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
- Tez No: 898044
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞENUR UĞURLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Çevre Mühendisliği, Energy, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 242
Özet
Biyoenerji, özellikle gelişmekte olan ülkelerde olmak üzere, dünya genelinde en çok kullanılan yenilenebilir enerji kaynağıdır. Bu ülkeler, ithal fosil yakıtlara olan bağımlılıklarını azaltarak enerji güvenliklerini artırmak için bu potansiyelden yararlanmaktadır. Bu enerjinin en yaygın kullanım alanı halen geleneksel pişirme ve ısıtma. Yine de, bu potansiyelin elektrik üretimi için kullanımı giderek artmaktadır. Türkiye'de sürdürülebilir ve güvenli bir elektrik üretimine ulaşılmasında biyoenerjinin potansiyel rolü, ülkenin yüksek yenilenebilir enerji hedefleriyle uyumludur. Biyoenerjinin dağıtılabilirliği, özellikle depolama kapasitesinin sınırlı olduğu senaryolarda, güneş ve rüzgâr enerjisinin kesintili yapısını tamamlama konusunda özel bir öneme sahiptir. Biyoenerji potansiyelinin tahmin edilemez olduğu düşünülmekte ve devletler tarafından gelecekteki yenilenebilir enerji hedeflerinde biyoenerji kapasitesinin genişletilmesi konusunda netlik bulunmamaktadır. Türkiye, özel sektöre destek sağlayarak elektrik üretimi için biyoenerji kapasitesini artıran ülkeler arasındadır. Yine de ülke henüz bu enerji kaynağı için net kapasite genişletme hedefleri belirlememiştir. Bu çalışma, bir dizi biyoenerji talep senaryosunu dikkate alarak, elektrik üretimi için tahmin edilebilir ve sürdürülebilir biyokütle kaynaklarının uzun vadeli potansiyelini değerlendirmektedir. Bu çalışma için seçilen biyokütle kaynakları tarımsal ürün artıkları, yakacak odun, hayvan gübresi, belediyesel katı atıkların organik kısmı ve atıksu arıtma çamurudur. Bu kaynaklardan elektrik üretmek için iki farklı teknoloji kullanılmıştır: katı biyokütle ( ürün artıkları ve yakacak odun) için doğrudan yakma ve yaş biyokütle (hayvan gübresi, belediye katı atıklarının organik kısmı ve arıtma çamuru) için biyogaz ve çöp gazı üretimi. Sonuçlar, katı biyokütleden elde edilen toplam enerji potansiyelinin 2050 yılına kadar 1200 petajul'e ve yaş biyokütleden biyogaz ve LFG gazı üretim potansiyelinin ise aynı yıla kadar 11,61 milyar metreküpe ulaşabileceğini göstermektedir. Bu çalışmada, elektrik arz projeksiyonlarını analiz etmek amacıyla LEAP modelleme aracı kullanılarak dört farklı senaryo geliştirilmiştir. Referans senaryo, 2020-2035 dönemini kapsayan Türkiye Ulusal Enerji Planını dikkate alarak geliştirilmiş ve elektrik arzı projeksiyonlarını analiz etmek amacıyla 2050 yılına kadar uzatılmıştır. Bu senaryonun sonuçları, elektrik üretiminde yenilenebilir enerji oranının güneş, rüzgar ve nükleer enerji kapasitesinin genişlemesi nedeniyle %73'e ulaşabileceğini ve projeksiyon döneminin sonunda elektrik üretiminden kaynaklanan toplam sera gazı emisyonlarının baz yıla (2020) göre yaklaşık %48 oranında azalabileceğini göstermektedir. Bu modelde kullanılmak üzere ana senaryo olarak üç biyoenerji talep senaryosu (düşük, orta ve yüksek) geliştirilmiştir. Ayrıca, senaryolar projeksiyon dönemi boyunca elektrik üretiminde biyokütle kullanım oranları açısından farklılaşmaktadır. Biyoenerji talep senaryolarının sonuçları, toplam üretimdeki yenilenebilir enerji payının 2050 yılına kadar %82'ye ulaşabileceğini ve biyoenerjinin 2050 yılında toplam üretime %17 oranında katkıda bulunacağını göstermektedir. Ayrıca, sera gazı azaltım potansiyeli baz yıl değerine göre %69'a ulaşabilir. Biyoenerji içeren senaryolarda elektrik üretim maliyeti, biyokütle enerji santralleriyle ilişkili yüksek sermaye maliyetleri nedeniyle daha yüksektir. Referans senaryo ile karşılaştırıldığında, toplam kümülatif maliyet projeksiyon dönemi boyunca 783 milyon 2020 ABD$ daha yüksek olabilir. Ayrıca, biyoenerji talep senaryoları kapsamında bir ton sera gazı azaltımının maliyetinin 11,1 ila 11,5 ABD$ arasında değişeceği tahmin edilmektedir. Bu çalışmanın kapsamı, en yaygın olarak kullanılan dönüşüm teknolojilerine odaklanarak, elektrik üretimi için biyokütle potansiyelinin projeksiyonu ile sınırlıdır. Gıda ve içecek endüstrisi atıkları, yerel üretim ve ithal odun talaşı ve peleti gibi öngörülemeyen biyokütle kaynakları ile elektrik üretiminde biyokütle potansiyelin daha yüksek olması mümkündür. Ayrıca, gelecekte biyokütle enerji santrallerinin verimlilikleri ve maliyetleri arttıkça, Türkiye'nin elektrik enerjisi üretimine daha fazla biyoenerjinin dahil edilmesi muhtemel olacaktır. Bununla birlikte, bu çalışmanın sonuçları, sürdürülebilir biyoenerjinin Türkiye'nin elektrik arz dengesinin geliştirilmesi ve uzun vadeli enerji hedeflerine ulaşılması üzerindeki önemli etkisini göstererek politika yapıcılar için önemli bilgiler sağlayacaktır. Ayrıca, biyokütle kaynaklarının kullanımıyla ilgili zorlukları ele alacak ve ilave biyokütle potansiyelinin daha fazla araştırılmasını teşvik edecektir.
Özet (Çeviri)
Bioenergy represents the most utilized renewable energy source globally, particularly in developing countries. These countries leverage this potential to enhance their energy security by reducing reliance on imported fossil fuels. The predominant application of this energy remains traditional cooking and heating. Nevertheless, the utilization of this potential for electricity generation has been on the rise. The potential role of bioenergy in achieving a sustainable and secure electricity mix in Türkiye is aligned with the country's ambitious renewable energy targets. The dispatchability of bioenergy is of particular importance in complementing the intermittent nature of solar and wind power, particularly in scenarios with limited storage capacity. Bioenergy potential is considered unpredictable, and there is a lack of clarity among governments regarding the expansion of bioenergy capacity in their future renewable energy targets. Türkiye is among the countries that have increased their bioenergy capacity for electricity generation by providing support to the private sector. Nevertheless, the country has yet to establish clear capacity expansion targets for this energy source. This study assesses the long-term potential of predictable and sustainable biomass resources for electricity generation, considering a range of bioenergy demand scenarios. The selected biomass types for this study are crop residues, firewood, animal manure, the organic fraction of municipal solid waste, and sewage sludge. To generate electricity from these resources, two distinct technologies were employed: direct combustion for solid biomass (crop residues and firewood) and biogas and landfill gas (LFG) production for wet biomass (animal manure, organic fraction of municipal solid waste, and sewage sludge). The results indicate that the total energy potential from solid biomass could reach 1200 petajoules by 2050, while the potential for biogas and LFG gas production from wet biomass could reach 11.61 billion cubic meters by the same year. In this study, four distinct scenarios were developed using the LEAP modelling tool for the purpose of analysing electricity supply projections. The reference scenario was developed with consideration of the National Energy Plan of Türkiye, which encompasses the period from 2020 to 2035 and has been extended to 2050 for the purpose of analyzing electricity supply projections. The results of this scenario demonstrate that the proportion of renewable energy in electricity generation could reach 73%, due to the expansion of solar, wind, and nuclear energy capacity, and a reduction in total greenhouse gas emissions from electricity generation of approximately 48% relative to the base year (2020). Three bioenergy demand scenarios (low, moderate, and high) were developed as a parent scenario for use in the tool. Furthermore, the scenarios diverge in their projections of biomass utilization rates in electricity generation over the projection period. The results of the bioenergy demand scenarios indicate that the renewable energy share in total generation could reach 82% by 2050, with 17% of bioenergy contributing to the total generation in 2050. Additionally, the GHG reduction potential could reach 69% relative to the base year's value. The cost of electricity generation in scenarios involving bioenergy is higher due to the high capital costs associated with biomass power plants. In comparison to the reference scenario, the total cumulative cost could reach 783 million 2020 US$ higher over the projection period. Furthermore, the cost of one ton of GHG abatement under bioenergy demand scenarios was estimated to range between 11.1 and 11.5 US$. The scope of this study is limited to the projection of biomass potential for electricity generation, with a focus on the most commonly utilized conversion technologies. It is possible that the potential will be higher with unpredictable biomass resources including food and drink industry wastes, domestic and imported wood chips, and wood pellets. Furthermore, as the efficiencies and costs of biomass power plants increase in the future, it is likely that more bioenergy will be included in the electricity mix of Türkiye. Nevertheless, the results of this study will provide crucial insights for policymakers, demonstrating the significant impact of sustainable bioenergy on the development of Türkiye's electricity supply mix and the achievement of long-term energy objectives. Furthermore, it will address the challenges associated with the utilization of biomass resources and encourage further investigation into additional biomass potential.
Benzer Tezler
- Ülkemiz yerli enerji kaynaklarının yeni teknolojilerle değerlendirilmesi sonucunda oluşacak sera gazı azaltım potansiyelinin belirlenmesi ve maliyet analizleri
Determination of greenhouse gas mitigation potential resulting from the utilization of our country's domestic energy resources with new technologies and cost analysis
ECE GİZEM ÇAKMAK
Doktora
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Sezgisel bulanık sayılar ile reel opsiyon değerlemesi ve güneş enerjisi yatırımı uygulaması
Real option valuation with intuitionistic fuzzy numbers and its application to solar energy investment
HÜSEYİN YİĞİT ERSEN
Doktora
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OKTAY TAŞ
- Simulation and life cycle assessment of combined bioheat and biopower plant using hungary oak (Quercus frainetto L.) coppices as a feedstock
Macar meşesi (Quercus frainetto L.) baltalıklarını hammadde olarak kullanan birleşik biyoısı ve biyogüç santralinin simülasyonu ve yaşam döngüsü analizi
FAHRİYE ENDA TOLON
Doktora
İngilizce
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Kömür ve biyokütle karışımlarının gazlaştırılması ve aspen HYSYS programı ile simulasyonu
Coal and biomass gasification and simulation of gasification systems using aspen HYSYS program
TANJU NAYIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN BÖKE
- Organik atıklardan sürdürülebilir enerji geri kazanımı: Biyolojik ve termal geri kazanım proseslerinin analizi
Sustainable energy recovery from organic wastes: Analysis of biochemical and thermal processes
HASAN SUPHİ ALTAN
Doktora
Türkçe
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVAL SÖZEN