Yenilenebilir Enerji Kaynakları

İÇİNDEKİLER…………………………………………………………………… i
ŞEKİLLER LİSTESİ……………………………………………………………. iv
ÇİZELGELER LİSTESİ………………………………………………………. viii
1. GİRİŞ…………………………………………………………………………… 1
1.1. Enerjinin Tanımı ve Sınıflandırılması………………………………………… 3
1.2. Dünya’daki ve Türkiye’deki Enerji Tüketiminin Bugünkü Durumu ve
Talep Projeksiyonu…….……………………………..……………………….. 5
1.3. Yenilenebilir Enerji Kaynakları……………………………………………….. 8
2. GÜNEŞ ENERJİSİ…………………………………………………………….. 9
2.1. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli…………………………....……………...10
2.2. Güneş Enerji Sistemleri…………………………………...…………………..13
2.2.1. Düz Yüzeyli Güneş Kollektörleri……………………………...…………...13
2.2.2. Vakumlu Güneş Kollektörleri……………………………...………………. 16
2.2.3. Güneş Havuzları…………………………………………………………... 18
2.2.4. Odaklı (Yoğunlaştırıcı) Güneş Kollektörleri………………………………. 18
2.3. Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi…………………………………………... 20
2.3.1. Güneş Pili Sistemleri ile Elektrik Üretimi…………….….......……………. 21
2.3.2. Termal Güneş Santralleri ile Elektrik Üretimi……………………..………. 27
2.4. Güneş Enerjisi Uygulama Alanları…………………………………………... 37
2.4.1. Güneş Enerjili Sıcak Su Sistemleri……………………………...…………. 37
2.4.2. Güneş Enerjisi ile Ürün Kurutma………………………………………….. 40
2.4.3. Güneş Enerjisi ile Sera Isıtma……………………………………..………. 45
2.4.4. Güneş Pili ile Su Pompasının Çalıştırılması……………………………….. 48
2.4.5. Güneş Enerjisi ile Toprak Solarizasyonu…………………………………... 49
2.4.6. Güneş Enerjisi ile Tarımsal Havalandırma………………………………... 51
2.4.7. Güneş Enerjili Çitler……………………………………………..………… 51
2.4.8. Güneş Enerjili Traktör ve Tarım Makinaları………………………..……... 52
2.4.9. Güneş Enerjisi ile Su Arıtma……………………………………..………... 53
2.4.10. Güneş Enerjili Pişiriciler………………………………………...………... 54
3. RÜZGÂR ENERJİSİ…………………………………………………………57
3.1. Türkiye Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli…………………………………………. 59
3.2. Rüzgâr Türbinleri……………………………………………...……………... 63
3.3. Rüzgâr Türbininin Bileşenleri………………...……………………………... 66
3.4. Rüzgârdaki Enerji………………………..…………………………………... 68
3.5. Rüzgâr Ölçüm Sistemleri…………………...………………………………... 71
3.6. Rüzgâr Enerjisinin Kullanım Alanları……………….………………………. 72
3.6.1. Değirmenler……………………………………….……………………….. 73
ii
3.6.2. Su Pompalama Sistemleri…………………..………………………………73
3.6.3. Elektrik Üretim Sistemleri………………...………………………………..75
3.6.4. Diğer Kullanım Alanları………………...…………………………………..78
4. HİDROLİK ENERJİ………………...………………………………………..79
4.1. Türkiye Hidrolik Enerjisi Potansiyeli…………...……………………….…...81
4.2. Hidroelektrik Santrallerin Sınıflandırılması……………………………….....84
4.3. Hidroelektrik Santrallerin Yapısı…………………………………………….. 85
4.4. Hidroelektrik Sistemlerde Türbinler…………………………………….…… 87
4.5. Su Çarkları………………………………………………………………..….. 91
5. JEOTERMAL ENERJİ……………………………………………………....95
5.1. Türkiye Jeotermal Enerji Potansiyeli……………………….………………... 99
5.2. Jeotermal Enerjinin Kullanım Alanları……………………….……………..102
5.2.1. Jeotermal Enerjiden Elektrik Üretimi………………………….………….102
5.2.2. Jeotermal Enerjinin Doğrudan Kullanımı………………………..………..105
6. BİYOKÜTLE ENERJİSİ………………………………………………….... 111
6.1. Türkiye Biyokütle Enerjisi Potansiyeli……………………………………... 115
6.2. Biyokütleden Enerji Üretiminde Kullanılan Çevrim Yöntemleri……...…… 117
6.3. Biyokütle Enerjisinin Faydaları……………………………...……………... 119
6.4. Biyoenerji Üretiminin Artırılmasında Ulaşılabilecek Riskler…………….... 122
6.5. Biyogaz……………………………………………………………………... 124
6.5.1. Biyogazın Oluşumu……………………………………………………… 126
6.5.2. Biyogaz Oluşumuna Etkili Faktörler……………………………………... 128
6.5.3. Biyogaz Üretim Sistemleri………………………………………………. 135
6.5.4. Reaktör Tasarımlarına Göre Biyogaz Tesisleri…………………………... 136
6.5.5. Biyogaz Tesisinin Bileşenleri……………………………….……….…… 140
6.5.6. Biyogazın Temizlenmesi………………………………………………… 146
6.5.7. Biyogazın Kullanım Alanları…………………………...………………… 148
6.5.8. Biyogaz Tesislerinin Projelendirilmesi…………………………………… 153
6.5.9. Biyogaz Tesisleri İçin Ölçme Yöntemleri ve Cihazları…………………... 156
6.6. Biyodizel……………………………………………………………………. 157
6.6.1. Biyodizelde Doğru Karışım…………………………………..…………... 159
6.6.2. Biyodizel Üretiminde Kullanılan Hammaddeler………………….……… 161
6.6.2.1. Ayçiçek…………………………………………………………………. 163
6.6.2.2. Soya…………………………………………………………………….. 168
6.6.2.3. Kolza (Kanola)…………………………………………………………. 172
6.6.2.4. Aspir……………………………………………………………………. 176
6.6.2.5. Pamuk…………………………………………………………………... 178
iii
6.6.3. Biyodizel Üretimi………………………………………………………… 183
6.6.4. Biyodizelin Özellikleri…………………………………………….……… 187
6.6.5. Biyodizelin Dizel Motorlarda Kullanımı…………...…………………….. 188
6.7. Biyoetanol…………………………………………………………………..189
6.7.1. Biyoetanol Üretiminde Kullanılan Hammaddeler……………….……….. 190
6.7.1.1. Şekerpancarı……………………………………………….…………… 192
6.7.1.2. Buğday………………………………………………………………….. 197
6.7.1.3. Arpa…………………………………………………………………….. 203
6.7.1.4. Patates………………………………………………………………….. 207
6.7.1.5. Mısır……………………………………………………………………. 211
6.7.2. Biyoetanol Üretimi……………………………………………….………. 217
6.7.3. Biyoetanol Özellikleri…………………………………………….….…… 221
6.7.4. Biyoetanolün Kullanım Alanları……………………………………..…... 222
6.7.5. Biyoetanolün Motorlarda Kullanımı……………………………………… 223
7. DENİZ KÖKENLİ ENERJİLER…………………………………………... 225
7.1. Dalga Enerjisi………………………………….…………………………… 226
7.2. Gelgit Enerjisi…………………………………….………………………… 228
7.3. Akıntı Enerjisi…………………………………….………………………... 230
7.4. Okyanusların Derin ve Sığ Suları Arasındaki Sıcaklık Farkından
Yararlanılarak Enerji Elde Edilmesi…………………….………………….. 230
KAYNAKLAR…………………………………………………………………. 232
iv
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1.1. Dünya birincil enerji arzında kaynakların payı (2010 yılı)…………. 5
Şekil 1.2. Dünya birincil enerji talebi için referans senaryo…………………....6
Şekil 2.1. Türkiye güneş enerjisi potansiyel atlası……………………………...12
Şekil 2.2. Düz yüzeyli bir güneş kollektörünün yapı elemanları……………... 14
Şekil 2.3. Vakumlu güneş kollektörlü su ısıtma sistemi………………………..17
Şekil 2.4. Vakumlu güneş kolektörünün çalışma prensibi……………………. 17
Şekil 2.5. Güneş havuzu çalışma prensibi ve bir tesis…………………………. 18
Şekil 2.6. Güneş enerjisinin eksenel odaklanması……………………………... 19
Şekil 2.7. Güneş enerjisinin noktasal odaklanması……………………………. 20
Şekil 2.8. Güneş pili (fotovoltaik) sistemle elektrik üretimi…………………... 20
Şekil 2.9. Termal güneş santraliyle elektrik üretimi…………………………... 21
Şekil 2.10. Güneş pili sistemi……………………………………………………. 22
Şekil 2.11. Şebekeden bağımsız sistemler……………………………………….23
Şekil 2.12. Şebeke bağlantılı sistemler…………………………………………..23
Şekil 2.13. Güneş pili uygulama örnekleri……………………………………... 24
Şekil 2.14. Güneş pili hücre, modül ve dizisi…………………………………... 25
Şekil 2.15. Güneş pilinin yapısı…………………………………………………. 26
Şekil 2.16. Parabolik oluk kollektörün yapısı………………………………….. 28
Şekil 2.17. Parabolik çanak kollektörün yapısı………………………………... 28
Şekil 2.18. Merkezi alıcılı sistemin yapısı……………………………………….29
Şekil 2.19. Doğrusal Fresnel yansıtıcının yapısı……………………………….. 29
Şekil 2.20. Güneş bacasının yapısı……………………………………………… 29
Şekil 2.21. Parabolik oluk kollektörlü elektrik santrali………………………. 30
Şekil 2.22. Parabolik çanak kollektörlü elektrik santrali……………………... 30
Şekil 2.23. Merkezi alıcılı elektrik santrali…………………………………….. 31
Şekil 2.24. Doğrusal Fresnel oluk teknolojisi…………………………………...31
Şekil 2.25. Güneş bacalı elektrik santrali……………………………………….32
Şekil 2.26. Parabolik oluk kollektörlü elektrik santralinin bölümleri………...32
Şekil 2.27. Parabolik çanak kollektörlü elektrik santralinin bölümleri………34
Şekil 2.28. Merkezi alıcılı elektrik santralinin bölümleri……………………... 35
Şekil 2.29. Doğrusal Fresnel yansıtıcılı elektrik santralinin bölümleri………. 36
Şekil 2.30. Güneş bacalı elektrik santralinin bölümleri………………………. 37
Şekil 2.31. Doğal dolaşımlı açık sistem…………………………………………. 38
Şekil 2.32. Pompalı açık sistem…………………………………………………. 39
Şekil 2.33. Pompalı kapalı sistem………………………………………………..40
v
Şekil 2.34. Doğal ürün kurutma…………………………………………………40
Şekil 2.35. Güneşli kurutucular için hava akışlı kollektör örnekleri………… 42
Şekil 2.36. Kabin tipi güneşli kurutucu………………………………………… 42
Şekil 2.37. Çadır tipi güneşli kurutucu………………………………………… 43
Şekil 2.38. Güneş enerjili raflı kurutucu……………………………………….. 43
Şekil 2.39. Güneş enerjili fanlı kurutucu………………………………………. 43
Şekil 2.40. Pompalı kapalı sistem………………………………………………..44
Şekil 2.41. Güneş enerjisiyle ısı depolamalı sera ısıtma sistemi………………. 45
Şekil 2.42. Seranın güneş enerjisi kolektörü (toplacı) olarak kullanıldığı ısı
depolama sistemi…………………………………………………….. 46
Şekil 2.43. Su şilteleri (tüpleri) yardımıyla sera ısıtma………………………...46
Şekil 2.44. Su şiltelerinin sera yan duvarlarına düşey yerleştirilmesi………... 47
Şekil 2.45. Güneş pili sistemiyle çalışan pompaj tesisi ile bir meyve bahçesinde
damla sulama sisteminin çalıştırılması……………………………...49
Şekil 2.46. Güneş enerjisi (pili) ile çalışan tarımsal sulama sistemi…………...48
Şekil 2.47. Güneş enerjisi ile toprak solarizasyonu……………………………. 50
Şekil 2.48. Güneş enerjisi ile tarımsal havalandırma…………………………. 51
Şekil 2.49. Güneş enerjili çitlerin elemanları ve uygulaması…………………. 52
Şekil 2.50. Güneş enerjili traktör………………………………………………..52
Şekil 2.51. Güneş enerjili çim biçme makinası………………………………… 53
Şekil 2.52. Güneş enerjili çim biçme robotu…………………………………… 53
Şekil 2.53. Güneş enerjisiyle su arıtma sistemleri……………………………... 54
Şekil 2.54. Güneş enerjili pişirici tipleri………………………………………... 55
Şekil 3.1. Türkiye ortalama rüzgâr hızı dağılımı……………………………… 59
Şekil 3.2. Türkiye ortalama rüzgâr gücü yoğunluğu dağılımı………………... 59
Şekil 3.3. Ortalama yıllık rüzgâr hızları dağılımı (50 metrede)……………….61
Şekil 3.4. Ortalama güç yoğunluğu dağılımı (50 metrede)……………………. 61
Şekil 3.5. Ortalama kapasite faktörü dağılımı (50 metrede)………………….. 61
Şekil 3.6. Türkiye’deki işletmedeki RES’ler……………………………………62
Şekil 3.7. Yatay eksenli, yavaş hızla çalışan rüzgâr türbini…………………... 63
Şekil 3.8. Yatay eksenli, yüksek hızla çalışan rüzgâr türbini………………….64
Şekil 3.9. Düşey eksenli rotor tipleri…………………………………………….64
Şekil 3.10. Savonius ve Darrieus rüzgâr türbinleri……………………………. 65
Şekil 3.11. Eğik eksenli rüzgâr türbini…………………………………………. 65
Şekil 3.12. Rüzgâr türbini bileşenleri…………………………………………... 66
Şekil 3.13. Kule tipleri (a.boru şeklinde çelik, b.kafes yapılı, c.Halat destekli
direk tipi)……………………………………………………………...67
vi
Şekil 3.14. Rüzgâr değirmenleri…………………………………………………73
Şekil 3.15. Su pompalamada kullanılan rüzgâr türbin tesisi…………………. 74
Şekil 3.16. Rüzgârdan elektrik üretimi, depolanması ve kullanımı…………...75
Şekil 3.17. Rüzgâr elektrik santrali (Killik RES, Tokat)………………………76
Şekil 3.18. Rüzgâr türbininde üretilen elektriğin iletimi………………………77
Şekil 4.1. Hidrolik çevrimi……………………………………………………….80
Şekil 4.2. Hidrolik enerjiden elektrik üretimi…………………………………. 81
Şekil 4.3. Türkiye hidroelektrik santralleri haritası…………………………... 82
Şekil 4.4. Baraj gövdesi ve gölü………………………………………………….86
Şekil 4.5. Su yolları tesisleri……………………………………………………...86
Şekil 4.6. Savak tesisleri………………………………………………………….87
Şekil 4.7. Pelton türbin yapısı ve çalışma prensibi…………………………….. 89
Şekil 4.8. Dikey eksenli Francis türbini……………..…………………………..90
Şekil 4.9. Kaplan türbin yapısı ve çalışma prensibi…………………………… 90
Şekil 4.10. Üstten vuruşlu su çarkları………………………………………….. 91
Şekil 4.11. Yandan vuruşlu su çarkları………………………………………… 92
Şekil 4.12. Alttan vuruşlu su çarkları……….…………………………………..93
Şekil 5.1. Yerkürenin yapısı ve sıcaklık değerleri……………………………... 96
Şekil 5.2. Jeotermal enerji sisteminin şematik gösterimi………………………97
Şekil 5.3. Türkiye jeotermal kaynaklar ve uygulama haritası………………...99
Şekil 5.4. Kuru buhar santrali………………………………………………….103
Şekil 5.5. Islak buhar santrali…………………………………………………..103
Şekil 5.6. Binary (ikili) çevrim santrali………………………………………...104
Şekil 5.7. Jeotermal elektrik üretim santrali…………………………………..104
Şekil 5.8. Jeotermal enerjiyle bölgesel konut ısıtma…………………………..105
Şekil 5.9. Jeotermal akışkanla yol ve kaldırım ısıtma uygulamaları…………106
Şekil 5.10. Jeotermal enerji ile sera ısıtma sistemlerine ait bazı örnekler….. 107
Şekil 5.11. Jeotermal akışkanın iletimi……………………………………….. 108
Şekil 5.12. Entegre jeotermal sistem………………………………………….. 108
Şekil 6.1. Biyokütle kaynakları………………………………………………... 112
Şekil 6.2. Bitkisel döngü………………………………………………………...104
Şekil 6.3. Biyokütle oluşumu ve tüketimi……………………………………... 113
Şekil 6.4. Biyokütle kaynaklarından enerji elde edilme işlemleri……………116
Şekil 6.5. Biyogaz üretim sistemi……………………………………………… 124
Şekil 6.6. Tokat atıksu arıtma tesisinde biyogaz üretim sistemleri…………. 124
Şekil 6.7. Biyogaz oluşum akış diyagramı …………………………………….126
Şekil 6.8. Üreteçlerin temel işletim şekilleri…………………………………... 135
vii
Şekil 6.9. Basit biyogaz tesisleri………………………………………………...136
Şekil 6.10. Hareketli kubbeli biyogaz tesisinin yapısı…………………….…...136
Şekil 6.11. Sabit kubbeli biyogaz tesisinin yapısı……………………….……..137
Şekil 6.12. Balon tipi kubbeli biyogaz tesisi……………………………….…...137
Şekil 6.13. Reaktör örnekleri……………………………………………….…..140
Şekil 6.14. Gaz Deposu (balon tipi)…………………………………………….143
Şekil 6.15. Organik madde deposu………………………………………….….144
Şekil 6.16. Biyogaz tesisinin bileşenleri………………………………………...145
Şekil 6.17. Biyogazla çalışan bir ocak………………………………………….148
Şekil 6.18. Biyogazın motorlarda kullanımı………………………………….. 149
Şekil 6.19. Biyogübrenin depodan tanka alınışı……………………………… 150
Şekil 6.20. Biyogübrenin tarlada toprak altına dağıtımı…………………….. 150
Şekil 6.21. Biyogazla çalışan lamba…………………………………………… 151
Şekil 6.22. Biyogaz jeneratörü………………………………………………… 152
Şekil 6.23. Biyodizel üretim aşamaları………………………………………... 182
Şekil 6.24. Transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel üretiminde akış şeması184
Şekil 6.25. Transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel üretimi aşamaları……185
Şekil 6.26. Şekerpancarından elde edilen ürünler ve yan ürünler…………...196
Şekil 6.27. Biyoetanol üretim aşamaları……………………………………….217
Şekil 6.28. Fermantasyon tankları…………………………………………….. 218
Şekil 6.29. Damıtma kolonları………………………………………………….219
Şekil 7.1. Dalga enerjisi için sistemler ve işlemler…………………………….226
Şekil 7.2. Dalga enerjisi dönüşüm sistemi…………………………………….. 226
Şekil 7.3. Gelgit enerji santrali…………………………………………………227
Şekil 7.4. Tokat atıksu arıtma tesisinde biyogaz üretim sistemleri…………. 228