Şehiriçi yol aydınlatma tesisatlarında enerji verimliliği: Aliağa örneği
Energy efficiency in urban road lighting installations: The case of Ali̇ağa
Yazar: EREN ERKAL
Danışman: PROF. DR. ÖNDER GÜLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde elektrik tüketimi teknolojik gelişimler ve artan nüfusa bağlı olarak giderek artmaktadır. Türkiye elektrik tüketiminde yol aydınlatma tesisatlarının payı %2'yi geçmektedir.  Enerji verimliliğinin artırılması ve enerji tüketiminin azaltılması amacıyla yol aydınlatmalarında yaygın olarak kullanılan yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalı (YBSBL) konvansiyonel armatürlerin, LED armatürler ile değiştirilmesi çalışmaları sürdürülmektedir. Uzun ömürleri, farklı renk seçenekleri, geliştirilebilir olmaları, adaptif yol aydınlatmaları; dimleme olanakları ve verimliliği ile LED armatürler yol aydınlatmalarında öne çıkmaktadır. Dünyada birçok ülkede planlaması yapılmış ve gerçekleştirilmiş projeler gözden geçirilerek ülkemizde bir örnek teşkil etmesi adına bir ilçedeki yollar ve aydınlatma düzenleri çalışma kapsamında araştırılmıştır. Yapılan projelerde en düşük %40 enerji tasarrufu sağlandığı, LED armatür fiyatlarındaki düşüşle geçmiş yıllara nazaran projelerin geri dönüş sürelerinin giderek düştüğü görülmektedir. İzmir ili Aliağa ilçe merkezindeki yolların mevcut aydınlatma durumları TS EN 13201-1 (2015) teknik rapor ve TS EN 13201-2 (2015) standartlarına göre kontrol edilerek mevcut durumda kullanılan armatürlerden örnekler alınarak laboratuvar ortamında elektriksel ölçümler yapılmıştır. Ölçümler esnasında bakım ve işletme ile ilgili eksikler ortaya çıkarılmıştır. İzmir Aliağa ilçesindeki mevcut yollar Aliağa belediyesi tarafından temin edilen halihazır harita autocad programında incelenmiştir. Mevcut yollardaki alt yapı, yol genişlikleri, şerit sayıları, direk açıklıkları tespit edilmiştir. Yerinde inceleme ile park eden araç olup olmadığı, bisiklet yolu bulunup bulunmadığı, direk yükseklikleri ve armatür güçleri öğrenilmiştir. Bunlara göre M2 aydınlatma sınıfı için Hürriyet caddesi, M3 aydınlatma sınıfı için Şehit Binbaşı Yavuz Caddesi, M4 aydınlatma sınıfı için 9m sokaklar, M5 aydınlatma sınıfı için 5-7m sokaklar örnek olarak alınmıştır. Hürriyet caddesi özelinde yol geçiş verileri ve meteoroloji verileri de kullanılarak adaptif yol aydınlatması tasarımı yapılmıştır. Geleneksel aydınlatma armatürü ile değiştirilmesi planlanan LED armatürlerin mevcut yollarda kullanılması durumları için yol aydınlatma tasarım hesapları Dialüx programı ile gerçekleştirilmiştir. Tasarımlarda ortalama parıltı, boyuna düzgünlük, ortalama düzgünlük, bağıl eşik artışı ve kenar aydınlık düzeyleri kontrol edilmiştir. Enerji performansları için enerji yoğunluk göstergeleri ve yıllık enerji tüketim göstergeleri karşılaştırılmıştır. İlçedeki yolların aydınlatması için mevcut durumda kullanılan toplam 4560 adet konvansiyonel armatürün değiştirilmesi üzerine yapılan planlamada armatür gücüne göre %50 ile %69 arasında enerji tasarrufu elde edilebileceği görülmüştür. Adaptif yol aydınlatma sistemi ile bu verimliliğin daha da arttırılabileceği M2 aydınlatma sınıfına sahip örnek bir yol üzerinde yapılan uygulamayla görülmüştür. İlçede mevcutta kullanılan konvansiyonel armatürlerin LED armatürler ile değişimi sonucunda yılda 1265,6 MWh' lık enerji tasarrufu sağlanabileceği yapılan hesaplamalar ile elde edilmiştir. Basit maliyet analizi ile projenin ilk yatırım maliyetlerinin 2,7 yıl içerisinde yapılan tasarruf ile karşılanabileceği ortaya konulmuştur. Ayrıca armatürlerin değişiminden elde edilen verimlilik sonucu toplamda yıllık 612.546,2 ton karbon salınımının engellenebileceği hesaplanmıştır.

Abstract:
Road lighting is of great importance for traffic safety, driver comfort, and overall community security. Therefore, it is necessary to install appropriate lighting systems and regularly maintain them. Today, electricity consumption is increasing due to technological advancements and population growth. The share of road lighting installations in electricity consumption in Turkey exceeds 2%. Efforts to increase energy efficiency and reduce energy consumption in road lighting are ongoing, including the replacement of high-pressure sodium vapor lamps (HPS) conventional luminaires with LED luminaires. LED luminaires stand out in road lighting due to their long lifespan, different color options, adaptability (adaptive road lighting; dimming options), and efficiency.
Projects implemented and planned in many countries have been reviewed to serve as an example in a district in our country. In these projects, a minimum of 40% energy savings has been achieved, and the payback period of projects is decreasing compared to previous years due to the decrease in LED luminaire prices.
The current lighting conditions of the roads in the Aliağa district of Izmir province have been examined according to TS EN 13201-1 (2015) and TS EN13201-2 (2015) standards. Samples were taken from the luminaires currently in use, and electrical measurements were made in a laboratory environment. During the measurements, deficiencies related to maintenance and operation were identified. Measurements on conventional luminaires showed results such as inefficient ballasts and incorrectly sized and faulty capacitors used for reactive power compensation. It has been observed that the disruptive effects on the grid can be reduced and efficiency can be achieved with the use of planned LED luminaires.
The existing roads in the Aliağa district were examined using the current map obtained from the Aliağa municipality's autocad program. Infrastructure, road widths, lane numbers, and pole spacings on existing roads were determined. On-site inspections were conducted to determine if there is parking, if there is a bicycle lane, and to learn the pole heights and luminaire powers. Based on this information, examples were taken for various road lighting classes, such as Hürriyet Street for Class M2, Şehit Binbaşı Yavuz Street for Class M3, 9m streets for Class M4, and 5-7m streets for Class M5. Adaptive road lighting design was carried out for Hürriyet Street using road traffic data and meteorological data. Design calculations for road lighting were performed using the Dialux program for LED luminaires planned to replace traditional lighting luminaires on existing roads. Average road surface luminance, longitudinal uniformity, overall uniformity, threshold increment (TI) and edge illuminance ratio (EIR) were checked in the designs. Energy density indicators and annual energy consumption indicators were compared for energy performance.
A plan was made to replace a total of 4560 luminaires used for road lighting in the district. It is considered to use 155W LED instead of 400W and 250W HPS, 80W LED instead of 150W HPS, 50W LED instead of 100W HPS, and 35W LED instead of 70W HPS luminaires. It has been observed that energy savings between 50% and 69% can be achieved depending on the power of the replaced luminaires. It has been observed that this efficiency can be further increased with the adaptive road lighting system, especially with the application of Hürriyet Street, which has a Class M2 lighting. While the annual energy consumption indicator for conventional luminaires on Hürriyet Street is 6.96 kWh/m^2, this value is reduced to 2.12 kWh/m^2 for LED luminaires and can be reduced to 1.45 kWh/m^2 for adaptive road lighting applications. It has been calculated that a total energy savings of 1265.6 MWh per year can be achieved with the replacement of conventional luminaires with LED luminaires in the district.
Price quotations were obtained from companies, and local unit prices for energy consumption-related operating costs were collected for cost analysis. It has been demonstrated that the initial investment costs of the project can be covered within 2.7 years with the savings made. The individual luminaire replacement costs for all roads have been determined, and a budget of ₺26,164,799.5 is required for the total costs. In addition, it has been determined that a total of 612,546.2 tons of carbon emissions can be prevented annually as a result of the efficiency gained from the replacement of luminaires.
This thesis emphasizes the importance of energy efficiency projects in road lighting, highlighting how they can provide benefits from technical, financial, and environmental perspectives. It shows that such projects, when implemented at the local level, can have significant positive effects on a larger scale. These projects not only contribute to energy savings but also take important steps towards environmental sustainability by reducing environmental impacts. Additionally, it demonstrates that these projects are cost-effective and can provide returns on investment in the long term. Therefore, promoting and adopting such projects is important for both local and large-scale energy efficiency and environmental sustainability.