Coverage Ratio of Residential Electricity Demand of Turkey withWastewater Treatment Plant Hydroelectric Production

Abstract

In this paper, coverage rate of Turkey's residential electricity needs at different heads from electric energy produced by the wastewater treatment plant (WWTP) are determined. For this purpose a method for assessing the hydroelectric potential of WWTP is presented. Data were taken from Turkey Statistical Institute (TUIK). Using these data in future years to estimate the amount of wastewater to be treated in WWTP in Turkey were made. In case the heads are 15 meters and 30 meters by using the estimated wastewater amount, total micro-hydroelectric energy production were estimated that produced from WWTPs in the coming years. Estimates for the future years were obtained by using the equations obtained through the curve fitting program written in Matlab environment. Using data from past years belonging to Turkey next year's demand forecast of the residential electric energy values were obtained. With using of these estimated values, the ratio of electrical energy generated by the WWTP at different heads to the residential electrical energy was determined. In addition, it was calculated how many residential could meet the electricity needs by WWTP’s electrical energy. According to the obtained data, the average rate of increase in population between the years of 2018-2024 will be estimated at 2.73%. On the other hand, the rate of increase in the amount of wastewater treated by the wastewater treatment plants will be around 13%. The micro-hydroelectric power production, which can be produced in 2018-2024, increases by about 44% in the case of 15 meters and 30 meters. It is consumed in residences in Turkey as the estimated average electricity rates will increase by around 9.00% in 2024 and 73 900 GWh / year is expected to reach. It was concluded that 84.554 residence in 2024 could be covered by micro-hydroelectric power generation from AAT in case the dream height is 15 meters. If the height of the fall is 30 meters, it is estimated that it will be 169.104 residence.

Keywords

• Wastewater,Energy recycling,Micro-hydroelectricity,Distributed production,Residential electricity consumption

Atıksu Arıtma Tesislerinden Elde Edilen Hidroelektrik Üretiminin Türkiye Mesken Elektrik Talebini Karşılama Oranı

Abstract

Bu çalışmada, Atıksu arıtma tesislerinde (AAT) farklı düşü yüksekliklerinde elde edilebilecek elektrik enerjisinin Türkiye’nin mesken elektrik ihtiyacını karşılama oranlarının belirlenmesi üzerine bir çalışma yapılmıştır. Bu amaçla AAT hidroelektrik potansiyelini değerlendirmek için bir yöntem sunulmuştur. Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK)’ndan alınan veriler doğrultusunda gelecek yıllar için Türkiye’deki AAT’lerden arıtılacak atıksuya ait debi tahminleri yapılmıştır. Elde edilen tahmini debi değerleri kullanılarak düşü yüksekliklerinin 15 metre ve 30 metre olması durumlarında gelecek yıllarda AAT’lerden üretilebilecek toplam mikro-hidroelektrik enerjisi üretim tahminleri yapılmıştır. Gelecek yıllara ait tahminler Matlab ortamında yazılan eğri uydurma programı aracılığıyla elde edilen denklemler kullanılarak elde edilmiştir. Yine geçmiş yıllara ait veriler kullanılarak Türkiye’nin gelecek yıllara ait mesken elektrik enerjisine ait tahmini talep değerleri elde edilmiştir. Bu tahmini değerler kullanılarak farklı düşü yüksekliklerinde AAT’lerden elde edilen mikro-hidroelektrik üretimin mesken elektik enerjisi talebini karşılama oranları ve kaç meskenin elektrik ihtiyacının karşılanabileceği hesaplanmıştır. Elde edilen verilere göre 2018-2024 yılları arasında ortalama % 2,73 oranında nüfus artış hızı tahmin edilirken, aynı yıllarda AAT’ler tarafından arıtılan atıksu miktarındaki artış oranının ise % 13 civarında olacağı görülmüştür. Düşü yüksekliğinin 15 metre ve 30 metre olması durumunda 2018-2024 yıllarında üretilebilecek mikro-hidroelektrik güç üretimi % 44 civarında artmaktadır. Türkiye’de meskenlerde tüketilmesi tahmin edilen elektrik enerjisi oranlarının ortalama % 9,00 civarında artarak 2024 yılında 73.900 GWh/yıl olacağı tahmin edilmiştir. Düşü yüksekliğinin 15 metre olması durumunda 2024 yılında 84.554 adet meskenin, 30 metre olması durumunda ise 169.104 adet meskenin AAT’den kaynaklı mikro-hidroelektrik üretimi tarafından karşılanabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

• Atıksu,Enerji geri dönüşümü,Mikro-hidroelektrik,Dağıtık üretim,Mesken elektrik tüketimi

References

1. [1]. S.O. Anaza, M.S. Abdulazeez, Y.A. Yisah, Y.O. Yusuf, B.U. Salawu and S.U. Momoh, “Micro Hydro-Electric Energy Generation- An Overview”, AJER, p-ISSN : 2320-0936, vol. 6, issue. 2, pp. 05-12, 2017.
2. [2]. I. Yuksel, H. Arman and I. H. Demirel,“The role of energy systems on hydropower in Turkey", International Conference on Advances in Energy Systems and Environmental Engineering (ASEE17), E3S Web Conf, vol 22, pp. 1-8, 2017.
3. [3]. M. Aka, E. Kentel, S. Kucukali, “A fuzzy logic tool to evaluate low-head hydropower technologies at the outlet of wastewater treatment plants”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 68, Part 1, pp. 727-737, 2017.
4. [4]. F. Martins and M.Smitkovác, “Mathematical modelling of Portuguese hydroelectric energy system”, Energy Procedia, vol. 136, pp. 213-218, 2017.
5. [5]. URL: https://www.usbr.gov/power/edu/pamphlet.pdf, (Erişim zamanı; Kasım, 20, 2018).
6. [6]. URL: https://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/7066-principle-of-hydropower-generation/(Erişim zamanı; Kasım, 22, 2018).
7. [7]. N.F. Yah, A. N. Oumer and M. S. Idris, “Small scale hydro-power as a source of renewable energy in Malaysia: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol 72, pp. 228-239, 2017.
8. [8]. P. A. Michael and C.P. Javahar, “Design of 15 kW Micro Hydro Power Plant for Rural Electrificationat Valara”, 1st International Conference on Power Engineering, Computing and Control, PECCON-2017, Energy Procedia vol. 117, pp. 163-171, 2017.

9. [9]. A. Tamrakar, S.K. Pandey and S.C. Dubey, “Hydro Power Opportunity in the Sewage Waste Water”, American International Journal of Research in Science, Technology, Engineering & Mathematics, pp. 179-183, 2015.
10. [10]. B. A. Nasir, “Design Considerations Of Micro-Hydro-Electric Power Plant”, The International Conference on Technologies and Materials for RenewableEnergy, Environment and Sustainability, TMREES14, Energy Procedia, pp. 1-9, 2014.
11. [11]. F. Manzano-Agugliaro, M. Taher, A. Zapata-Sierra, A. Juaidia and F. G.Montoya”, An overview of research and energy evolution for small hydropower in Europe, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 75, pp. 476-489, 2017.
12. [12]. Eğri Uydurma Yöntemi, URL: www.yildiz.edu.tr/~nguzel/Egri_Uydurma_ve_En_Kucuk_Kareler_Yontemi.docx, NuranGüzel, DersNotları,(Erişim zamanı; Aralık, 15, 2018).
13. [13]. TÜİK, Türkiye İstatistik Kurumu, URL: www.tuik.gov.tr, Türkiye nüfusu, arıtılan atıksu miktarları, mesken elektrik tüketim değerleri, (Erişim zamanı; Kasım, 25, 2018).
14. [14]. C. Karaca, “Güneş Ve Rüzgar Enerjisinden Elektrik Enerjisi Üretimi Sistemi Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi,” T.C. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.