhtemel rüzgar santrallari -REPA ............................. 15Şekil 2.7 Hidro enerji santrali .......................................................................................... 17Şekil 2.8 İdeal bir jeotermal sisteminin şematik gösterimi ............................................. 19Şekil 2.9 Entegre jeotermal değerlendirme .................................................................... 19Şekil 2.10 Jeotermal Rezerv ve Üretim Sahaları Haritası ................................................ 20Şekil 2.11 Biyoyakıt tohum bitkileri ................................................................................ 25Şekil 2.12 Nükleer reaktörünün çalışma prensibi ........................................................... 29Şekil 2.13 Dalga enerjisi jeneratörü ................................................................................ 35Şekil 2.14 Güneş .............................................................................................................. 39Şekil 2.15 Dalga boylarına göre ışınım değerleri............................................................. 41Şekil 2.16 Türkiye global radyasyon değerleri (kWh/ m²-gün) ....................................... 44Şekil 2.17 Türkiye güneş haritası..................................................................................... 44Şekil 3.1 Güneş pili, hücre, modül ve panel .................................................................. 50Şekil 3.2 Antimon ilave edilmiş N-tipi yarı-iletken ........................................................ 52Şekil 3.3 Bor ilave edilmiş P tipi.................................................................................... 53Şekil 3.4 Silisyuma Bor ve Fosfor ilave edilmiş P-N tipi yarıiletken .............................. 53Şekil 3.5 Bir güneş pilinin çalışması .............................................................................. 54Şekil 3.6 Güneş pilinin işleyişi ....................................................................................... 56Şekil 3.7 P-N birleşimli bir diyodun simetrik özellikleri ve diyotun karanlık ışık altındaki akım-gerilim karakteristikleri.......................................................................... 57Şekil 3.8 Boron içeren P tipi ve fosfor içeren N tipi iki silikon parçasının birleşimi ile oluşan P-N birleşme bölgesi ........................................................................... 59Şekil 3.9 Güneş pili hücresi yapısı ................................................................................. 60Şekil 3.10 Bir güneş hücresi ............................................................................................ 61Şekil 3.11 PV sisteminin temel elemanları ...................................................................... 68Şekil 3.12 Akü grubu ....................................................................................................... 68Şekil 3.13 Şarj kontrol cihazının bağlantı şekli ................................................................ 70Şekil 3.14 Sinüs dalgalı invertör (çevirici) ....................................................................... 71Şekil 3.15 Güneş pili enerji sistemi ................................................................................. 75 xi
  10. 10. Şekil 3.16 Hidrojen ile çalışan bir araba .......................................................................... 78Şekil 3.17 Toyotanın ürettiği "Prius" isimli hibrid otomobil .......................................... 79Şekil 3.18 Yıllara Göre Toplam Akaryakıt Tüketimi ...................................................... 80Şekil 3.19 Ülkemizde yapılan ilk güneş arabası yarışının start anı ................................. 86Şekil 3.20 İstanbul Parkın üstten görünüşü..................................................................... 86Şekil 3.21 Fireball II isimli güneş arabasının resmi ........................................................ 88Şekil 3.22 Nuna III İsimli aracın resmi ........................................................................... 89Şekil 3.23 Aurora 101 isimli güneş arabasının görünüşü ................................................ 90Şekil 3.24 Yarışı kazanan güneş arabası “Solar Miner IV” ............................................... 90Şekil 4.1 Bir güneş arabası resmi................................................................................... 91Şekil 4.2 Bir güneş arabasında genel enerji akışı .......................................................... 96Şekil 4.3 Hücrelerin kaplanması .................................................................................. 104Şekil 4.4 Panellerin araca montajı ............................................................................... 105Şekil 4.5 Çok tabakalı laminant yapı ........................................................................... 106Şekil 4.6 Açılı bir yüzeydeki ışınım geometrisi ............................................................ 107Şekil 4.7 Düzlemsel olmayan panel alanına sahip bir güneş arabası .......................... 108Şekil 4.8 Bir güneş arabasının elektrik düzeneğinin şematik gösterimi ...................... 110Şekil 4.9 Bir güneş arabasında elektrik sistemi ........................................................... 111Şekil 4.10 Tipik bir akü için şarj-deşarj eğrileri.............................................................. 114Şekil 4.11 Seri ve paralel bağlanmış bir akü devresi ..................................................... 116Şekil 4.12 Akım taşıyan bir kablodaki manyetik alan kuvveti ....................................... 117Şekil 4.13 Örnek bir güneş hücresinin I-V karakter eğrisi ............................................. 119Şekil 4.14 Motor kontrolörü ve motor .......................................................................... 121Şekil 4.15 Güneş arabasının şanzıman ve motor bağlantı şekli ................................... 122Şekil 4.16 Güneş arabalarında kullanılmakta olan bir motor ....................................... 123Şekil 4.17 Bir Güneş Aracının Kokpiti ............................................................................ 127Şekil 4.18 Güneş arabası tipik gövde yapısı .................................................................. 128Şekil 4.19 Güneş arabası gövde ve şasisi ...................................................................... 130Şekil 4.20 Güneş arabalarında kullanılan gövde şekilleri ............................................. 132Şekil 4.21 Aerodinamik direncin oluşması .................................................................... 134Şekil 5.1 Aracın şase tasarımının Solidworks’de yapılması ......................................... 136Şekil 5.2 Aracın şase tasarımı önden görünüş ............................................................ 137Şekil 5.3 Aracın şase tasarımı sağdan görünüş ........................................................... 137Şekil 5.4 Aracın şase tasarımı üstten görünüş ............................................................ 137Şekil 5.5 Aracın şase tasarımı soldan görünüş ............................................................ 138Şekil 5.6 Aracın şase imalatı ........................................................................................ 138Şekil 5.7 Örnek kasa tasarımı ...................................................................................... 139Şekil 5.8 Örnek üst kabuk kalıbı imalatı ...................................................................... 140Şekil 5.9 Örnek üst kabuk imalatı ................................................................................ 140Şekil 5.10 Kasa imalatı bitmiş boyama sonrası ............................................................. 141Şekil 5.11 Direksiyon sistemi......................................................................................... 142Şekil 5.12 Kremayer tip direksiyon dişli kutusu ............................................................ 145Şekil 5.13 Döner bilyeli direksiyon dişli kutusu ............................................................. 145Şekil 5.14 Hidrolik direksiyon sistemi ........................................................................... 146Şekil 5.15 Elektrik yardımlı direksiyon distemi ............................................................. 146Şekil 5.16 Uzun ara rot .................................................................................................. 147 xii
  11. 11. Şekil 5.17 Rot başı ......................................................................................................... 147Şekil 5.18 Kısa rot .......................................................................................................... 147Şekil 5.19 Deve boynu ................................................................................................... 148Şekil 5.20 Direksiyon mafsalı ........................................................................................ 148Şekil 5.21 Avare kolu ..................................................................................................... 148Şekil 5.22 Kremayer direksiyon dişli kutusu ................................................................. 149Şekil 5.23 Önceki sistemdeki direksiyon dişli kutusu .................................................... 150Şekil 5.24 Dişli kutusuna önden bakış ........................................................................... 150Şekil 5.25 Direksiyon simidi ve dişli çarklar .................................................................. 151Şekil 5.26 Direksiyon simidinden mile hareket aktarımı .............................................. 151Şekil 5.27 Dişlilerin yataklandığı delikler....................................................................... 152Şekil 5.28 Direksiyon sisteminin tamamen sökülmesi .................................................. 152Şekil 5.29 a) Dişli kutusu bloğu ve rot kolu b) Pinyon dişli ........................................... 153Şekil 5.30 Krameyer dişli kesim aşaması hazırlık .......................................................... 153Şekil 5.31 Krameyer dişli kesim aşaması ....................................................................... 153Şekil 5.32 Krameyer dişli kesim işlemi sürüyor ............................................................. 154Şekil 5.33 Krameyer üç parçaya bölünmüş hali ............................................................ 154Şekil 5.34 Krameyer üzerinde puntalama işlemi .......................................................... 154Şekil 5.35 Direksiyon dişli kutusu ortada ...................................................................... 156Şekil 5.36 Direksiyon dişli kutusu revizyon sonrası ....................................................... 156Şekil 5.37 Direksiyon mili yataklama öncesi ................................................................. 156Şekil 5.38 Direksiyon mili kesim işlemleri ..................................................................... 157Şekil 5.39 Direksiyon mili kesim sonrası ....................................................................... 157Şekil 5.40 Bilyalı yatak için torna işlemi ........................................................................ 157Şekil 5.41 Bilyalı rulman sıkı geçme işlemi .................................................................... 158Şekil 5.42 Bilyalı rulmanın mil üzerine geçirilmesi ........................................................ 158Şekil 5.43 Yatağın gres yağı iel yağlanması ................................................................... 158Şekil 5.44 Kesilen yüzeylerde tornalama işlemi ............................................................ 159Şekil 5.45 Kesilen parçaların kaynak işlemi................................................................... 159Şekil 5.46 Yatağın direksiyon sistemine montajı .......................................................... 159Şekil 5.47 Revize edilmiş direksiyon sistemi son hali üstten ........................................ 160Şekil 5.48 Revize edilmiş direksiyon sistemi son hali yandan ....................................... 160Şekil 5.49 Sağ arka amortisör takoz yırtığı .................................................................... 161Şekil 5.50 Solidworks amortisör yerleştirilmeden önce ............................................... 161Şekil 5.51 Solidworks’ de süspansiyon sisteminin gösterilmesi ................................... 161Şekil 5.52 Solidworks’ de süspansiyon sisteminin gösterilmesi önden görünüş .......... 162Şekil 5.53 Disk fren ........................................................................................................ 162Şekil 5.54 Hidrolik kontrollü ön iki disk freni ................................................................ 163Şekil 5.55 Akif1000 1200W fırçasız doğru akım motoru............................................... 164Şekil 5.56 Hub motoru montaj öncesi .......................................................................... 164Şekil 5.57 Sağ arka tekere Hub motorunun montaj sonrası ......................................... 164Şekil 5.58 Motec PV 4830 mppt şarj kontrolcüsü ......................................................... 165Şekil 5.59 Select kuru akü ............................................................................................. 166Şekil 5.60 Güneş pili ...................................................................................................... 168Şekil 5.61 Kapsülleme işlemi yapılmış yarı esnek güneş modülü örneği ...................... 168Şekil 5.62 Birincil elektrik sistem düzeni ....................................................................... 169 xiii
  12. 12. Şekil 5.63 İkincil elektrik sistem düzeni ........................................................................ 170Şekil 6.1 Güneş ışınımına göre gerilim ve akımın güç ile karşılaştırılması .................. 174Şekil 6.2 Sıcaklığa bağlı gerilim ve akım değişim grafiği .............................................. 174 xiv
  13. 13. ÇİZELGE LİSTESİ SayfaÇizelge 2.1 Yenilenebilir enerji arz projeksiyonu-MW ................................................. 10Çizelge 2.2 EPDK ‘dan alınan enerji üretim lisanslarının durumu ................................ 11Çizelge 2.3 Türkiye iyi sıradışı arası rüzgar kaynağı ...................................................... 14Çizelge 2.4 Ekonomik HES potansiyelinin proje durumlarına göre dağılımı ................ 18Çizelge 2.5 Jeotermal enerjinin mevcut kullanım durumu .......................................... 21Çizelge 2.6 Hayvansal atık potansiyeline karşılık gelen üretilebilecek biyogaz miktarı ve taşkömürü eşdeğeri............................................................................... 23Çizelge 2.7 Hidrojen üretim yöntemlerinin maliyetleri ............................................... 28Çizelge 2.8 Türkiyenin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli .............................. 42Çizelge 2.9 Türkiyenin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı....................................................................................................... 43Çizelge 2.10 Güneş kolektörleri ile elde edilen enerji miktarı tahmini ........................... 45Çizelge 3.1 Güneş pillerinde rapor edilmiş en yüksek verimlilikler .............................. 65Çizelge 3.2 Güneş pili yapımında kullanılan maddelerin dünya rezervleri ve üretimi .. 65Çizelge 3.3 Tek kristal silisyum güneş pili ...................................................................... 66Çizelge 3.4 Tek kristal silisyum güneş pillerinde hedeflenen değerler ......................... 66Çizelge 3.5 Çok kristal silisyum güneş pili ..................................................................... 66Çizelge 3.6 Çok kristal silisyum güneş pillerinde hedeflenen değerler ......................... 66Çizelge 3.7 Tek ince film güneş pili................................................................................ 67Çizelge 3.8 Tek ince film güneş pillerinde hedeflenen değerler ................................... 67Çizelge 3.9 Çoklu ince film güneş pilleri ........................................................................ 67Çizelge 3.10 Çoklu ince film güneş pillerinde hedeflenen değerler................................ 67Çizelge 3.11 Farklı tipteki akülerin teknik bilgileri .......................................................... 69Çizelge 3.12 Farklı tipteki çeviricilerin karşılaştırılması .................................................. 71Çizelge 3.11 Dünyadaki güneş pili üreticileri ve üretim teknolojileri ............................. 72Çizelge 3.12 Bir güneş arabası ile popüler bir 4 çeker aracın karşılaştırılması ............... 77Çizelge 3.13 2007 Formula G-İstanbul yarış sonuçları tablosu ....................................... 85Çizelge 3.14 İstanbul Parkın teknik özellikleri ................................................................ 87Çizelge 4.1 Cam-fiber, karbon-fiber ve çeliğin bazı mekanik ve fiziksel özellikleri ..... 130Çizelge 6.1 Güneş ışınımına göre ölçülmüş güneş modülü gerilim akım değerleri..... 173 xv
  14. 14. ÖZET GÜNEŞ ENERJİLİ BİR ARACIN TASARIM AŞAMALARI VE BAZI BİLEŞENLERİNİN REVİZYONDAN GEÇİRİLİP ÜRETİLMESİ Açelya USLU Kerem EYUPOĞLU Erdi ÇELİKKAYA Otomotiv Anabilim Dalı Lisans Tezi Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Alptekin ERGENÇGünümüzde, çevre kirliliği, küresel ısınma, fosilli enerji rezervlerinin azalması, enerjiyeolan talebin artması vb. gibi nedenler yenilenebilir ve alternatif enerjileri kullanabilensistemler üzerindeki çalışmaları arttırmıştır. Taşıtların elektrik motorları ile tahrikedilmesi ve bununla beraber akülerin güneş enerjisinden yararlanarak şarj edilmesi busistemlerden biridir.Bu çalışmada, ulusal uluslararası arenalarda güneş arabası yarışlarında yarışabilecek birprototip güneş aracının temel sistem bileşenleri ve önceki yıllara ait bir aracın bukapsamda direksiyon, süspansiyon, motor ve sürücü sistemlerinin revizyon çalışmasıele alınmıştır. Güneş arabası yarışları, sürdürülebilir yol ulaşımına olan ihtiyaca dikkatçekmenin yanı sıra yeşil teknolojiler ile onların kapasitelerinin gösterimi için fırsatlarınortaya çıkarılmasını sağlamaktadır. Prototip güneş aracı, kapasitesi 1,2 kW olan birBLDC HUB motoruna, 2,2kW 48volt 48amper sürücü, 12voltluk 4 adet batarya ve akımkontrollü Foot Throttleye sahip bulunmakta ve güneş enerjisi ile şarj edilmesiplanlanmaktadır. 1,2 kW’a kadar güç elde edebilecek güneş panelinin (fotovoltaik)alanı 6 m2 dir.Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Güneş Arabası, Elektrikli Araç, Yarış Aracı. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ xvi
  15. 15. ABSTRACT DESIGN PROCESSES OF A SOLAR CAR Açelya USLU Kerem EYUPOĞLU Erdi ÇELİKKAYA Department of Automotive BSc. Thesis Advisor: Ass. Prof. Dr. Alptekin ERGENÇNowadays, environmental reasons such as pollution, global warming, lack of fossilreserves, increasing of the energy demand have increased studies on systemsconverting renewable and alternative energy sources to power. The fact that thevehicles are moved by the electric motors and the accumulators are charged bymaking use of solar energy is one of the systems.In this study, some systems of a prototype solar car that is able to race in a national orinternational solar car competitions and a solar car s steering and suspansion systemswhich has been used in past years were renewed. The solar car racing not only drawsworldwide attention to the need for sustainable road transportation, but also providesemerging green technologies with opportunities for the demonstration of theircapabilities. The prototype of a solar car has a electric motor with capacity of 1,2 kWand 12volt 4 amount, accumulator and it is charged by solar energy. The surface fieldof the solar panel which can get a power up to 1,2 kw is 6 m2.Key words: Renewable Energy, Solar Car, Electric Vehicle, Racing Car. YILDIZ TECHNICAL UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING xvii
  16. 16. BÖLÜM 1 GİRİŞÜlkemiz enerji durumu ve gelecek için yapılan ön değerlendirmeleri incelersekkonutlarda, ulaşım ve sanayide ihtiyaç duyulan enerji seviyesi yükselmektedir. Bunakarşın üretilen enerji seviyesi düşmektedir. Yapılan enerji üretim ve tüketimprojeksiyonlarında 2000 yılında 79,7 Mtep (milyon ton eşdeğer petrol) olan genelenerji talebinin, yıllık ortalama %6,8 artış hızı ile 2005 yılında 129,6 Mtep, 2010 yılında171,3 Mtep ve 2020 yılında 298,4 Mtep’e ulaşması beklenmektedir. 2000 yılındatoplam birincil enerji talebinin, sadece % 34’ü yerli kaynaklar ile karşılanabilmiştir.Üretim imkanlarının çok üzerinde gerçekleşen talep artışı nedeniyle, üretimin tüketimikarşılama oranının, 2010 yılında %27, 2020 yılında ise %23 olması tahmin edilmektedir.Diğer bir deyişle yakın gelecekte enerji tüketiminde ithalatın payının daha da artmasıve toplam enerji ithalatının 2010 yılında 124 Mtep ve 2020 yılında 228 Mtep’e ulaşmasıbeklenmektedir [1].Yaşanan 2001 - 2002 ve 2008 krizleri de göz önüne alındığında bu oranların öngörülenlerden daha düşük olması beklense de; enerji talebindeki yükseliş gerçeğideğişmeyecektir. Tüm bu oranlar göz önüne alındığında ve özellikle petrol, motorin,doğalgaz gibi yakıtları ülkemizin ithal etmesi, fosil yakıt teminini dışa bağımlı şekildedevam ettirmesi enerji politikamızın milli olmadığını ortaya koymaktadır.Fosil yakıt kullanımı, ülkemize ekonomik anlamda ciddi zararlar verirken çevreseletkileri de küçümsenecek boyutta değildir. Gelecek yüzyılda milli enerji politikalarıgereği, yenilenebilir enerji kaynaklarında gelişim göstermek durumunda olanülkemizde de bir takım çalışmalara da başlanmıştır. Bunlardan rüzgar santrallerinin 1
  17. 17. kurulması, güneş enerjisi ile elektrik üretiminin teşvik edilmesi umut vericigelişmelerdir.Fosil yakıt tüketiminin en yüksek olduğu alan ulaşım araçlarıdır. Ulaşım araçları içinalternatif yakıtlar denense de, henüz petrolden tam bağımsız bir sistemin seriüretimine geçilmemiştir. Uzun yıllardır akademik düzeyde yürütülen güneş ve hidrojenenerjili araba projeleri prototip olmaktan çıkamamıştır. Bazı araba firmaları melez(hibrit) sistemli araçlar üretip satışa sunsa da bu genelde benzin jeneratörü mantığınadayanmaktadır. Bilim çevrelerinde, dünya petrol rezervi azalımının tehlikeli düzeyegelmesine kadar, yenilenebilir enerji kaynakları ile işleyen araçları caddelerdegöremeyeceğimiz görüşü hakimdir.Diğer yandan fosil yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan karbondioksit (CO2) miktarıgiderek artmakta ve çevresel etkileri dünyayı geri dönülmez tahribatlara maruzbırakmaktadır. Ormanların azalması, küresel ısınma ve sonucunda buzulların erimesi2040 yılında deniz seviyesinin 1 metre yükselmesini sağlayarak bazı şehirlerin yakınzamanda tamamen sular altında kalacağı ön görülmektedir. Fosil yakıtların yanmasısonucu ortaya çıkan gazlar canlı yaşamını sağlık açısından da tehdit etmektedir. Karbonmonoksit (CO) vücuttaki oksijen oranını azaltarak ölümlere yol açarken, kükürt dioksit(SO2) kansere sebep olmaktadır. Doğalgazın yanmasıyla ortaya çıkan kokusuz ve gözlegörülemeyen azot oksit (NO) ise atmosferde diğer gazlarla etkileşime girerek vücudunbağışıklık sistemini etkilemektedir.Yenilenebilir enerji kaynağı "Doğanın kendi evrimi içinde bir sonraki gün aynen mevcutolabilen enerji kaynağı" olarak tanımlanmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının enbüyük özellikleri, karbondioksit emisyonlarını azaltarak çevrenin korunmasına yardımcıolmaları ve yerli kaynaklar oldukları için enerjide dışa bağımlılığın azalmasına sebepolmalarıdır. Unutulmamalıdır ki; gelecekte dünya lideri olacak olan ülkeler, enerjisiniüreten ve dünya enerji ihtiyacını karşılayabilen ülkeler olacaktır. Bunu gerçekleştirirkenkullanılan enerji kaynakları dünyaya ve canlı yaşama zarar vermeye devam ettiğitakdirde biz insanlar yaşadığımız dünyanın sonunu yanlış tercihler yüzünden getirmişolacağız. 2
  18. 18. 1.1 Çalışmanın Amacı ve KapsamıDünyadaki fosil yakıtı rezervlerinin sınırlı olmasından dolayı insanlar artık petrole dayalıekonomiden yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı ekonomiye geçmeyi düşünmeyebaşlamıştır. Petrol türevlerinin yanması sonucu başlıca karbondioksit olmak üzere pekçok yanma ürünü oluşur. Bu yanma ürünlerinin birçoğu çevre ve insan sağlığı açısındanzararlı etki göstermekle birlikte, sera etkisine de yol açmaktadır. Kullanılabilecek diğerbir enerji kaynağı ise elektriktir, ancak hidroelektrik enerji kaynakları dışında diğerenerji kaynaklarının üretim maliyeti oldukça yüksektir.Alternatif bir enerji kaynağı da güneştir. Güneş enerjisini elektrik enerjisinedönüştürmek için güneş pilleri (fotovoltaik hücreler) gereklidir. Güneş pilleri, dünyayaulaşan güneş ışınlarını, yapısına göre bünyesindeki yarı iletkenler veya organik boyarmaddeler aracılığıyla, elektrik enerjisine dönüştürür. Güneş pilleri, elektrik enerjisiningerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülleri uygulamaya bağlıolarak, akümülatörler, invertörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik destekdevreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar.Güneş enerjisi sistemleri ulaşımdan aydınlanmaya yaşamın birçok alanındakullanılabilir. Yenilenebilir bir enerji kaynağı olduğundan ülkemizin enerji ihtiyacıyönünden dışa bağımlılığını azaltma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle her yıl birçokülkede ulaşımda alternatif enerji uygulamalarının geliştirilmesine yönelik yarışmalardüzenlenmektedir. Ülkemizin enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla her alanda alternatifenerji kaynaklarına yönelmek gerekmektedir. Projenin ulaşım alanında petrole bağımlıaraçlar yerine, güneş enerjili araçların ülkemizde kullanımının yaygınlaştırılmasınakatkıda bulunacağı düşünülmektedir.Yapılan çalışma olası ulusal ve uluslararası Güneş Arabası yarışları için aracın revizyonu,mümkünse çalıştırılması ve test edilmesi, sonrasında da daha sonraki yıllarda yarışacakarkadaşlarımız için verimli çalışma şartlarının belirlenebilmesi, aracın gelişimi açısındandoğru bir strateji takibi ve sürüş stratejisi oluşturabilmek amacıyla yapılmıştır. 3
  19. 19. Günümüz otomobillerinde kullandığımız fosil yakıtların çevreye verdikleri zarar, buyakıtlar ile çalışan araçların enerji dönüşümündeki düşük verimleri ve fosil yakıtların birgün mutlaka tükenecek olması insanoğlunu yeni arayışlar içine sürüklemiştir. Fosil yakıttüketen araçların çevreye yaydıkları egzoz çıktısının içerisinde atmosfere kükürt oksit(SOx), nitrik oksit (NOx) ve karbondioksit (CO2) gibi kirletici veya sera gazlarıyla,parçacık kirleticiler salınıyor. Bu yüzden de özellikle büyük yerleşim yerlerinde sağlıksorunları baş gösteriyor. Bu sorunu halletmek için temiz otomobil arayışları hızkazanıyor.Bu projede ayrıca geleceğin araçları olan güneş arabalarının teknik özellikleri,tasarımlarında dikkat edilmesi gerekenler, ülkemizde düzenlenen güneş arabaları yarışıve bize kazandıracakları gibi konulara değinilecektir. Ayrıca bir güneş arabası yapılırkennelere dikkat ediliyor, hangi sorunlarla karşılaşılıyor ve bunların çözüm yollarınınyanında güneş pillerinin nasıl çalıştıkları hakkında bilgi verilecektir.1.2 Neden Güneş ArabalarıYeryüzünde iki nokta arasında yolculuk ederken asıl yaptığımız iş, yerçekimi kaynaklıpotansiyel enerjimizi değiştirmekten ibarettir. Fakat bu iş içten yanmalı motora sahipbir otomobille yapıldığında, motorun ürettiği mekanik enerjinin ancak %10 kadarı buamaca hizmet eder. Kalan kısmı, sürtünme kuvvetlerine karşı yapılan iş olarak, birbakıma ziyan olur.Motorun, kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürme verimiyse, zaten %25civarında düşük bir düzeydedir. Dolayısıyla, eğer bitiş noktasının rakımı başlangıçnoktası-nınkinden yüksekse; yani eğer yükseklik kazanmışsak, kullandığımız benzininiçerdiği kimyasal enerjinin yalnızca, yaklaşık %2,5 kadarını potansiyel enerjimizdekiartışa dönüştürmüş oluruz. Hele eğer yokuş aşağı bir yolculuk yapıyorsak, hempotansiyel enerjimizden, hem de harcadığımız benzinin içerdiği kimyasal enerjinintümünden olmuş oluruz. Halbuki benzini elde ettiğimiz petrol, tükenmeye yüz tutmuşbir kaynak.Bu verim düşüklüğü, beraberinde ek bir yakıt maliyeti getirdiği gibi, fosilyakıt kullanımının yol açtığı çevre sorunlarını da misliyle katlıyor. Çünkü bilindiği üzere,egzoz çıktısının içerisinde atmosfere kükürt oksit (SOx), nitrik oksit (NOx) vekarbondioksit (CO2) gibi kirletici veya sera gazlarıyla, parçacık kirleticiler salınıyor. 4
  20. 20. Otomobille ulaşımın yoğun olarak kullanıldığı büyük yerleşim merkezlerinde havakirliliği ve buna bağlı sağlık sorunları artarken, yaşam kalitesi düşüyor. Sonuç olarak,konvansiyonel kara taşıtlarıyla ulaşıma ağırlık vermekle, bir bakıma adeta daha fazlaçevre sorunu yaratabilmek için daha fazla kaynak harcamak zorunda kalıyoruz.Dolayısıyla, temiz otomobil tasarımlarına yönelik yoğun arayışlar var. Bu tasarımlardanbirisi, yakıt olarak hidrojen kullanan araçlar. Gerçi, hidrojen hala içten yanmalı birmotorda yakıldığından, verimlilik açısından pek bir iyileştirme getirmiyor. Fakat yanmaürünü olarak yalnızca su buharı ürettiğinden, aracın çalışması sırasında atmosferekirletici unsurlar salınmıyor.Dolayısıyla olumsuz çevre katkıları, eğer kullanılan hidrojen temiz yöntemlerleüretilmişse tümüyle ortadan kaldırılmış değilse de en azından otomobil kullanımınınyoğun olduğu kentlerden uzaklaştırılıp, söz konusu hidrojenin üretildiği merkezlerekaydırılmış oluyor. Bu tasarımlar prototip aşamasında olup, hidrojenin dağıtım vedepolanma sorunlarının çözümünü bekliyorlar. Temiz ulaşım arayışlarındaki bir diğertasarım, elektrikli ulaşım araçları. Elektrikli motorlar çok daha yüksek verimlerleçalışıyor ve çalışırken atmosfere kirletici yaymıyorlar. Buna karşılık, yüksek güçtaleplerine yanıt vermekte zorlandık larından, kısa sürelerde hızlanamıyor ve manevrayetenekleri sınırlı kalıyor.Öte yandan, kullandıkları elektriğin önceden depolanmış olması, bunun için deakülerin kullanılması gerekiyor. Halbuki yüksek güce sahip akülerin halen, boşalmasüreleri kısa, yeniden doldurma süreleriyse uzun. Bu durum, tümüyle elektrikliaraçların kullanışlığını azaltıyor. Bu soruna çözüm, aracın gereksinim duyduğu elektriğiyolda üretebilmesinde yatıyor. Örneğin, hem elektrikli ve hem de sıvı yakıtla çalışaniçten yanmalı birer motoru bulunan ‘hibrid’ araçlar bunu yapabiliyor. Bu araçların, şehiriçindeyken çoğunlukla elektrikli motorunu, aküsünün zayıfladığı veya hızlı manevragereksiniminin doğduğu durumlarda ve uzun sürelerle hız yapılan şehirlerarası yollardada içten yanmalı motorunu kullanması öngörülüyor. Söz konusu iki motor birbirine seriya da paralel olarak bağlanabiliyor. Seri bağlanmaları halinde, aracı yalnızca elektriklimotor sürüyor ve içten yanmalı motor yalnızca jeneratör olarak çalışıp, aküyüboşaldıkça dolduruyor. Paralel bağlanmaları halindeyse, aracın sürümü içinmotorlardan biri veya diğeri devreye girebiliyor. Bu türden ‘hibrid’ araçlar, piyasada 5
  21. 21. halen mevcut. Ancak bu teknoloji, göreceli olarak pahalı ve yalnızca, şehirlerdeki havakirliliğinin azaltılmasına katkıda bulunuyor. ulaşım sektörünün petrole olan bağımlılığınıazaltmıyor. Kimyasal enerjiyi doğrudan elektriğe dönüştüren, düşük sıcaklıklı yakıthücreleri teknolojisi, bu açıdan büyük ümit vaat ediyor. Çünkü söz konusu kimyasalenerjiyi, metanol veya hidrojen gibi çok çeşitli kaynaklardan sağlamak mümkün.Ancak halen, güç düzeyi ve maliyet açılarından çözüme muhtaç sorunları var. Bir detabii, kimyasal enerji kaynağı olan hidrojen veya etanolu elde etmenin temiz yollarınıbulup geliştirmek gerekiyor. Halbuki, elektrikli bir aracın gereksinim duyduğu elektriği,fotovoltaik gözeler aracılığıyla güneş ışınlarından doğrudan elde etmek de mümkün.Güneş panelli otomobil tasarımları, bu olasılık üzerinde çalışıyor. Böyle bir otomobilinaküsü de olmak zorunda. Göze sisteminin ihtiyaç fazlası elektrik üretebilmesi halindeakü doldurulacak, üretimin yetersiz kaldığı sırada da, aküde depolanmış olan enerjikullanılacaktır. Fikir basit görünmekle beraber, böyle bir tasarım oldukça karmaşıkmühendislik sorunları içerir [25].1.3 Konu ile İlgili Yapılmış ÇalışmalarHammad and Khatib (1996), yaptıkları çalışmada; 6m2 güneş modülü kullanılan 5 muzunluk 1,8 m genişlikte 2 kişilik ve kişi başına 480 W enerji üreten bir güneş arabasınıntüm enerji parametrelerinin Amman şartlarında incelemişlerdir [2].Pudney et al. (2000), güneş enerjili arabalarda optimal enerji düzenini belirlemekamaçlı bir çalışma yapmışlardır. Üzerinde çalışılan araç Dünya Güneş Rallisinde yarışanbir güneş arabasıdır. Aracın optimum çalışma verilerini belirlemek amacı ile yapılmış birçalışmadır [3].Howlett et al (1997), yaptıkları çalışma 1993 dünya güneş rallisinde yarışan 52 araçtanyarışı bitiren 5 araç üzerinden yapılmış bir araştırma projesidir. Çalışmada optimalsürüş stratejisinin yarış için önemi anlatılırken verimsiz enerji depolamanın gereksizliğienerji depolama ihtiyacının güneş ışınımının düşük olduğu anlarda kullanımı için gerekliolduğu ve bu durumlarda sürüş hızını üretilen güç ile orantılı düşürmek gerektiğiniispatlama amaçlı bir çalışmadır [4]. 6
  22. 22. Kennedy et al (1999), yaptıkları çalışmada; elektrikli araçlarda lityum-ion pil kullanımıdenenmiştir. 1999 yılında dünya güneş rallisine katılan bir güneş arabasında kullanılanlithium-ion pillerin uygunluğu konusunda yapılmış bir çalışmadır [5].Lovatt et al (1997), yaptıkları çalışmada; dünyada nadir bulunan bir mıknatıs türündenimal edilen manyetik doğru akım motorunun, verimi %92-%95 ve ağırlığı 12 kg–16 kgaralığında olan motorlarla karşılaştırmışlardır. Karşılaştırılan motorun verimi %97,5 veağırlığı 8,3 kg’ dır. Dünya güneş rallisinde motor veriminin diğer motorlara oranla dahayüksek olduğu ispatlanmıştır [6].King (1990), yaptığı çalışmada; yarışlarda kullanılan güneş arabalarından yola çıkarak,günlük kullanımda evden işe yolculuk maksatlı güneş enerjili araçların kullanılabilirliğinive Amerika Birleşik Devletleri şartlarında uygunluğunu araştırmıştır [7].Üstün vd (2006), yaptıkları çalışmada; Tübitak Bilim Teknik Dergisi’nin düzenlediğiFormula G yarışmasının, her iki ayağında da birincilik kazanan İstanbul TeknikÜniversitesi Güneş Arabası Ekibi’ne ait, ARIba isimli güneş arabasının elektrik,elektronik, elektromekanik düzeneklerinin tasarım metodolojisi ve bu düzeneklerinbilgisayar benzetim çalışmaları sunulmaktadır. Bu tasarımda güneş gözeleri (güneşpilleri), elektrik besleme ve akü devreleri, doğrudan sürüşlü fırçasız doğru akımmotoru, motor sürüş ve kontrol devreleri, veri haberleşme sistemi, yol sürüşsenaryoları ve benzetimleri ile aracın yarış performansını optimize eden enerji yönetimsistemi ile ilgili geliştirmeler açıklanmaktadır. Bu çalışma ile, İTÜ ARIba ekibi, yarış jürisitarafından TÜBİTAK “2006 En Yüksek Yerli Katkılı Özgün Tasarım Ödülü” ne layıkbulunmuştur [8]. 7
  23. 23. BÖLÜM 2 YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI VE TÜRKİYE AÇISINDAN ÖNEMİÜlkemiz, yerli, yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları ile enerji ihtiyacının önemli birkısmını karşılayabilecek bir potansiyele sahip olmasına karşın henüz bu kaynaklarmevcut potansiyelin çok altında değerlendirilmektedir.Türkiye önemli miktarda yenilenebilir enerji kaynakları potansiyeline sahiptir. Hidrolik,rüzgar, jeotermal, güneş ve biyokütle ülkemizin kullanılan ve kullanılma potansiyeliyüksek yenilenebilir enerji kaynaklarıdır ve kömürden sonra enerji üretimi için ikincibüyük yerli kaynaktır.2007 yılında yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerji miktarı 8,47 MTEPmertebesindedir. Bu toplam birincil enerji arzımızın yaklaşık % 8 ine karşılıkgelmektedir. Ülkemiz yenilenebilir enerji arzı ağırlıklı olarak hidrolik kaynaklar vebiyokütleden (odun, bitki ve hayvan artıkları) üretilmektedir. Biyokütlenin payıyenilenebilir enerji arzımızın % 47 sini oluşturmaktadır. Bu oranın tamamına yakınıticari olmayan yakıtlardan olan ve konut ısıtılmasında kullanılan odun ve hayvanartıklarıdır. Geri kalan yenilenebilir enerji arzı ise ağırlıklı olarak hidrolik kayanaklardanelde edilmektedir. Şimdilik rüzgar ve güneş enerjilerinin payı çok küçük olsa bile yakıngelecekte hızla artması beklenmektedir. Ülkemizde büyük potansiyele sahip jeotermal,rüzgar ve güneş gibi yerli kaynaklarımız şimdiye kadar sistematik olarakgeliştirilmemiştir. 2007 yılında bu üç kaynağımızın toplam birincil enerji arzı içindekipayı sadece %1.5-2 civarındadır. 8
  24. 24. Şekil 2. 1 Yenilenebilir enerji tüketiminin birincil enerji tüketimindeki payıBu kaynaklarımızın kullanımının hızla geliştirilmesi beklentisine karşın 2030 yılında bilebirincil enerji arzımıza ancak %5 oranında bir katkı yapması söz konusu olacaktır. Sonyıllarda elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının payında ciddi bir artışgörülmemektedir. Şekil 2. 2 Elektrik enerjisi paralelinde yenilenebilir elektrik enerjisinin trendi 9
  25. 25. Şekil 2. 3 Elektrik üretiminde kaynakların payıElektrik enerjisi üretiminde yenilenebilir enerjinin payı 2006 yılında %26 mertebesindeolmuş ancak bu pay 2007 yılında % 19 mertebesine gerilemiştir. Ancak Elektrik enerjisikurulu güç elektrik üretiminin gelişiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının payınınhızla artırılması beklenmektedir. Bu konuda yapılan öngörüler aşağıdaki tablodaözetlenmiştir. Çizelge 2. 1 Yenilenebilir enerji arz projeksiyonu-MW 10
  26. 26. 2020 yılında 15 000 MW hidro ve 10 000 MW rüzgar ve güneş kurulu gücünün ulusalşebekeye bağlanması hedeflenmektedir. İthalat bağımlılığını azaltabilmek, enerji arzıgüvenliğini sağlayabilmek ve sera gazı salınımlarını düşürebilmek için ülke enerjidengesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılmasına önem verilmelidir.Ülkemiz açısından yenilenebilir enerji kaynaklarının ulaşmış olduğu potansiyel, içindebulunulan enerji darboğazının aşılması, ithal kaynaklara olan bağımlılığın azaltılması vedöviz kaybının önlenmesi için önemli bir kaynaktır.Özellikle güneş, jeotermal ve rüzgar kaynaklarından enerji elde etmek için gerekliüretim ve ekipmanların büyük bir çoğunluğunun ülkemizde üretimi imkanı vardır. Eğerülkemizde AR-GE çalışmalarına gerekli kaynak ayrılır, uygulamaya yönelik üniversite-ilgili meslek odaları-sanayi işbirliği sağlanır ve bu konuda özellikle ulusal, kamusalçıkarları gözeten bir enerji programı uygulanabilirse; ülkemiz gerek ulusal kaynaklarıgerek insan gücü gerekse yetişmiş ve deneyimli mühendis yapısıyla gerekli teknolojikhamleyi yapabilecek alt yapıya sahiptir [9]. Çizelge 2. 2 EPDK ‘dan alınan enerji üretim lisanslarının durumu 11
  27. 27. 2.1 Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının ÇeşitleriYenilenebilir enerji kaynakları, sürekli devam eden doğal süreçlerdeki var olan enerjiakışından elde edilen enerjilerdir. En genel olarak, yenilenebilir enerji kaynağı; enerjikaynağından alınan enerjiye eşit oranda veya kaynağın tükenme hızından daha çabukbir şekilde kendini yenileyebilmesi olarak tanımlanır.Yenilenebilir enerji kaynakları tükenmeyen ve konvansiyonel enerji kaynaklarındançevreye en az zarar veren kaynaklardır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının her biri çeşitliuygulamalar için özel avantajlara sahiptir. Bu kaynakların hiçbiri işlemleri boyunca nesıvı ne de gaz olarak kirlilik oluşturmazlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarının bir diğerönemli yanı, yeni iş alanları yaratmasıdır.Modern yenilenebilir enerji çeşitleri şunlardır:RüzgârHidroelektrikNükleerBiyoyakıtJeotermalOkyanus kaynakları enerjisi.Yenilenebilir enerji kaynakları kullanımında pasif (direkt, doğrudan) ve aktif (endirekt,dolaylı) olmak üzere iki sistemden yararlanılmaktadır. Direkt kullanım örnekleri,jeotermal ısıtma, su veya rüzgâr değirmenleridir. Bu örneklerde ısıtma ve soğutmamaliyetleri önemli oranlarda azaltılarak enerji korunumu sağlanabilir. Endirekt (aktif)sistem ise güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik ve ısı enerjisielde etmek amacıyla yapıya bütünleşmiş edilen mekanik donanımlarla sağlanmaktadır.Örnek olarak, elektrik üretiminde kullanılan rüzgâr türbinleri veya fotovoltaik pillerverilebilir.Yenilenebilir enerji, ücretsiz enerji olarak kategorize edilebilse de, çoğu yenilenebilirenerji kaynağına normalde ücretsiz enerji denemez. Mühendislikte, ücretsiz enerji ile 12
  28. 28. kastedilen direkt olarak doğadan elde edilebilen ve insanlar tarafından tüketilmesimümkün olmayan enerjidir.2.2 Rüzgar EnerjisiRüzgâr enerjisi insanlığın ilk keşfettiği enerjilerden biridir. Yüzyıllardan beri rüzgârenerjisi gemilerde yelkenler vasıtasıyla itme kuvveti olarak kullanılmaktadır. Rüzgârenerjisi ile elektrik üretimi ise o kadar eski değildir, ama günümüzde enerji sektörününen genç ve hızlı büyüyen enerji türüdür.Rüzgâr enerjisi güvenilir, temiz ve her şeyden önce sonsuz bir kaynak olması sebebiyle,dünya ölçeğinde çok önemli ve güçlü bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisinde üretimmaliyetlerin son 15 yılda %50 düşmesi bugün bu enerjiyi üretmeyi cazip halegetirmiştir.Bugün modern rüzgâr türbinlerinin kurulu güçleri, verimlilikleri ve güvenilirlikleri yeniteknolojiler sayesinde çok hızlı bir şekilde gelişim göstermiştir. Dünyada rüzgâr enerjisiile ilgili gelecek vaat eden beklentiler hâkimdir. Konvansiyonel senaryolara göre 2003yılındaki 40 GW’ lık rüzgâr enerjisi kurulu gücünün 2012 yılında 4 kat artarak 160 GW’ ayükselmesi bekleniyor. Gelecek 10 yılda ise bütün dünyadaki ülkelerin rüzgâr enerjisineve yenilenebilir alternatif enerjiler üzerine daha fazla yatırım yapması beklenmektedir.Dünyada rüzgârdan enerji üretiminin %36.3’ ü Almanya’ da gerçekleştirilmektedir.Almanya toplamda 14,612 MW güç üretmektedir ve Almanya’ nın elektrik enerjisiihtiyacının %5.6’ sını karşılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkelersırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallıkve Çin’ dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3,756 MW’ lık güç üretimi ile %9.3’ lük payasahiptirler. 13
  29. 29. Aşağıda Şekil 2.4’ de rüzgar sisteminin temel elemanları gösterilmektedir [26]. Şekil 2. 4 Rüzgâr sisteminin temel elemanlarıDönen kanatlar arasından gelen hava akımının kinetik enerjisi rotor sayesindejeneratörü döner harekete gecirir. Rotor üzerinde 2 - 3 kanat (genellikle 3 kanat)bulunur. Rotor kanatlarının yakaladığı rüzgârla döner ve jeneratör elektrik üretir.Kanatlar değişik boyutlarda olabilir. Bugün kullanılan en büyük kanat çapı 50 metredir.Jeneratör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Türbinden elde edilecek enerjimiktarının en iyi göstergesi rotorun süpürdüğü alanı belirleyen rotor çapıdır. Çizelge 2. 3 Türkiye iyi sıradışı arası rüzgar kaynağı 14
  30. 30. Şekil 2. 5 Türkiye rüzgar atlası yıllık rüzgar dağılım haritası 70 mTürkiye rüzgâr enerji potansiyeli, rüzgâr sınıfı iyi ile sıra dışı arasında 47,849.44 MWolarak belirlenmiştir. Bu araziler Türkiye toplamının %1.30’una denk gelmektedir. Ortaile sıra dışı arası rüzgâr sınıfına ait rüzgârlı arazilere bakıldığında ise 131,756.40 MW’lıkrüzgâr enerjisi potansiyelini bulunduğu ve toplam rüzgârlı arazinin alanının iseTürkiye’nin %3.57 ’si olduğu görülmüştür. Şekil 2. 6 Marmara bölgesindeki muhtemel rüzgar santrallari -REPATürkiye, Avrupa’da rüzgâr enerjisi potansiyeli bakımından en zengin ülkelerdenbirisidir. Üç tarafı denizlerle çevrili olan ve yaklaşık 3500 km kıyı şeridi olan Türkiye’deözellikle Marmara kıyı şeridi ve Ege kıyı şeridi ile sürekli ve düzenli rüzgâr almaktadır 15
  31. 31. Türkiye’de halihazırda şebeke bağlantılı rüzgâr santralarının toplam kurulu gücü 146.25MW ulaşmış olup 2007 de 355 GWh enerji üretmiştir. 2007 de toplam 76,4 MW rüzgarsantralı devreye alınmıştır(EPDK).Bunların yanı sıra inşaatı süren 276.9 MW ve tedarik anlaşması yapılan 579.7 MWrüzgâr santrali mevcuttur. Elektrik Piyasası Düzenleme Kurumu tarafından bu günekadar toplam kurulu gücü 2126 MW olan 58 adet rüzgâr santraline lisans verilmiş,toplam kurulu gücü 533 MW olan 13 adet santralin lisansı ise sona erdirilmiştir. 1Kasım 2007 tarihinde, yalnızca tek bir gün süreyle kabul edilen, 78 000 MWbüyüklüğündeki rüzgâr santral lisans başvuruları ile inceleme ve değerlendirmede olanrüzgar projeleri toplam gücü 84 674 MW’a ulaşmıştır.Rüzgara dayalı elektrik üretim başvurularına ilişkin belirtilen rakamlar, aynı kaynağınelektrik amaçlı kullanımına ilişkin olarak yapılan birden fazla başvuruyu da içermektedir[9].2.3 HidroelektrikHidro enerji, suyun düşüşünden yararlanılarak elde edilen elektrik gücüdür. Güçistasyonunun dağlık bölgelerde kurulması ve elektriğin uzak yerlere iletilmesi gerektiğidurumlarda dahi yine de ucuza gelir, çünkü yakıt olarak kullanılan su bedavadır. Ayrıcaişletme masrafları da düşüktür. Su gücü bazen doğal şelaleden sağlanır. Amaçoğunlukla su gücü elde etmek için barajlar yapılır. Kurulan baraj ayrıca çevresine içme,kullanma ve sulama suyu sağlar. Yüksekten düşen su, bir türbini, bu da bir jeneratörüçalıştırır. Türbinleri ve jeneratörleri içeren hidroelektrik santrali ya barajın tabanında yada belli uzaklıkta kurulur. Şekil 2.7 bir hidroelektrik enerji santrali şemasınıgöstermektedir. Su borular ya da tünellerle iletilir. Hareket eden su türbinlere çarparve türbin dairesel olarak odak noktası ekseninde dönmeye başlar. Türbinlerdekimekanik enerji alternatör (ya da çevirici) adı verilen araçlar yardımıyla alternatif akımadönüştürülür. 16
  32. 32. Şekil 2. 7 Hidro enerji santraliAlternatörlerin ürettiği akımın frekansı şehir şebekesine uygun 50 Hertz olarakayarlanır. Hidroelektrik santraller ile elektrik üretimi, dünyada toplam elektriküretimine yaklaşık %23 oranında katkıda bulunmaktadır [27]. Hidroelektrik santralleriile enerji üretimi için uygun coğrafi koşulların sağlanması gerekmektedir. Günümüzkoşullarında kullanılabilir hidroelektrik kapasitenin büyük bir bölümü hali hazırdakullanılmaktadır. Son zamanlarda gel - git hareketlerinden yararlanarak hidroelektrikelde etme girişimlerinde bulunulmaktadır.Türkiye’nin brüt hidroelektrik potansiyeli 433 milyar kWh/yıl, teknik hidroelektrikpotansiyeli 216 milyar kWh/yıl, ekonomik potansiyeli ise 150 milyar kWh/yıl dır.Ekonomik potansiyelin, yeni projelerle birlikte önümüzdeki yıllar daha da artışgöstererek yaklaşık 170 milyar kWh/yıl’a ulaşacağı tahmin edilmektedir. Türkiye teknikpotansiyelinin %22’si,ekonomik yapılabilir hidroelektrik potansiyelinin ise %32’si ancakdeğerlendirilmiş bulunmaktadır.2007 yılı sonu itibariyle Türkiye’de işletmede olan HES lerin toplam kurulu gücü 13394,4 MW, bu ise Türkiye kurulu gücünün % 33 ünü oluşturmuştur. 2007 yılında 31,5MW gücünde ilave potansiyel devreye alınabilmiştir(EPDK). 17
  33. 33. Çizelge 2. 4 Ekonomik HES potansiyelinin proje durumlarına göre dağılımıHerhangi bir nehirde bir kesitten enerjisi alınmadan geçen su ülke ekonomisi açısındankayıptır. Türkiye geliştiremediği hidroelektrik potansiyelden dolayı,170 milyar kWhelektrik üretim kapasitesinin halen yalnız 47.6 milyar kWh’lik bölümünü kullanabildiğiiçin, her yıl yaklaşık 122.4 milyar kWh enerji üretebileceği suyu enerjisini almadandenizlere göndermekte ve bu yüzden, birim kWh başına 0.06 US cent hesabıyla her yıl7-8 milyar ABD$’ı kaybetmektedir.Diğer taraftan hidrolik enerji doğal koşullara ve yağışlara çok bağımlıdır. 2006 yılındamevcut 13 062.7 MW kurulu gücündeki HES’lerden 44 244.2 GWh enerji üretilmişkenbu üretim 2007 yılında 13 394.9 MW kurulu güçteki tesislerden 35 850.8 GWh tedüşmüştür. Pik yüklerin ve değişken karekterli diğer yenileblir enerji üretiminin sistemdengesini sağlamada en değerli üretim tipi olan Hidroelektrik santaralların hızlatamamlanması ve pompa depolamalı santralların da Türkiye enerji sisteminde yeralması gereklidir. Pompa depolamalı santrallarla ilgili olarak EİE Genel Müdürlüğündebaşlatılmış olan çalışmalar desteklenmeli ve geliştirilmektedir.2.4 Jeotermal Enerji (Isı, Elektrik)Jeotermal (jeo - yer, termal - ısı anlamına gelir) yerkabuğunun çeşitli derinliklerindebirikmiş ısının oluşturduğu, kimyasallar içeren sıcak su, buhar ve gazlardır. Jeotermalenerji de bu jeotermal kaynaklardan ve bunların oluşturduğu enerjiden doğrudan veyadolaylı yollardan faydalanmayı kapsamaktadır. Yer kabuğunun derinliklerinde bulunanUranyum (U238, U235), Toryum (Th232) ve Potasyum (K40) gibi radyoaktif maddelerinbozunması sonucu sürekli olarak ısı üretmesi prosesinin, jeotermal enerjininkaynağıdır. Jeotermal sistemin mekanizması sıvının ısıyı iletimi üzerinedir. Şekil 2.8.a’da orta sıcaklıklı jeotermal sistemdeki mekanizma basitçe gösterilmektedir. 18
  34. 34. Konveksiyon akım (ısı iletimi) ısınma nedeniyle oluşur ve sonuçta sistemdeki sıvınıntermal genleşmesine neden olur. Düşük yoğunluklu ısınmış sıvı, sistemde yükselmeeğilimindedir ve sistemin kenarlarından gelen yüksek yoğunluklu soğuk su ile yerdeğiştirir. Doğal olarak konvansiyonel akım sisteminde, alt kısımlarda sıcaklık azalmaeğiliminde iken üst kısımlarda sıcaklık artma eğilimindedir. Jeotermal sistem modeli(Şekil 2.8.b) 1. eğri saf suyun kaynama noktasını, 2. eğri ise A noktasından beslenen, Enoktasından boşalan suyun devir daim sıcaklık profilini göstermektedir. Jeotermalkaynaklar ile elektrik enerjisi üretimi merkezi ısıtma, merkezi soğutma, sera ısıtması vb.ısıtma/soğutma uygulamaları, süreç ısısı temini ve mineraller içeren içme suyu üretimigibi uygulama ve değerlendirme alanlarında kullanımlar gerçekleştirilmektedir.Şekil 2. 8 İdeal bir jeotermal sisteminin şematik gösterimi: (a) mekanizması, (b) modeliBu tip uygulamalar ve değerlendirmeler Şekil 2.9’ da gösterilmektedir. Şekil 2. 9 Entegre jeotermal değerlendirme 19
  35. 35. Dünyada jeotermal elektrik üretiminde ilk 5 ülke sıralaması, ABD, Filipinler, İtalya,Meksika ve Endonezya şeklindedir. Dünya jeotermal ısı ve kaplıca uygulamalarındaki ilk5 ülke sıralaması ise Çin, İsveç, ABD, İzlanda ve Türkiye biçimindedir.Türkiye’nin jeotermal brüt teorik ısı potansiyelinin 31.500 MW, kullanılabilir ısıpotansiyelinin de 3.524 MW olduğu belirtilmektedir.Toplam jeotermal elektrikpotansiyeli 2000 MW’dir.1962 yılında MTA tarafından bir sıcak su envanter çalışması olarak başlatılanTürkiye’nin jeotermal enerji araştırması ile bugün toplam 600’den fazla termal kaynak(sıcak ve mineralli su kaynağı) bilgisine ulaşılmıştır. Şekil 2. 10 Jeotermal Rezerv ve Üretim Sahaları Haritası2005 yılı sonu itibariyle MTA tarafından yapılan jeotermal sondaj değerlendirmelerinegöre muhtemel potansiyelin 2924 MW ‘ı görünür potansiyel olarak kesinleşmiştir.Türkiyedeki doğal sıcak su çıkışlarının 600 MWt olan potansiyelide bu rakama dahiledildiğinde toplam görünür jeotermal potansiyelimiz 3524MWt ‘e ulaşmaktadır.Ülkemizdeki jeotermal kaynakların % 95’i ısıtmaya uygun sıcaklıkta olup (40 °C’ninüzerinde toplam 140 adet jeotermal alan) çoğunlukla Batı, Kuzeybatı ve OrtaAnadolu’da bulunmaktadır.Türkiye’nin toplam jeotermal ısı ve elektrik potansiyeli; 5 milyon konut ısıtma eşdeğeriveya 150 bin dönüm sera ısıtması, 1 milyonun üzerinde kaplıca yatak kapasitesi, 29 20
  36. 36. milyar $/yıl fuel-oil eşdeğeri (30 milyon ton/yıl), 30 milyar m3/yıl doğal gazeşdeğerindedir.Türkiye’nin toplam jeotermal elektrik potansiyeli 2000 MWe dir. 2013 yılı jeotermalelektrik üretim hedefi 550 MWe kurulu güç ve 4 milyar Kwh elektrik üretimidir. Çizelge 2. 5 Jeotermal enerjinin mevcut kullanım durumuJeotermal enerji, doğrudan kullanım alanlarında, teknolojik açıdan yatırımların % 90’ıyerli makina ve teçhizat tarafından karşılanabilecek bir düzeye ulaşmıştır. Dolayısıylaelektrik dışı uygulamalarda ulusal teknoloji kolaylıkla geliştirilebilir durumdadır.Türkiye’deki jeotermal enerji kaynaklarının tümüne yakınının düşük-entalpili (akışkansıcaklıkları 160 °C’den küçük), olması, kaynakların değerlendirilmesinde endüstriyelproses ısısı ve konut ısıtmasına yönelinmesi gereğini ortaya çıkarmaktadır. Türkiye’ningelecek yıllardaki enerji gereksinimleri dikkate alındığında jeotermal enerjinin tek 21
  37. 37. başına çözüm olmayacağı; fakat enerji sorununda tamamlayıcı bir rol oynayacağıaçıktır. Devletin ve özel yatırımcıların jeotermal kaynakların son derece çekici olduğukonut ısıtması ve proses ısısı gibi kullanımlara yatırım yapması, ülke ekonomisinekatkıda bulunacak, hava kirliliğini azaltacaktır.Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü (MTA), 2007 Haziran ayında yürürlüğe girenJeotermal Yasası ve Aralık ayında yürürlüğe giren yönetmeliği kapsamında elektriküretimi amaçlı altı jeotermal sahayı özel sektörün kullanımına açmıştır. Sıcaklıkları213°C’ye kadar değişen aralıklarda olan bu altı sahada, 110 MWe (megavat elektrik)kurulu gücünde yaklaşık 1 milyar kWh elektrik üretilmesi planlanmaktadır. Bu sahalar: Aydın Merkez - Köşk - Umutlu - Serçeköy Aydın - Sultanhisar - Atça Aydın - Germencik - Bozköy - Çamur Aydın -Sultanhisar Manisa - Salihli - Caferbeyli Manisa - Alaşehir - Kavaklıdere.Jeotermal sahalarıdır [9].2.5 Biyokütle EnerjisiTürkiye’nin biyokütle, biyogaz ve biyoyakıt enerji kapasiteleri de ciddi potansiyelleresahiptir. Biyokütle yeni-yenilenebilir enerji kaynakları içinde ciddi bir teknik potansiyelesahiptir. Ana bileşenleri karbo-hidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tümmaddeler “Biyokütle Enerji Kaynağı”, bu kaynaklardan üretilen enerji ise “BiyokütleEnerjisi” olarak tanımlanmaktadır.Türkiye’de toplam arazinin sadece % 33,1’i işlenmektedir. İşlenmeyen arazi içindetarıma uygun % 3’lük bir alan mevcuttur. Bu alanın enerji tarımında kullanılması, kotakapsamından çıkarılan ürünler (tütün, şeker pancarı gibi) yerine de enerji amaçlı tarım(şeker pancarı, tatlı sorgum, miskantus, kanola, aspir, C4 bitkileri ekimi gibi) yapılması,tarım kesimine yön verecek, istihdam yaratacak ve ulusal geliri artıracaktır.Bugün 22
  38. 38. AB’de şeker üretimine kota getirilse de şeker pancarının üretimi kısıtlanmamakta, tamtersine biyoyakıt üretimine dönük şeker pancarı üretimi hektar başına 45 € iledesteklenmektedir GAP, Yeşilırmak Havza Projesi gibi projeler kapsamında biyokütleenerji teknolojisi plan ve uygulamaları mutlaka yer almalıdır.Ülkemiz enerji ormancılığına uygun (kavak, söğüt, kızılağaç, okaliptüs, akasya gibi hızlıbüyüyen ağaçlar) 4 milyar hektar devlet orman alanına sahiptir. Söz konusu alan uygunplanlamalar dahilinde, modern enerji ormancılığında değerlendirilmeli ve bu ağaçlarınyakacak olarak kesimi önlenmelidir. Yapılan hesaplamalar, 1 milyon hektar alanakurulacak enerji ormanlarından yılda yaklaşık 7 milyon ton biyokütle enerji kaynağıelde edilebileceğini göstermektedir.. Bu miktar yaklaşık 30 milyon varil ham petroleeşdeğerdir [9].2.5.1 BiyogazÜlkemizde 65.000 ton/gün miktarında çöp çıkmaktadır. Çöplerin düzenli depolama ileelektrik eldesinde değerlendirilmesi de göz ardı edilmemelidir. Türkiye için en önemlibiyoyakıt seçeneklerinden biri biyogaz’dır. AB’de son yıllarda biyogaz üretimine önemlidestekler sağlanmakta ve doğal gaz niteliğinde elde edilecek biyogazın tüm sektörlerde(ulaştırma, elektrik üretimi, sanayi, konutlar vb) kullanımı hedeflenmektedir.Türkiye’de hayvansal atıkların biyogaz üretiminde değerlendirilmesi ile, fermantör içisıcaklığın 38 °C olması ve optimum fermantör sıcaklığında çalışılması durumunda bupotansiyelin 2,2-3,3 milyar m3/yıl arasında olması teorik olarak mümküngörünmektedir. Bu da 2,4 milyon ton taş kömürü eşdeğeri bir enerjiye karşılıkgelmektedir.Çizelge 2. 6 Hayvansal atık potansiyeline karşılık gelen üretilebilecek biyogaz miktarı ve taşkömürü eşdeğeri 23
  39. 39. Biyogaz tesislerinin yanı sıra, şebeke ile bağlantılı çalışan “çöp termik santralleri” ileelektrik üretimi sağlanabilmektedir. Biyoelektrik üretimi için değerlendirilebilecek atıkpotansiyelinin ülkemizde mevcut olduğu bilinmektedir. 2003 genel enerji dengesiiçerisinde 14.991 bin ton odun, 5.439 bin ton hayvansal-bitkisel atık arzı olmuştur.2006 yılı genel enerji dengesinde ise 13411 bin ton odun, 4984 bin ton hayvansal vebitkisel atık arzı bulunmaktadır. Bunun yanı sıra ortalama değerlerle yılda 15 milyonton evsel atık, 20 milyon ton belediye atığı da oluşmaktadır.Dünyadaki arıtma tesisleri bünyesinde biyogaz üretimi de yaygındır. Türkiye’dekiarıtma tesislerinde biyogaz üretimine ilişkin en güzel örnek, Ankara Su ve Kanalizasyonİdaresi Genel Müdürlüğü (ASKİ) Atık Su Arıtma Tesisi’dir. 4 milyon nüfusa hizmetvermek üzere 2000 yılında işletmeye açılan tesis, Avrupa’nın en iyi tesislerinden biriolup, 2025 yılına kadar 6 milyon nüfusa hizmet verecek kapasiteye genişletilecektir.Tesiste bulunan her biri 1650 KW kapasiteli iki elektrik jeneratörü, biyogazı elektrikenerjisine çevirmektedir. Elde edilen elektrik enerjisi, tesisin yılık enerji ihtiyacınınyaklaşık % 80’ini karşılamaktadır.İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi Genel Müdürlüğü (İSKİ) bünyesinde bulunan TuzlaAtıksu Biyolojik Arıtma Tesisi’nde bulunan anaerobik çamur çürütme ünitesinden eldeedilen ve günlük ortalama 600-1000 m3 hacminde olan biyogaz, tankların ve tesisiçinde bulunan idarî binaların ısıtılmasında kullanılmaktadır.Türkiye’de son zamanlarda organik atık, biyokütle ve biyogazdan enerji elde edilmesineyönelik kamu ve özel sektör yatırımları artmaya başlamıştır. Öncelikle BüyükşehirBelediyeleri çöp atıklarının çözümüne yönelik atık yakma ve enerji üretim tesislerikurmaya başlamışlardır. Türkiye’de yaklaşık 65.000 ton/gün miktarında çöpçıkmaktadır. Çöplerin düzenli depolanmasının önemi gözardı edilmemelidir. Ancakçöplerin düzenli depolandığı belediye sayısı sınırlı olsa da, bazı belediyeler çöpalanlarında açığa çıkan metan gazından elektrik üretmektedir.Türkiye’de ilk lisanslı atık bertaraf tesisi olan İZAYDAŞ, yıllık 35.000 ton tıbbî atıkkullanmaktadır. Tesis 5,2 MW elektrik üretim kapasitesine sahiptir. Üretilen enerjinin1,3 MW’ı tesis ihtiyacını karşılamak için kullanılmakta, kalan kısmı ise ulusal sistemesatılmaktadır [9]. 24
  40. 40. 2.5.2 BiyoyakıtBiyoyakıt ya da biyodizel, mısır, soya, kolza - kanola gibi (Şekil 2.11) yağlı tohumbitkilerinden elde edilen yağların veya hayvansal yağların bir katalizatör eşliğinde kısazincirli bir alkol ile (metanol veya etanol) reaksiyonu sonucunda açığa çıkan ve yakıtolarak kullanılan bir üründür.Evsel kızartma yağları ve hayvansal yağlar da biyodizel hammaddesi olarakkullanılabilir. Genel olarak biyodizel standart dizel yakıtına alternatif veya ek olarakkullanılabilecek, petrol yerine biyolojik içerikten yapılmış bir yakıttır. Biyodizel çeşitlikimyasal reaksiyonlardan geçirilmiş bitki yağlar veya hayvan yağlarından üretilir. Şekil 2. 11 Biyoyakıt tohum bitkileriBu iki kaynakta toksik değildir ve yenilenebilir. Biyodizel güvenlidir ve dizel motorlardaya çok küçük bir değişikliğe ihtiyaç duyarak ya da hiçbir değişikliğe ihtiyaç duymadankullanılabilir.Biyoyakıtlar petrol ürünlerine alternatif olan, daha temiz çevre ve iklimlerinkorunmasına katkıda bulunan ve tarımsal iş hacminde genişleme yaratacakyenilenebilir enerji seçenekleridir.Ülkemizde şeker pancarı tarımına yönelik biyoetanol üretim potansiyeli 2-2,5 milyonton civarında olup bu değer 2007 benzin tüketimimizin % 60-70’ı kadardır. Ülkemizdebiyoetanolün benzinle harmanlanan %2’lik kısmı ÖTV’den muaftır ve bu miktar ancak80-90 milyon litre biyoetanol tüketimini gerektirmektedir. Ancak bu miktarbiyoetanolün Türkiye’deki gelişimi için yeterli görülmemektedir. Çünkü mevcutdurumda kurulu biyoetanol üretim kapasitesimiz yaklaşık 160 milyon litredir. Bununlabirlikte ülkemizde benzine biyoetanol harmanlanması zorunlu değildir. Pek çok ülkede 25
  41. 41. olduğu gibi ülkemizde de biyoetanol kullanımı zorunlu olmalı ve ÖTV muafiyeti %2’den%5’e çıkartılmalıdır.Biyodizel, kanola (kolza), ayçiçeği, soya, aspir, pamuk gibi yağlı tohum bitkilerindenelde edilen motorine eşdeğer bir yakıttır. Atık bitkisel yağlar ve hayvansal yağlar da,biyodizel hammaddesi olarak kullanılabilir. Ancak halihazırda AB’inde ve ülkemizdegeçerli olan TS EN 14214 standardının gereklerini kanola yağından elde edilen biyodizelkarşılamaktadır. Bununla birlikte bilimsel çevreler farklı hammaddelerden paçalyapılarak da standartlardaki değerlerin tutturulabileceğini belirtmektedirler.Biyodizel petrol içermez; fakat saf olarak veya her oranda petrol kökenli motorinekarıştırılarak motorinin kullanıldığı her yerde yakıt olarak kullanılabilir. Biyodizel yerlikaynaklarla ve yerli sanayi tesislerinde üretilebilir. Ayrıca, küçük ölçekli ve yöreselüretim de mümkündür. 2003 yılından itibaren sektördeki yasal boşluğun da bir sonucuolarak yatırımcılar tarafından plansız–programsız, değişik kapasitelerde pek çokbiyodizel tesisi kurulmuş ve sayıları 250 civarına ulaşan bu tesislerin kurulu kapasitesi2,3 milyon tona ulaşmıştır. Ancak 2004 yılından sonra adım adım yapılan yasaldüzenlemelerle biyodizel üretimi, ulaşım sektörü için TS EN 14214, ısınma sektörü içinTS EN 14213 standartlarına uygun olarak ve EPDK’dan alınan işleme lisansına sahiptesislerde yapılmaktadır.Sulanabilir pancar ekim alanlarında münavebe bitkisi olarak kanola ekilmesi sonucu4’lü ekim sistemine göre 800 000 bin hektar alanın 500 000 bin hektarının kanola ekimiiçin kullanılması durumunda yıllık 500 bin ton biyodizel üretim potansiyeli vardır. AyrıcaElektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü’nün yaptığı analizler sonucu, tarımaelverişli olduğu halde kullanılmayan tarım arazileri esas alınarak 2.000.000 ha. arazideekilecek yağlı tohumlu bitkilerden 1,5 milyon ton biyodizel üretilebileceği ve 54.000kişiye istihdam sağlanabileceği de tahmin edilmektedir. Bu kapasite 2006 yılındaki dizeltüketimi olan 14.2 milyon tonun %11’i düzeyindedir. Bu üretim aynı zamanda 2,8milyon ton karbondioksit tasarrufunu da beraberinde getirmektedir [9]. 26
  42. 42. 2.6 Hidrojen EnerjisiHidrojen evrende en fazla bulunan ve doğadaki en basit atom yapısına sahipelementtir. Hidrojen çok hafif bir gaz olup, yoğunluğu havanın 1/14ü, doğal gazın ise,1/9u kadardır. Atmosfer basıncında -253 °C ye soğutulduğunda sıvı hale gelenhidrojenin yoğunluğu ise benzinin 1/10u kadar olmaktadır.Hidrojen en verimli yakıttır. Ortalama olarak, fosil yakıtlardan %26 daha verimlidir.Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğinesahiptir. 1 kg hidrojen 2.1 kg doğal gaz veya 2.8 kg Petrolun sahip olduğu enerjiyesahiptir.. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir. Hidrojen gazının ısıl değeri, metreküp başına yaklaşık 12 MegaJoule olarak verilmektedir. Hidrojen çevre problemlerinetek çözüm olarak gösterilmekte ve ülkeleri fosil yakıtlardan kurtarabilecek “bağımsızlıkyakıtı” olarak da adlandırılmaktadır.Dünya Hidrojen Enerjisi Konseyi Başkanı olan ve aynı zamanda da MiamiÜniversitesi’nde “Temiz Enerji Araştırmaları Enstitüsü”nün başkanlığını yapmakta olanProf. Dr. T. Nejat Veziroğlu, 1974 yılında organizasyonunu üstlendiği “HidrojenEkonomisi Miami Enerji Konferansı’nda (THEME) fosil yakıtların tükenmesine vebunların yakıt olarak kullanımının çevreye verdiği zararların önlenmesine çözüm olarak“Hidrojen Ekonomisi / Hidrojen Enerji Sistemi” fikrini ortaya atmıştır.“Birleşmiş Milletler Uluslararası Hidrojen Enerjisi teknolojileri Merkezi’nin (ICHET)İstanbul’da kurulması ile ilgili olarak Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı ile 2003 teimzalanmıştır. ICHET Mayıs 2004 de faaliyete geçmiş olup, Türkiye’de ve Dünyanın birçok ülkesinde başlattığı pilot projelerle çalışmalarına devam etmektedir. AyrıcaMerkez, Türkiye’de organize ettiği çeşitli demonstrasyon projeleriyle hidrojen enerjisikonusunda Türkiye’yi lider ülke konumuna taşımak için çeşitli sanayi kuruluşlarıylaortak çalışmalar yapmaktadır. Bunlar arasında THY, TEMSA, TPAO ile AtatürkHavaalanında otobüs projesi, Demirer Holding, BOS, Çukurova holding ve Unileverşirketi ile rüzgardan elde edilecek hidrojenin fabrika içinde fork lift çalıştırmada vemargarin yapımında kullanılması, Ankara’da bir hastanede hidrojen ve oksijenüretilerek hidrojenin ambulansta yakıt olarak kullanılması gibi bir çok proje üzerindekiçalışmalar devam etmektedir. 27
  43. 43. TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsünün AB 6. Çerçeve Programına yönelik yürüttüğüHYPROSTORE “Hidrojen Teknolojileri Mükemmeliyet Merkezi” projesi, AB tarafındandesteklenmektedir. Ayrıca Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, OrtadoğuTeknik Üniversitesi, Sabancı Üniversitesi ve bazı endüstriyel kurumlarda de PEMüzerine araştırmalar yapılmaktadır. Bir çok araştırma merkezinde yapılan araştırmalarlahidrojen enerjisinin maliyetlerinin düşürülmesi mümkün olacaktır. Çizelge 2.7’ dehidrojenin üretim yöntemlerinin maliyet karşılaştırılması verilmektedir [9]. Çizelge 2. 7 Hidrojen üretim yöntemlerinin maliyetleri2.7 Nükleer EnerjiAğır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçükatomlara bölünmesi (fisyon - parçalanma) veya hafif radyoaktif atomların birleşerekdaha ağır atomları oluşturması (füzyon - birleşme) sonucu çok büyük bir miktardaenerji açığa çıkar. Bu enerjiye nükleer enerji denir. Nükleer reaktörlerde fisyonreaksiyonu ile edilen enerji elektriğe çevrilir. Güneşteki reaksiyonlar ise füzyonreaksiyonudur. Bu reaksiyonun yarattığı sıcaklık fisyon reaksiyonundakinden çok dahafazladır (birkaç milyon derece santigrat). Bu yüzden bu sıcaklığı kontrol edebilecek birfüzyon reaktörü henüz kurulamamıştır. Bir nükleer santraldeki sistemler konvansiyonelgüç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilenbuharın türbin - jeneratörü döndürerek elektrik üretmesi felsefesi, temel olaraknükleer santrallerde de aynıdır. Nükleer santraller ısı üretmek için nükleer reaksiyonu 28
  44. 44. kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddelerürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, birçok nükleer santralde nükleeryakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbinegönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak amacı ile kullanılır.Bununla ilgili sistemlere Birincil Soğutma Sistemi adı verilir (Şekil 2.12 bunugöstermektedir). İkincil sistem ise Birincil soğutma sistemindeki ısıyı alarak türbin -jeneratörü döndürmek üzere gerekli olan buharın üretilmesinde kullanılan sistemdir.Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır. Şekil 2. 12 Nükleer reaktörünün çalışma prensibiNükleer santraller, birincil sistemlerindeki farklılıklara göre değişik şekillerdeadlandırılırlar. Dünyadaki 400’ den fazla sayıda nükleer santralin yaklaşık olarak yarısıbasınçlı su reaktörüdür. Basınçlı su reaktörlerinde, Birincil sistem yaklaşık 150atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde bulunan suyun yüksek sıcaklıklarakaynamadan çıkarılması sağlanmıştır. Buna ek olarak “kaynar sulu”, “basınçlı ağır sulu”reaktörler de en çok kullanılan nükleer santral tipleridir.Nükleer enerjinin radyoizotop uygulamaları yanında en çok tartışılan uygulaması ,nükleer güç santrallarında elektrik enerjisi üretilmesidir. Nükleer enerji, uluslararası veulusal düzeyde güvenilir kuruluşlarca (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı ve Türkiye AtomEnerjisi Kurumu ) denetlenen tek enerji türüdür.Nükleer santrallardan ticari olarak elektrik üretimi 1950li yıllarda başlamıştır. 2008 yılısonu itibarıyla dünyada 31 ülkede işletilmekte olan 439 nükleer güç reaktörün toplam 29

×