Economic evaluation of urban electric bus charge stations: case of Eindhoven, the Netherlands
Elektrikli otobüslerin şarj istasyonlarinin ekonomik yönden incelenmesi: Eindhoven, Hollanda örneği
- Tez No: 512058
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLGÜN KAYAKUTLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Enerji, Industrial and Industrial Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Enerji Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Küresel ısınma sonucu iklim değişikliğinin günden güne artmakta olan etkileri, dünya ülkelerinin emisyon konusunu ciddiye almalarına sebep olmuştur. Şehir nüfusu ve şehirleşme, dünya genelinde yıldan yıla artış göstermektedir. Bu artış şehirlerin hava kalitesini ve doğal çevresini ciddi şekilde etkilemektedir. Hava kalitesinin korunabilmesi, kentsel sürdürülebilirliğin sağlanabilmesi ancak toplu yaşam alanlarındaki sera gazı emisyonlarının azaltılması ile mümkün olabilecektir. Şehirlerin sera gazı emisyonlarının önemli bir kısmı ulaşım kaynaklıdır. Bu nedenle, şehir plancıları, özellikle son yıllarda toplu taşıma kullanmanın emisyonların azaltılması konusundaki önemine vurgu yapmaktadırlar. Emisyonların azaltılmasında toplu taşımanın ön plana çıkarılması ve geliştirilmesi konuları önem taşımaktadır. 195 ülke tarafından imzalanmış ve 2016 yılı sonlarında yürürlüğe girmiş olan Birleşmiş Milletler Paris İklim Anlaşması çerçevesinde, küresel ısınmanın önlenebilmesi konusunda özellikle sera gazı emisyonları üzerinde durulmaktadır. Bu konu ile ilişkili olarak, Paris Anlaşması da ulaşımın çeşitlendirilerek emisyonların azaltıldığı ulaşım tiplerinin yaygınlaştırılması üzerine yoğunlaşmaktadır. Avrupa Birliği, çevreci ulaşım konusunda yapılacak yatırımlarda gerekli finansal desteklerin şehirlere sağlanacağını belirtmiştir. Son yıllarda sıfır emisyonlu toplu ulaşım sistemleri şehirlerin ve şirketlerin gündeminde önemli bir konuma gelmiştir. Şehir içi toplu ulaşımda sera gazı emisyonlarının büyük çoğunluğu otobüsler tarafından salınmaktadır, bu durum emisyonların azaltılması konusundaki çalışmaları şehir içi otobüsler üzerinde yoğunlaştırmıştır. Günümüzde yaygın olarak kullanılmakta olan geleneksel fosil yakıtlı otobüsler en yüksek egzoz gazı salımına sahiptirler. Sıfır emisyonlu otobüsler olarak değerlendirilen ve son yıllarda öne çıkmakta olan otobüs tipleri elektrikli otobüslerdir. Hidrojen yakıt hücreli otobüsler de faaliyetleri sırasında sıfır egzoz emisyonuna sahiptirler. Ancak hidrojenin elde edilmesi ve bunun için gerekli olan sistemlerin altyapı maliyetleri sebebi ile yaygın olarak kullanımının kolay olamayacağı görülmektedir. Bu durum hidrojen yakıt hücreli otobüslere göre maliyet ve altyapı yatırımları açısından daha uygun olan elektrikli otobüsleri ön plana çıkarmaktadır. Bilinen birçok otobüs firması mevcut durumda üretimine devam ettikleri fosil yakıtlı otobüslerin yanı sıra elektrikli otobüsler konusunda da üretim ve ar-ge çalışmalarını sürdürmektedirler. Önemli metropollerin başlatmış olduğu, fosil yakıtlı otobüslerin satın alımlarını kademeli olarak durdurma kararları da otobüs üreticilerini, elektrikli otobüsler konusunda çalışmalarını hızlandırmaya yöneltmiştir. Son yıllarda büyük ilerleme kaydedilmiş olan batarya kapasiteleri ve hızlı şarj sistemleri elektrikli otobüslerin günden güne yaygınlaşmasını sağlamaktadır. Hollanda hükümeti sıfır emisyonlu yeşil otobüs taşımacılığı konusundaki proje çalışmasına 2012 yılında başlatmıştır. 2016 yılında resmi olarak duyurulan projede, 2025 yılından itibaren yeni fosil yakıtlı otobüs alınmayacağı, 2030 yılına kadar da ülkedeki tüm otobüslerin sıfır emisyonlu olmasının hedeflendiği belirtilmiştir. Bu da açıkça fosil yakıtlı ulaşım araçlarının yerini elektrikli araçların alacağını ortaya koymaktadır. Elektrikli otobüslerin, fosil yakıtlı araçların yerini alarak yaygınlaşabilmesi için dikkate alınması gereken bazı önemli konular bulunmaktadır. Araçların şarj stratejileri bu konuların başında gelmektedir. Taşıma faaliyetlerinin sürdürüleceği bölgenin coğrafi özellikleri, taşınacak yolcu potansiyeli, rotaların uzunlukları ve buna benzer operasyon açısından önemli konular dikkate alınarak şarj stratejileri oluşturulmakta ve bu şarj stratejileri dahilinde araç ve şarj istasyonları seçimleri gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, karma tam sayılı doğrusal programlama ile minimum yıllık toplam maliyet dikkate alınarak elektrikli otobüslerin şarj olma süreçleri optimize edilmiştir. Model, otobüsün şarj istasyonuna ulaşmak için gerçekleştirmiş olduğu seyahat ve şarj olma maliyetleri ile şarj istasyonu yatırım ve bakım maliyetlerinin toplamını içermektedir. Model, hızlı şarj sistemleri içeren ve sadece tek bir konumda şarj edilebilen bir şehir içi elektrikli otobüs filosu için geliştirilmiştir. Çalışmada, elektrikli otobüslerin, hatlarındaki ilk duraktan son durağa kadar olan her bir seyahati“sefer”olarak tanımlanmıştır. Elektrikli otobüsler, şarj işlemlerini ancak art arda gelen iki sefer arasında, şarj için yeterli zaman varsa gerçekleştirebilmektedirler. Otobüs şarj istasyonları, otobüslerin çalışma saatleri dışında park halinde bulundukları,“depo”olarak adlandırılan, otobüs park alanında bulunmaktadır. Sadece bir adet depo vardır ve depo tüm seferlerin birleştiği nokta olan ana istasyonun yakınında konumlanmıştır. Her bir sefer ana istasyondan başlamakta veya ana istasyonda sonlanmaktadır. Şarj istasyonları depoda bulunduğu için sadece ana istasyonda son bulan seferlerden sonra şarj mümkün olabilmektedir. Örneğin bir elektrikli otobüs ilk seferini ana istasyondan havalimanına yapacaktır. Otobüs havalimanına ulaştığında ilk seferini tamamlamış olacaktır. Havalimanında şarj istasyonu bulunmadığı için şarj olamayacaktır. İkinci seferini yapmak üzere tarife kalkış zamanı geldiğinde havalimanından kalkacak ve ana istasyonda seferi sonlanacaktır. Eğer batarya şarj durumu azalmışsa ve bir sonraki seferinden, yani üçüncü seferinden önce şarj olması için yeterli zaman varsa, şarj için depoya seyahat edecek ve tarifeli seferi başlamadan önce şarjını tamamlayıp ana istasyona geri dönecektir. Böylece model ile otobüslerin şarj zamanları da gün içine yayılarak optimize edilmiştir. Geliştirilmiş olan bu model Hollanda'nın Eindhoven şehrinin mevcut hızlı otobüs sistemi üzerinde test edilmiştir. Eindhoven yönetimi, sıfır emisyonlu yeşil otobüs taşımacılığı çalışması kapsamında belirlenmiş olan otobüs filolarının sıfır emisyona dönüştürülmesi sürecini başlatmıştır. 2016 yılı sonunda, Eindhoven Hızlı Otobüs Sistemi olarak adlandırılan ve sekiz hızlı otobüs hattından oluşan filo, sıfır emisyonlu araçlar ile yenilenmiştir. Sekiz otobüs hattında hizmet veren fosil yakıtlı otobüslerin yerini, sıfır egzoz emisyonuna sahip kırk üç adet elektrikli otobüs almıştır. Bu sekiz otobüs hattı, Eindhoven şehir merkezinde bulunan, Eindhoven Merkez İstasyonu olarak da adlandırılan tren garında kesişmektedir. Bu istasyon aynı zamanda her bir hattın terminalidir. Elektrikli otobüslerin deposu merkez istasyonun yakınında bulunmaktadır. Tüm şarj istasyonları ve şarj altyapıları depoda konumlandırılmıştır. Her bir araç gün içerisinde hızlı şarj işlemi için depoya gelmektedir. Eindhoven'da, depoda mevcut durumda kurulu olan hızlı şarj istasyonları 450 kW güç çıkışına sahip olup, on adet hızlı şarj istasyonu bulunmaktadır. Şarj işlemleri, gündüz sefer aralarında, hızlı şarj istasyonlarıyla yaklaşık beş dakikalık sürelerde gerçekleştirilmektedir. Otobüslerin tümü gece depoya park edilmekte olup, geceleri 50 kW güç çıkışına sahip standart şarj istasyonları ile sabah seferleri başlayana kadar şarj edilmektedirler. Depoda araçların tümüne yetecek kadar normal standart hızda şarj edebilen istasyon bulunmaktadır. Otobüsler ilk seferlerine tam şarjlı batarya ile başlamaktadırlar. Bu kısıtlar ve şartlar göz ününe alınarak elektrikli otobüslerin optimum şarj zamanlarının tespitini amaçlayan optimizasyon modeli CPLEX Solver ile çözülmüştür. Çalışmada, şarj istasyonlarının konumlarının ve şarj sürelerinin değişimlerinin, şarj operasyon maliyetleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. İlk olarak şarj istasyonu konumunun etkileri gözlenmiş olup, şarj operasyonlarını kolaylaştırmak adına, şarj istasyonları seferlere yakın bir konuma alınarak çalışma gerçekleştirilmiştir. Eindhoven'da, mevcut durumda, otobüsler seferlerini tamamladıktan sonra şarj edilebilmesi için depoya yol alırken hem zaman kaybı hem de bataryalarda ekstra enerji tüketimi gerçekleşmektedir. Depoya şarj için yapılan bu yolculuk operasyon için ekstra bir maliyet oluşturmaktadır. Zaman ve enerji kaybını azaltabilmek için depoda bulunan şarj istasyonlarının, depo yerine merkez istasyonda, her bir otobüsün merkez istasyonda sonlanan seferinin sonunda konumlandırıldığı durum incelenmiştir. Şarj istasyonları seferlerin son durağına taşındığında model ile elde edilen şarj operasyon maliyetinin ilk duruma göre yaklaşık %35 oranında azaldığı görülmüştür. Otobüslerin ihtiyaç duyduğu günlük toplam şarj sayıları da ilk duruma göre azalmıştır. Şarj operasyonları için otobüslerin ekstra mesafe katetmeleri, zaman kaybına neden olurken aynı zamanda operasyon maliyetlerini de arttırmaktadır. Bir diğer inceleme konusu da otobüslerin şarj sürelerinin maliyetler üzerindeki etkisidir. Mevcut durumda otobüslerin şarj süreleri beş dakikadır. Şarj süreleri birer dakika arttırılarak ve azaltılarak model üzerinde denenmiştir. Model, beş dakikadan daha kısa şarj süreleri için çalıştırıldığında, daha kısa şarj süreleri bu otobüslerin çalışma koşulları için yeterli miktarda enerji sağlayamadığından sonuç bulunamamıştır. Sekiz dakikadan daha uzun şarj süreleri için de sefer tarifeleri nedeni ile yeterli zaman aralığı bulunamadığı için sonuç bulunamamıştır. Bu nedenle, Eindhoven mevcut sefer tarifesi ve koşulları için mümkün olan şarj süresi aralığı beş ila sekiz dakikadır. Beş, altı, yedi ve sekiz dakikalık şarj süreleri için model çalıştırılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Şarj süreleri arttıkça toplam şarj sayılarının azaldığı görülmüştür. Şarj süreleri beş dakikadan sekiz dakikaya çıkarılırken, toplam şarj sayıları %40 oranında azalmıştır. Şarj sayıları ile benzer olarak şarj operasyon maliyetlerinin de azaldığı görülmüştür. Şarj operasyon maliyetleri de aynı şarj süreleri artışında yüzde %15 oranında azalmıştır. Şarj sürelerinin uzatılmasının maliyetleri olumlu yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Bu incelemelerin yanında, sıfır emisyona sahip otobüsler sayesinde sağlanmış olan sosyal emisyon maliyetlerinin pozitif etkileri de hesaplanmıştır. Fosil yakıtlı otobüsler tarafından doğaya bırakılan zararlı egzoz gazları olan NOx, PM2,5 ve CO2, sıfır egzoz gazı emisyonlu otobüsler tarafından yayılmadığından, bu araçların çevreyi negatif yönde etkilememesi önem taşımaktadır. Sosyal emisyon maliyetleri, yetkili kurumlar tarafından hesaplanan, sera gazı emisyonlarının çevreye ve halka vermiş olduğu zarar için birim fiyat olarak belirlenen, ülkeler ve sektörlere göre farklılık gösteren negatif etki maliyetleridir. Bu çalışmada Hollanda'da ulaşım sektörü için hesaplanmış olan sosyal emisyon maliyetleri baz alınmıştır. Sıfır emisyonlu otobüslere geçilmesi ile sosyal emisyon maliyetlerinin önüne geçildiği belirtilmiş ve bu önemli maliyet birimleri gösterilmiştir. Sonuçlar hızlı şarj işlemleri için farklı konumlarda ve farklı araç şarj sürelerinde ekonomik analizler sağlamaktadır. Egzoz emisyonlarının ortadan kalkması sebebi ile sağlanmış olan pozitif çevre etkisinin de maliyetler yönünden göz önünde bulundurulması gereken olumlu bir girdi olarak görülebileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Global warming effects with heavy storms and hot days make countries take emissions seriously. Hence, European cities gradually announce zero emission projects in the public transportation sector. Transportation using battery electric buses plays important role in zero emission projects. In the Netherlands, government targets zero emission for city buses in public transportation by 2030. This obviously means replacing the fossil fueled buses with electric buses. However, the problem that arises with electric buses is the infrastructure of battery management and battery charging. This research aims to optimize electric bus recharging processes considering minimum total annual cost. A mixed integer linear optimization model was developed to determine location, capacity of charge stations and recharging duration for the buses. In addition, the positive effect of social emissions costs because of the zero emission buses were considered. The optimization model was tested on eight city bus lines in town center of Eindhoven, the Netherlands. The results provide economic analysis for different locations of the charge stations and different recharging durations for fast charge operations.
Benzer Tezler
- Farklı konut bölgelerinde çocuk oyun alanlarının kullanıcılarca algılanması ve değerlendirilmesi
The Users perception and evaluation of children play environment in different residential areas
NURDEĞER KIRMACI ULUBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DÜLGER TÜRKOĞLU
- An integrated decision-making framework for analyzing environmental sustainability of road transport: Case of a school bus fleet serving to a complex urban area
Karayolu ulaşımının çevresel sürdürülebilirliğinin analizi için bütünleşik bir karar verme çerçevesi: Karmaşık bir kentsel alana hizmet veren bir okul otobüsü filosu örneği
SERCAN AKTİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ BERK ÇELİKOĞLU
- Study on development Benghazi Port
Bingazi Limanı'nın geliştirme çalışmaları
MANAL SALEM ALI ABMDAS
Doktora
İngilizce
2018
Deniz BilimleriPiri Reis ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. ERGÜN DEMİREL
- Tramvay troleybüs tercihinin Malatya örneğinde incelenmesi
Investigation of tramvay troleybus preference in Malatya sample
İBRAHİM KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ERGÜN
- İstiklal caddesinde kültürel değişim ve mekânsal yansımalar
An evaluation of cultural change and spatial reflections in Istiklal street
CEM VURAL