Rüzgar enerjisinden elektrik üretiminin yaşam döngü analizi
Life cycle assessment of electricity generation by wind energy
Yazar: AKİF TAŞKIN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Rüzgar, güneş, hidro, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynakları elektrik üretmek için temiz enerji olarak kabul edilmektedirler. Fakat bu yenilenebilir enerji kaynakları tamamen temiz enerji kaynakları olmayıp imalat, işletme ve geri dönüşüm gibi süreçlerde çevreyi olumsuz yönde etkileyebilmektedirler. Rüzgar türbinleri işletme süresince düşük çevresel etkilere sahiptirler fakat imalat, söküm ve geri dönüşüm gibi süreçlerde rüzgar türbinlerinin işletme safhasına göre önemli ölçüde çevresel etkileri bulunmaktadır.Rüzgar enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları arasında son yıllarda en fazla gelişme gösteren ve yaygınlaşan enerji çeşididir. Bu çevresel etkileri diğer enerji üretim tekniklerinden kaynaklanan çevresel etkilerle karşılaştırmak ve malzeme seçimi sürecinde kullanmak üzere analiz etmek gerekmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının tüm ömürleri boyunca çevresel etkilerini incelemek için yaşam döngü analizi metodu kullanılmaktadır.
Bu tez çalışmasında, Kayseri ili Pınarbaşı ilçesinde kurulduğu varsayılan beş farklı kapasitede (330 kW, 500 kW, 810 kW, 2050 kW, 3020 kW) rüzgar türbininin farklı kule yüksekliklerindeki (50 m, 80 m, 100 m) çevresel etkileri yaşam döngü analizi metodu kullanılarak incelenmiştir. Öncelikle Pınarbaşı bölgesinin 2000 ile 2011 yılları arasında ölçülen rüzgar hız verileri derlenerek rüzgar potansiyeli belirlenmiştir. Daha sonra belirlenen rüzgar potansiyeline uygun rüzgar türbinleri seçilmiştir. Seçilen rüzgar türbinlerinin güç eğrileri kullanılarak her bir türbinden bir yılda üretilebilecek enerji hesaplanmış ve türbinlerin kapasite faktörleri belirlenmiştir.
Seçilen rüzgar türbinleri çevresel etkiler, malzeme girdileri, tüketilen enerji ve enerji geri kazanım süreleri açısından karşılaştırılmıştır. Türbin ömürleri 20 yıl olarak öngörülmüş, fonksiyonel birim olarak şebekeye dağıtılan 1kWh elektrik enerjisi seçilmiştir. GaBi4 yaşam döngü analizi programı ile modellenmiş, sistem sınırları hammadde elde edilmesi, bu hammaddelerin işlenmesi, türbin bileşenlerinin imalatı, nakliye, türbin montajı, işletme ve bakım, türbin söküm ve geri dönüşümünü içerecek şekilde belirlenmiştir. 
Yapılan çalışmalar sonucu enerji geri dönüşüm sürelerinin seçilen türbinler için 14.6 ile 35.6 ay arasında değiştiği ve en düşük enerji geri dönüşüm süresinin 2050 kW kapasiteli türbinde 100 m kule yüksekliğinde olduğu bulunmuştur. Aynı şekilde en düşük küresel ısınma potansiyeli 1.63E-02 kgCO2-eşdeğer/kWh ile aynı türbinden elde edilmiştir. Rüzgar türbininin bileşenlerinden rüzgar türbininin temeli küresel ısınma potansiyeli, enerji girdileri ve malzeme girdileri açısından en fazla paya sahip türbin bileşenidir. Ele alınan tüm türbinler arasında 2050 kW kapasiteli 100 m kule yüksekliğine sahip türbin çevresel etkiler ve enerji parametreleri açısından Pınarbaşı?na kurulabilecek en uygun türbin olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Renewable energy sources such as wind, sun, hydropower, geothermal etc. are accepted as clean energy sources. But in fact they are not totally clean energy sources to produce electricity. During manufacturing, utilization and recycling stages, these renewable energy sources have some effects on the environment. Among the production electricity from renewable energy sources, electricity production from wind energy has been developing since the last decade. Wind turbines have lower environmental impacts throughout utilization stage but during manufacturing, decommissioning and recycling stages, they produce emissions at significant levels compared to the utilization stage. These environmental effects must be analyzed to use for comparison with other electricity production methods and material selection processes. In order to analyze the environmental impacts of renewable energy systems during their lifetime, life cycle assessment (LCA) methodology is used.
In this thesis, environmental effects of 5 different rated power (330 kW, 500 kW, 810 kW, 2050 kW, 3020 kW) wind turbines, which were assumed to be installed in Pınarbaşı-Kayseri, with the hub heights of 50 m, 80 m and 100 m were compared by using life cycle assessment methodology. Primarily, by compiling wind speed data, which were measured between the years of 2000 and 2011, wind potential of the region was determined. Then acceptable wind turbines were selected according to the wind potential of Pınarbaşı. By using power curves of selected wind turbines annual electricity production and capacity factors of each turbine were determined.
Selected wind turbines were compared by means of environmental impacts, input material quantities, embodied energies and energy payback times. Lifespan of the wind turbines was assumed as 20 years and functional unit was selected as 1kWh electricity delivered to the grid. Manufacturing of wind turbine components, utilization of wind turbines, decommissioning and recycling steps were considered for this study. GaBi4 life cycle assessment software tool was used for the analysis. Results showed that energy payback times vary from 14.6 to 35.6 months for the selected wind turbines. Minimum energy payback time and minimum global warming potential were found as 14.6 month and 1.63E-02 kgCO2-Equiv/kWh at the wind turbine with rated power of 2050 kW at 100 m hub height, respectively. Among the components of the wind turbine, foundation has the largest share of contribution to the global warming potential with the 37%. All the results of this life cycle assessment showed that the wind turbine with rated power of 2050 kW at 100 m hub height is the acceptable wind turbine to install in Pınarbaşı-Kayseri among the selected wind turbines according to the energy and environmental aspects and energy payback time.