Sustainability assessment of heat and electricity generation from biomass in Turkey
Türkiye'de biyokütleden ısı ve elektrik üretiminin sürdürülebilirliğinin değerlendirmesi
- Tez No: 979620
- Danışmanlar: PROF. DR. ADİSA AZAPAGIC
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Unıversıty Of Manchester
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu araştırma, Türkiye'de biyokütleden ısı ve elektrik üretiminin çevresel, ekonomik ve sosyal sürdürülebilirliğini değerlendirmiştir. Geniş bir bakış açısı sağlamak için, hem atıklar hem de enerji bitkileri dahil olmak üzere çok çeşitli hammaddeleri ve bunların çeşitli teknolojiler (doğrudan yakma, gazlaştırma, linyitle birlikte yakma, anaerobik çürütme (AD), düzenli depolama ve yakma) yoluyla kullanımını dikkate almıştır. Alternatif biyoenerji yollarının ayrıntılı ve karşılaştırmalı bir değerlendirmesi, ilk olarak yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA) ve yaşam döngüsü maliyeti (LCC) ile proje fizibilitesinin ortak ekonomik parametreleri (yani, net bugünkü değer ve geri ödeme süresi) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu sonuçlar daha sonra senaryo analizine entegre edilmiş ve bir sosyal sürdürülebilirlik değerlendirmesi ile tamamlanmıştır. Türkiye'nin ısı ve elektrik sektörünün sürdürülebilir dönüşümünde gelecekteki biyokütle potansiyelinin rolünü belirlemek için sistem düzeyinde bir yaklaşım uygulanmıştır. Mevcut (2018) durumun ve gelecekteki (2050) biyoenerji senaryolarının genel sürdürülebilirliğini değerlendirmek için, bu çalışmada ele alınan on dört çevresel, üç ekonomik ve sekiz sosyal sürdürülebilirlik göstergesini entegre eden birçok kriterli karar analizi (MCDA) yapılmıştır. Çevresel ve ekonomik sürdürülebilirlik sonuçları, termal dönüştürme teknolojileri arasında biyokütlenin doğrudan yakılması yoluyla birlikte ısı ve güç üretiminin (CHP) en iyi seçenek olduğunu, AD'nin ise ıslak artıklar için tercih edildiğini göstermektedir. Ayrıca, daha az enerji ve malzeme yoğun tedarik zincirine sahip talaş, mısır koçanı ve kavak en düşük etki ve maliyetlere sahipken, yüksek biyogaz verimi ıslak kalıntıların AD'sinin sürdürülebilirliği için kritik bir öneme sahiptir. Referans enerji kaynakları -doğal gaz ısısı ve şebeke elektriği- ile karşılaştırıldığında, organik kentsel atıkların düzenli olarak depolanması ve sığır bulamacının (mısır silajlı veya mısır silajsız) anaerobik çürütmesi dışında, biyokütle kullanılarak küresel ısınma potansiyelinde ve fosil yakıt tüketimi etkilerinde önemli tasarruflar elde edilebilir. Öte yandan, katı biyokütleden enerjiye giden tüm seçenekler, referans enerji kaynaklarından daha yüksek karasal ekotoksisite potansiyeline sahipken, AD önemli ölçüde daha yüksek deniz ötrofikasyonuna ve asitlenmeye yol açar. Ekonomik sürdürülebilirlik ile ilgili olarak,odun peleti ve miscanthus ısı kazanı ve buğday samanı kullanan teknolojiler dışındaki tüm teknolojiler uygulanabilir bulunmuştur. Mevcut sübvansiyonlar altında, ıslak artıkların AD'si ve mısır koçanı ve odun talaşı kullanan biyokütle enerji santrali de net kar sağlamaktadır. Biyokütleden elde edilen ısının seviyelendirilmiş maliyetleri, doğal gazdan elde edilen ısıya kıyasla %64-83 daha düşüktür ve biyoelektrik, gazlaştırma ve odun peleti ve buğday samanı kullanan teknolojiler dışında, şebeke elektriğinden %10-30 daha ucuzdur. Genel olarak, bu çalışma, Türkiye'deki tüm mevcut ve potansiyel biyokütle hammaddelerinin ısı ve elektrik üretimi için kullanılması durumunda 105,4 Mt CO2-eşd. (veya %20) yıllık sera gazı (GHG) emisyonları ve 7,5 milyar $ (veya %59) fosil yakıt ithalat maliyetinin azaltılabileceğini öngörmüştür. Mevcut durumla karşılaştırıldığında, gelecekteki ısı ve elektrik talebinin %21'ini karşılayabilecek geri kazanılabilir bir enerji potansiyeli ile biyokütle kaynaklarının miktarının 2050'de iki katından fazla olacağı tahmin edilmektedir. Enerji karışımına üç farklı katkı seviyesinde (%5-17) teknolojilerin (gelişmiş veya hala gelişmekte olan teknolojiler, ayrı veya birleşik ısı ve elektrik üretimi, sadece atıklar veya atıkların enerji bitkileri ile birlikte kullanımı) seçimine yönelik tercihler dikkate alınarak yedi biyoenerji karışımı senaryosu geliştirilmiştir. Sonuçlar, biyokütle kullanımının artmasının, olağan (BAU) duruma kıyasla önemli ekonomik, çevresel ve sosyal faydalar getirdiğini, ancak bazı ödünleşimler olduğunu göstermektedir. Sürdürülebilirlik göstergelerinin çoğu için, CHP için biyoenerjinin yüksek dağıtımını dikkate alan senaryolar en sürdürülebilir seçeneklerdir. Bu senaryolar, küresel ısınma potansiyelini %8, enerji maliyetlerini %12 azaltır ve BAU'ya göre enerji tedarik kaynaklarını çeşitlendirir ancak en fazla su ve arazi kullanımına sahiptir. Genel olarak, bu çalışma, Türkiye'deki biyokütle kaynak potansiyelinin, 2050'deki kullanım seviyelerine bağlı olarak, sera gazı azaltma hedeflerine %1,5-16 oranında katkıda bulunabileceğini ve fosil yakıt ithalat maliyetlerini %10-20 oranında azaltabileceğini tahmin etmektedir. MCDA yoluyla sürdürülebilirliğin üç boyutunun entegre analizi, BAU'nun en kötü seçenek olduğu benzer sonuçları ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, çevresel sürdürülebilirliğe daha yüksek bir öncelik verilirse, atık hammaddelerin kullanımı, enerji bitkilerini içerenlerden daha iyi bir seçenek olacaktır. Bu nedenle, biyokütleden enerji büyük ölçekte kullanıldığında, Türkiye'nin enerji sisteminin sürdürülebilir geçişi için bu ödünleşimler ve dengeler dikkate alınmalıdır.
Özet (Çeviri)
This research has assessed the environmental, economic and social sustainability of heat and electricity generation from biomass in Turkey. To give a broad perspective, it has considered a diverse range of feedstocks, including both wastes and energy crops, and their utilisation via various technologies (direct combustion, gasification, co-firing with lignite, anaerobic digestion (AD), landfilling and incineration). A detailed and comparative assessment of alternative bioenergy pathways has been first carried out using life cycle assessment (LCA) and life cycle costing (LCC) as well as the common economic parameters of project feasibility. These results have been then integrated into the scenario analysis and complemented with a social sustainability assessment. A system-level approach has been applied to identify the role of future biomass potential in a sustainable transformation of Turkey's heat and electricity sector. To assess the overall sustainability of current (2018) situation and future (2050) bioenergy scenarios, a multi-criteria decision analysis (MCDA) has been performed, integrating environmental, economic and social sustainability indicators. The environmental and economic sustainability results suggest that co-generation of heat and power (CHP) through direct combustion of biomass is the best option among the thermal conversion technologies, while AD is preferred for wet residues. Overall, this study estimates that, if all available and potential biomass feedstocks in Turkey are utilised for heat and electricity generation, it could save 105.4 Mt CO2-eq. (or 20%) of annual greenhouse gas (GHG) emissions and $7.5 bn (or 59%) of fossil fuel import costs. Compared to the current situation, the amount of biomass resources is estimated to more than double in 2050 with a recoverable energy potential capable of meeting 21% of the future heat and electricity demand. Results suggest that the increased use of biomass brings significant economic, environmental and social benefits compared to the business-as-usual (BAU) mix but with trade-offs. For most of the sustainability indicators, the scenarios considering the high deployment of bioenergy for CHP are the most sustainable options, reducing the global warming potential by 8%, energy costs by 12% and diversifying the energy mix relative to BAU, but having the largest water and land use. This study estimates that the biomass resource potential in Turkey could contribute 1.5-16% to GHG reduction targets and reduce by 10-20% fossil fuel import costs, depending on their utilisation level in 2050. The integrated analysis of the three dimensions of sustainability via MCDA reveals similar outcomes, with BAU being the worst option. However, the use of waste feedstocks would be a better option than those including energy crops if a higher priority is given to the environmental aspect. Thus, these trade-offs should be considered for sustainable transition of Turkish energy mix when bioenergy is deployed at large scale.
Benzer Tezler
- Life cycle assessment of combined bioheat and biopower production and cost: Simulated case studies based on combustion utilizing turkish oak (Quercus cerris L.) coppices
Birlikte biyoısı ve biyogüç üretimi yaşam döngüsü değerlendirmesi ve maliyeti: Türkiye meşe (Quercus cerris L.) baltalıklarını kullanan yanma temelli benzetilmiş durum çalışmaları
GÜNER EKŞİ
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Konya bölgesi için alternatif biyokütle esaslı enerji sistemlerinin tekno-ekonomik değerlendirilmesi
Tecno-economic evulation of alternative energy systems based on biomass for Konya region
MUHAMMET ER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- 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
İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OKTAY TAŞ
- Design and life cycle assessment of integrated organosolv based biorefinery: Simulated case studies utilizing sessile oak (Quercus petraea) coppices and industrial wood sawdust from Bursa/Turkey region
Entegre organosolv bazlı biyorafineri tasarımı ve yaşam döngüsü değerlendirmesi: Bursa/Türkiye bölgesinden sapsız meşe (Quercus petraea) ve endüstriyel odun talaşı kullanarak durum çalışmaları simülasyonu
MERVE NAZLI BORAND
Doktora
İngilizce
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- 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 Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU