Modelling scenarios for low carbon heating technologies in the domestic sector towards a circular economy
Döngüsel ekonomi yaklaşımı ile konut sektöründe düşük karbonlu ısıtma teknolojileri için modelleme senaryoları
- Tez No: 842390
- Danışmanlar: PROF. DR. CATALİNA SPATARU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University Collage London
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mimarlık ve Yapılı Çevre Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 222
Özet
Birleşik Krallık Hükümeti'nin Net Sıfır stratejisi, iklim değişikliğinin yıkıcı etkilerinden kaçınmak için güçlü taahhütler gerektirmektedir. Yapılı çevre, özellikle ısınmasıyla ilgili emisyonlarla doğal çevre üzerinde büyük bir baskı oluşturmaktadır; bu nedenle döngüsel bir ekonomiye geçiş hayati önem taşımaktadır. Bu doğrultuda, Birleşik Krallık'taki ısı pompası pazarı giderek büyümekle birlikte sayı hala düşüktür (2021'de 43.000 adet). Birleşik Krallık Hükümeti 2028 yılına kadar yılda 600.000 ısı pompası kurulumuna ulaşmayı hedeflemektedir ve İklim Değişikliği Komitesi'ne (CCC) göre bu sayı 2030 yılına kadar 1 milyona ulaşmalıdır. Geçişi hızlandırmak için Birleşik Krallık'ta 5.000 sterlin hibe sağlayan Boiler Upgrade Scheme (BUS) uygulamaya konmuş ve İskoç Hükümeti de ısı pompaları için 7.500 sterlin hibe ve 2.500 sterlin faizsiz kredi sağlayan Home Energy Scotland (HES) kredi ve geri ödeme programı vermiştir. Adalar, anakarayla bağlantılarının olmaması ve fosil yakıt ithalatına bağımlı olmaları nedeniyle çevresel, ekonomik ve sosyal baskılarla karşı karşıyadır. Yenilenebilir enerji ve düşük karbonlu ısıtma teknolojilerinin faydalarını keşfetmek, bu sorunların üstesinden gelmek için çok önemlidir. Orkney, yenilenebilir enerji kaynakları ile ihtiyacından daha fazla elektrik üreterek büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Bu nedenle bu çalışma, hükümetin Döngüsel Ekonomi hedefleri doğrultusunda potansiyel ısı pompası alım senaryolarını araştırmak için Orkney'i bir vaka çalışması olarak seçmiştir. Çalışma, ısı pompası dağıtım senaryolarının çevresel, enerji ve ekonomik etkilerini değerlendirmek için kapsamlı bir bütünsel yaklaşım oluşturmayı amaçlamaktadır. Geleneksel ısıtma teknolojilerinin ısı pompaları ile değiştirilmesinin sonuçları (i) Birleşik Krallık'taki evlerde ısı pompaları ile doğalgaz kazanlarının karşılaştırmalı yaşam döngüsü analizi yoluyla, (ii) Orkney'de kullanım aşamasıyla ilgili etkileri azaltmak için termal enerji tankı ile birleştirilmiş bir ısı pompasının performansını optimize etmek için enerji sistemleri modellemesi yoluyla, (iii) konut durumunu anlamak için Orkney'in ev sektörünün bina stok modellemesi yoluyla, (iv) Orkney'de mevcut geleneksel ısıtma sistemleri ısı pompalarıyla değiştirildiğinde hava kaynaklı ısı pompasının yaşam döngüsü maliyetini ve potansiyel tasarrufları analiz etmek için ekonomik modelleme yoluyla ve (v) enerji modeli tarafından optimize edilen değişken ısı pompası çalışmasının saatlik elektrik yük eğrilerini ölçmek için ısı pompası difüzyon modeli yoluyla değerlendirilmiştir. Bu entegre metodoloji, sistemin hem talep, hem arz hem de son kullanıcı tarafına yaşam döngüsü bakış açısı ile daha bütüncül bir yaklaşım oluşturmaktadır; bu nedenle sonuçlar, son kullanıcılara rehberlik sağlamak için hem bireysel ev arketipleri düzeyinde hem de politika yapıcılar için kümülatif tasarrufları hesaplamak için Orkney düzeyinde gösterilmektedir. Sonuçlar, ısıtma teknolojilerinin kullanım aşamasının çevresel etkilere en büyük katkıyı yaptığını göstermektedir; bu nedenle, Birleşik Krallık'ın elektrik üretimindeki yenilenebilir enerji payının artırılması, çoğu kategorideki olumsuz etkilerin azaltılmasına yardımcı olabilir. Bununla birlikte, rüzgar enerjisinin yüksek oranda kullanılması toksisite ve metal tükenmesi sorunları da yaratmaktadır. Döngüsel Ekonomi senaryosu enerji verimliliğinin artırılması önlemlerinın enerji tüketiminde %82 azalma sağlanabileceğini göstermektedir. Isı pompası Orkney'de tek ısıtma teknolojisi haline geldiğinde kullanım aşamasıyla ilgili emisyonlar %98 oranında azaltılabilir. Bununla birlikte, yaşam döngüsü yaklaşımı, ikincil malzemelerin kullanımı, eko-tasarım ve tüm bileşenlerin yeniden kullanılabilirliği gibi döngüsel ilkelerin bu teknolojilerin üretim aşamasında güçlü taahhütlerle desteklenmesinin gerekli olduğunu göstermektedir. Ayrıca, daha çevreci üretim hatlarına ulaşılabilmesi için konvansıyonel teknolojilerden yeni teknolojilere geçmeden önce bir pazara giriş programı sağlanmalıdır. Orkney'deki tüketiciler tarafından ödenen toplam ısınma maliyetleri, ısı pompası ve enerji verimliliği iyileştirme önlemleriyle birleştirildiğinde Döngüsel Ekonomi senaryosunda %84 oranında azaltılabilir; ancak Orkney'deki yenilenmemiş konut stokunun yalıtılması için 130 milyon sterlinlik bir yatırım gerekmektedir. Bu nedenle, enerji verimliliği iyileştirmeleri için ekipman ve işçilik maliyetlerinde KDV indirimleri, BUS/HES benzeri hibeler ve kalan maliyetler için faizsiz krediler gibi sübvansiyonlar ve teşvikler de gereklidir. Geleceeğe yönelik senaryolar, karar mekanizmasının genel sonuçlar üzerinde önemli bir etkisi olduğunu göstermektedir; bu nedenle, ısı pompası üretimi ve dağıtımı için geliştirilmiş Döngüsel Ekonomi standartları, yakıt yoksulluğunun olumsuz etkilerini azaltmak ve Net Sıfır hedefine ulaşmak için çok önemlidir.
Özet (Çeviri)
The UK Government's Net Zero strategy requires strong commitments to avoid catastrophic impacts of climate change. The built environment puts major pressure on the natural environment, especially with space heating-related emissions; therefore, transitioning to a circular economy is vital. In this direction, the heat pump market in the UK has been growing gradually whereas the number is still low (43,000 units in 2021). The UK Government aims to reach 600,000 heat pump installations per year by 2028, and according to the Climate Change Committee (CCC), this number should reach 1 million by 2030. In order to accelerate the transition, the Boiler Upgrade Scheme (BUS) has been introduced to provide a £5,000 grant in the UK, and the Scottish Government granted Home Energy Scotland (HES) loan and cashback scheme providing a £7,500 grant and a £2,500 interest-free loan for heat pumps. Islands are facing environmental, economic and social pressure due to the lack of connection to the mainland and dependency on fossil fuel imports. Exploring the benefits of renewable energy and low carbon heating technologies is crucial to overcome these issues. Orkney has a huge potential for renewable energy by producing electricity more than its needs. Therefore, this study chooses Orkney as a case study to explore potential heat pump uptake scenarios in line with government targets towards Circular Economy (CE). The study aims to create a comprehensive holistic approach to evaluate the environmental, energy and economic impacts of heat pump deployment scenarios. The consequences of replacing conventional heating technologies with heat pumps have been assessed through (i) comparative life cycle assessment (LCA) of heat pumps with gas boilers in UK houses, (ii) energy systems modelling (ESM) to optimise the performance of a heat pump coupled with thermal energy storage (TES) tank to reduce use phase related impacts in Orkney, (iii) building stock modelling (BSM) of Orkney's domestic sector to understand the housing condition, (iv) economic modelling to analyse life cycle cost of an air source heat pump and potential savings when existing conventional heating systems are replaced with heat pumps in Orkney, and (v) heat pump diffusion model to quantify hourly electric load curves of variable heat pump operation optimised by the energy model. The integrated methodology creates a more holistic and life cycle-wide approach to both demand, supply and end-user side of the system; therefore, the results are illustrated in both individual house archetypes level to provide guidance to the end-users and at the Orkney level to calculate cumulative savings for the policymakers. The results show that the use phase is the major contributor to the environmental impacts; therefore, increasing the renewable share in the UK's electricity mix could help to reduce negative impacts in most of the categories. However, the high deployment of wind farms also creates toxicity and metal depletion problems. The heat pump uptake scenarios in Orkney shows that 82% reductions in energy supply could be achieved when ambitious energy efficiency improvement measures are taken in the CE scenario. The use phase-related emissions could be reduced by 98% when the heat pump becomes the only heating technology in Orkney. However, the life cycle-wide approach suggests that strong commitments are required in the manufacturing stage of these technologies through implementing circular principles such as including the use of secondary materials, eco-design and reusability of all components. Moreover, a market introduction program should be provided before shifting from one technology to another so greener production lines could be achieved. Total heating costs paid by consumers in Orkney could be reduced by 84% in the CE scenario when heat pump uptake is coupled with energy efficiency improvement measures; however, it requires a £130 million investment to insulate the unrefurbished housing stock of Orkney. Therefore, subsidies and incentives are also required for efficiency improvements such as reductions in VAT on equipment and labour costs, grants similar to BUS/HES and interest-free loans for the remaining costs. Future scenarios indicate that decision-making has significant importance on overall results; therefore, CE standards for heat pump manufacturing and deployment are crucial to reduce the negative impacts of fuel poverty and reach the Net Zero target.
Benzer Tezler
- Modelling the biomass energy potential in electricity generation to support Türkiye's transition to low-carbon future
Türkiye'nin düşük karbonlu geleceğe geçişini desteklemek için elektrik üretiminde biyokütle enerji potansiyelinin modellenmesi
ALİ ERDİNÇ ERSOY
Doktora
İngilizce
2024
EnerjiHacettepe ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞENUR UĞURLU
- Sıfır enerjili konut binalarında ısı pompası ve PV uygulamalarının enerji performans yaşam döngüsü ve maliyet analizleri
Energy performance life cycle and cost analysis of heat pump and pv applications in zero energy residential buildings
MEHMET YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SÖZER
- Hidrojenin Türkiye enerji piyasalarına entegrasyonu sürecinde ekonomik analiz senaryolarının incelenmesi
Evaluation of the economic analysis scenarios regarding the course of the integration of hydrogen into the Turkish energy markets
BURCU BİLKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLGÜN KAYAKUTLU
- Sığ kuyu toprak kaynaklı ısı değiştiricilerin tasarımında mevsimlere bağlı atmosferik koşulların etkisi
Effects of seasonal atmospheric conditions on the design of shallow ground-source heat exchangers
FERHAT CAN KOÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAN KARABETOĞLU
- Kömür yakıtlı bir termik santralin sistem modellemesi
System modelling of a coal fired power plant
TANILAY ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK