ENERJİ VERİMLİLİĞİ DEĞERLENDİRMESİNE YÖNELİK BİR KARAR DESTEK SİSTEMİ
Ümit ÜNVER*1,
*Yrd. Doç. Dr. Yalova Üniversitesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Merkez, 77100, Yalova, Türkiye, umit.unver@yalova.edu.tr
Hasan Hüseyin TURAN**2,
Yrd. Doç. Dr. Yalova Üniversitesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Merkez, 77100, Yalova, Türkiye, hasan.turan@yalova.edu.tr
Berker SİPAHİ***3
Özet
Ülkemizde özellikle sanayi sektöründe enerjiye olan talep hızla artmaktadır. Sanayi sektöründe enerji yoğun olarak kullanılmakta ve diğer sektörlere göre en yüksek tüketim değerlerine ulasmaktadır. Mevcut kaynakların yetersiz kalmasından dolayı enerji verimliliği çalısmalarına ve sanayide enerji yönetimi konularına önem verilmesi zorunluluk halini almıstır. İsletmelerdeki enerji verimliliği çalısmaları sadece maliyet azatlımı değil, aynı zamanda sektörde rekabet gücü artımı da sağlayacağından büyük öneme sahiptir. Bu çalısmada sanayide yoğun enerji tüketilen sektörlerden biri olan çelik sektöründe enerji verimliliği uygulamaları için anlık enerji kullanımı görüntüsü sağlamaya yönelik bir karar destek sistemi tasarlanmaya çalısılmıstır. Gelistirilen yazılım ile karar vericilerin üretim asamalarının her birindeki enerji tüketimlerinin yanı sıra olusan maliyetleri görmesi hedeflenmistir. Sonrasında ise, firma ve tüm departmanlar için enerji karneleri elde edilerek görsel olarak sunulmustur. Son olarak, kullanıcının gelistirilen ara yüz sayesinde farklı üretim alternatiflerini denemesi durumunda olusan farklı senaryolar analiz edilmistir.
Anahtar Kelimeler: Enerji Verimliliği, Anlık Enerji Durumu Görüntüleme, Karar Destek Yazılımı, Enerji Karnesi
1. Giris
Enerji, günlük hayattaki en temel ihtiyaçların karsılanması ve ülkelerin ekonomik ve sosyal olarak kalkınmasında en önemli ihtiyaçlardan biridir. Günümüzde en önemli enerji kaynağı olan fosil yakıtlar hızla tükenmekte ve bu nedenle enerjinin verimli kullanımı ile ilgili yeni sistemlere gereksinim duyulmaktadır. Enerji arz güvenliğini sağlamak, enerjide dısa bağımlılığı azaltmak ve iklim değisikliği ile mücadelede etkinliği artırmak için de, enerji verimliliğin artırılması ve enerji yoğunluğunun azaltılması gerekmektedir.
1 Yrd. Doç. Dr. Yalova Üniversitesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Merkez, 77100, Yalova, Türkiye, umit.unver@yalova.edu.tr
2 Yrd. Doç. Dr. Yalova Üniversitesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü Merkez, 77100, Yalova, Türkiye, hasan.turan@yalova.edu.tr
Enerji sektörü, ülkelerin kalkınma politikaları içinde çok büyük bir öneme sahiptir. Enerji fiyatlarındaki artıs, küresel ısınma ve iklim değisikliği konularına olan hassasiyet, küresel olarak enerjiye olan talep artısı ve en önemli enerji kaynağı olan fosil kaynakların tükenmekte olması ülkelerin enerji güvenlikleri konusundaki kaygılarını daha da artırmaktadır.
Sekil 1. 1980-2030 yılları arası Dünyadaki enerji üretim-tüketim durumu ve projeksiyonu [1]
Sekil 1 de 1980-2030 yılları arası dünyadaki enerji üretim-tüketim durumu ve projeksiyonu verilmistir. Görüldüğü üzere, 15-20 yıllık süre içerisinde dünya enerji üretim ve tüketim miktarları arasındaki fark daha da açılacak ve üretim miktarı talebi karsılayamayacak duruma gelecektir. Olusacak bu enerji açığını azaltmak için enerji tüketiminde verimlilik arttırıcı uygulamalar son derece önem arz etmektedir.
2. Türkiye’de Enerji Durumu;
Gelismekte olan birçok ülkede olduğu gibi Türkiye’de de enerji tüketimi hızla artmaktadır. Enerji verimliliği çalısmalarına gereken önemin verilmemesi bu tüketimin daha hızlı artmasına sebep olmaktadır. 2012 yılı sonunda Türkiye’deki elektrik üretimi 241,900 GWh civarındadır. 2023 yılında bu değerin 450,000 GWh değerine ulasması öngörülmektedir.
2012 yılında toplam ithalatın %60’ını petrol, doğalgaz ve kömür oluşturmak tadır.
Sekil 2 de verilen, Elektrik Dsleri Etüt Ddaresi tarafından hazırlanan Türkiye’nin 2005 yılına kadar enerji tüketimi ve yüksek/düsük senaryolara göre 2018 yılına kadar enerji talebi projeksiyonunda, Türkiye’nin enerji tüketiminin 2008 yılında 200.000 GWh olduğu ve 2018 yılına kadar 360.000 GWh’a çıkacağı belirtilmek tedir. Yine aynı projeksiyonda 2008 yılında 30.000 MW olan puant yük ihtiyacının 2018 yılına kadar 55.000 MW a kadar çıkacağı ve 10 Yıl içerisinde Türkiye’nin enerji ihtiyacının %83 oranında artacağı ifade edilmektedir. Enerji üretiminin talebi karsılamada yetersiz kalması ve yeni enerji kaynakların sınırlı olması nedenleriyle enerjiyi ithal etmek zorunlu bir hal almıstır. Bu, enerjinin tüm sektörlerde daha verimli kullanılmasının gerektiği anlamına gelmektedir.
Şekil 2. Türkiye’nin 2005 yılına kadar enerji tüketimi ve yüksek -düsük senaryoya göre 2018 yılına kadar enerji talebi projeksiyonu [2].
Enerji verimliliği çalısmaları kısaca, enerji kayıplarını önlemek, çesitli atıkların geri kazanımı ve değerlendirilmesi, üretimin düsürülmeden enerji talebinin azaltılması ve enerji geri kazanımları gibi etkinliği artırıcı önlemlerdir. Enerji verimliliği çalısmalarında önemli olan; ihtiyaç duyulan üretim enerjisinin minimizasyonudur. Endüstride enerji verimliliği çalısmaları olmadan kurulusların rekabet gücünü koruması ve sürdürülebilir üretim gerçeklestirmesi zor hale gelmektedir. Enerji Verimliliği Strateji Belgesinde belirtilen önlemlerin uygulanmasıyla ülkemizde enerji yoğunluğunun 2011 yılına göre en az %20 azaltılması amaçlanmaktadır. O halde enerji verimliliği çalısmalarını nereden baslatmak gerektiği belirlenmelidir.
Sekil 3. Türkiye Nihai Enerji Tüketiminin Sektörlere Payları. (2010) [3]
Sekil 3‘te Türkiye nihai enerji tüketiminin sektörlere payları verilmistir. Ülkemizde enerji en yoğun olarak sanayi sektöründe kullanılmakta, yani diğer sektörlere göre en yüksek tüketim değerlerine ulasılmaktadır. Bu nedenle sanayide sektöründe enerji yönetimi ve enerji verimliliğine önem verilmesi bir zorunluluktur.
Rekabetin artması ve üretim maliyetlerinin düsürülmesi gerekliliğinin de sektörde baskı olusturması sonucunda ülkemizdeki enerji verimliliği çalısmaları sanayi sektöründe baslamıstır. Çizelge 1 de verilen sektörlerin enerji tasarruf potansiyelleri incelendiğine, sanayi sektörleri içinde en yüksek enerji tasarruf potansiyeline sahip olan sektörlerden birinin demir çelik sektörü olduğu görülmüstür. Bu potansiyel değerlendirmesi, sanayide yaklasık olarak karsılığı 5,7 milyon TEP olan %18,6 enerji tasarrufunu göstermektedir.
Çizelge 1. Sektörlerin Enerji Tasarruf Potansiyeli [4].
Türkiye coğrafi konumundan dolayı küresel pazarlarda önemli bir rekabet avantajına sahiptir. Bu nedenle Türk demir çelik sektörünün dünya çelik üretimi sıralamasında daha ön sıralarda yer alma potansiyeli bulunmaktadır.
İmalat sektörünün lokomotifi niteliğinde olan demir çelik sektörünün enerji tüketiminde de önemli bir yeri vardır. Tablo da Demir Çelik Sektörünün Elektrik Enerjisi Tüketimi verilmektedir. Çizelge 2 de demir-çelik sektörünün elektrik enerjisi tüketimi verilmistir. Çizelgede de görüldüğü gibi demir çelik sektörü ülkemizdeki toplam elektrik tüketimi içerisinde %22 gibi yüksek bir paya sahiptir. Bu yüzden bu çalısmada enerji verimliliği görüntüleme sistemine yönelik arastırmaların, diğer sektörlere göre daha yoğun enerji tüketimi olan demir çelik sektöründen baslatılması uygun bulunmustur.
Çizelge 2. Demir-çelik sektörünün elektrik enerjisi tüketimi [5].
3. Enerji Yönetim Sistemi ;
Hemen her yönetim sisteminde olduğu gibi, Enerji Yönetim Sistemlerinde de yönetim akısı, Sekil 4’te verilen, PUKO döngüsüyle sembolize edilebilir. Yönetim sistemlerinin ilk adımı; Enerji politikasının olusturulmasıdır. Sistem yönetiminin bu konudaki vizyonunu ve misyonunu belirlemesi gerekir. Uygulanabilir politikalar ve ulasılabilir hedefler tespit edilerek iyilestirme çalısmaları baslatılır.
Şekil 4. Enerji Yönetim Sistemi Akıs Semasının Sematik Gösterimi.
İyilestirme çalısmaları, sistemin enerji verimliliği konusunda incelenmesi ve verimlilik arttırıcı projeler için uygun bir baslangıç noktasının seçimiyle baslar. Doğal olarak bir hedefe doğru gerçeklestirilecek iyilestirme çalısmalarının baslatılabilmesi için öncelikle mevcut durumun tespit edilmesi gerekir. Diğer bir deyisle; “Neredeyiz?” sorusu yanıtlanmadan “Nereye gidiyoruz?” sorusuna cevap aramak mantıklı olmayacaktır.
Mevcut durum tespitinde enerji unsurları kanuni ve diğer gerekliliklere karsı mevcut durumu, mevcut enerji uygulamaları ve geçmisteki performansı belirler. Baska bir deyimle kurulusun enerji kullanımı açısından fotoğrafı çekilir. Enerji verimliliği açısından bir sıralama yapıldıktan sonra planlama asamasına geçilir.
Bu çalısmanın amacı isletmenin enerji açısından ne durumda olduğunu fotoğraflamak için bir karar destek yazılımının gelistirilmesidir. Çalısma kapsamında gelistirilen görüntüleme algoritması bütün sistemlere, diğer bir değisle hizmet sektörü dahil olmak üzere bütün isletmelere uygulanabilecek sekilde tasarlanmıstır. Dsletmelerin süreçleri faklı operasyonlardan olusan ve her operasyonu için farklı seçeneklerin bulunduğu evrensel süreçler olarak düsünülmüstür. Evrensel süreç yaklasımının tanımlayan sematik bir gösterim
Sekil 5’te verilmistir. Uygulama yeri olarak bir çelik dövme isletmesi uygulama olarak tercih edilmistir. Sekilde belirtilen her bir operasyon üretim sürecinin bir adımını temsil etmektedir.
Bu çalısma kapsamında ele alınan çelik dövme prosesinin yalnızca dövme kısmı göz önüne alınmıs, hammaddenin isletmeye girisinden ambara stoklanmasına kadar olan süreçler ihmal edilmistir. Dolayısıyla çalısma kapsamında ele alınan proses için 1. Operasyon; Hammadde kesme operasyonu olarak tanımlanmıstır.
Evrensel süreçler yaklasımında isletme içerisinde her bir operasyonun birden fazla seçenekle gerçeklestirilmesi mümkündür. Örneğin incelenen isletmede, dövme prosesinin kesme operasyonu için, iki farklı testere çesidi ve iki farklı kesme tezgahı (shearing) bulunmaktadır. Diğer bir değisle birinci operasyon için dört farklı kesme seçeneği söz konusudur. Üretime girecek hammaddeye göre her bir kesme seçeneği bazı kısıtlara cevap verebilmektedir. Hammaddenin malzemesi, geometrik sekli, ebatları gibi kısıtlara göre uygun tezgah seçimi ile operasyon gerçeklestirilmektedir. Enerji tüketimi konusunda seçilen tezgaha göre kesilen malzemenin birim kütlesi basına harcanan enerji hesaplanarak izlenmektedir.
Sekil 5 Evrensel isletme süreçleri yaklasımı
4. İzleme Yazılımı HORUS V1.0 ;
Enerji izleme yazılımı olarak, HORUS V1.0, isletmede enerjinin verimli kullanılması için ilk gelistirilen, çoktan seçmeli bir metottur. Bu metotta, isletmedeki proseslerde kullanılan makine ve teçhizatlar islevlerine göre sınıflandırılmıstır. Bu sınıflandırma; kesme, fırın, dövme, ön dövme ve tamamlama islemi olmak üzere bes operasyon olarak belirlenmistir.
Her bir operasyonda kullanılacak olan makine ve teçhizatın ismi, ilgili operasyon baslığı altında sıralanmıs ve yanlarına seçme islemi yapılabilecek “checkbox” lar
konulmustur. Örneğin; kesme isleminde kullanılması düsünülen makine seçileceği zaman, makine adı yazılı olan kutucuğun solunda bulunan “checkbox” fareyle isaretlenecektir. Aynı seçme islemi fırın, dövme, ön dövme ve tamamlama operasyonlarına da uygulanabilir. Seçme islemi yapılan kutucuklardaki operasyon değerleri isleme alınır, seçme islemi yapılmayan
kutucukların belirttiği operasyonlar isleme alınmayacaktır..
Bes operasyon için gerekli olan makineleri seçme islemi yapıldıktan sonra, ürünün hammadde olarak gelisinden, ürün olarak çıkısına kadar geçen üretim süreçlerinde kullanılacak olan makineler belirlenmis olmaktadır. Seçilen makinelerin saatlik güç tüketimleri, seçim isleminin ardından otomatik olarak ilgili operasyon baslığı altında ortaya çıkmaktadır.
Seçilen makinelerin çalısma saatleri ilgili alanlara girilerek, o süre zarfında makinelerin tüketeceği güç de otomatik olarak hesaplanmakta ve ilgili alanda ortaya çıkmaktadır. Son olarak hammaddeden üretim tamamlanana kadar geçen süreçte kullanılan makinelerin, girilen saatlere göre günlük, haftalık, aylık enerji tüketim maliyetleri hesaplanabilmektedir.
Sekil 6a HORUS V1.0 enerji izleme yazılımı ekran görüntüsü.
5. İzleme Yazılımı HORUS V2.0
Bu metot, isletmede enerjinin verimli kullanılması konusunda gelistirdiğimiz ikinci metottur. Bu metotta, her ürün için belli kısıtların sisteme girilmesi gerekmektedir. Malzeme çapı, malzeme boyutu vb. gibi kısıtlar makine ve teçhizat seçimini etkilemektedir. Bu nedenle makine ve teçhizat seçiminde de teknik bilgi gerekmektedir. Ayrıca bu metotta isçi sayısı ve
is gücü maliyeti de hesaplanabilmektedir.
Sekil 6b HORUS V1.0 enerji izleme yazılımı ekran görüntüsü.
Süreçteki bes operasyon için makineler seçildikten sonra her operasyonun altında kendine ait bilgiler olusacaktır. Modelin sağ tarafında bulunan kutucukta ise günlük toplam kullanılan güç, günlük toplam enerji maliyeti, prosesteki günlük çalısacak isçi sayısı ve is gücü maliyetleri ile hammadde maliyeti girildikten sonra toplam maliyet değerleri görülmektedir. Üretilen parça adedinin modelde ilgili bölüme girilmesi ile birlikte birim ürün basına düsen enerji miktarı ve birim ürün maliyeti hesaplanmaktadır.
Şekil 7 HORUS V2.0 enerji izleme yazılımı ekran görüntüsü.
6. Sonuçlar
Bu çalısmada, yoğun enerji tüketilen sektörlerden biri olan çelik sanayi sektörünün enerji verimliliği metodolojisi, mühendislik yaklasımları, teknolojileri ve uygulama yaklasımları incelenmistir. Çalısma sonucu elde edilen veriler sadece çelik sanayi sektörüne yönelik olmayıp tüm sektörlere uygulanabilecek niteliktedir.
Çalısma sonucunda elde edilen enerji performans göstergesi isletmelerde enerji verimliliği çalısmaları nerede baslamalı, ne sekilde devam etmeli, sonuç olarak ne kadar enerji verimliliği elde edilebilir gibi sorulara ısık tutma amacındadır. Daha genel bir ifade ile çalısmanın amacı kurulus içinde enerjinin verimli kullanılıp kullanılmadığını göstermektir.
Bu çalısma kapsamında gelistirilen yazılım ile isletmede hangi bölümlerin verimli hangi bölümlerin verimsiz olduğu tespit edildikten sonra, alınması gereken önlemler ve üzerine çalısmaların baslatılması gereken bölümlerin tespit edilmesi konusunda da kolaylık sağlayacaktır.
7. Tesekkür
Bu çalısma Yalova Üniversitesi Bilim ve Teknoloji uygulama ve Arastırma Merkezi (YÜBDTAM), TÜBDTAK 2241-A Sanayi Odaklı Lisans Tezi Destekleme Programı ve Yapı Tek A.S firması tarafından desteklenmistir. Destekleyen kuruluslara tesekkür ederiz.
KAYNAKÇA
[1] Energy Information Administration, Annual Energy Review 2001, DOE/EIA-0384(2001), Projections, Washington, DC, November 2002.
[2] TEDAS, Türkiye Elektrik Enerjisi 10 Yıllık Üretim Kapasite Projeksiyonu (2009 – 2018), Haziran 2009. www.teias.gov.tr/KAPASITEPROJEKSIYONU2009.pdf. Son Erisim: 12.10.2014
[2] TMMOB Makina Mühendisleri Odası, Oda Raporu, Dünyada Ve Türkiye’de Enerji Verimliliği, Genisletilmis 3. Baskı Yayın No: MMO/589 Nisan 2012
[3] Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Enerji Raporu, 2011, ISSN:1301-6318. Ankara, Aralık 2011.
[4] Kalkınma Bakanlığı 10. Kalkınma Planı (2014-2018), Demir-Çelik Çalısma Grubu Raporu, Ankara 2014
***
