Bir bölgenin ısıtma amaçlı enerji talebinin belirlenmesi ve bölge ısıtma sistemi için uygunluğunun analizi

Abstract

Artan nüfus ve teknoloji ile beraber büyüyen enerji talebinin tamamen ve güvenilir bir şekilde karşılanabilmesi açısından enerjinin verimli bir şekilde tüketilmesi ve aynı zamanda çevreye en az zarar verecek şekilde bir enerji arzının sağlanması günümüzün en önemli konularındandır. Türkiye Dünya'daki ortalamalara benzer bir şekilde, tüketilen enerjisinin önemli bir kısmını konutlarda gerçekleştirmektedir. Bu nedenle konutlarla ilgili alınacak tedbirler genel enerji görünümünü önemli ölçüde düzeltecektir. Bu husus ülkemizin önemini yeni yeni anladığı ve yasal düzenlemelerle gerçekleştirmeye çalıştığı bir konudur. Enerji verimliliği konusundaki bu gelişmelere paralel olarak özellikle konforlu, güvenli ve ekonomik bir ısınma için Dünyada uzun yıllardan beridir kullanılmakta olan bölge ısıtma sistemlerinin ülkemiz için uygun şartlarının incelenmesi gereklidir. Bölge ısıtma sistemleri ısıtmada kaynak çeşitliliği sağlaması, konforlu ve güvenilir olması, temiz bir çevre sunması ve çoğu zaman ekonomik bir ısıtma sağlaması nedeni ile dünyada tercih edilmektedir. Bölge ısıtma sistemleri sayesinde bireysel ısıtma ile ortaya çıkan kontrol edilemeyen yanma verimleri, kalitesiz yakma sistemleri ve yakıt kullanımı, çoğu zaman ölümcül olan kazalar, kötü yakıt ve yanma kaynaklı çevreye atılan emisyonlar ve büyük miktarlardaki enerji ithalatı azaltılabilecektir. Ancak iletim, dağıtım ve bina altı sistemleri ile önemli bir yatırım ve organizasyon gerektiren bölge ısıtma sistemlerinin bölgenin iklim, nüfus ve konut özelliklerine bağlı olarak yapılacak analizler ile ekonomik sınırlarının belirlenmesi gereklidir.Bu çalışma ile hedeflenen, literatürde eksikliği görülen bölge ısıtma sisteminin bölge ile ilgili temel parametreleri kullanarak ekonomiklik alanının belirlenebilmesini sağlamaktır. Bu amaçla öncelikle bir bölgenin en küçük birimi olan konutun, ısıtma ve sıcak su temini amacıyla tükettiği ısı enerjisinin hesabı için gerekli yöntemler sunuldu. Konutlar yapısal, fiziksel ve çevresel karakteristikler (konutun binadaki konumu, ısıtma periyodu, ısıtılan alan, pencere tipi, pencere oranı, yalıtım durumu, döşeme alanı, iklim bölgesi, iç kazançlar ve kat yüksekliği) açısından farklı özelliklere sahip olabilirler. Aynı zamanda bölgedeki binaların karakteristik özellikleri hakkında elde edilebilecek bilgiler de kısıtlı olabilir. Bu nedenlerle bölgedeki binalarla ilgili elde edilebilecek verilerin durumuna göre kullanılabilecek detaylı ve basit yöntemler verilerek kullanımı kolay ve hızlı sonuçlar verebilen modeller geliştirilmiştir. Konutlarla ilgili geliştirilen bu modellerle beraber bir konutun ısı enerjisi talebini etkileyen en önemli parametreler incelenerek, basit ya da detaylı yöntemlerle elde edilecek sonuçların ne kadar hassas olduğu analiz edildi. Konut ile ilgili birçok parametrenin hesaplamaları önemli ölçüde (% 1 ile % 176 arasında) etkileyebileceği görülmüştür. Sonuç olarak, herhangi bir bölgedeki binaların toplam ısı enerjisi talebini hesaplarken, binalarla ilgili elde edilebilen verilerin kapsamına bağlı olmadan kullanılabilecek modeller geliştirilmiştir.Bölge ile ilgili yapılan analizlerden sonra o bölgeye kurulabilecek olası bir bölge ısıtma sisteminin ekonomiklik alanının belirlenmesi amacıyla ekonomik model geliştirildi. Bunun için öncelikle bölgeye rastgele dağılmış olan farklı ısıl yüklere sahip binaların teknik olarak incelenmesindeki zorlukları aşmak için bir yöntem geliştirildi. Bu yöntemde bölge için temel özellikleri içeren parametreler (bina yoğunluğu ve ısıl güç yoğunluğu) kullanıldı. Bu parametreler literatürdeki diğer çalışmalarda yüzeysel olarak kullanılmıştır, ancak bu çalışmada bölgenin yüzölçümü ile beraber temel değişkenlerdir. Temel parametrelere bağlı olarak da binalar simetrik bir şekilde bölgeye dağıtılarak teknik analizler gerçekleştirildi. Ek olarak geliştirilen birim alan yaklaşımı her durumda hesap yapma olanağı sağladı. Teknik analizlerden sonra ekonomik analizlerin gerçekleştirilebilmesi için bölge ısıtma sisteminin diğer yakıt türlerine (doğalgaz, kömür, jeotermal vb.) alternatif olmasından dolayı karşılaştırma yöntemi birim ısı enerjisi maliyeti olarak belirlendi. Bütün yakıtlar binaların kapısına kadar belli bir satış fiyatı ile ulaştırılmaktadır. Bu nedenle bölge ısıtma sisteminin ekonomik analizi için bina içi sistemler dâhil edilmedi. Bölge ısıtma sistemi ile sıcak akışkanın binanın kapısına kadar getirilmesi ile oluşan maliyetler hesaplandı ve en önemli alternatiflerden birisi olan doğalgazın birim satış fiyatı ile mukayese edildi.Bölge ısıtma sisteminin maliyet parametreleri içerisinde ilk yatırım (pompa ve boru hattı), işletme-bakım (ısı enerjisi kaybı, elektrik enerjisi tüketimi, işletme ve bakım) ve ısı enerjisi (herhangi bir kaynaktan çekilen ısı enerjisi) maliyetleri vardır. Isı kaynağından çekilen ısı enerjisi maliyeti konusunda kaynağın türü ve yakıt tipi dikkate alınmadı. Sadece herhangi bir kaynaktan belli bir maliyetle ısı enerjisinin çekildiği düşünüldü. Geliştirilen ekonomik model ile bölgenin sahip olduğu temel parametrelere (bina yoğunluğu, ısıl güç yoğunluğu ve yüzölçümü) bağlı olarak herhangi bir bölgeye bölge ısıtma sisteminin kurulması durumunda oluşacak ekonomik tablonun kolay bir şekilde elde edilmesi sağlanabilmektedir.Oluşturulan bölge ısıtma modeli ile Türkiye için iki uygulama örneği gerçekleştirildi. İlk örnek Türkiye'de ki ilk ve tek olan bileşik ısı-güç santrali kaynaklı Esenkent bölge ısıtma sistemi için yapıldı. Elde edilen sonuçlar Esenkent'te ki birim ısı enerjisi satış fiyatı ile karşılaştırıldı ve modelin benzer sonuçlar verdiği görüldü. Daha sonra da Pendik ilçesindeki birkaç mahalleyi içeren bir bölgeye bölge ısıtma sisteminin kurulması sonucunda oluşabilecek ekonomik durum incelendi. Bölge ile ilgili detaylı bilgiye sahip olunmadığı için temel parametrelerin farklı değerleri için analizler gerçekleştirildi. İkinci örneğin sonucuna göre bölge ısıtma sisteminin doğalgaza göre çok daha avantajlı olduğu ortaya konuldu.Konutlar ve bölge ısıtma sistemi için geliştirilen modeller ile hem detaylı hem de basit hesaplama yapabilme imkânı oluşturulmuştur. Elde edilebilecek verilerin miktarına göre bu modeller kullanılarak bölge ısıtma sisteminin ekonomiklik analizi rahatlıkla gerçekleştirilebilir. Bu çalışma ile ülkemizde önemi anlaşılamamış ve hatta çok fazla bilgi sahibi olunmayan bir konu olan bölge ısıtma sistemlerinin ekonomik açıdan ne kadar kârlı yatırımlar olduğu ortaya konulmuştur.