Rüzgar ve biyogaz enerji santrallerinin çevresel ve tekno-ekonomik performanslarının karşılaştırmalı analizi: Bursa örneği

Öz

Sanayi faaliyetleri ve insan popülasyonunun artmasıyla enerji talebinin karşılanması küresel bir problem haline gelmiştir. Fosil yakıtların tükenebilirliği, çevre ve insan sağlığına zarar vermesi nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, Bursa ili Yıldırım ilçesinde kurulabilecek rüzgar enerji santrali ve organik atık potansiyeli yüksek olan Nilüfer ilçesi için biyogaz enerji santrali projelerinin çevresel ve tekno-ekonomik performansları RETScreen yazılımıyla değerlendirilmiştir. Her iki enerji santralinin de ömrü 25 yıl olarak belirlenmiştir. Rüzgar enerji santralinin yıllık enerji üretimi 40.408 MWh olup indirgenmiş birim elektrik maliyeti 27.8 $/MWh ve geri ödeme süresi 8.3 yıl olarak hesaplanmıştır. Nilüfer ilçesindeki biyogaz enerji santralinin ise yıllık elektrik üretimi 47.304 MWh, indirgenmiş birim elektrik maliyeti 38.1 $/MWh ve geri ödeme süresi 5.3 yıl olarak hesaplanmıştır. Her iki santralin de faaliyete geçmesiyle sırasıyla yıllık 12,892 tCO2 ve 15,092 tCO2 eşdeğerinde sera gazı emisyonu önlenecek, böylece baz duruma kıyasla %95 oranında sera gazı emisyonu azaltılacaktır. Her iki tesisin de bölgenin enerji ihtiyacına katkı sağlayacağı ve çevresel açıdan olumlu etkiler yaratacağı öngörülmektedir. Bununla birlikte, rüzgar enerji santrali daha düşük birim elektrik maliyetiyle ekonomik açıdan avantaj sunarken, biyogaz enerji santrali daha kısa geri ödeme süresi ve yüksek üretim kapasitesiyle yatırım geri dönüşü açısından öne çıkmaktadır. Bu doğrultuda, her iki teknoloji de farklı yönleriyle bölgesel enerji planlamasında değerlendirilebilir seçenekler olarak kabul edilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Biyogaz
• Rüzgar
• RETScreen
• Tekno-ekonomik analiz
• Duyarlılık analizi

A comparative analysis of the environmental and techno-economic performance of wind and biogas power plants: the case of Bursa city

Öz

The growing industrial activities and increasing human population have made meeting energy demands a major global concern. The limited of fossil fuels, along with their adverse impacts on environmental and human health, has intensified the importance of renewable energy sources. In this research, the environmental and techno-economic performances of a wind power plant in the Yıldırım district and a biogas power plant in the Nilüfer district of Bursa were evaluated using RETScreen software. The operational lifespan of both plants was assumed to be 25 years. The wind power plant is projected to generate 40.408 MWh of electricity per year, corresponding to a levelized cost of electricity of 27.8 $/MWh and a payback period of 8.3 years. The biogas power plant, conversely, is expected to produce 47.304 MWh of electricity annually, with a lower LCOE of 38.1 $/MWh and a shorter payback period of 5.3 years. The operation of both plants is expected to result in annual reductions of 12,892 tCO2 and 15,092 tCO2 equivalents in greenhouse gas emissions, leading to a 95% reduction compared to the baseline scenario. These findings highlight the environmental and financial sustainability of both projects. Nevertheless, the comparison indicates that while the wind power plant benefits from a lower unit electricity cost, the biogas power plant offers advantages in terms of higher annual energy generation and a shorter payback period. Overall, both technologies present viable alternatives for regional energy planning, each with distinct strengths.

Anahtar Kelimeler

• Biogas
• Wind
• RETScreen
• Techno-economic analysis
• Sensitivity analysis

Kaynakça

1. [1] Altınkaya M. Bir Rüzgar Enerji Santralinin Kuruluş Yerinin Tespiti, Optimum Turbin Seçimi Ve Fizibilite Analizinin Gerçekleştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2018.
2. [2] Panwar NL, Kaushik SC, Kothari S. “Role of renewable energy sources in environmental protection: A review”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(3), 1513-1524, 2011.
3. [3] Ağbulut Ü. “A novel stochastic model for very short-term wind speed forecasting in the determination of wind energy potential of a region: A case study from Turkey”. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 51, 101853, 2022.
4. [4] Holechek JL, Geli HME, Sawalhah MN, Valdez R. “A global assessment: can renewable energy replace fossil fuels by 2050?”. Sustainability, 14(8), 4792, 2022.
5. [5] Öztürk HH. Yenilenebilir Enerji Kaynakları. İstanbul, Türkiye, Birsen Yayınevi, 2013.
6. [6] Yılmaz M. “Türkiye’nin enerji potansiyeli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi açısından önemi”. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 4(2), 33-54, 2012.
7. [7] Özkan A, Uslu Y, Gedikli E. “Türkiye’nin yenilenebilir enerji potansiyelinde rüzgar gücü ve Danimarka örneği”. Akdeniz Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 22(2), 26-35, 2022.
8. [8] Tırınk S. “Hayvansal atıkların biyogaz üretim potansiyelinin hesaplanması: Iğdır ili örneği”, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12(1), 152-163, 2022.

9. [9] Koç E, Kaya K. “Enerji kaynakları-yenilenebilir enerji durumu”. Mühendis ve Makina, 56(668), 36-47, 2015.
10. [10] Şenlik İ, “Cumhuriyetin 100. Yılında Güney Marmara Elektrik Enerjisi Raporu”. Bursa, Türkiye, 2024.
11. [11] Çelikdemir S, Özdemir MT. “Türkiye karasal rüzgar enerji santrallerin maliyet analizi: Adilcevaz bölgesi vaka çalışması”. Dokuz Eylül Muhendislik Fakultesi Fen ve Muhendislik Dergisi, 25(75), 539-550, 2023.
12. [12] Yakşi B. Bursa İli Kıyı Şeridi Rüzgar Enerjisi Potansiyel Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Bursa Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, Türkiye, 2018.
13. [13] REPA. “Yıllık Ortalama Rüzgar Hızı Dağılımı-100 metre”. https://repa.enerji.gov.tr/REPA/iller/BURSA-REPA.pdf (27.07.2024).
14. [14] T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. “Biyokütle enerjisi potansiyeli atlası”. https://bepa.enerji.gov.tr/ (27.08.2024)
15. [15] Özcan M, Öztürk S, Yıldırım M. “Türkiyenin farklı kaynak tiplerine göre biyogaz potansiyellerinin belirlenmesi”. 4. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu, Kocaeli, Türkiye, 12 Mayıs 2011.
16. [16] Dalabeeh ASK. “Techno-economic analysis of wind power generation for selected locations in Jordan”. Renewable Energy, 101, 1369–1378, 2017.
17. [17] Ayed Y, Al Afif R, Fortes P, Pfeifer C. “Optimal design and techno-economic analysis of hybrid renewable energy systems: A case study of Thala city, Tunisia”. Energy Sources, Part B: Economics, Planning and Policy, 19(1), 2308843, 2024.
18. [18] Bakır C, Yılancı A. “Türkiye’deki farklı iller için şebekeye bağlı arazi ve çatı tipi lisanssız fotovoltaik güç santrallerinin tekno-ekonomik analizi”. Mühendis ve Makina, 63(709), 560–584, 2022.
19. [19] Bor A, Üçtuğ FG. “Environmental and economic life cycle assessment of a run-of-the-river type hydroelectricity power plant in Turkey”. Environmental Progress & Sustainable Energy, 41(1), e13716, 2022.
20. [20] Ersan Y, Ülgen K, Bilgisi M. “Techno-economic optimization of stand alone hybrid renewable energy systems”. Veri Bilimi, 8(1), 66–76, 2025.
21. [21] Kestane Ö, Ülgen K. “Techno-economic analysis of wind power plants: A case study of Milas-Turkey”. Energy Sources, Part B: Economics, Planning and Policy, 12(12), 1088–1100, 2017.
22. [22] Doğan BT, Çolakoğlu A, Kıncay O. “RETScreen analiz programı ile Hatay’da rüzgar enerji santrali fizibilite analizi”. Tesisat Mühendisliği, 131, 22-27, 2012.
23. [23] Şanlı B, Günöz A. “Mersin ilinin farklı ilçelerinde kurulabilecek rüzgar enerjisi santrallerinin retscreen programı ile fizibilite analizleri ve karşılaştırılmaları”. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(3), 478-487, 2018.
24. [24] Korkmaz B, Hacısalihoğlu S. “Fotovoltaik ve biyogaz enerji sistemlerinin enerji ve çevresel potansiyellerinin incelenmesi: Süt sığırı çiftliği örneği”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 29(1), 245–262, 2024.
25. [25] Paolini V, Petracchini F, Segreto M, Tomassetti L, Naja N, Cecinato A. “Environmental impact of biogas: A short review of current knowledge”. Journal of Environmental Science and Health, Part A: Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 53(10), 899–906, 2018.
26. [26] Leung DYC, Yang Y. “Wind energy development and its environmental impact: A review”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 1031–1039, 2012.
27. [27] Sulukan E. “Techno-economic and environmental analysis of a photovoltaic system in İstanbul”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(1), 127-132, 2020.
28. [28] World Bank Group. “Global Wind Atlas”. https://globalwindatlas.info/en (27.08.2024).
29. [29] Bursa Eskişehir Bilecik Kalkınma Ajansı. “Organik Atıklardan Biyogaz Üretimi Tesisi Fizibilite Çalışması”. Bursa, Türkiye, Fizibilite Raporu, 2015.
30. [30] Türkiye İstatistik Kurumu. “Merkezi Dağıtım Sistemi (MEDAS)”. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?locale=tr (27.08.2024).
31. [31] Doğu Akdeniz Kalkınma Ajansı. “Kahramanmaraş İlinde Biyogaz Tesisleri Kurulmasına Yönelik Fizibilite Raporu”. Kahramanmaraş, Türkiye, Fizibilite Raporu, 2020.
32. [32] Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu. “Yenilenebilir Enerji Kaynakları Destekleme Mekanizması (YEKDEM)”. https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-0-0-122/yenilenebilir-enerji-kaynaklari-destekleme-mekanizmasi-yekdem (08.08.2025).
33. [33] Karataş O. Eskişehir ilinde kurulabilecek rüzgar enerji santralinin ekonomik analizi. Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Eskişehir, Türkiye, 2020.
34. [34] Güney Marmara Kalkınma Ajansı. “Balıkesir ili rüzgar türbini-generatör ve nacelle üretim tesisi ön fizibilite raporu”. Balıkesir, Türkiye, Ön Fizibilite Raporu, 2022.
35. [35] Kuzey Anadolu Kalkınma Ajansı. “Sinop İli Rüzgar Enerji Santrali Ön Fizibilite Raporu”. Sinop, Türkiye, Ön Fizibilite Raporu, 2021.
36. [36] Uzunlar FB. Rüzgar Santrali Bileşenlerinin Analitik Ağ Süreci Kullanarak Yeni Bir Yaklaşımla Çok Ölçütlü Seçimi. Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü, İstanbul, Türkiye. 2020.
37. [37] Fırat Kalkınma Ajansı. “Elazığ İli Biyogaz Üretim Tesisi Ön Fizibilite Raporu”. Elazığ, Türkiye, Ön Fizibilite Raporu, 2021.
38. [38] Bursa Eskişehir Bilecik Kalkınma Ajansı. “Bursa İli Biyogaz Tesisi Yatırımı Ön Fizibilite Raporu”. Bursa, Türkiye, Ön Fizibilite Raporu, 2021.
39. [39] Salihoğlu NK, Teksoy A, Altan K. “Büyükbaş ve küçükbaş hayvan atıklarından biyogaz üretim potansiyelinin belirlenmesi: Balıkesir ili örneği”. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(1), 31-47, 2019.
40. [40] Diken B, Kayişoğlu B. “RetScreen programı kullanılarak tekirdağ namık kemal üniversitesi ziraatbiyotek binasına uygulanabilecek fotovoltaik tasarımın fizibilite analizi”, Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 19(3), 656-667, 2022.
41. [41] T.C. Hazine ve Maliye Bakanlığı. “Ekonomik Göstergeler”. https://www.hmb.gov.tr/bumko-ekonomik-gostergeler (08.08.2025).
42. [42] Saray E. Yenilenebilir enerji üretim ve yatırım maliyetleri karşılaştırması: Ege bölgesi örneği. Yüksek Lisans Tezi. Pamukkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Denizli, Türkiye, 2019.
43. [43] Stehly T, Duffy P, Mulas Hernando D. “Cost of Wind Energy Review: 2024 Edition”. National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA, Technical Report, NREL/PR-5000-91775, 2024.
44. [44] USP&E Global. “Caterpillar Natural Gas Generator Set”. https://uspeglobal.com/inventory (08.08.2025).
45. [45] Jarrar L, Ayadi O, Al Asfar J. “Techno-economic aspects of electricity generation from a farm based biogas plant”. Journal of Sustainable Development of Energy, Water, and Environment Systems, 8(3), 476–492, 2020.
46. [46] Badouard T, Moreira de Oliveira D, Yearwood J, Torres P. “Cost of Energy (LCOE): Energy costs, taxes and the impact of government interventions on investments”. Trinomics B.V, Rotterdam, The Netherlands, Final Report, TEC1204EU, 2020.