Bütünleşik formda dalga, güneş ve rüzgar enerjilerinden elektrik enerjisi üretiminin optimizasyonu
Optimization of electric energy production from wave, solar and wind energies
Yazar: HÜSEYİN BALTA
Danışman: PROF. DR. ZEHRA YUMURTACI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Türkiye'nin enerji ihtiyacının önemli bir kısmı halen fosil yakıtlar kullanılarak karşılanmaktadır. Ülke kaynakları göz önünde bulundurulduğunda, yenilenebilir enerji kaynakları Türkiye'nin enerji ihtiyacını karşılamak için alternatif bir kaynak olarak görünmektedir. Bu çalışma, Türkiye'de mevcut dalga, güneş ve rüzgar enerjilerini kullanarak yenilenebilir enerjiye dayalı elektrik üretimi potansiyelini araştırmaktadır. Türkiye'nin farklı bölgelerinden yedi il (Antalya, Çanakkale, İstanbul, İzmir, Kastamonu, Kırklareli ve Muğla) dalga, güneş ve rüzgar enerjisi potansiyelleri açısından (dalga verileri, rüzgar hızları, güneşlenme süreleri ve küresel radyasyon değerleri) dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Belirlenen bölgelerdeki kıyı uzunlukları dikkate alınarak üç ayrı senaryo üzerine çalışmalar yapılmış olup dalga, güneş ve rüzgar enerjilerinden yıllık toplam elektrik enerjisi üretimi, ev sayısı ve maliyet hesabı analiz edilmiştir. Sistemin optimizasyonu Yanıt Yüzey Yöntemi ile yapılmıştır. Çalışmaların önemli bir sonucu olarak, seçilen bölgelerdeki elektrik gücü ve ev sayısı; dalga boyu, dalga yüksekliği ve rüzgar hızı gibi karakteristik özelliklerinin yanı sıra uygulanabilir kıyı uzunluğu ile doğrudan ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Belirlenen kıyı uzunlukları dikkate alındığında dalga enerjisinden elde edilen gücün diğer yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen güçten daha yüksek olduğu görülmüştür. 
1. ve 2. senaryoya göre yenilenebilir enerji sistemlerinden elde edilen güç, kıyı uzunluğunun fazla olması sebebiyle diğer lokasyonlara göre Muğla/Datça ilinde en yüksek seviyededir. Muğla şehrini İzmir, Antalya, Çanakkale, İstanbul, Kırklareli ve Kastamonu izlemektedir. 3. senaryoya göre ise elde edilen güç, kıyı uzunluğunun her şehirde aynı seçilmesi sebebiyle diğer lokasyonlara göre Kırklareli/Demirköy ilinde en yüksek seviyededir. Kırklareli şehrini İstanbul, Antalya, İzmir, Muğla ve Çanakkale izlemektedir. Elektrik tüketiminin entegre sistemden karşılanabileceği ev sayıları dikkate alındığında, 1. senaryoya göre, Muğla/Datça'da 10.525.514 ev, Kastamonu/Doğanyurt'ta ise 358.576 ev öne çıkmaktadır. 2.senaryoya göre, Muğla/Datça'da 5.405.187 evin, Kastamonu/Doğanyurt'ta ise 358.576 evin elektrik ihtiyacı karşılanabilmektedir. 3. senaryoya göre ise, Kırklareli/Demirköy'de 782.298 evin, Çanakkale/Ayvacık'ta ise 481.870 evin elektrik ihtiyacı karşılanabilmektedir. Yanıt Yüzeyi Yöntemi kullanılarak rüzgar, fotovoltaik, parabolik güneş kolektörü ve dalga enerjisi için optimum faktörler hesaplanmıştır. 1. senaryoya göre optimum faktörler, toplam elektrik üretim oranının 20.600,053 (GWh/yıl), toplam ev sayısının 5.643.850 (adet/yıl) ve toplam maliyetin 6.550.944.954 ($) olmasını hedeflemektedir. 2. senaryoya göre optimum faktörler, toplam elektrik üretim oranının 10.794,208 (GWh/yıl), toplam ev sayısının 2.957.317 (adet/yıl) ve toplam maliyetin 3.297.384.866 ($) olmasını hedeflemektedir. 3. senaryoya göre ise optimum faktörler, toplam elektrik üretim oranının 2.491,455 (GWh/yıl), toplam ev sayısının 682.591 (adet/yıl) ve toplam maliyetin 813.940.876 ($) olmasını hedeflemektedir. Dalga ve dalgaya entegre rüzgar ve güneş enerjileri dikkate alındığında, 1. ve 2. senaryoya göre Muğla/Datça bölgesinde, 3. Senaryoya göre ise Kırklareli/Demirköy bölgesinde entegre sistemin kurulmasının bölgenin elektrik ihtiyacının tamamını karşılayabilecek potansiyele sahip olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
Fossil energy resources have a big contribution in Türkiye's energy needs. Considering the country's resources, renewable energy sources are promising alternative source to meet Türkiye's energy needs. This study investigates the potential of renewable energy-based electricity generation in Türkiye by utilizing available wave, solar and wind energy resources. Seven provinces from different regions of Türkiye (Antalya, Çanakkale, İstanbul, İzmir, İzmir, Kastamonu, Kırklareli, Kırklareli and Muğla) are evaluated in terms of wave, solar and wind energy potentials (wave data, wind speeds, sunshine hours and global radiation values) in order to conduct an in-depth study on the subject. Taking into account the coastal lengths in the determined regions, three different scenarios are investigated and the total annual electrical energy production, number of houses, and cost calculation from wave, solar, and wind energies are analyzed. The optimization of the system is conducted by the Response Surface Method. As a result, the potential electric power in the selected regions and the optimum amount of houses with optimum cost are compared. The study reveals a direct relationship between the electrical power and the number of houses in the selected regions with the applicable coastal length, wavelength, wave height, and wind speed. Considering the determined coastal lengths, it is observed that the power obtained from wave energy is higher than the power obtained from other renewable energy sources. 
According to scenarios 1 and 2, the power generated from renewable energy systems is the highest in Muğla/Datça province compared to other locations due to its long coastline. Muğla is followed by İzmir, Antalya, Çanakkale, İstanbul, Kırklareli and Kastamonu. According to scenario 3, the power generated from renewable energy systems is highest in Kırklareli/Demirköy compared to other locations due to the same coastal length in each city. Kırklareli is followed by Istanbul, Antalya, Izmir, Muğla and Çanakkale. In the first scenario, 10,525,514 houses in Muğla/Datça and 358,576 houses in Kastamonu/Doğanyurt can have their electricity needs met by the integrated system. The second scenario can meet the electricity needs of 5,405,187 houses in Muğla/Datça and 358,576 houses in Kastamonu/Doğanyurt. The 3rd scenario indicates that it can meet the electricity needs of 782,298 houses in Kırklareli/Demirköy and 481,870 houses in Çanakkale/Ayvacık. Optimum factors for wind, photovoltaic, parabolic solar collector, and wave energy are calculated using the Response Surface Method. According to scenario 1, the optimum factors target a total electricity generation rate of 20,600.053 (GWh/year), a total number of houses of 5,643,850 (units/year), and a total cost of $6,550,944,954 ($). According to scenario 2, the optimum factors target a total electricity generation rate of 10,794.208 (GWh/year), a total number of households of 2,957,317 (units/year) and a total cost of 3,297,384,866 ($). According to scenario 3, the optimum factors target a total electricity generation rate of 2,491.455 (GWh/year), a total number of houses of 682,591 (units/year), and a total cost of 813,940,876 ($). Considering wave and wave-integrated wind and solar energies, it is calculated that the establishment of an integrated system in Muğla/Datça region according to Scenarios 1 and 2 and in Kırklareli/Demirköy region according to Scenario 3 has the potential to meet the entire electricity demand of the region.