Türkiye Kıyı Bölgelerinde Yenilenebilir Enerji Santrali Uygulamaları İçin: Hibrit Yüzer Modüler Tasarım Önerileri

Year 2024, Volume: 24 Issue: 4, 866 - 883, 20.08.2024

Büşra Cesur Durmaz , İbrahim Üçgül

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1404846

Abstract

Çalışmada, temiz enerji üretiminde sürdürülebilirliğe katkı sağlamak için günümüz rüzgar ve güneş enerji teknolojisinin kullanıldığı, hibrit yüzer yenilenebilir enerji santrali tasarımı yapılmıştır. Türkiye’nin kıyı bölgelerini temsil eden 3 koordinat noktasına ait Global Wind Atlas ve Global Solar Atlas yazılımından elde edilen değerlere göre toplam enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Küçük 6 tip (10x10 m2), orta 2 tip (20x20 m2) ve (30x30 m2), büyük 1 tip (60x60 m2) alana sahip toplam 9 tip modül geliştirilmiştir. Ancak küçük modül tipleri arasından açık deniz koşullarında altıgen platform yapının en uygun davranış sergileyecek olması ve üzerinde yakın toplam kurulu güç değerleri hesaplanmasından dolayı, küçük modül tip 5 için enerji hesapları yapılmıştır. Sonuçta, küçük modül tip 5, orta modül tip 1, orta modül tip 2 ve büyük modül tip 1’in 10’ar adet kullanımıyla bölgelere ait santral toplam enerji potansiyeli ve karşıladığı konut sayısı hesaplanmıştır. En yüksek santral toplam enerji potansiyeline Ege bölgesinin sahip olduğu sonucuna ulaşılarak, küçük modül tip 5 ile (1830 MWh/yıl) ~500 konutun, orta modül tip 1 ile (4370 MWh/yıl) ~1195 konutun, orta modül tip 2 ile (41930 MWh/yıl) ~11485 konutun, büyük modül tip 1 ile (183960 MWh/yıl) ~50400 konutun ihtiyacının karşılanabileceği ortaya konulmuştur. Aynı zamanda enerji santralinin açık deniz ortamından olumsuz etkilenmemesi için modül büyüklüklerine uygun öneri niteliğinde dalgakıran yapıları tasarlanmıştır.

Keywords

Yenilenebilir Enerji, Yüzer Hibrit Yenilenebilir Enerji, Günümüz Yenilenebilir Enerji Teknolojileri, Yüzer Hibrit Yenilenebilir Enerji Santrali, Bölgelere Ait Toplam Enerji Potansiyeli

For Renewable Energy Plant Applications in the Coastal Regions of Turkey: Hybrid Floating Modular Design Suggestions

Abstract

In this study, a hybrid floating renewable energy power plant was designed using today's wind and solar energy technology to contribute to sustainability in clean energy production. The total energy potential was calculated according to the values obtained from Global Wind Atlas and Global Solar Atlas software for 3 coordinate points representing the coastal regions of Turkey. A total of 9 types of modules were developed: 6 small (10x10 m2), 2 medium (20x20 m2) and (30x30 m2), 1 large (60x60 m2). However, since the hexagonal platform structure will exhibit the most appropriate behaviour in offshore conditions among the small module types and the total installed power values close to it are calculated, energy calculations have been made for small module type 5. As a result, the total energy potential of the power plant and the number of houses covered by the regions were calculated by using 10 units each of small module type 5, medium module type 1, medium module type 2 and large module type 1. It is concluded that the Aegean region has the highest total power plant energy potential, and it is revealed that the needs of 500 houses (1830 MWh/year) can be met with small module type 5, 1195 houses (4370 MWh/year) with medium module type 1, 11485 houses (41930 MWh/year) with medium module type 2, and 50400 houses (183960 MWh/year) with large module type 1. At the same time, in order to prevent the power plant from being adversely affected by the open sea environment, breakwater structures were designed in accordance with the module sizes.

Keywords

Renewable Energy, Floating Hybrid Renewable Energy, Today, Floating hybrid renewable energy plant, Total energy potential of the region

References

• Bulut, M., Kaplanoğlu, İ. ve Geylani, V., 2018. Dünyada hidro yüzer GES projelerinin gelişimi ve Türkiye’deki potansiyeli. Güç Sistemleri Konferansı. Ankara, Türkiye, 13-18.
• Ćatipović, I., Ćorak, M., Alujević, N. and Parunov, J., 2019. Dynamic analysis of an array of connected floating breakwaters. Journal of Marine Science and Engineering, 7(9), 298. https://doi.org/10.3390/jmse7090298
• Cesur Durmaz, B., 2023. Sürdürülebilir yüzer kent park modeli: Fethiye örneği (Doktora Tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 317.
• Cesur Durmaz, B. ve Üçgül, İ., 2023. Evaluation of floating renewable energy potential for sustainable energy in Türkiye. Journal of the Institute of Science and Technology, 13(2), 1085-1100. https://doi.org/10.21597/jist.1089488
• Cottura, L., Caradonna, R., Ghigo, A., Novo, R., Bracco, G. and Mattiazzo, G., 2021. Dynamic modeling of an offshore floating wind turbine for application in the Mediterranean Sea. Energies, 14, 248. https://doi.org/10.3390/en14010248
• Dal, A.R., 2021. Investigation of the potential of using lakes and dams as solar power plants: the case of Yamula Dam. Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 9(4), 726-738. https://doi.org/10.29109/gujsc.1002791
• Daş, M., Balpetek, N., Kavak Akpınar, E. ve Akpınar, S., 2019. Türkiye’de bulunan farklı illerin rüzgar enerjisi potansiyelinin incelenmesi ve sonuçların destek vektör makinesi regresyon ile tahminsel modelinin oluşturulması. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34(4), 2203-2214. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.432590
• Ding, S., Yan, S., Han, D. And Ma, Q., 2015. Overview on hybrid wind-wave energy systems. International Conference on Applied Science and Engineering Innovation (ASEI). Jinan, China, 502-507.
• Dünya Bankası Grubu, ESMAP ve SERIS, 2019. Güneşin su ile buluştuğu yer: Yüzen güneş piyasası raporu. Washington, ABD, DC: Dünya Bankası, 132. Elibüyük, U. ve Üçgül, İ., 2014. Rüzgar türbinleri, çeşitleri ve rüzgar enerjisi depolama yöntemleri. Süleyman Demirel Üniversitesi YEKARUM e-DERGİ, 2(3), 1-14.
• ESMAP, 2019. Going global: expanding offshore wind to emerging markets. Washington, DC: World Bank.
• Ferrer Gisbert, C., Ferrán Gozálvez, J.J., Redón Santafé, M., Ferrer Gisbert, P. Sánchez Romero, F.J. and Torregrosa Soler, J.B., 2013. A new photovoltaic floating cover system for water reservoirs. Renewable Energy, 60, 63-70. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.04.007
• Gökmener, S., Çiçek, D., Oğuz, E., Haspolat, E., Melek, A. ve Deveci, M., 2023. Yüzer güneş enerjisi santralleri için uygun yer seçiminde kullanılan kriterler. 10. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu. İzmir, Türkiye, 331-343.
• Hanssen, J.E., Margheritini, L., O’Sullivan, K., Mayorga, P., Martinez, I., Arriaga, A., Agos, I., Steynor, J., Ingram, D., Hezari, R. and Todalshau, J.H., 2015. Design and performance validation of a hybrid offshore renewable energy platform. In Proceedings of the 2015 Tenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER), Monte Carlo, Monaco. https://doi.org/10.1109/EVER.2015.7113017
• Husain, A.F., Hasan, W.Z.W., Shafie, S., Hamidon, M.N. and Pandey, S.S., 2018. A review of transparent solar photovoltaic technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94, 779-791. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.031
• International Renewable Energy Agency (IRENA), 2021. Renewable Energy Statistics Report.
• Jackson, D. and Persoons, T., 2012. Feasibility study and cost-benefit analysis of tidal energy: A case study for Ireland. Proceedings of the 4th International Conference on Ocean Energy (ICOE). Dublin, Ireland, 1-5.
• Karakaya, E., 2016. Paris iklim anlaşması: İçeriği ve Türkiye üzerine bir değerlendirme. Adnan Menderes Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 3(1), 1-12. https://doi.org/10.30803/adusobed.188842
• Karakullukçu, R., 2015. Yüzen dalgakıran tasarımlarının taş dolgu dalgakıranlarla karşılaştırılması (Yüksek Lisans Tezi). Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 194.
• Keleş Çetin, S., Genç, M.S. ve Daldaban, F., 2019. Dikey eksenli rüzar türbinleri-küçük ölçekli uygulamalar. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(2), 539-551. https://doi.org/10.35193/bseufbd.643828 Lee, A.H.I., Lin, C.Y., Kang, H.Y. and Lee W.H., 2012. An integrated performance evaluation model for the photovoltaics industry. Energies, 5, 1271-1291. https://doi.org/10.3390/en5041271
• Mazarakos, T.P., Mavrakos, S.A. and Soukissian, T.H., 2020. Energy yield of a floating hybrid mooring wind turbine system in the aegean sea. Fifteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER). Grimaldi Forum, Monaco 1-11.
• Özgür, E., 2018. Türkiye’de güneş enerjisi. TMMOB Makina Mühendisleri Odası Türkiye’nin Enerji Görünümü 2020, 12.Bölüm, Oda Raporları, Ankara.
• Penna, A.N., 2020. A history of energy flows from human labor to renewable power. Routledge Studies in Energy Transitions, Taylor & Francis Ltd., 286.
• Perera, H.D.M.R., 2020. Designing of 3mw floating photovoltaic power system and its benefits over other pv Technologies. International Journal of Advances in Scientific Research and Engineering (ijasre), 6(4), 37–48. https://doi.org/10.31695/IJASRE.2020.33782
• Rajpar, A.H., Ali, I., Eladwi, A.E. and Bashir, M.B.A., 2021. Recent development in the design of wind deflectors for vertical axis wind turbine: A review. Energies, 14, 5140. https://doi.org/10.3390/en14165140
• Solomin, E., Sirotkin, E., Cuce, E., Selvanathan, S.P. and Kumarasamy, S., 2021. Hybrid floating solar plant designs: A review. Energies, 14(10), 25. https://doi.org/10.3390/en14102751
• Tortumluoğlu, M.İ. ve Doğan, M., 2021. Açık deniz rüzgar türbinleri için uygun yer seçim kriterlerinin irdelenmesi ve kuzey ege kıyılarına uygulanması. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 23(67), 25-42. https://doi.org/10.21205/deufmd.2021236703
• Uyan, M., 2017. Güneş enerjisi santrali kurulabilecek alanların AHP yöntemi kullanılarak CBS destekli haritalanması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(4), 343-351. https://doi.org/10.5505/pajes.2016.59489
• Üçgül, İ. ve Elibüyük, U., 2016a. Yenilenebilir enerji kaynakları ve enerji jeopolitiği. Anka E-Dergi, 2(1), 26-33.
• Üçgül, İ. ve Elibüyük, U., 2016b. Yenilenebilir ve alternatif enerji çeşitleri. Çevre ve Enerji. Yrd. Doç. Dr. Aysel Aydın Kocaeren (Editör), Nobel Akademik Yayıncılık, 222-307. Qu, X., Yao, Y. and Du, J., 2021. Conceptual design and hydrodynamic performance of a modular hybrid floating foundation. Energies, 14, 7605. https://doi.org/10.3390/en14227605
• İnternet kaynakları Blue Deal, https://bluedealmed.eu/ (10.01.2022)
• Elektrik Port, https://www.elektrikport.com/haber-roportaj/ruzgar-turbinlerinin-cesitleri-ve-birbirleriyle-karsilastirilmasi/8178#ad-image-0 (05.02.2022)
• Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, https://sp.enerji.gov.tr/ETKB_2019_2023_Stratejik_Plani.pdf (20.11.2022)
• EnerOCEAN, https://enerocean.com/w2power/ (05.01.2022)
• FDN, https://www.fdngroup.nl/energy-converter (15.01.2022)
• Floating Power Plant, https://www.floatingpowerplant.com/ (05.01.2022)
• Global Solar Atlas, https://globalsolaratlas.info/map (21.09.2022)
• Global Wind Atlas, https://globalwindatlas.info/ (20.09.2022)
• InSPIRE, https://www.inspireoffshoreenergy.com/ (05.01.2022)
• KPMG, https://assets.kpmg/content/dam/kpmg/tr/pdf/2020/03/sektorel-bakis-2020-enerji.pdf (07.04.2021)
• Matrix Pontoons, https://www.matrixpontoons.co.uk/new-gallery (05.02.2022)
• Michaelis, D. and Michaelis, A., 2008. Energy Island Design. E-Architect. https://www.e-architect.com/energy-island (10.01.2022)
• MGM, https://mgm.gov.tr/kurumici/turkiye-guneslenme-suresi.aspx (20.09.2022)
• Nordmann, T., 2014. Photovoltaics and the lacustrine landscape large scale photovoltaik hydro electric on water. 29th European PV Solar Energy Conference & Exhibition – EUPVSEC. Amsterdam, Netherlands. https://www.tnc.ch/wp-content/uploads/2017/10/nordmann_eupvsec_2014_landscape.pdf (10.01.2022)
• Ocean Power Technologies, https://oceanpowertechnologies.com/pb3-powerbuoy/ (05.01.2022)
• Pelagic Power, http://www.pelagicpower.no/about.html (10.01.2022)
• Sinn Power, https://www.sinnpower.com/platform (10.01.2022)
• Snieckus, D., https://www.rechargenews.com/transition/acciona-leads-plan-to-build-worlds-first-floating-wind-and-solar-hydrogen-complex/2-1-946028 (08.02.2022)
• Superflex Duba Demirleme Sistemleri, https://www.nauticexpo.com/prod/superflex-pontoon-mooring-systems/product-30285-362176.html (05.02.2022)
• Temiz Enerji, https://temizenerji.org/2023/06/23/turkiyede-yuzer-temelli-deniz-ustu-ruzgar-enerjisi-icin-ar-ge-calismalari-devam-ediyor/ (20.11.2023)
• Temiz Yaratıcı Teknolojiler, https://tr.tyt.com.tr/floatingsolar-hydrosolar (20.11.2023)
• TURECO, https://tureco.com.tr/blog/gunes-panelleri-elektrik-uretimi (10.02.2022).
• Verdant Power, https://www.verdantpower.com/ (20.01.2022)
• Yde, A., Pedersen, M.M., Bellew, S.B., Køhler, A., Clausen, R.S. and Wedel, Nielsen A. Experimental and theoretical analysis of a combined floating wave and wind energy conversion platform, https://backend.orbit.dtu.dk/ws/portalfiles/portal/90445334/Experimental_and_Theoretical_Analysis.pdf (05.02.2020).
• Wave Star Energy, http://wavestarenergy.com/projects (10.01.2022)
• World Energy Council, https://www.worldenergy.org/publications/entry/world-energy-scenarios-composing-energy-futures-to-2050 (05.01.2022)
• Aeolos (RT-4), https://www.energy-xprt.com/companies/aeolos-wind-energy-ltd-78584/ (06.01.2022)
• Desert Power (RT-15), https://www.desertpowerinc.com/index.html (09.01.2022)
• Eastern Wind Power (RT-20), https://easternwindpower.us/ (10.01.2022)
• Eleksan (RT-3; RT-21), http://eleksan.com/?p=home (05.01.2022)
• FairWind (RT-14), https://www.energy-xprt.com/products/fairwind-model-f100-10-vertical-axis-wind-turbine-385398 (09.01.2022)
• Halbes (RT-23; RT-24), https://www.halbes.com.tr/ (11.01.2022).
• Hi-Vawt (RT-7; RT-8), http://www.hi-vawt.com.tw/en/welcome.html (07.01.2022).
• Muce Vawt (RT-22), http://www.vawtmuce.com/ (11.01.2022)
• PoverSolar (RT-5; RT-6), https://powersolar.com.tr/ (06.01.2022)
• Senwei Energy Technology (RT-12; RT-16; RT-18; RT-19), https://www.windpowercn.com/ (08.01.2022)
• V-Air (RT-9; RT-13), http://www.visionairwind.com (09.01.2022)
• Venger Wind (RT-11), https://verticalwindturbineinfo.com/vawt-manufacturers/venger-wind-vertical-axis-wind-turbines/ (08.01.2022)
• Wind-er (RT-2), https://www.wind-er.com/tr/hometr/ (05.01.2022)
• Windside (RT-17), https://windside.com/ (10.01.2022)
• Windspire Energy (RT-1; RT-10), https://www.windspireenergy.com/index.html (05.01.2022)
• Anchor by Panasonic (PV-9), https://lstr.panasonic.com/tr/urunler/detay/395w-mono-perc-solar-module-2684/ (12.01.2022)
• Axitec Energy (PV-1; PV-2), https://www.axitecsolar.com/ (12.01.2022)
• CW-Enerji (PV-3; PV-4), https://cw-enerji.com/tr/index.html (12.01.2022)
• GTC Photovoltaic Solor System (PV-5), http://gtctrade.com/tr/ (11.01.2022)
• LSIS-Floating Photovoltaic System (PV-7), http://www.ls-electric.com/edm/2016/1128/1611_electric_Floating%20Photovoltaic%20System.pdf (12.01.2022)
• Schmid Pekintaş (PV-6), https://www.schmid-pekintas.com/index.html (12.01.2022)
• Sungold Solar (PV-8), https://www.sungoldsolar.com/ (12.01.2022)