Marmara Bölgesindeki Bir Konteyner Limanı İçin Fotovoltaik Enerji Sistem Kurulumunun Tekno-Ekonomik ve Çevresel Analizi

Year 2022, Volume: 9 Issue: 1, 416 - 432, 30.06.2022

Ali Riza Dal , Fatih Yılmaz

https://doi.org/10.35193/bseufbd.1073878

Abstract

Dünyada 1960’lı yıllardan itibaren gelişen konteyner gemileri ve konteyner limanlarının, ülkemizin dış ticaret, kabotaj ve transit yüklerinin taşınmasında önemli bir rolü bulunmaktadır. Özellikle Marmara Bölgesinde yer alan konteyner limanlarının ülkemizin toplam konteyner elleçleme kapasitesinde önemli bir payı vardır. Diğer taraftan, güneş enerjisinden faydalanarak elektrik üretimi, dünya genelinde olduğu gibi ülkemizde de yaygınlaşmakta olup konteyner limanlarında da bu teknolojiden azami ölçüde faydalanılması gerekmektedir. Bu çalışmanın amacı; Marmara (Kocaeli) Bölgesinde bulunan büyük ölçekli bir konteyner limanında fotovoltaik yenilenebilir enerji sistemi kurulumunun tekno-ekonomik ve çevresel analizini gerçekleştirmektir. Bu amaçla, büyük ölçekli bir konteyner limanı incelenmiş, yıllık elektrik ihtiyacı tespit edilmiş ve Fotovoltaik Coğrafi Bilgi Sistemi yazılımı yardımıyla uygun PV sistem gücü belirlenmiştir. Ayrıca, İndirgenmiş Geri Ödeme Süresi Yöntemi kullanılarak PV sistemin ilk yatırım maliyeti ve geri ödeme süresi hesaplanmış ve RETScreen yazılımı yardımıyla PV sisteminin zararlı sera gazı salımını azaltmadaki rolü ve çevresel etkileri analiz edilmiştir. Çalışmada, konteyner limanındaki kapalı binaların çatılarına 962 k Wp gücünde PV sistem kurulabileceği ve PV sistemin bu güç ile yılda 1.061.034 kWh elektrik üretimi gerçekleşebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Limana yapılacak PV sistem yatırımının geri ödeme süresi 8,33 yıl olarak belirlenmiştir. Söz konusu PV sistemin yılda 37,7 tCO2/yıl sera gazı emisyonuna engel olacağı da tespit edilmiştir. PV sistemden üretilecek elektrik ile limanının yıllık elektrik ihtiyacının %9,47’lik bir kısmı sağlanabilmektedir. Bu çalışmada, bir limana kurulacak PV sistemden en yüksek seviyede yararlanılmasına katkı sağlamak üzere bazı öneriler de sunulmuştur.

Keywords

Güneş Enerjisi, Elektrik Üretimi, Fotovoltaik Teknoloji, Konteyner Limanı

Techno-Economic and Environmental Analysis of a Photovoltaic Energy System Utilization for a Container Port in the Marmara Region in Turkey

Abstract

Container ships and ports, that have developed in the world since the 1960s, have important roles for the foreign trade of Turkey, as well as for the transportation of cabotage and transit cargoes. Container ports, especially in the Marmara Region, have an important share in the total container handling capacity of Turkey. On the other hand, solar-based electricity generation has become widespread in Turkey as well as in the world, and therefore this technology should be benefited as much as possible at the Turkish container ports. The aim of this study is to carry out a techno-economic and environmental analysis of a photovoltaic renewable energy system installation for a large-size container port in the Marmara (Kocaeli) Region. In accordance with this aim, a large-sized container port has been investigated, and its annual electricity need has been detected, and the appropriate PV system power has been determined by using the Photovoltaic Geographical Information System software, respectively. Additionally, the initial investment cost and payback period of the PV system have been calculated by using the Reduced Payback Time Method, and the environmental effects of PV system to be installed regarding harmful greenhouse gas emissions have been analyzed by using RET Screen software. As a result of this study, it is found that a PV system with a power of 962 k Wp can be installed on the roofs of enclosed buildings in the container port and the PV system with this power can produce 1,061,034 kWh of electricity per a year. The payback period for the PV system investment to be made in the port is determined as 8.33 years. It also determined that the PV system to be installed can prevent 37.7 tCO2/year greenhouse gas emissions per a year. With the electricity to be produced from the PV system, 9.47% of the annual electricity need of the port can be provided. In this study, some suggestions are also presented in order to contribute to the maximum utilization of the PV system of a sea port. 

Keywords

Güneş Enerjisi, Elektrik Üretimi, Fotovoltaik Teknoloji, Konteyner Limanı

References

• IMEAK DTO. (2019). 2019 Sektör Raporu. https://www.denizticaretodasi.org.tr/tr/yayinlarimiz/sektorraporu (15.08.2021).
• Donald, M. (2000). The Development of Container Logistics in Intermodal Transport in South Africa Training in Shipping. Master of Science Thesis, World Maritime University, Malmö.
• Fulser, S. (2015). Kombine Taşımacılık ve Türkiye Uygulamaları. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Türkiye Elektrik İletişim A.Ş. (TEİAŞ). (2020). 2019 Yılı Türkiye Elektrik İletimi Sektör Raporu. https://www.teias.gov.tr/tr-TR/sektor-raporlari. (15.08.2021).
• British Petroleum (BP). (2019). BP Statistical Review of World Energy. https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2019-full-report.pdf (15.08.2021).
• Varınca, K. B., & Gönüllü, T. (2006). Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma. I. Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi (UGHEK), Eskişehir.
• Şen, Z. (2004). Türkiye’nin Temiz Enerji İmkânları. Mimar ve Mühendis Dergisi, 33, 6-12.
• Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı (ETKB). 2021. Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA). http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/. (15.08.2021).
• European Commission (EU). (2021). Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS). https://ec.europa.eu/jrc/en/PVGIS/docs/methods, (15.08.2021).
• Alcan, Y., Demir, M., & Duman, S. (2018). Sinop İlinin Güneş Enerjisinden Elektrik Üretim Potansiyelinin Ülkemiz ve Almanya İle Karşılaştırarak İncelenmesi. El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 5(19), 35-44.
• International Renewable Energy Agency (IRENA). (2021). Insights Renewables. https://www.irena.org/ (15.08.2021).
• Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı, Denizcilik Genel Müdürlüğü (DGM). (2020). Denizcilik İstatistikleri – Konteyner İstatistikleri.https://denizcilikistatistikleri.uab.gov.tr/konteyner-istatistik, (15.08.2021).
• Saitov, E. B., Toshov, J. B., Pulatov, A. O., Botiroy, B. M., & Kurbanov, Yu. M. (2020). Networked Interactive Solar Panels over the Roof Photovoltaic System (PVS) and its Cost Analysis at Tashkent State Technical University. Rudenko International Conference (RSES 2020) 216 (01133).
• Kumar, G. R., Prasad, A. H., Saketha, N. S., & Saichandana, K. (2014). A New Innovative Design principle of Grid Interactive Roof Top Solar Photovoltaic Power Generation. International Journal of Education and Applied Research (IJEAR), 4(1), 37-41.
• Mohanta, P.R., Patel, J., Bhuva, J., & Gandhi, M. (2015). A Review on Solar Photovoltaics and Roof Top Application of It. International Journal of Advance Research in Engineering, Science & Technology (IJAREST), 2(4), 2394-2444.
• Singh, S., Srivastava, A., & Rawat, H. S. (2017). Grid Interactive Rooftop Solar Photo Voltaic (PV) System & its Cost Analysis for Pantnagar University. International Journal on Emerging Technologies (Special Issue NCETST-2017), 0975-836.
• Siraki, A. G., & Pillay, P. (2012). Study of Optimum Tilt Angles for Solar Panels in Different Latitudes for Urban Applications. Solar Energy, 86(6), 1920-1928. https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.02.030
• Yıldırım, E., & Aktacir, M. A. (2019). Binaya Entegre Fotovoltaik Sistemlerde Azimut ve Eğim Açısı Etkilerinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(2), 609-619.
• Çelebi, G. (2002). Bina Düşey Kabuğunda Fotovoltaik Panellerinin Kullanım İlkeleri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi,17 (3), 17-33.
• Güven, Ş. Y., & Şenol, R. (2005). Güneş Pili Destekli Çevre Aydınlatma ve Sulama Sisteminin Örnek Bir Uygulaması. Mühendis ve Makina, 46 (548),13-20.
• Dikmen, Ç. B., & Gültekin, A. B. (2011). Sürdürülebilirlik Kapsamında Yapılarda Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Kullanımı. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 1(3), 96-100.
• Dondariya, C., Porwal, D., Awasthi, A., Shukla, A. K., Sudhakar, K., SR, M. M., & Bhimte, A. (2018). Performance Simulation of Grid-Connected Rooftop Solar PV System for Small Households: A Case Study of Ujjain, India. Energy Reports, 4, 546-553.
• Akkaya, S., & Akkaya Oy, S. (2021). Samsun, Bayburt ve Mersin İllerine Kurulabilecek Güneş Enerjisi Santrallerinin Modellenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(2), 759-773.
• Heras-Saizarbitoria, I., Zamanillo, I., & Laskurain, I. (2013). Social Acceptance of Ocean Wave Energy: A Case Study of an OWC Shoreline Plant. Renewable Sustainable Energy Reviews, 27, 515–524.
• Yılmaz, F. (2019). Contributions of “Green-Ecoport Approach” to Merchant Trade and Logistics: Comparison of Practices in Turkey and the European Union (EU). Journal of Transportation and Logistics, 4(2), 65-78.
• Liu, P., Wang, C., Xie, J., Mu, D., & Lim, MK. (2021). Towards Green Port-Hinterland Transportation: Coordinating Railway and Road Infrastructure in Shandong Province, China. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 94, 102806.
• Sifakis, N., Konidakis. S., & Tsoutsos, T. (2021). Hybrid Renewable Energy System Optimum Design and Smart Dispatch for Nearly Zero Energy Ports. Journal of Cleaner Production, 310, 127397.
• Yang Y.C., & Chang W. M. (2013). Impacts of Electric Rubber-Tired Gantries on Green Port Performance. Research in Transportation Business and Management, 8, 67-76.
• Villalba, I., & Diaz, F. (2015). Analysis of the Present Situation of Solar Photovoltaıc Systems Integration in the Spanish Ports.EU PVSEC 2015, Germany.
• Nikishin, A.J., & Kharitonov, MS. (2021) Modernization of Marine Ports Electrical Power Supply Systems in The Framework of Zero-Emission Strategy, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, International conference Germany and Russia.
• Misra, A., Venkataramani, G., Gowrishankar, S., Ayyasam, E., & Ramalingam, V. (2017). Renewable Energy Based Smart Microgrids a Pathway to Green Port Development. Strategic Planning for Energy and the Environment, 37(2), 17-32.
• Elnejjar, H. M., Shehata, A. S., Albatran, A. H. A., & Shehadeh, M. F. (2021). Experimental and Techno-Economic Feasibility Analysis of Renewable energy Technologies for Jabel Ali Port in UAE. Energy Reports, 7(5), 116-136.
• Vidal, H., Rivera, M., Wheeler, P, & Vicencio, N. (2020). The Analysis Performance of a Grid-Connected 8.2 kWp Photovoltaic System in the Patagonia Region. Sustainability, 12, 1-16.
• Yiğit, A., & Atmaca, İ. (2018). Güneş Enerjisi, Bursa, Türkiye. Dora Yayınevi.
• Sulukan, E. (2020). İstanbul’da Bir Fotovoltaik Sistemin Tekno-Ekonomik ve Çevresel Analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(1) 127-132.
• Messenger R.A., & Ventre, J. (2005). Photovoltaic Systems Engineering. 2. Baskı, Florida. Taylor & Francis e-Library.
• Sick, F., & Erge, T. (1996). Photovoltaics in Buildings: A Design Handbook for Architects and Engineers. London. James & James Ltd.
• Güven, A. F. (2016). Afyon Oruçoğlu Termal Otelinin Enerji İhtiyacını Karşılayacak Güneş Enerji Sisteminin Tasarlanması, Optimizasyonu ve Maliyet Analizi. Uluslararası Sosyal Bilimler ve Eğitimde Stratejik Araştırma Konferansı (ICoSReSSE), 1-18.
• Yadav, S., Hachem-Vermette, C., Panda, S. K., Tiwari, G. N., & Mohapatra, S. S. (2021). Determination of Optimum Tilt and Azimuth Angle of BISPVT System Along With its Performance Due to Shadow of Adjacent Buildings. Solar Energy, 215, 206-219. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.12.033
• Karaca, Ü. B., & Uçar, S. (2018). Konut Çatı ve Cephelerinde Farklı Fotovoltaik Sistem Uygulamalarının Değerlendirilmesi. Trakya Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(2), 65-76.
• Port of Rotterdam Authority (PRA). (2021). Solar Power in the Port. https://www.portofrotterdam.com/en/news-and-press-releases/solar-power-in-the-port (15.08.2021).
• Tenerife Ports (TP). (2020). Sustainable Electric Mobility Plan. https://sustainableworldports.org/project/tenerife-ports-e-island-sustainable-electric-mobility-plan/ (15.08.2021).
• International Renewable Energy Agency. (2022). https://www.irena.org/publications/2022/Mar/World-Energy-Transitions-Outlook-2022(15.04.2022).
• Çevre, Şehir ve İklim Değişikliği Bakanlığı (ÇŞİDB). (2021). https://iklim.csb.gov.tr/paris-anlasmasi-i-98587 (15.04.2022).
• Elektrik Üreticileri Derneği (EÜD). (2022).https://www.eud.org.tr/2022/01/11/dunya-enerji-krizi-kiskacinda/ (15.04.2022).
• Huld T., Friesen G., Skoczek A., Kenny R. P., Sample T., Field M., & Dunlop E. D. (2011). A Power-Rating Model for Crystalline Silicon PV Modules. Solar Energy Materials & Solar Cells, 95, 3359-3369. doi:10.1016 / j.solmat.2011.07.026
• Government of Canada (GC). (2021). RETScreen. https://www.nrcan.gc.ca/maps-tools-publications/tools/data-analysis-software-modelling/retscreen/7465 (15.08.2021).
• Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK). (2021). Elektrik Faturalarına Esas Tarife Tabloları. https://www.epdk.org.tr/Detay/Icerik/3-1327/elektrik-faturalarina-esas-tarife-tablolari (15.08.2021).
• Eski, H., & Armaneri, Ö. (2006). Mühendislik Ekonomisi. Ankara, Türkiye. Gazi Kitapevi.
• T.C. Merkez Bankası (MB). (2021). Tüketici Fiyatları. https://www.tcmb.gov.tr/wps/wcm/connect/TR/TCMB+TR/Main+Menu/Istatistikler/Enflasyon+Verileri/Tuketici+Fiyatlari (15.08.2021).
• Üçgül, İ., Tüysüzoğlu, E., & Yakut, M. (2014). PV Çatı Uygulaması için Enerji Hesaplaması ve Ekonomik Analizi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 18(2), 1-6.