Bahreyn Dünya Ticaret Merkezi

SÜRDÜRÜLEBĐLĐR
“YEŞĐL”
BĐNALAR
ENERJĐ
KULLANIMI - B
III. BÖLÜM
Prof. Dr. Olcay KINCAY
Rüzgar Enerjisi
Rüzgar, güneş ışınları yer
küreyi değişik açılarda
ısıtırken oluşan farklı basınç
ve nem bölgelerinin bir
sonucudur.
Güneşin dünyaya gönderdiği
1012 MW/h enerjinin %1-2 si
rüzgar enerjisine dönüşür.
Bu enerji elektrik üretiminde
kullanabilir.
Rüzgar Enerji Potansiyeli
Dünya rüzgar enerji potansiyelinin, 50° kuzey ve güney enlemleri
arasındaki alanda 9.000 TWh/yıl kapasitenin kullanılabilir olduğu
hesaplanmaktadır.
Dünya karasal alanları toplamının 27%’sinin yıllık ortalama 5,1
m/s’den daha yüksek rüzgar hızının etkisi altında kaldığı
belirtilmektedir.
Bu rüzgar enerjisinden yararlanma imkanının olabileceği
varsayımıyla 8 MW/km2 üretim kapasitesi ile 240.000 GW kurulu
güce sahip olunacağı hesaplanmaktadır.
Rüzgarın Gizli Gücü
Dünya rüzgar kaynağı 53 TWh/yıl
olarak hesaplanmaktadır.
2020 yılına kadar dünya elektrik
tüketiminin %12 sinin rüzgar
enerjisinden karşılanması
planlanmaktadır.
Bu süreçte rüzgar enerjisinden elektrik
üretim maliyetlerinin 3.79 €-cents/kWh
'dan 2.45 €-cents/kWh'a düşmesi
beklenmektedir.
Dünyadaki RES Durumu (MW)
2005 sonu
Yeni 2006
2006 sonu
Afrika ve Orta Doğu
Toplam
271
172
441
3,679
10,667
Asya
Toplam
6,990
Avrupa
Toplam Avrupa
40,898
7,708
48,545
AB-27 (4)
40,512
7,611
48,062
Latin Amerika ve Kraibler
Toplam
212
296
508
3,230
13,062
889
112
1,000
59,091
15,197
74,223
Kuzey Amerika
Toplam
9,832
Pasifik Bölgesi
Toplam
Dünya toplamı
Türkiye’de ilk RES 1998 yılında Çeşme’de kurulmuştur (1,5 MW)
2007 yılı sonu RES kapasitesi 207 MW tır.
Hedefler (TÜSĐAD 1998)
2000 yılı 300 MW
2010 yılı 2979 MW
2020 yılı 7849 MW
RES SAHA SEÇĐMĐ
Rüzgar Hızı
Min. 5 m/s olmalı
Ekonomik yatırım için min. 7 m/s
olmalı
Güç Yoğunluğu
EĐE, güç yoğunluğu en az 250 W/m2 olan
alanları rüzgar kaynak alanı olarak
belirlemiştir
Güç yoğunluğu 300 W/m2 den az olan
alanlara yapılan başvurular iade edilir.
Ekonomik yatırım için güç
yoğunluğu min. 400 W/m2
olmalıdır.
Kapasite faktörü
Kapasite faktörü hesaplanan rüzgar gücü
ile çarpılarak elde edilen gerçek güç
bulunur. Çevresel ve işletme şartlarının
tümüne bağlıdır. RES santrallerinin
ülkemizde kapasite faktörleri %30-45
gibi değerlerdedir.
50m
Kullanılamaz Alanlar
Milli Parklar,
Tabiat Parkları,
Tabiat Anıtları,
Tabiat Koruma Alanları,
Yaban hayatı koruma alanları
Kültür varlıkları
Yaşam alanları,
Askeri alanlar
Rakımı 1500 m’den
yüksek alanlar
Eğimi %20’den fazla
olan alanlar
Ekonomik bir RES yatırımı için minumum 5 MW’lık
santral kurulması gerekmektedir.
Rüzgar Kaynağı
Ortalama Rüzgar hızının yüksek
olması zorunludur
1 MW’lık Türbin için Güç Eğrisi
Minimum hız yıllık ortalama 4 m/s
Đnsanlar rüzgar hızını abartmaya
1,200
Güç (kW)
1,000
eğilimlidir
800
600
400
Rüzgar hızı yükseklikle artma eğilimi
gösterir
Đyi kaynaklar
200
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Rüzgar hızı (m/s)
Kıyılar
Uzun eğimli tepeler
Geçitler
Açık araziler
Rüzgar alan vadiler
Daha fazla rüzgar alır
Kışlar yaza göre
Gündüzler gecelerden
Rüzgar Enerjisi Sistem Maliyetleri
Fizibilite Çlş.
Rüzgar çiftlikleri
Kurulum maliyeti: $1,500/kW
Üretim maliyeti: $0.01/kWh
Satış Fiyatı: $0.04 -$0.10/kWh
ARGE
Mühendislik
Türbinler
Tesis Düzen. Çlş.
0%
Tek Türbinler ve Ayrılmış
Şebekeler
20% 40% 60% 80%
Kurulum maliyet oranları
Yüksek maliyet (projeye özel)
Fizibilite, geliştirme ve
mühendislik çalışmaları maliyetin
daha yüksek oranını oluşturur.
Ana parçaların maliyeti
türbin maliyetinin 20-25%’ni
oluşturur
Rotor kanatları ya da dişli kutusu
Türkiye'nin teorik olarak hesaplanan
potansiyeli 83.000 MW değerindedir.
Hızı 9,5 m/s ve üzeri için 5.000 MW
Hızı 7,5 m/s ve üzeri için 48.000 MW
olarak öngörülmektedir.
RES Birim Tesis Bedeli
5000
4500
4000
Birim Tesis Maliyeti ($/kW)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
Santral Gücü (kW)
2500
3000
3500
4000
Rüzgar Türbinli
Kuleler
Manama, Bahreyn'de bulunan Bahreyn Dünya Ticaret Merkezi,
"dünyanın ilk rüzgar gücüyle elektrik üreten rüzgar türbini entegre
yüksek binası" olma özelliğini taşımaktadır.
240 metre yüksekliğinde, 50 katlı olan ve 2008 yılında bitirilen kulelerin
toplam maliyeti 150 milyon $’dır.
29 m kanat çaplı, 3 adet yatay eksenli rüzgar türbini, yılda 1100-1300
MWh'lik üretimleriyle, binanın yıllık elektrik enerjisi ihtiyacının
yaklaşık 15%'ini karşılamaktadır.
Türbinlerden üretilen elektrik enerjisi, 300 evin ihtiyacı olan enerjiye
eşittir.
Rüzgar Türbinleri Artık
Rüzgâr Enerjisini Eve Taşıyacak
Konutlara monte edilebilen sistemler bağımsız elektrik
kullanımına neden olacaktır.
Rüzgâra duyarlı dikey kanatlar çok katmanlı açıyla birbirini
tahrik ederek güç sağlayan rotoru döndürüyor.
Bu tipler daha az yer kaplamakta ve rüzgârın hızına göre
kendini ayarlayabilmektedir. Yeni türbin teknolojisi santral
ünitelerinin büyüklük sınırlamalarını da ortadan kaldırmıştır.
Evsel tipler AB ve Amerika’da dikey türbin teknolojisiyle ilgili pek
çok patent alınmış olup kullanımı yaygınlaşmaktadır. Yeni geliştirilen
kanatcık tasarımı ile gürültü ve rezonans riski neredeyse yok edilmiştir.
AB’de toplam enerji üretiminin % 20 bu yeni teknolojiyle
sağlanabilecektir.
Örnek bir evsel türbin verileri
Rotor Çapı 2.5m
Malzeme ve Kanat Sayısı Güçlendirilmiş
Fiberglass, 3 Kanatlı
Güç / Maksimum Güç 500W / 700W
Potansiyel Rüzgar Hızı 8 m/s
Başlangıç Đçin Gereken Rüzgar Hızı 2,5
m/s
Çalışılabilir Rüzgar Hızı 3-25 m/s
Potansiyel Dönme Hızı 450 d/d
Çalışma Voltajı DC 12V/24V
Jeneratör Türü Trifaze, Permanent
Magnet
Şarj Yöntemi Daimi Voltaj ve Akım
Korumalı
Hız Dengeleme Yöntemi Yaw
Durma Yöntemi Otomatik
Ağırlık 48 Kg
Kule Yüksekliği 6 Metre
Önerilen Akü Grubu 12V/200A Deep
Cycle x2
Ömür 15 Yıl
Türkiye’nin Toplam Jeotermal Isı Potansiyeli
31500 MWt
= 5 Milyon Konut Isıtma Eşdeğeri veya 150 Bin dönüm sera ısıtması
=1 Milyonun üzerinde kaplıca yatak kapasitesi
= 29 Milyar USD/Yıl Fuel-Oil Eşdeğeri (30 Milyon ton/yıl)
= 30 Milyar m3/yıl doğalgaz eşdeğeri
Türkiye’nin Toplam Jeotermal Elektrik Potansiyeli
500 MWe
Isı Pompaları
Isıyı düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından yüksek sıcaklıktaki
ısı kaynağına aktarırlar. Hava, su, toprak ve güneş
enerjisi olmak üzere dört kaynaktan yararlanırlar.
Kuyulardan, göllerden, nehirlerden, şehir şebekelerinden
ve proseslerden elde edilen su, ısı kaynağı olarak
kullanılabilir.
Tek cihazla ısıtma-soğutma-sıcak kullanım suyu imkanı
sağlar.
Isı Pompası
Etkinlik Katsayısı (COPIP)
Isı Pompası Sistemleri
Toprak kaynaklı (yatay) IP
CO2 Derinlik sondajı
Yer altı suyu IP
Toprak kaynaklı (dikey) IP
Hava kaynaklı IP
(Split yada kompakt sistem)
Isı Pompası Sistemlerinden Örnekler
Hava Kaynaklı IP
Bu tip IP ısı kaynağı olarak
dış hava kullanılmaktadır.
Ancak dış hava koşullarının,
yıl içinde mevsimler, aylar,
hatta saatler boyunca
değişmesi nedeniyle COP
değeri oldukça değişkendir,
kararlı değildir.
Toprak-Su Kaynaklı IP
Dünyanın hayat kaynağı olan güneşten gelen enerjinin
yaklaşık yarısı dünyanın kütlesinde tutulur. Toprak – su
kaynaklı IP’nın amacı, dünyanın kütlesinde bulunan bu hazır
enerji kaynağından faydalanmaktır.
Toprak ısıtma sezonunda dış havadan daha yüksek sıcaklıkta,
soğutma sezonunda ise havadan daha düşük sıcaklıkta
kalarak, tüm yıl boyunca yaklaşık olarak sabit sıcaklıkta kalır
ve dolayısıyla daha kararlı bir enerji kaynağıdır.
Toprak-Su Kaynaklı IP’nın
Sınıflandırılması
Bu sınıflandırmada enerjinin absorbe edildiği ve serbest
bırakıldığı ortama göre ısı pompaları isimlendirilir.
Toprak kaynaklı ısı pompaları (TKIP),
Yüzey suyu kaynaklı IP (kapalı ve açık devre),
Yeraltı suyu kaynaklı IP
olarak incelenebilir. TKIP ise yatay ve dikey tip olarak
çeşitlenebilir.
Toprak-Su IP Sistemleri
Toprak altı sıcaklığının aylara göre değişimi
Toprak Enerjisi
Dikey derinlik - yatay uzunluk
500
Boru boyunu etkileyen
faktörler
•
•
•
•
•
•
Kil
450
kaya
400
kum
350
Serme
Arazinin coğrafik yapısı
300
Yer altı yapısı
250
Toprağın kalitesi
200
Topraktaki nem miktarı
150
Binanın ısı ihtiyacı
Yatırımcının finans gücü
160
60 70 80
80 90 100
180190
100
105 115125
50
0
4,5 kW
6 kW
9 kW
15 kW
Atmak istediğimiz enerjiyi doğada bulunan sonsuz diye
nitelendirebileceğimiz doğal ısı kaynaklarını kullanarak
çözmek…
Doğal çözüm
Topraktaki ısı enerjisi
antifriz devresine verilir, bu
devredeki ısı da,
ısı pompasındaki
çevrim akışkanına
aktarılır.
Sadece Isveç’in Strömstad Şehrinde
1650 Daire Isı Pompası Sistemi
Kullanmaktadır…
Ekonomi
kW başına düşen ısıtma maliyeti
(cent)
Isı pompasından elde edilen enerjinin:
%75 i doğada depolanmış enerjiden
Motorin
(hava, su, toprak)
LPG
Fuel oil
% 25 i elektrikten karşılanır.
Elektrik
Bu ekolojik teknoloji TEŞVĐK
EDĐLMEKTEDĐR!
Doğalgaz
Isı pompası
(Avrupa Birliği, devletler, belediyeler,
bankalar ve elektrik dağıtım şirketleri
tarafından)
Hibrid Sistem
(Güneş Enerjisi Destekli
Toprak Kaynaklı Isı Pompası)
Hibrid Sistem (Güneş Enerjisi + Isı Pompası
+ Isıl Enerji Deposu)
Hibrid Sistem (Güneş Enerjisi destekli
Dikey Toprak Kaynaklı Isı Pompası
ve Gizli Isı Depolama Sistemi)
A - Güneş Kollektörü, B- Gizli Isı Deposu, C - Dikey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası,
D - Isı Pompası, E –Duvardan Isıtma-Soğutma Sistemi, 1-21 Tüm Sistemde Kullanılan Valfler
Döşemeden Isıtma Sistemleri
Döşemeye gidiş sıcaklığı 55°C
ve dönüş sıcaklığı ise 45°C'dir.
Sağlıklı, konforlu ve ekonomik bir ısınma
şeklidir.
Konforlu ortam ve sağlıklı yaşam
Uygulama ve bakım kolaylığı
Enerjiden tasarruf
Mekanlarda daha geniş iç hacim
Ekonomik avantajlar
Tüm hacim içinde homojen bir ısı dağılımı ve
sıcaklık sağlanır. Havanın nem dengesi
bozulmaz. Sıcaklık farkı az olduğu için hacim
içinde aşırı hava akımı yoktur.
Döşemede sıcaklık 29°C geçince toz
hareketliliği başlar. Ayrıca sıcaklık
artışı
ayaklarda
bulunan
kılcal
damarlarda genişlemeye neden olur.
Duvardan Isıtma ve Soğutma
TKIP’na en uygun sistemler yerden ısıtma ve
duvardan ısıtma ve soğutma yöntemleridir. Bu
sistemler için gerekli olan 35–50oC arasındaki su
sıcaklığını TKIP karşılayabilmektedir.
Mekandaki ısı kayıplarını, duvar betonu içindeki
borularla ısı kaynağından aldığı enerjiyi duvar altına
yayarak dağıtan, duvarı dolayısı ile ortamı ısıtan bir
ısıtma sistemidir
38
Duvardan Isıtma ve Soğutma
Sıcaklık odaya büyük kısmı ışıma yolu ile dağılır. Ayrıca ısıtılmış
veya soğutulmuş duvar (panel) nedeniyle oluşan “sınır
tabaka” akımının meydana getirdiği doğal konveksiyon
buna eklenir.
Tozlanacak petek yoktur.
Hava akımı olmadığından tozlar uçuşmaz.
Havanın doğal nem oranı korunur.
Duvardaki panellere gidiş sıcaklığı 35°C
ve dönüş sıcaklığı ise 30°C'dir.
Konvansiyonel sistemde sıcaklık dağılımı
Duvardan ısıtma sisteminde sıcaklık dağılımı
• Duvardan ısıtma / soğutma sisteminde ise sıcaklık ortama eşit bir
şekilde yayılır. Bu nedenle aynı konforlu ortamı elde etmek için daha
az enerjiye ihtiyaç duyulur.
• Çabuk ısıtma / soğutma sağlanır. Önce duvarlar ısınır ve kısa süre
içinde sıcaklık odanın bütün her yerine eşit şekilde yayılır. Duvarların
ısınması 5 - 10 dakika içinde gerçekleşir.
• Sık havalandırma yapmaya gerek kalmaz. Böylelikle oda içindeki
ısının kaybı daha az olur.
Radyatörlü ısıtmada sıcaklık dağılımları
Tmax = 20,4 oC
Tmin = 9,6 oC
Tm = 17 oC
Sıcaklık (o C)
Thava = 20 oC
Duvardan ısıtmada sıcaklık dağılımları
Tmax = 24,6 oC
Tmin = 16,4oC
Tm = 20 oC
Sıcaklık (o C)
Thava = 18 oC
Isıtılan duvar
yüzeyi sıcaklıkları
her yöne eşit
dağılır.
Duvarlarda yoğuşma olmaz. Yoğuşma olabilmesi için
duvarların sıcaklığının 14oC altına kadar düşmesi
gerekmektedir. Duvardan soğutma sisteminde duvarlar
17-18 oC’ye kadar soğutularak 20 - 22oC’ lik doğal ortam
serinliği elde edilir.
Estetik bir görüntü sağlar. Isıtıcı / soğutucu serpantinler
duvar içinde kaldığı için görüntü kirliliğine sebep olmaz.
Đstanbul’da bir uygulama
2008 Avrupa Mükemmellik Ödüllü ve
2008 AB Çevre Ödülü Alan Metro AVM
Meydan AVM, Đskandinav ülkelerini dahil etmezsek
şu anda Avrupa’nın ve Türkiye’nin en büyük (70.000
m2 büyüklüğündeki), en çevreci toprak kaynaklı ısı
pompası
projesidir.
Metro
Group
Asset
Management’ın 100 milyon € yatırımla kurduğu bu
alışveriş merkezi, grubun toprak kaynaklı ısı pompası
uygulaması ile kalorifer kazanı olmaksızın, doğal bir
kaynak olan toprak enerjisi sistemiyle ısıtılıp
soğutulan ilk projesidir.
Proje Künyesi:
Projenin Kapsamı : Alışveriş Merkezi Projesi (Süpermarket –
Sinema -Mağazalardan oluşan) yaklaşık 130 bin m² alanda
oluşturulmuş olup 70 bin m² lik satış alanına sahiptir.
Toplam Soğutma Yükü : 3.600 kW
Toplam Isıtma Yükü
: 1.000 kW
Toplam Ünite Adedi
: 108 adet ısı pompası ünitesi (en
küçük kapasite 1,5 kW, en büyük kapasite 65 kW)
Toplam Sondaj - Boru Metrajı : 18.327 m
Toplam Kuyu Adedi ve Ortalama Metrajı : 208 kuyu / 88 m
Đstanbul Metro AVM …
Binanın çatı alanı yaklaşık 55
bin m2 ve bunun 30 bin m2 yeşil
alandır. Bu özelliği ile Meydan,
dünyanın tek alanda, en büyük
yeşil alanlı çatısına sahiptir. Bu
yeşil örtü ısı yalıtımına katkıda
bulunduğu için enerji
maliyetlerine de önemli bir katkı
sağlamaktadır. Ayrıca 8
desibellik bir ses azaltımı da
sağlamaktadır.
Metro AVM …
Meydan AVM’de hiç kazan yoktur. Isıtma yükünün
tamamı topraktan genelde 25ºC'nin altındaki su ile
yapılmaktadır. Merkezi ısıtma yoktur.
Fancoillerde serpantinde dolaşan şartlandırılmış
suyun temininde sudan suya ısı pompalarından
yararlanılmıştır.
(ısıtma 50/40ºC ve soğutma 7/12ºC)
Hibrid sistem uygulamasında 9 yılda sistemin
kendisini amorti edebileceği hesaplanmıştır.