İstanbul karayolu yolcu taşımacılığında elektrikli araç kullanımının incelenmesi
Research of the use of electrical vehicles in Istanbul highway transport
Yazar: SERKAN VAROL
Danışman: PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Ulaşım = Transportation
Dizin: Elektrikli ulaşım sistemleri = Electric transport systems ; Ulaştırma = Transportation ; Ulaştırma mühendisliği = Transportation engineering ; Ulaşım = Transportation

Özet:
Her gün daha da kalabalıklaşan ve içinden çıkılamaz bir hale gelen İstanbul ve buna bağlı olarak da İstanbul trafik sorunları bugün de tazeliğini koruyor. Özellikle Türkiye'nin doğu illerinden İstanbul'a doğru gerçekleşen göçler ve yatay geçişler metropol kentinin hemen hemen her alanda sorunlarla boğuşmasına sebep olmaktadır. Bu sorunlardan bir tanesi de -belki de en önemlisi-  ulaşım sektöründe yaşanılan sorunlardır.
Milyonlara ev sahipliği yapan şehirde milyonlarca araç buna bağlı olarak milyonlarca bireysel ve kitlesel ulaşım sorunları görülmektedir. Bütün ulaşım çeşitlerini bünyesinde barındıran İstanbul (kara, deniz, hava,raylı sistemler), bu durumun doğal sonucu olarak da bünyesinde barındırdığı bu çeşitlilikten en çok muzdarip olan şehirdir. 1.539 km2  şehirde hali hazırda 14.8 milyon insan yaşamaktadır. Bu durum göze alındığında aşırı kalabalık şehirler sınıfına giren İstanbul kendi içindeki sorunlara da çare aramak zorunda kalmaktadır.
Günümüzde çare aranılan konuların başında karayolu ulaşımını rahatlatmak ve buna bağlı olarak da çevre kirliğininin önüne geçmek için elektrikli araçları kara yolu ulaşımına adapte etmek geliyor. Teknolojinin de gelişmesiyle hıza ve konfora olan rağbet artmıştır. Bu yüzden yapılan bütün çalışmalar bu iki unsura paralel olarak ilerlemektedir. TUİK verilerine göre 4 milyon aracın bulunduğu İstanbul'da Karayolları ve belediyelerin ortak veya münferit yaptığı yol genişletme çalışmaları, tüneller, kavşaklar, köprüler, viyadükler İstanbul trafiğine yeterli gelmemektedir. Göç sayısının çok fazla olması ve günümüz şartlarında araç sahibi olmanın artık bir lüksten çok zaruret olarak görülmesi  İstanbul trafiğindeki araç sayısının neden bu denli fazla olduğunu açıklıyor. 
Bu kadar fazla aracın trafikte olmasına bağlı olarak çevresel sorunlar ortaya çıkmaktadır. Hava kirliliği ve gürültü kirliliği bunların başında gelmektedir. Bu iki çevresel problemi asgari düzeye indirecek ve belki de sonlandıracak çalışmalar yapılabilmesi için elektrikli araçların karayolu ulaşımında daha fazla yer etmesi gerekmektedir. Bunun için ise gelişen ve değişen teknolojiyi takip edip ona ayak uydurmak gerekir.
Bu çalışmada ulaştırmadan kaynaklı hava kirliliklerine değinilmiştir. Karbondioksit (CO), Azotoksitler (NOx), Hidrokarbonlar (HC), Kükürtoksitler (SOx), Partikül maddeler (PM) ve Sera Gazları tanımlanmış, bu gazların zararlı etkiler açıklanmıştır. Ulaştırmadan kaynaklı çevre kirliliği yaratan gazların azaltılması için yapılan çalışmalar açıklanmıştır.
Ulaştırmadan kaynaklı çevreye zararlı gazların azalmasına büyük katkısı olacağı düşünülen içten yanmalı motor yerine elektrik motoru kullanılan Elektrikli Araçların (EA) kullanımı gündemdedir. Bundan dolayı elektrikli araçların sıfır emisyonlu olması ve sessiz çalışması gibi faktörlerin çevre sorunlarına olumlu katkılarına değinilmiştir. Elektrikli araçların taşıt bakımı azdır, mekanik aksamları içten yanmalı motorlu taşıtlara göre daha azdır. Elektrikli araçların artıları eksileri açıklanmıştır. Ekonomik avantajlar, bakım maliyetlerinin az olması, yakıt maliyetini azaltmaya katkısı ve çevresel avantajları en önemli artılarıdır. Satınalma maliyenin yüksek oluşu, menzil yetersizliği ve şarj istasyonu azlığı elektrikli araçların zayif yönleridir.
Gelecekte toplu taşıma araçlarının elektrikli araç sistemlerine geçileceği varsayılan senaryolar oluşturulmuştur. Bu senaryolarda öncelikle ticari taksilerin %30 oranında elektrikli araçlara geçeceği kabul edilmiştir. İkinci senaryoda ticari taksilerin %70 ve otobüslerin %30 oranında elektrikli araçlara geçeceği kabul edilmiştir. Üçüncü senaryoda ticari taksilerin %100 otobüslerin %70 ve minibüslerin %30 oranında elektrikli araçlara geçiş yapılacağı kabulu yapılmıştır. Toplamda altı farklı senaryo ile bütün toplu taşıma araçlarının elektrikli araç olacağı düşünülmüştür.
Öncelikle mevcut durumda toplu taşıma araçlarından kaynaklı emisyonlar tanımlanmıştır. Her bir senaryo durumda azalan emisyon miktarları ortaya koyulmuştur.
Ayrıca elektrikli araç kullanımı ile enerji ihtiyacımız artacaktır. Artacak enerji ihtiyacını belirlemek için elektrikli araç teknolojisinin mevcut durumu dikkate alınmıştır. Buna göre ilave 2.023 gwh enerji ihtiyacımız olacaktır. Oluşacak bu ilave enerji mikatırının karşılanabileceği yenilenemez (fosil, nükleer) enerji  kaynaklarımız ve yenilenebilir (hidrolik, güneş, rüzgar jeotermal) enerji kaynaklarımız belirtilmiştir.
Her bir enerji kaynağından faydalanma oranlarımız gösterilmiştir. En çok fosil yatıklar sayesinde elektrik enerjisi üretimimiz gerçekleşmektedir. Bunu hidrolik enerji takip etmektedir. Güneş, rüzgar ve jeotermal enerjinin payı 2015 yılı verilerine göre %7 seviyesindedir.
Elektrik üretiminin büyük bölümünün fosil yakıtlardan sağlanması nedeni ile birim enerji üretim başına salınan zararlı emisyon miktarıda fazla olmaktadır. Mevcut enerji üretim durumumuz ile kwh başına emisyon miktarımız her bir zararlı gaz için ayrı ayrı belirlenmiştir. Buna göre 421 g/kwh CO2, 1,97 g/kwh CO ve 4,4 g/kwh NOx salınımı elektrik üretimi sırasında enerji kaynağında oluşmaktadır.
Kaynak emisyonları belirlendikten sonra toplu taşıma araçlarından dolayı artan enerji miktarının kaynakta oluşturacağı kirlilikler hesaplanmıştır. Toplu taşıma araçlarının elektrikli olması ile 2.023 gwh enerjşi ihtiyacımız olmuştur ve bu enerjinin üretimi için kaynakta bir miktar zararlı gaz emisyonları oluşmutur. Elektrikli sisteme geçiş ile azalan emisyonlar ile kaynakta oluşan emisyonlar çıkartılarak net emisyon azalışı belirlenmiştir.
Özel araçların elektrikli taşıtlara geçmesinin düşünülmediği bir sistemde ulaştırmadan kaynaklı emisyonların azalacağından tam olarak bahsedilemez. Bundan dolayı toplu taşıma araçlarından ayrı olarak özel araçlarında elektrikli olması senaryosu ayrıca incelenmiştir. Özel araçlardan dolayı oluşan emisyonlar araç sayısının fazla oluşundan dolayı toplu taşıma araçlarının emisyonlarına göre ortalama 6 kat daha fazladır. Özel araç sayısının fazla oluşundan dolayı elektrikli araç kullanılması ile artan enerji ihtiyacımızda fazla olacaktır. Buna göre toplam 8.100 gwh enerji ihtiyacımız olacaktır. Özel araçlardan elektrikli sisteme geçiş ile azalan emisyonlar ile kaynakta oluşan emisyonlar çıkartılarak net emisyon azalışı belirlenmiştir. 
Sonuç olarak elektrikli araç sistemine geçiş emisyonlarda azalmalar sağlayacaktır. İnsanların elektrikli araca yönelmesi için elektrikli araçlar cazip hale getirilmelidir. Elektirkli araçların cazip hale getirilmesi için devlet açısından, ulaştırma sistemleri açısından, araç üreticileri açısından ve sistemi kullananlar açısından neler yapması gerektiği ile ilgili fikirler sunulmuştur.

Abstract:
Istanbul, which has become increasingly crowded and inexcusable every day, and the Istanbul traffic problems that are connected to it, maintain its freshness today. Especially the migrations and horizontal transits from eastern Turkey to Istanbul cause the metropolitan city to struggle with problems in almost every area. One of these problems - and perhaps most important - is the problems experienced in the transportation sector. 
There are millions of vehicles in the city that hosts millions, and millions of individuals and mass transportation problems associated with them. Istanbul ,which contains all kinds of transportation (land, sea, air, rail systems), is the city that suffers the most from this diversity which it has as its natural end result. There are currently 14.8 million people living in 1.539 km2 of the city. When this situation is taken into consideration, Istanbul, which has entered the overcrowded city class, has to seek a solution to its own problems. 
Nowadays, the main aim of the solution is to make the roads easier to reach and in order to prevent the pollution of the environment, the electric vehicles are adapted to the transportation of the roads. With the development of the technology, the demand for speed and comfort has increased. So all the work done in parallel to these two factors is progressing. Istanbul, where 4 million vehicles are located according to TUİK data, roads, junctions, bridges and viaducts jointly or individually made by the municipalities and municipalities are not enough for Istanbul traffic. The fact that the number of immigrations is so great and that having a car in today's conditions is now regarded as a necessity very much, explains why the number of vehicles in Istanbul traffic is so high. 
Environmental problems arise due to the presence of so many vehicles in the traffic. Air pollution and noise pollution are the leading ones. Electric vehicles need to be more involved in road transport in order to reduce these two environmental problems to the minimum and perhaps even to end work. For this, it is necessary to follow and adapt to developing and changing technology. 
In this study, air pollution originating from transportation is mentioned. The development of electric vehicles and the advantages and disadvantages of electric vehicles have been researched.In the future, it has been presented how vehicle-based emissions change with transition to the electric vehicle system. In addition, it has been identified our energy sources and examined the emissions from electricity generation. Proposals on the transition to the electric vehicle system are presented. 
This study addresses air pollution caused by transportation. Carbondioxide (CO), Nitrousoxides (NOx), Hydrocarbons (HC), Suplhuroxides (SOx), Particulate Matters (PM) and Greenhouse Gases are defined and the harmful effects of these gases are explained. The works that are being done in order to decrease the emission of transportation-related gases which cause environmental pollution are described. 
The use of Electric Vehicles (EV) which use electric engines instead of internal combustion engines are in order, which is expected to have a significant contribution to reduction of environmentally harmful gases caused by transportation. For this reason, the factors related with electric vehicles which have a positive impact on environmental problems, such as being zero-emission and running silently, were addressed. The electric vehicles require less maintenance and use fewer mechanical parts in comparison with vehicles that utilize internal combustion engines. The plusses and minuses of electric vehicles are explained. The economic advantages, the lower maintenance costs, the contribution to reducing fuel costs and the environmental advantages are the biggest plusses. The cost of purchase, the insufficient range and the low availability of charging stations are the weak aspects of the electric vehicle.
There are scenarios, where it is assumed that the public transportation vehicles will switch to electric vehicle systems in the future. In these scenarios, first it is postulated that 30% of the commercial taxis will switch to electric vehicles. In the second scenario, it is postulated that 70% of commercial taxis and 30% of busses will switch to electric cars. In the third scenario it is postulated that 100% of the commercial taxis, 70% of busses and 30% of minibuses will switch to electric vehicles. Through a total of six different scenarios, it is thought that all of the public transportation vehicles will be electric vehicles.
First of all, the emissions from public transportation vehicles in the current situation are defined. In each scenario the decreasing emission amounts are presented.
In the case that all of the public transportation vehicles are electric-powered, the decrease in emissions is 9.174 tons for CO, 1.945 tons for HC, 13.471 tons for NOx, 98 tons for PM and  1.193.527 tons for CO2. How these emissions decrease in different scenarios are also shown in graphics.
Also, our energy needs will increase through the use of electric cars. The current state of electric car technology was taken into account in order to determine the increasing energy needs. According to this, we will need an additional 2.023 gwh of energy. Our non-renewable (fossil, nuclear) energy sources and renewable (hydraulic, solar, wind, geothermal) energy sources which can be used to meet this additional amount of energy are specified.
Our utilization ratios of each of the energy sources are shown. Our electricity production relies mostly on fossil fuels. This is followed by hydraulic energy. The share of solar, wind and geothermal energy is 7% according to the 2015 data.
The amount of harmful emissions per unit energy production is high because most of the electricity production is carried out based on fossil fuels. Our current energy production level and the emissions per kwh are indicated separately for each harmful gas. According to this 421 g/kwh of CO2, 1,97 g/kwh of CO and 4,4 g/kwh of NOx emissions are produced at the energy source during the electric power production.
After the source emissions are determined, the pollution that will be caused at the source by the energy increase due to public transportation vehicles is calculated. The public transportation vehicles switching to electricity has resulted in a 2.023 gwh energy need and a certain amount of harmful gas emissions are produced at the source in order to produce this energy. The net decrease in emissions is determined by subtracting the emission produced at the source from the decrease in emissions due to switching to the electric system.
According to this, the amount of CO emissions decreased 5.182 tons in total and dropped 56%. NOx amount decreased 4.153 tons and dropped 33%. CO2 amount decreased 341.412 tons and dropped 28%. How these emissions decrease in different scenarios are also shown in graphs.
In a system where private vehicles are not expected to switch to electric vehicles it is not possible to exactly say that the transportation related emissions will decrease. For this reason, in addition to public transportation vehicles, the scenario where private vehicles become electric-powered is also examined. The emissions resulting from private vehicles is on average 6 times more than the emissions from public transportation vehicles, due to the private vehicles being higher in number. Due to the number of private vehicles being higher, our energy need will also be higher with the use of electric vehicles. According to this we will need 8.100 gwh energy in total. The net decrease in emissions is determined by subtracting the emission produced at the source from the decrease in emissions due to switching from the private vehicles to the electric system.
In conclusion, switching to the electric vehicle system will enable reductions in emissions. The electric vehicles should be made more attractive in order for the people to tend towards electric vehicles. Ideas have been presented regarding the things that must be done with respect to the state, with respect to the transportation systems, with respect to the vehicle manufacturers and with respect to the users of the system, in order to make the system more attractive.