Desalinasyon Tesislerinde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Kullanımı
Use of Renewable Energy Resources in Desalination Plants
Deniz Dölgen
Çevre Mühendisliği Bölümü
Dokuz Eylül Üniversitesi
İzmir, Türkiye
[email protected]
Hasan Sarptaş
Güneş Enerjisi Enstitüsü
Ege Üniversitesi
İzmir, Türkiye
[email protected]
Özetçe — Su kaynaklarının kullanımının giderek kısıtlı
duruma gelmesi, su temini konusunda deniz suyu gibi alternatif
kaynaklardan yararlanılmasını gündeme getirmiştir. Deniz
suyundan tatlı su temini son yıllarda başta MENA Bölgesi olmak
üzere birçok ülkede tercih edilir duruma gelmiştir. Desalinasyon
amacıyla uygulanan yöntemlerin tamamında (membran
yöntemler ve termal yöntemler) yoğun biçimde enerji
kullanılmaktadır. Membran esaslı yöntemlerde 1.5 - 5.0 kWh/m3
mertebelerinde elektrik enerjisi tüketimi gerçekleşmektedir.
Termal yöntemlerde ise 1.5-2.5 kWh/m3 elektrik enerjisi
tüketiminin yanı sıra 80 kWh/m3 ısı enerjisi kullanılmaktadır.
Enerji ihtiyacının fosil kaynaklardan sağlanması durumunda
dışa bağımlılık, yüksek ithalat giderleri ve alıcı ortama verilen
gaz emisyonlar (özellikle CO2) gibi olumsuzluklar ortaya
çıkmakta, ayrıca limitli olan rezervlerin de tükenmesi söz konusu
olmaktadır. Bu olumsuzlukları azaltmak amacıyla daha
ekonomik, sürdürülebilir ve çevresel etkileri daha az olan
yenilenebilir
enerji
kaynaklarının
kullanımı
gündeme
gelmektedir. Bu anlayışla kurulan desalinasyon tesislerinde
güneş, rüzgar, jeotermal gibi kaynakların uygulamaları sıklıkla
görülmektedir. Ülkemiz açısından da bakıldığında, Türkiye,
yenilenebilir enerji kaynaklarının çeşitliliği ve potansiyeli
bakımından zengin bir ülkedir. Ege ve Akdeniz kıyı bölgesi güneş
enerjisi, Kuzey Ege rüzgâr enerjisi; Batı Anadolu jeotermal
kaynaklar bakımlarından önemli potansiyel arz etmektedir.
Buna karşın, su varlığı bakımından ise Ege ve Marmara
Bölgelerindeki havzalarımız su sıkıntısı yaşayan havzalar olup,
bu bölgelerde tatlı su kaynaklarının geliştirilmesine ihtiyaç
vardır. Tatlı su potansiyelini arttırmak amacıyla, bu bölgelerde
desalinasyon tesislerinin kullanılması; enerji maliyetlerinin
azaltılması amacıyla da kurulacak tesislerin verimli olan
yenilenebilir enerji kaynaklarıyla (güneş, rüzgâr ve jeotermal)
desteklenmesi önerilmektedir.
Anahtar Kelimeler — desalinasyon; membran yöntemler;
termal yöntemler; enerji; yenilenebilir enerji.
Abstract — Due to increasing pressures and constraints on
water resources, the use of alternative resources such as seawater
is only solution for water scarce areas. In recent years, water
supply from seawater has become preferable in many countries,
especially in the MENA Region. All of the methods applied for
desalination (i.e. membrane methods and thermal methods)
consume high amounts of energy. Electricity consumption rates
of membrane-based seawater desalination methods vary 1.5 - 5.0
kWh/m3. Thermal methods, that consume electrical energy in the
range of 1.5-2.5 kWh/m3, also require 80 kWh/m3 heat energy. In
the case of supplying of required power by fossil energy
resources, numerous problems are emerged associated with
dependence on foreign sources, high import costs for fossil fuels,
the depletion of fossil energy resources and air pollution due to
gas emissions (especially CO2). In order to reduce the economic
burden and environmental impacts of high energy consuming
M. Necdet Alpaslan
Çevre Mühendisliği Bölümü
Dokuz Eylül Üniversitesi
İzmir, Türkiye
[email protected]
desalination processes and to generate sustainable seawater
desalination technologies, renewable energy resources are
examined and applied in seawater desalination. For this purpose,
solar, wind and geothermal resources are frequently utilized in
renewable energy-based desalination plants. Turkey, similar to
other Mediterranean countries, has very high renewable energy
sources and potential. Coastal areas in Aegean and
Mediterranean regions of Turkey have considerable potential in
terms of solar energy whereas North Aegean Region has very
high wind energy potential; and Western Anatolia has significant
geothermal resources. Along with high renewable energy
potential, Aegean and Marmara regions, living in water-stressed
basins, are faced serious water scarcity problems. In order to
improve freshwater resources in these areas, the use of
desalination plants and to prevent the problems about fossil fuel
use and high energy costs the utilization of efficient renewable
energy sources (solar, wind and geothermal) are recommended.
Keywords — desalination; membran desalination; thermal
desalination; energy; renewable energy.
I.
GİRİŞ
Kullanılabilir tatlı su kaynaklarının sınırlı olması,
konumsal olarak eşit dağılmaması ve buna karşılık taleplerin
artması su temini ile ilgili önemli kısıtlar getirmektedir. Son
yıllarda tatlı su potansiyelinin arttırılmasına yönelik önerilen
çözümlerin arasına deniz suyunun uygun işlemlerden
geçirilerek (desalinasyon) kullanılması da eklenmiş, bu alanda
mevcut teknolojilerin giderek maliyet etkin hale gelmesiyle
öne çıkmaya başlamıştır. Uluslararası Desalinasyon Birliği’nin
(IDA) yaptığı çalışmalarda dünya genelinde 15000 civarında
desalinasyon tesisi bulunduğu, bu tesislerin yaklaşık %60’ında
deniz suyunun arıtıldığı belirtilmektedir [1]. Desalinasyon
tesislerinin özellikle MENA (Ortadoğu ve Kuzey Afrika)
Bölgesi’nde yaygınlaştığı, bu bölgede inşa edilen tesis
sayısının 2800, üretilen tatlı su miktarının ise 27 milyon
m3/gün mertebesinde olduğu bildirilmektedir [2].
Desalinasyon tesisleri tanım itibariyle tuzlu sudan tatlı su
elde edilen tesislerdir. Bu tesislerde genel olarak termal (ısıl)
veya membran süreçler kullanılmaktadır. Literatüre göre
mevcut tesislerin 1/3’ü termal, 2/3’ü ise membran esaslı
çalışmaktadır [3]. Membran yöntemler, tuzlu suyun basınç
altında yarı geçirgen bir membrandan geçirilmesi, tuzun
membran yüzeyinde tutulması prensibine dayalıdır. Ters
ozmoz ve elektrodiyaliz gibi sistemler sıklıkla kullanılan
membran esaslı yöntemlerdir. Termal prosesler ise tuzlu suyun
buharlaştırılıp yoğunlaştırılması esasına dayanır. Su arıtma
sektöründe farklı sistemler olarak uygulamaları görülmektedir:
(i) Çok Kademeli Ani Damıtma (Multi Stage Flash-MSF)
(ii) Çoklu Etkili Distilasyon (Multi Effect Distillation-MED)
(iii) Buhar Sıkıştırmalı (Vapor Compression-VC) sistemler.
Gerek membran gerek termal yöntemlerin kullanımıyla
ilgili başlıca sorun, yüksek enerji giderleridir. Membran esaslı
yöntemlerde yalnız elektrik enerjisi tüketilirken, ısıl
yöntemlerin geçerli olduğu desalinasyon tesislerinde elektrik
enerjisi ile birlikte ısı enerjisi de kullanılmaktadır. Yüksek
enerji tüketimi bir yanda fosil yakıt kullanımını arttırırken
diğer yandan karbondioksit salınımı nedeniyle sera gazı
oluşumunu da arttırmaktadır. Gerek yüksek enerji maliyetleri,
gerek sera gazı oluşumunun getirdiği çevresel etkiler
nedeniyle desalinasyon konusundaki araştırmalar ve
uygulamalar enerji tüketiminin azaltılmasına yoğunlaşmıştır.
Bu noktada, enerji tüketimini, dolayısıyla enerji maliyetlerini
azaltmak amacıyla desalinasyon tesislerinde yenilenebilir
enerji kaynaklarının kullanımı seçeneği önemli bir alternatif
olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada desalinasyon yöntemleri
hakkında bilgi verilmiş, enerji maliyetlerinin azaltılması
amacıyla yenilenebilir enerji potansiyelinden yararlanılması
seçenekleri irdelenmiştir.
sistemler genellikle 600 m3/gün - 30.000 m3/gün kapasitelere
sahiptir. İlk yatırım maliyetleri MSF teknolojisine göre daha
düşük olan MED sistemlerinde enerji maliyetleri genellikle
MSF ile aynı düzeylerdedir.
Buhar Sıkıştırmalı (VC) Distilasyon işlemi ise termal
veya mekanik olarak uygulanabilen bir diğer alternatiftir.
Suyun buharlaşması için gereken ısı doğrudan ısıtmak
suretiyle değil sıkıştırma (kompresyon) ile sağlanır. Buhar
sıkıştırmalı sistemlerin enerji tüketimi, doğrudan basınç
farkına bağlıdır. 20 m3/gün - 25.000 m3/gün arasında
kapasitelerde işletilen bu sistemlere ait üniteler kompakt ve
taşınabilirdir.
Termal yöntemlerden Çok Kademeli Ani Damıtma (MSF)
teknolojisi her kademede azalan sıcaklık ve basınç altında
suyun hızla buharlaşmasının sağlandığı bir dizi damıtma
ünitesinden oluşur. MSF tesisleri genellikle 90-120°C besleme
sıcaklıklarıyla
işletilmektedirler.
120°C’den
yüksek
sıcaklıklarda işletilen tesislerde verimliliğin arttığı ancak
korozyon sorunlarının görüldüğü bildirilmektedir. MSF
teknolojisinin dünya genelinde en yaygın olarak kullanılan ısıl
yöntemler arasında yer aldığı (termal yöntemlerle
desalinasyonun %90’ı ve toplam desalinasyon kapasitesinin
%42’si) ve su üretim kapasitesinin yüksek olduğu
raporlanmaktadır. Özellikle fosil yakıtların ucuz maliyet ile
temin edildiği MENA Bölgesi’nde tercih edilmektedir [6].
Örneğin Suudi Arabistan ve Birleşik Arap Emirlikleri’nde
işletmede / yapım aşamasında olan 600.000 m3/gün - 800.000
m3/gün kapasiteye sahip en büyük desalinasyon tesislerin MSF
teknolojisi kullanılmaktadır [7].
Membran esaslı desalinasyon teknolojisi yarı geçirgen
membrandan basınç farkı nedeniyle moleküllerin taşınması
olarak tanımlanabilir. Ters ozmoz (Reverse Osmosis - RO) ve
elektrodiyaliz (Elecrodialysis - ED) gibi yöntemler
desalinasyon amacıyla sıklıkla kullanılan membran
sistemleridir. Elektrodiyaliz bir elektrik alanının etkisi altında
seçici geçirgenliğe sahip membranlar boyunca iyonların
aktarıldığı bir elektrokimyasal ayırma prosesidir [8]. Bu
yöntem genellikle deniz suyuna göre daha düşük çözünmüş
katı madde içeren acı sular (brackish water) için ekonomik
olarak uygulanabilirdir. Çok yüksek düzeylerde çözünmüş tuz
içerdiği için deniz suyunun ED ile desalinasyonunda enerji
maliyetleri artmaktadır. Ters ozmoz ise, basınç uygulanarak
mineral (tuz) içeren suyun yarı geçirgen bir membranın diğer
tarafına geçmesi, içerisindeki minerallerin membran
yüzeyinde kalması prensibine dayanır. Bu yöntem, en yaygın
olarak uygulanan membran desalinasyon teknolojisi olup
membran bazlı uygulamaların %88’ini ve dünyadaki toplam
desalinasyon kapasitesinin %46’sını oluşturmaktadır. Ters
ozmoz tesisleri ham su kalitesine karşı (tuzluluk, bulanıklık,
sıcaklık gibi) diğerlerinden daha hassastırlar [9]. Çok tuzlu ve
çok sıcak su ozmotik basıncı etkilemek suretiyle yüksek enerji
gerektirebilir. Örneğin acı su kullanıldığında 15-30 atm basınç
yeterli olurken, deniz suyu kullanılması durumunda tuz
miktarı fazla olduğu için basınç da artmakta 55-70 atm
mertebesine ulaşmaktadır. Bunun dışında, yüksek bulanıklığa
sahip sular membranda tıkanma sorunlarına neden olabilir. Bu
yüzden ters ozmoz tesisleri öncesinde uygun bir ön arıtma
kademesinin bulunması önerilmektedir. Modüler tasarımları
sayesinde ters ozmoz sistemleri değişik kapasitelerde
işletilebilmektedir. Örneğin evsel su temini için yaklaşık 0.1
m3/gün kapasiteli tesis kurulabilirken İsrail Hadera’da olduğu
gibi kapasite 350.000 m3/gün mertebesine kadar
çıkabilmektedir. Ters ozmoz sistemleri genellikle düşük ilk
yatırım maliyetine ancak membran değişimi nedeniyle yüksek
bakım/işletme maliyetlerine sahiptirler. Bu sistemlerde enerji
gereksiniminin büyük bir bölümü yüksek basınçlı besleme
suyunun pompalanması için gereklidir; ancak birim enerji
maliyeti (TL/m3) MSF ve MED termal yöntemlerine göre
daha düşüktür.
Uygulamada karşılaşılan bir başka termal yöntem Çoklu
Etkili Distilasyon (MED) yöntemidir. Bu yöntemde, bir
ünitenin ürettiği buhar bir sonraki ünitede daha düşük sıcaklık
ve basınçta yoğunlaşır; bu da buharlaşma için ek ısı sağlar.
MSF teknolojisi ile kıyaslandığında, MED teknolojisi her
kademede buharlaşma için ilave ısıya ihtiyaç göstermez ve
MSF’den daha düşük sıcaklıklarda (~70 °C) işletilir. Bu
Yukarıda da değinildiği üzere gerek termal gerek membran
yöntemlerin uygulamaları ile ilgili başlıca sıkıntı yüksek enerji
maliyetleridir. Termal yöntemlerde suyun 90-120°C
mertebesine kadar ısıtılarak buharlaştırılması, membran
yöntemlerde ise tuzlu suyun yüksek basınç pompaları ile
basınçlandırılması için gereken enerji tüketimi fazladır. MSF
yöntemiyle desalinasyon tipik olarak 290 kJ/kg ısı enerjisi +
II.
DESALİNASYON YÖNTEMLERİ
Desalinasyon uygulamaları membran teknolojileri ve ısıl
yöntemler (distilasyon-damıtma) olarak iki grupta ele
alınabilir. Isıl yöntemler (damıtma) en eski desalinasyon
tekniğidir. Tuzlu suyun buharlaştırılarak tuzdan ayrılması,
elde edilen su buharının ısı değiştiriciden geçirilerek
yoğuşturulması yani tekrar sıvı forma dönüşmesi ve tuzlu
kısmın atılması prensibine dayalıdır [4]. Günümüzde ısıl
yöntemlerin (i) Çok Kademeli Ani Damıtma (Multi Stage
Flash-MSF) (ii) Çoklu Etkili Distilasyon (Multi Effect
Distillation-MED)
(iii)
Buhar
Sıkıştırmalı
(Vapor
Compression-VC)
sistemleri
şeklinde
uygulamaları
görülmektedir [5].
2.5–3.5 kWh/m3 elektrik enerjisi kullanırken; büyük kapasiteli
RO tesislerinde 3.5–5.0 kWh/m3 elektrik enerjisi
kullanılmaktadır [8]. Tablo 1’de farklı desalinasyon
yöntemlerinin enerji tüketimine dair tipik değerleri yer
almaktadır.
Tablo 1. Farklı desalinasyon yöntemlerin tipik enerji tüketimi değerleri
Membran Yöntemler Termal Yöntemler
Parametre
TO
ED
MSF
MED
ortam sıc.
ortam sıc.
90-110
70
Elektrik enerjisi (kWh/m )
3.5-5.0
1.5-4.0*
2.5-3.5
1.5-2.5
Termal enerji (kWh/m3)
-
-
80.6
80.6
İşletme sıcaklığı (oC)
3
* 1500-3500 ppm katı madde içeren ham su için
Yüksek enerji ihtiyacının getirmiş olduğu enerji maliyetleri
nedeniyle son dönemlerdeki çalışmalar daha az enerji tüketen
yada yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre tasarlanan
tesisler üzerine yoğunlaşmıştır. Yenilenebilir enerji
kaynaklarının kullanılması özellikle yerinde üretim yapılmak
suretiyle enerji taşıma kayıplarının minimize edilmesiyle
suretiyle desalinasyon tesislerini cazip hale getirmektedir.
Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla birlikte kullanılabilecek
desalinasyon yönteminin seçiminde kapasite, ham su
özellikleri (özellikle tuzluluk), mevcut enerji sistemi (enerji
santrali, iletim ve dağıtım hatları), teknik altyapı (su iletim ve
dağıtım hatları gibi), yenilenebilir enerji kaynağının türü gibi
faktörler etkilidir [10]. Belirtilen faktörleri göz önüne alarak
tek bir yöntemi önermek güçtür. Koşullara bağlı olarak farklı
entegrasyonların (güneş enerjisinin kullanıldığı ters ozmoz
tesisi; rüzgâr enerjisinin kullanıldığı ters ozmoz tesisi;
jeotermal enerjinin kullanıldığı MSF/MED tesisleri, vb.)
değerlendirilmesi önerilmektedir.
III.
YENİLENEBİLİR ENERJİ DESTEKLİ
DESALİNASYON UYGULAMALARI
Son yıllarda desalinasyon tesislerinin yüksek enerji
tüketimi sorununa çözüm olarak, yenilenebilir enerji
kaynaklarının kullanımı tercih edilmeye başlanmıştır.
Böylelikle bir taraftan tatlı su üretimine sürdürülebilir bir
alternatif oluşturması diğer yandan enerji tüketiminin
azaltılması
hedeflenmektedir.
Desalinasyon
amacıyla
kullanılabilecek yenilenebilir enerji kaynakları rüzgâr, güneş
(güneş termal ve fotovoltaik), jeotermal ve dalga enerjisini
içerir. Desalinasyon tesisleri ve yenilenebilir enerji kaynakları
birbirinden bağımsız teknolojiler olup bir araya getirilip
uygulanmaları sonucunda tatlı su teminine önemli bir çözüm
oluşturabilirler. Önemli olan yenilenebilir enerji ile
desalinasyon sistemlerinin uygun kombinasyonlarının
(birliktelik) kullanılmasıdır. Teknik ve ekonomik bakımlardan
uygun kombinasyonların belirlenmesinde tesisin konumu, ham
su kalitesi (tuzluluk), tatlı su özellikleri, kullanılabilir enerji
kaynağının türü, tesis kapasitesi ve enerji dağıtım/iletim
şebekesinin mevcudiyeti gibi faktörler etkili olmaktadır.
Ayrıca, işletme ve bakım gereksinimi, ham suyun tesise
iletimi ve ön arıtma ihtiyacı gibi faktörler de karar alma
aşamasında belirleyici olmaktadır [8].
Güneş enerjisinden elektrik enerjisi veya ısı enerjisi
üretmek mümkündür. Yüzeylerine gelen güneş enerjisini
elektrik enerjisine çeviren sistemlere güneş pilleri veya
fotovoltaik piller denilir. Güneş enerjisini absorbe ederek
toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran sistemler ise termal
güneş sistemleridir (güneş kolektörleri). Güneş pili sistemleri
membran yöntemlerle (RO ve ED), güneş kollektörleri ise
membran ve termal desalinasyon yöntemleriyle birlikte
uygulanabilmektedirler. Özellikle MENA bölgesi gibi güneş
enerjisi potansiyelinin yüksek olduğu kurak bölgelerde güneş
enerjisi destekli uygulamaların yoğunlaştığı görülmektedir.
Ancak güneş enerjisi kesikli ve süreksiz olduğu için, sürekli
enerji temin edebilmek amacıyla depolama sistemlerinin
kullanılmasına ihtiyaç vardır. Güneş ışığının bulunmadığı
zamanlarda sistemin çalışmasını sağlamak üzere depolama
sistemlerinin yanı sıra, konvansiyonel enerji tesisleri ile
birlikte işletilebilen hibrit sistemler de gündeme
gelebilmektedir. Bu şekilde daha geniş bir uygulama aralığına
sahip olunabilmekte, hem ısı hem elektrik enerjisini bir araya
getirmek suretiyle gerek membran gerek ısıl tesislerde
uygulanabilmektedir.
Rüzgâr enerjisi de bir başka yenilenebilir enerji kaynağı
olup desalinasyon tesislerinde kullanılabilmektedir. Hava
akımı
rüzgâr
türbinlerinde
elektrik
enerjisine
dönüştürülmektedir. Rüzgâr türbinlerinden elde edilen elektrik
ve mekanik enerjisinin özellikle RO, ED ve VC distilasyon
sistemlerinde kullanılabileceği ifade edilmektedir. Birçok
araştırıcı tarafından ters ozmoz sisteminin rüzgârın etkili
olduğu bölgelerde en az enerji gereksinimi olan desalinasyon
yöntemi olduğu belirtilmektedir. Bu anlayışla, özellikle rüzgâr
potansiyelinin yüksek olduğu kıyı alanlarında rüzgâr enerjisi
destekli sistemler tercih edilmektedir. Dünyada Kanarya
adaları, İspanya, İngiltere vb. yerlerde nispeten küçük ölçekli
tesisler kuruludur [11, 7]. Ancak, sürekli enerji kaynağı
olmaması, dolayısıyla depolama gereksinimi rüzgâr enerjisi
için de söz konusudur. Bu noktada diğer enerji kaynaklarıyla
birlikte
kullanım
seçenekleri
(hibrit
sistemler)
değerlendirilmektedir.
Jeotermal akışkanlardan elde edilen jeotermal enerji ise
genellikle ısı enerjisi olarak kullanılmaktadır. Ayrıca basınç ve
sıcaklığın yüksek olduğu kaynaklar doğrudan elektrik enerjisi
üretiminde kullanılmaktadır. Bu özellikleriyle desalinasyon
amaçlı olarak gerek elektrik gerek ısı enerjisi kullanılan
yöntemlerde (MED, MSF, VC, RO, ED) uygulanması söz
konusudur. Düşük ısılı jeotermal enerjinin (tipik olarak 70–
90°C), MED desalinasyonu için ideal olduğu belirtilmektedir.
Jeotermal enerjinin kullanımı bölgesel koşullara bağlıdır ve ilk
yatırım maliyetleri oldukça yüksektir.
Dalga enerjisi de desalinasyon uygulamalarıyla birlikte
düşünülebilecek bir alternatiftir. Dalgaların, gel-git veya
akıntıların yarattığı hareketlerden edinilen enerjiden elektrik
üretilmektedir. Dünya genelinde, elektrik üretiminde dalga
enerjisi potansiyeli 2000 TWh/yıl olarak tahmin edilmektedir.
Dünya elektrik tüketiminin %10’nuna karşılık gelmektedir
[12]. Dalga enerjisi ekonomisi henüz fosil yakıtlarla rekabet
edebilecek durumda olmamakla birlikte giderek maliyetlerinin
düşüş göstermesi ümit vericidir. Dalga enerjisi elektrik enerjisi
üretiminde kullanılması yönüyle desalinasyon teknolojileri
arasında ters ozmoz teknolojisi ile entegre kullanılması uygun
olmaktadır.
Şekil 1. Yenilenebilir enerji kaynağı - desalinasyon yöntemi kombinasyonları [7]
IV.
SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
Desalinasyon yöntemleri tuzlu sudan tatlı su temininde
giderek artan bir potansiyel ortaya koymakta, özellikle su
kısıtının yaşandığı bölgeler için bir alternatif oluşturması
beklenmektedir. Ancak, gerek termal gerek membran esaslı
desalinasyon yöntemlerinde enerji tüketimi yüksek olup,
işletme maliyetlerini etkileyen temel bileşendir. Yapılan
çalışmalarda, desalinasyon tesislerinin enerji maliyetinin
işletme maliyetlerinin %30-60’lık kısmına karşılık geldiği
belirtilmektedir. Bu nedenle enerji fiyatlarındaki değişimler
üretilen su maliyetini etkileyen temel unsur olmaktadır.
Desalinasyon yöntemlerinin en büyük dezavantajı olarak
bildirilen yüksek enerji tüketiminin yenilenebilir enerji
kaynaklarının entegrasyonu ile aşılması hedeflenmektedir.
Özellikle, yerleşimlerden uzak bölgelerde (remote areas)
konvansiyonel enerji sisteminden yararlanılması maliyetli
olmakta, bu nedenle yenilenebilir enerji kaynakları ile entegre
desalinasyon tesisleri daha avantajlı görülmektedir. Bunun
dışında, rezervlerin tükenme sorununun bulunması, temiz
enerji kaynağı olması gibi yararları da ifade edilmektedir.
Desalinasyon tesislerinde kullanılabilecek yenilenebilir
enerji türleri arasında güneş (güneş kollektörleri ve güneş
pilleri), rüzgâr ve jeotermal öne çıkmaktadır. Termal
desalinasyon teknolojileri ile termal enerji teknolojilerinin
(güneş kollektörleri ve jeotermal); elektromekanik enerji
türleri ile de mekanik ve elektrik enerjinin yoğun olduğu
membran esaslı desalinasyon yöntemlerinin bir arada
kullanılması eğilimi vardır. Bu nedenle, güneş pili (PV)
membran yöntemlerle birlikte, güneş kollektörleri ise termal
desalinasyon yöntemleriyle beraber uygulanabilmektedirler.
Uygulamalarda yenilenebilir enerji destekli desalinasyon
tesislerinde ağırlıklı olarak ters ozmoz yönteminin tercih
edildiği, bunu MSF ve MED teknolojilerinin izlediği
görülmektedir. Rüzgâr enerjisi de özellikle rüzgâr ikliminin
uygun olduğu kıyı bölgelerinde tercih edilmektedir.
Yenilenebilir enerji destekli desalinasyon sistemlerinin
işletimi ile ilgili önemli sorunlardan biri desalinasyon
sisteminin sürekli ve sabit bir enerji girdisine ihtiyaç
duymasına karşın, yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji
üretimindeki değişkenliktir (kış aylarında güneş enerjisi
üretiminin düşmesi gibi). Yenilenebilir enerji kaynaklarının
tahmin edilemeyen ve stokastik enerji girdileri desalinasyon
tesislerinin optimal olmayan koşullarda işletilmesini zorunlu
kılmakta ve dolayısıyla işletme sorunlarına yol açmaktadır. Bu
sorunu aşmak için, yenilenebilir enerji destekli desalinasyon
sistemleri elektrik şebekesi veya dizel motorlu jeneratörlerle
birlikte tasarlanmaktadır. Ayrıca güneş ve rüzgâr enerjisi gibi
kaynakların birlikte kullanımı da kesikli enerji üretimini en
aza indirebilmektedir. Bunlara ilave olarak gelişmekte olan
büyük bataryalar veya yakıt hücreleri gibi yüksek kapasiteli
elektrik depolama seçeneklerinin gelecekte ekonomik olarak
kullanılabilir olması da yenilenebilir enerji uygulamalarını
daha cazip hale getirebilecektir.
Ülkemiz açısından bakıldığında, Türkiye, yenilenebilir
enerji kaynaklarının çeşitliliği ve potansiyeli bakımından
zengin bir ülkedir. Coğrafi konumu nedeniyle büyük oranda
güneş ve rüzgâr enerjisine sahiptir. Ayrıca, jeotermal enerjide
dünya potansiyelinin (kapasitesinin) %8’i ülkemizde
bulunmaktadır. Ege ve Akdeniz kıyı bölgesi güneş enerjisi,
Kuzey Ege rüzgâr enerjisi; Batı Anadolu jeotermal kaynaklar
bakımlarından önemli potansiyel arz etmektedir. Su varlığı
bakımından ise Ege ve Marmara Bölgelerindeki havzalarımız
(Gediz, K. Menderes, B. Menderes, Marmara gibi) su sıkıntısı
yaşayan havzalar olup, bu bölgelerde tatlı su kaynaklarının
geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Tatlı su potansiyelini arttırmak
amacıyla,
bu
bölgelerde
desalinasyon
tesislerinin
kullanılmasının
önemli
bir
alternatif
olabileceği
düşünülmektedir. Enerji maliyetlerinin azaltılması amacıyla da
desalinasyon tesislerinin bölgede verimli olan yenilenebilir
enerji kaynaklarıyla (güneş, rüzgâr ve jeotermal)
desteklenmesi
önerilmektedir.
Yenilenebilir
enerji
kaynaklarının desalinasyon amacıyla maliyet etkin kullanımın
sağlanması KKTC için de büyük önem arz etmektedir. Bu
bağlamda Türkiye’den Kıbrıs’a su getirilmesi yönünde çeşitli
çalışmalar yapılmaktadır. Halen su transferine yönelik ihalesi
yapılıp inşaatına başlanmış olan büyük projeler vardır.
Desalinasyon tesislerinin etkinleşmesiyle bu tür projelere
ihtiyaç azalabilecek KKTC ihtiyacı olan suyu kıyılarından,
denizden temin ederek kullanabilecektir.
KAYNAKLAR
[1] IEA-ETSAP & IRENA (2012): “Water Desalination Using
Renewable
Energy
Technology
Brief
(2012)”.
http://www.irena.org/
[2] Fichtner (2011): “MENA Regional Water Outlook Part II
Desalination Using Renewable Energy”. Fichtner, Germany.
http://www.medrc.org/download/twb/FICHT-6911691-v3Task_1-Desalination_Potential.pdf.
[3] IDA (2009): “Worldwide Desalting Plant Inventory”, No. 19 in
MS Excel Format, Media Analytics Ltd., Oxford, UK, 2009.
[4] Dölgen ve Alpaslan, (2012): “Deniz Kıyısı Yerleşimlerde Su
Temini İçin Tuzdan Arındırma (Desalinasyon) Tesislerinin
Kullanılması”. Türkiye’nin Kıyı ve Deniz Alanları IX. Ulusal
Kongresi, Bildiriler Kitabı.
[5] Khawaji, A.D., Kutubkhanah, I.K., Wie, J.M. (2008):
“Advances in seawater desalination technologies”. Desalination
Vol. 221:47–69.
[6] Koschikowski, J. (2011): “Water Desalination: When and
Where Will it Make Sense?”. Presentation at the 2011 Annual
Meeting of the American Association for the Advancement of
Science, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE).
http://ec.europa.eu/dgs/jrc/downloads/jrc_aaas2011_energy_wat
er_ koschikowski.pdf.
[7] Al-Karaghouli, A.A., Kazmerskivd, L.L., (2011), “Renewable
Energy Opportunities in Water Desalination”. in Desalination,
Trends and Technologies, Michael Schorr (Ed.), ISBN: 978953-307-311-8, InTech.
[8] European Union (2008): ADIRA Handbook, A guide to
desalination system concepts, Euro-Mediterranean Regional
Programme for Water Management (MEDA), ISBN 978-975561-311-6.
[9] Goebel, O. (2003): “Co-Generation of Power and WaterSelection of Desalination Process”, Lahmeyer International
GmbH, Germany.
[10] Charcosset, C., (2009): “A Review of Membrane Processes and
Renewable Energies for Desalination”. Desalination 245, 214–
231.
[11] Kalogirou, S.A.
(2005): “Seawater Desalination Using
Renewable Energy Sources”, Progr. Energy Combustion Sci.,
31, 242–281.
[12] Centre for Renewable Energy Sources (2003): “Wave Energy
Utilization in Europa:Current Status and Perspectives”
http://www.waveenergy. net/Library/WaveEnergyBrochure.pdf,
2003.
Download

Desalinasyon Tesislerinde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının