İçilebilir Su Üretimi için Yenilenebilir Enerji Uygulamaları

10 May 2018

Muammer Akgün, BACADER 

Barbaros Batur, Yıldız Teknik Üniversitesi

 Özet

Su, dünyadaki yaşam için özellikle de insan hayatı açısından çok önemlidir. Doğal su dünyada pek çok insanın erişemediği önemli bir ihtiyaçtır. Birleşmiş Milletlere göre yaklaşık 1 milyar insanın güvenilir, temiz içme suyuna ulaşamaması nedeniyle öldüğü tahmin edilmektedir. Bu oran pek çok salgın hastalık ve felaketin sebep olduğu ölüm oranından daha fazla bir ölüm oranı demektir.

Su sıkıntısı dünyadaki pek çok ülke için ciddi bir durumdur. Bu ülkelerin sürekli nüfus artışı nedeniyle ilerleyen süreçte daha ciddi sıkıntılar yaşamaları olasıdır. Dünyanın üçte ikisinin 2025 yılında su açısından sıkıntılı bölgelerde yaşıyor olacağı tahmin ediliyor. İnsanların güvenilir, temiz içme suyuna erişimi ciddi ve acil bir sorundur. Suların dezenfekte edilmesi ve kullanım için tuzdan arındırılması, bu küresel ve acil ihtiyaç için gereklidir. Ancak bu işlemler fazlasıyla enerji harcamaktadır. Bu sistemlerin uzun süreli kullanımları bazı toplumların kapasitelerini zorlayıp ekosistemimize zarar verebilir.

Su dünyadaki yaşam için, özellikle de insan hayatı açısından çok önemlidir. Doğal su rezervlerinin kısıtlı olması ve bu rezerv kaynakların sürekli kirlenmesi sonucuyla temiz suya ulaşım, her geçen gün daha da önemli hale gelmektedir.

Giriş

Günümüzde dünyanın pek çok bölgesinde temiz içme suyu problemi mevcuttur. Dünya nüfusunun hızla artışı yanında, mevcut kaynakların bu hızla tüketilmesi ile ilerleyen yıllarda su, çözülmesi gereken en önemli sorunların başında gelecektir.

Demografik ve ekonomik gelişmeler sonucunda önümüzdeki yirmi beş yıl içerisinde dünya enerji ihtiyacının iki katına çıkacağı öngörülmekte iken su ile enerji ihtiyacını birbirinden bağımsız değerlendirmek mümkün değildir. Güvenilir, içilebilir temiz su için gerekli olan su miktarı da doğal olarak artacaktır. Bu çalışmada yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması ile temiz içme suyu yanında tarım ve diğer amaçlar için su temin yöntemleri anlatılmıştır.

 1.Su Problemi

 Shiklomanov tarafından yapılan tahmine (1993) göre, yeryüzündeki tüm su miktarının (~1365x106km3) %97,5’ini okyanuslar (1400 x 106 km3) oluşturur. Tatlı su kaynakları ise düzgün dağılımı olmayan alanlar (yeraltı suyu, yüzey suyu) ve zamanla oluşanların  (yüzey suyu) su hacmi (~35 milyon km3)’dir. Bütün tatlı su kaynakları, toplam su kaynaklarının yaklaşık %2,5’ini temsil etmektedir. Dünyanın en büyük nehir havzalarının birçoğu seyrek nüfuslu bölgelerden akar. Ancak, tatlı suyun (~24 milyon km3) %68,9’u sığ (dağlar ve kutup bölgeleri) ve sadece yaklaşık %30,8’i (~11 milyon km3) de toprak nemi, kısmen donmuş bölgeler ve derin yeraltı suyu havzalarında (örneğin yeraltında depolanan, üzerinde ise buz ve kalıcı kar örtüsü bulunan dahil, 2000 m toprak derinliğe kadar olan bölgelerde), bulunur. Göller ve nehirler, sadece dünyanın içilebilir suyunun %0.3 (105,000km3)’üne karşılık gelmektedir. Dünyada 1,5 milyardan fazla insan içme suyunu yeraltı sularından karşılamaktadır[1].

Dünya nüfusunun %20’sinin en önemli sorunlarından biri, içilebilir temiz suya ulaşım problemidir. Birleşmiş Milletlerin kayıtları, dünyada 1,2 milyar insanın içilebilir temiz suya ulaşımının mümkün olmadığını ve diğer 2 milyar kişinin de kirli su kullanmak zorunda kaldığını göstermektedir. Gelişmekte olan ülkelerdeki en önemli problemlerden biri, kirli yüzey sularının sebep olduğu su kaynaklı hastalıklardır. Temiz su eksikliğinin, 1,2 milyar insanın sağlığını etkilediği ve dünya çapında yılda 15 milyon çocuğun ölümüne neden olduğu tahmin edilmektedir[1].

 

Tablo 1. İçilebilir Su Kaynaklarının Kıtalara Göre Dağılımı

 

Buzullar ve Kalıcı Buzullar (km3)

 

Kuzey Amerika

Güney Amerika

Grönland

Antartika

Avrupa

Asya

Afrika

Avustralya

90.000

900

2.600.000

30.190.800

18.216

60.984

0,2

180

 

Yeraltı Suları (km3)

 

Kuzey Amerika

Güney Amerika

Avrupa

Asya

Afrika

Avustralya

4.300.000

3.000.000

1.600.000

7.800.000

5.500.000

1.200.000

 

Sulak Araziler, Büyük Göller, Su Depoları ve Nehirler (km3)

 

Kuzey Amerika

Güney Amerika

Avrupa

Asya

Afrika

Avustralya

27.003

3.431

2.529

30.622

31.776

221

 

Şekil 1’de küresel ve bölgelere göre su çekilmesi ve tüketimi gösterilmektedir. Önümüzdeki yıllarda beklenen su çekilmesinin Avrupa ve Kuzey Amerika’da düşük kalması, Asya, Afrika ve Güney Amerika’da ise artması beklenmektedir [2, 3, 4]. Dünyada, günümüzde su ihtiyacı, 1900 yılından bu yana, altı kat artmıştır [1]. 1940 yılından bu yana nüfusun dünyada her yıl yaklaşık %2 artmasına karşın, kullanım amacıyla su çıkarma yılda yaklaşık %3 artmıştır [5]. Yıllık küresel içme su çıkartılması 1995 yılında içinde 3790 km3 (%61'i tüketim amaçlı, 2312 km3) iken 2000 yılı içinde küresel su çekimi 4430 km3 (%52 tüketim amaçlı 2304 km3) yükselmiştir [3]. 2000 yılında, tatlı su çekilmesinin (%57, dünya içme su tüketiminin %70’ine karşılık gelmektedir) çoğu en büyük sulanan topraklar Asya’da gerçekleşti[1].

 

Şekil 1. Küresel ve Bölgelere Göre Su Çıkarılması ve Tüketimi Miktarları

Gelecekte, yıllık küresel su çekiminin on yıllık dönemler için, yaklaşık %10-12 büyümesi beklenmektedir. 2025 yılında su tüketiminde yaklaşık 5240 km3 ile 1995 yılına göre %38 bir artış beklenmekte iken, gerçekte su tüketimi, bu periyot için %33 oranında gerçekleşti[1]. Günümüzde, küresel içme suyu tüketiminin yaklaşık %75’ini tarımsal sulama, yaklaşık %20’sini endüstriyel kullanımı, kalan %5’lik kısmı da genel amaçlar için kullanılır [1].

 

  1. Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile İçme Suyu Üretimi Teknolojileri Genel Bakış

 Dünyanın enerji talebinin artmasıyla, ticari ve evsel kullanım için güç ihtiyaçlarını karşılamak için yapılan araştırmalarda sorunların çözümü, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ile mümkün görülmektedir. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının ekonomik ve endüstriyel potansiyelleri, jeotermal, güneş, dalga ve rüzgar enerjisi gibi çevresel avantajlar sağlayan çalışmalar her geçen gün hızla artmaktadır [6, 7, 8, 9, 10, 11].

Yenilenebilir enerji kaynakları ile desalinasyon (tuzdan arındırma) iki kategoride incelenmiştir. Birinci kategoride yenilenebilir enerji sistemleri tarafından üretilen ısı (termik) ile desalinasyon (tuzdan arındırma) yapılırken ikinci kategoride ise yenilenebilir enerji kaynakları ile üretilen elektrik enerjisi ve mekanik enerji yardımıyla membran ve desalinasyon prosesleri tanımlanmıştır [12].

Bu bölümde yenilenebilir enerji kaynakları ile mevcut su arıtma teknolojileri tanımlanacaktır. Güneş termik, rüzgar, fotovoltaik ve jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile desalinasyon (tuzdan arındırma) teknolojileri incelenecektir.

 

2.1.        Güneş Enerjisi Uygulamaları ile İçme Suyu Üretimi

Güneş enerjisi yoluyla desalinasyon, özellikle yerleşim yerlerinden küçük kapasitelerde geleneksel yöntemlerle içme suyu sağlamak amaçlı kullanılır[13]. Yenilenebilir enerji kaynakları ile desalinasyon gerçekleştirmek kurak bölgelerde içme suyu kaynakları geliştirmek için umut veren büyük bir gelişmedir [9, 14]. Dikkat edilmesi gereken nokta, güneş enerjisi kullanımı ile desalinasyon işleminin olabildiğince verimli kullanılması, küçük ve orta ölçekli uygulamalar için hem ekonomik açıdan hem de tuzdan arındırma teknolojilerinin optimal verimliliği açısından önemlidir. Güneş enerjisi, ısı enerjisi olarak direkt olarak kullanılabilir ya da RO sürücü üniteleri ile elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Elektrik enerjisi, doğrudan fotovoltaik (PV) dönüşümü ile ya da bir güneş termik santral aracılığıyla güneş enerjisinden elde edilebilir.

 

 

Şekil 2. Güneş Paneli Uygulamaları

Son on yıldaki farklı güneş panel uygulamaları, Şekil 2’de görülmektedir [15]. (Şekil 2.A)’da basit güneş uygulaması ile günde ortalama 2-5 L su üretimi yapılan sistem görülmektedir. Bu içme su üretim yöntemi, içme suyu talebinin düşük olduğu ve arazi fiyatlarının ucuz olduğu bölgelerde uygulanabilir. Güneş uygulamalarına farklı performans arttırıcı çalışma yapılmaktadır. Bunlar, desalinasyon işlemi yapan güneş enerjisi kolektörleri (Şekil 2.E) ile (Şek. 2.D ve 2.F) yoğunlaşmadaki gizli ısıdan yararlanmak için yapılan panel uygulamaları, yapıları ve akış modelleri iyileştirilerek ısı transferi oranlarını artıran panel uygulamaları (Şekil 2.B, 2.C, 2.E ve 2.F) ve düşük maliyetli inşaat malzemeleri kullanılarak enerji maliyetini düşüren sistemler olarak tanımlanabilir. (Şekil 2.F)’de, daha etkinde salinasyon işlemi yapan güneş paneli görülmektedir [13]. İki veya daha fazla aşamada (genel olarak çoklu etkiler olarak adlandırılır) yoğuşmadaki gizli ısıyı kullanarak damıtılmış su üretimini ve sistem verimliliğini artırmak mümkündür. Bir sistem teknik olarak çok verimli olsa da içilebilir su üretim maliyeti yüksek olabilir [16]. Bu nedenle, desalinasyon sistemi seçerken verimlilik ve ekonominin göz önünde bulundurulması gerekir. Yenilenebilir enerji sistemleri ile desalinasyon sistemlerinin kurulmasının altyapıları şu anda eksik olan yerlere ve daha uzak bölgelere de su ve elektrik sağlamak için çok uygun olacağı ifade edilebilir.

Güneş kolektörleri genellikle ısınan akışkanın ulaştığı sıcaklık seviyesine göre sınıflandırılır [17]. Düşük sıcaklık kolektörleri, yansımasız düz plaka kolektörlerdir ve ortam hava sıcaklığının sadece birkaç derece üzerinde sıcaklık artışı sağlarlar. Bu düşük sıcaklık kolektörleri de salinasyon işlemleri için kullanışlı değildir [17,18]. Orta sıcaklık kolektörleri, 43˚C fazla ısıtıcı akışkanı ısıtır ve yansımalı düz panel kolektörler, vakum tüp kolektörler gibi hava veya sıvıya ısı transferi gerçekleştirirler. Bir ısı değiştirici yardımıyla desalinasyon işlemi endirekt ısıtma ile gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklık kolektörler, parabolik yapılı çanaklar ya da merkezi alıcı sistemlerden oluşmaktadır. Bunlar güneşin ışınlarını bir odak noktası üzerine toplayan bir alıcının elde ettiği enerjiyi ısınacak akışkana aktarması yoluyla çalışırlar. Elde edilen yüksek sıcaklık enerjisi desalinasyon işlemlerinde ısıl enerji kaynağı olarak ya da bir buhar türbini ile elektrik enerjisi üretmek için kullanılabilir. Bu sistemlerde sistem verimliliği, güneşin konumu, gün ve yıl boyunca değişir. Bu nedenle kolektörde bulunan güneş izleyici ile verimliliğini artırmak için reflektörün odakta tutulması sağlanmalıdır.

 Şekil 3. Güneş havuzu uygulamaları

 Güneş havuzu uygulamaları ise birçok farklı türde enerji sağlamak için kullanılabilir. Güneş havuzları güneş enerjisini toplayan ve uzun süre depolayan bir sistemdir. (Şekil 3). Küçük kapasiteli güneş havuzları ağırlıklı olarak hacim ve su ısıtma amaçlı kullanılmaktadır. Büyük havuzlar ise, endüstriyel proses ısı, elektrik enerjisi üretimi ve desalinasyon için kullanılmaktadır. Havuzdaki bir tuz konsantrasyonunun değişimi depolanacak enerjiyi belirler. Üst kısımdaki ortam sıcaklığı 90˚C’ye yakın iken, havuzun dibindeki tuz konsantrasyonu en yüksek değerine ulaşabilir (sağ Şekil 3). Havuzun üst ve alt tabakası arasında oluşan sıcaklık farkı, desalinasyon ünitesini çalıştırmak için veya Rankine çevrimine göre bir buhar jeneratörünü harekete geçirmek için yeterince büyüktür [17]. Rankine çevrimi ile elde edilen ısı iş enerjisine dönüştürülür. Isı, genellikle kapalı bir kap içerisindeki suya dışarıdan ısı verilerek gerçekleşir. Bu döngü, güneş, biyokütle, kömür ve nükleer santraller olmak üzere dünya ihtiyacının yaklaşık %80’ini oluşturmaktadır.

Güneş havuzları, düşük sıcaklıkta enerji üretirler ve 70-90˚C sıcaklık aralığında çalışırlar. Çevrim verimi düşük sıcaklık nedeniyle azdır. Ancak bu düşük sıcaklıkta toplanan ısı miktarına göre düşük maliyetli üretim gerçekleştirir. Küçük köy ve kasabalar için uygun boyutlardaki sistemlerde desalinasyon için gerekli ısının yıllık toplama verimi, %10 ila 15 seviyesindedir. Büyük depolama kapasiteli güneş havuzları, desalinasyon tesislerinin sürekli çalışması için daha yararlı olur. Bu hem düzenli ve sürekli su üretimi için hem de operasyonel ve ekonomik yönleri açısından çok önemlidir. Güneş havuzlarında ısı depolaması sayesinde bulutlu havalarda ve gece boyunca desalinasyon için gerekli enerji sağlanır ve sistem çalışır. Güneş havuzları ile desalinasyon, bir atık ürün olan tuz için güneş havuzu inşa etmek için bir temel olarak kullanılabilir. Bu desalinasyon prosesinden tuzu ayırmak için önemli bir avantajdır.

Fotovoltaik (PV) sistemler, doğrudan güneş ışınlarını elektrik enerjisine dönüştüren pillerdir [17]. Güneş pilleri silikon gibi yarı-iletken malzemelerden yapılmıştır. Diğer yarı iletkenler de kullanılabilir. PV modüllerine ilaveten güç şartlandırma ekipmanları (örneğin şarj regülatörü, invertör) ve enerji depolama donanımları (örn: piller) desalinasyon tesisine enerji sağlamak için gerekli olabilir. PV sistemlerin ömrü 20 ila 30 yıldır. Küçük ve orta ölçekli sistemlerde, şebekede yedek enerji kaynağı olarak kullanılır; PV sisteminden herhangi bir aşırı güç şebekesine beslenir. PV sistemlerinin hibrid uygulamaları da yapılmaktadır. İki çeşit PV uygulaması yapılan membran prosesi vardır. Bunların birincisi Ters Osmoz (RO) diğeri ise elektrodiyaliz (ED) prosesleridir. Şu anda uygulamada en yaygın ve uygun PV metotları Ters Osmoz (RO) ve elektrodiyaliz (ED) metotlarıdır. Bu yöntemler desalinasyon uygulamalarında da başarıyla kullanılmaktadır [20]. Bu teknolojideki temel sorun, zaman geçmesine rağmen PV panel maliyetlerinin istenilen miktarda düşmemesi ve maliyetlerin yüksek olmasıdır.

Şekil 4. Ters Osmos (RO) yöntemiyle desalinasyon işlemi yapan bir tesis planı

Ters Osmoz (RO) deniz suyu arıtma tesisi kapasitesinin seçimi, güneş radyasyon seviyeleri mevsimsel değişimlerine, alınan ve satılan elektrik fiyatları ile fosil yakıt yerinden verilen ağırlığına göre günlük değişir. Parabolik kolektörlerle güneş enerjisi ile güç üretimi ve RO desalinasyon işlemi yapan bir tesis planı Şekil 4’te görülmektedir.

Kolektör sistemleri ile enerji üreten sistemler, Ters Osmoz (RO), elektrodiyaliz (ED), çok-aşamalı flaş damıtma (MSF), çok-etkili damıtma (MED), ısıl buhar sıkıştırma desalinasyon (TVK), mekanik buhar sıkıştırmalı (MVC), nemlendirme-nem alma sistemleri (H-HD) ve membran damıtma (MD) ve adsorpsiyon tuzdan arındırma (AD) olarak geliştirilmektedir. Enerji tüketimi ile ilgili veriler Tablo 2’de gösterilmiştir.

 

Tablo 2. Büyük DesalinasyonTesislerinde Enerji Tüketimi

Process*

Termal enerji

[kWhm3]

Elektrik enerjisi [kWhm3]

Toplam enerji

[kWhm3]

Üretilen su miktarı

[mg L1]

MSF

7.5–12

2.5–3.5

10–15.5

5–30

MED

4–8

1.5–3

5.5–11

---

SWRO

---

3–6

3–6

100–500

BWRO

---

0.5–2.5

0.5–2.5

---

MSF: çok-aşamalı flaş damıtma, MED:  çok-etkili damıtma, SWRO: Deniz Suyu Ters Osmaz,

BWRO: Talı-Tuzlu Su Karışımlı Ters Osmoz

 (ısıl işlemlerde atık ısıyı kullanarak)

 

Tablo 3. Farklı Desalinasyon Tesislerinde Birim Kolektör Alanına Göre Su Üretim Miktarları

Desalinasyon Prosesi*

Birim Kollektör m2 başına Su Üretimi [L day1 m2]

Basit Güneş Kollektörü

4-5

H / D süreç Orta T güneş enerjisi kolektörü

12

MED MSF ile termal depolama-Med T güneş enerjisi kolektörü

40

SWRO-PV

200

VARI-RO DDE Parabolik Sterling güneş kolektörü

1200

* H / D: nemlendirme-nem alma;   MSF: çok aşamalı flaş;  MED: Çok etki damıtma;

SWRO-PV: Deniz suyu ters osmoz-fotovoltaik

 

2.2. Rüzgâr Enerjisi Uygulamaları ile İçme Suyu Üretimi

 Rüzgâr atmosferik basınç farkları tarafından üretilir ve güneş enerjisi ile kontrol edilir. Bağımsız bir rüzgâr enerjisi dönüştürücü sistemi (WECS) ile birlikte küçük su arıtma tesisi yardımıyla deniz suyu veya tuzlu suyu saf içme suyuna dönüştürmek için büyük bir potansiyel mevcuttur. (Şekil 5, sol) [21]. Ayrıca, bu sistem adalar gibi uzak bölgelerdeki potansiyel rüzgâr enerjisi kaynakları kullanarak deniz suyundan tatlı su üretimi için rüzgâr enerjisi sistemleri kullanabilir. Konvansiyonel yakıt kullanılarak su taşınması maliyeti ile karşılaştırıldığında bu sistemlerin avantajı, daha düşük maliyetle su üretimi sağlamasıdır. Rüzgâr kaynaklı desalinasyon tesisleri için farklı yaklaşımlar mümkündür. Birinci yaklaşımda, rüzgâr türbinlerinin yanı sıra desalinasyon sistemi bir şebeke sistemine bağlanır. Bu durumda, optimal boyutlu bir rüzgâr türbini sistemi ve deniz suyu desalinasyon sistemi için yakıt maliyeti söz konusu olmaz. İkinci yaklaşımda, rüzgâr türbinlerinin ürettiği elektrik kısmen ya da doğrudan bağlantı ile desalinasyon sistemine bağlantılıdır. Bu durumda, desalinasyon sistemi güç kaynağında rüzgâr nedeniyle oluşacak güç değişimleri ve kesintilerinden etkilenir. Bu güç değişimlerinin, desalinasyon sistemindeki ekipmanın performansı ve parça ömürleri üzerinde olumsuz bir etkisi olur. Dolayısıyla, sistemi dengelemek için piller, dizel jeneratörler ya da yedekleme sistemleri entegre edilebilir.

Ters Osmoz sisteminin tercih nedeni, düşük özgül enerji tüketimidir. Suyun pompalanması gerektiği için bu sistemler nispeten yüksek bir işletme basıncında çalışırlar. Sistemde geri kazanımlı özel türbinler kullanılarak enerjinin bir kısmı geri kazanılır. Çalışma basıncı, az tuzlu su için 10 -25 bar (yani 1-2.5 MPa) ve deniz suyu için 50-80 bar (yani 5-8 MPa) arasında değişmektedir[12].

Son zamanlarda, birçok orta ve büyük ölçekli su arıtma tesislerinde rüzgâr türbinleri ve/veya PV paneller kullanıldığı uygulamalar görülmektedir.

 Şekil 5. Rüzgâr tarlası ve rüzgâr türbini ile PV uygulaması

 2.3. Dalga ve Gelgit Enerjisi Uygulamaları ile İçme Suyu Üretimi

Dalga enerjisinden elektrik üretimi üzerinde çalışmalar her geçen gün yoğunlaşmaktadır [22]. Bu tür konvertörler, yerel elektrik şebekesine bağlantı olmadan ya da elektrik tahrikli deniz suyu desalinasyon tesislerine bağlanabilir.Dünya çapında işletilebilir dalga enerjisi kaynağının 2 TW olduğu tahmin edilmektedir. Bu nedenle elektrik üretimi için gelecek vaat eden bir seçenektir. Böylece, deniz suyu ters osmoz (RO) ile dalga gücü birleştirilmesinde bir potansiyel mevcuttur. Dalga ile çalışan desalinasyon sistemi, yeterince su ve efektif dalgalar ile çevreye duyarlı bir çözüm sunmaktadır. (Şekil 6).

Geleneksel yüzey esaslı endüstriyel desalinasyon tesislerinde ters osmoz (RO) teknolojisi uygulanarak giren deniz suyunun membran türü ve özellikleri ile besleme suyu tuzluluk derecesine bağlı olarak yaklaşık %20-35’i içme suyuna dönüştürülür. Arıtma işlemi sonunda kalan tuzlu su tekrar denize gönderilir. Ters Osmoz (RO) sistemler kurulurken gerekli olan yüksek basınçlı pompalar için gerekli basınç, tesisin çalıştığı derinlikteki deniz suyunun oluşturduğu hidrostatik basınçla sağlanır. Tuzu giderilmiş su, yaklaşık atmosfer basıncında bir denizaltı deposunda toplanır ve deniz yüzeyine pompalanır. Böylelikle yaklaşık %50 enerji tasarrufu sağlanır.

2.4. Jeotermal Enerjisi Uygulamaları ile İçme Suyu Üretimi

Jeotermal enerji dünyada oldukça geniş kullanım alanı bulmaktadır [23]. Bu enerji, ısı ve elektrik üretimi için kullanılabilir. Böylece, termal (MED, MSF, MD, VC) ve membran (RO, EDR) desalinasyon işlemleri için potansiyel teşkil eder. Jeotermal kaynaklardan buhar ve sıcak su üretilebilir. Kızgın kuru buhar kaynakları genellikle, geleneksel kaynaklardan daha ucuz olabilir, elektrik üretilir ve faydalı enerjiye dönüştürülür.

Desalinasyon tesislerinde jeotermal enerji kullanırken termal depolamaya ihtiyaç yoktur. 100 metreden daha derinde açılmış jeotermal kuyular, desalinasyon tesisi için kullanılabilir [17].

Günümüzün mevcut teknolojisi ile jeotermal enerjiden üretilebilecek enerji 10 GW- 70 GW iken gelecekte, dünya jeotermal elektrik kapasitesini 140 GW’a çıkarmak mümkün olacaktır[24].

3. Sonuçlar ve Görünüm

Hızla büyüyen desalinasyon pazarında, yenilenebilir enerjilerin kullanımı, içme suyu üretimi için makul bir seçenektir. 2017 yılında deniz suyu arıtma tesislerinin toplam kapasitesi 99.800.000 m3/gün (yaklaşık 36,4 milyar m3/yıl) ve yıllık desalinasyon pazarı bir önceki yıla göre % 14 büyümüştür[25]. Desalinasyon ve yenilenebilir enerji teknolojileri, güneş ve rüzgâr enerjilerinin kombinasyonları arasındaki belirleyici özellik, ekonomi ve teknoloji konusunda olacaktır. Özellikle, rüzgâr ve fotovoltaik (PV) ile çalışan membran prosesleri ve doğrudan ve dolaylı güneş destilasyonu en uygun teknolojiler olarak görülmektedir. Ancak, bu proseslerin uygulanabilirliği, besleme suyu kalitesi ve yerel kaynakların kullanılabilirliğine bağlıdır. Jeotermal enerjiye dayalı desalinasyon işleminde hiçbir enerji depolamaya gerek olmadığından, jeotermal enerji her yerde makul maliyetlerle çalıştırılabilir.

Yenilenebilir enerji kaynakları ile desalinasyon tesislerine yönelik Ar-Ge çalışmaları yapılarak, teknik ve ekonomik rekabet güçlendirilmelidir. Buradaki en büyük zorluk, yüksek verimli, efektif maliyetli sistemlerin birleştirilmesi ile oluşturulacak akıllı, sabit enerji üreten sistemleri bir araya getirmektir.

 

Kaynakça

1-     UNEP/GRID-Arendal. Global freshwater resources: quantity and distribution by region. UNEP/GRIDArendal Maps and Graphics Library, 2002a. Available at: http://maps.grida.no/go/graphic/global_freshwater_resources_quantity_and_ distribution_by_region(accessed September 2011).

2-     Harrison P.&Pearce F.:AAASAtlas of Population and Environment, 2001.Victoria Dompka Markham (ed.), American Association for the Advancement of Science and the University of California Press, 2001.

3-     Shiklomanov I.A.: World water resources: modern assessment and outlook for the 21st century, 1999. Summary of World Water Resources at the Beginning of the 21st Century, prepared in the framework of the IHP UNESCO. Federal Service of Russia for Hydrometeorology & Environment Monitoring, State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia.

4-   UNESCO: Summary of the monograph ’World Water Resources at the beginning of the 21st Century”, prepared in the framework of IHP UNESCO, 1999. www.espejo.unesco.org.uy/summary/html (accessedNovember 2011).

5-     León Diez, F. (ed.): AGUA. Special edition LaJornada, 2005, Mexico.

6-     Cataldi, R., Hodgson, S.&Lund, J. (eds): Stories from a heated earth—our geothermal heritage. Geothermal Resources Council, Davis, CA, 1999.

7-     Huang, S. & Liu, J.: Geothermal energy stuck between a rock and a hot place. Nature 463 (2010), p. 293.

8-     Lund, J.W.: Characteristics, development and utilization of geothermal resources. GHCBulletin, June (2007), pp. 1–9.

9-     Mahmoudi, H., Spahis, N., Goosen, M.F.A., Ghaffour, N., Drouiche N. &Ouagued, A.: Application of geothermal energy for heating and freshwater production in a brackish water greenhouse desalination unit: A case study from Algeria, J. Renew. Sustain. Energy Rev. 14:1 (2010), pp. 512–517.

10-  Serpen, U., Aksoy, N. &Öngür, T.: 2010 present status of geothermal energy in Turkey. Proceedings of Thirty-FifthWorkshop on Geothermal Reservoir Engineering, 1–3 February 2010, SGP-TR-188, Stanford University, Stanford, CA, 2010.

11-  Stefansson, V.:World geothermal assessment. Proceedings of the World Geothermal Congress, 24–29 April 2005, Antalya, Turkey, 2005.

12-  Eltawil, M.A., Zhengminga, Z. &Yuana, L.: A review of renewable energy technologies integrated with desalination systems. Renew. Sustain. Energy Rev. 13:9 (2009), pp. 2245–2262.

13-  Al-Hallaj, S., Farid, M.M.&Tamimi, A.R.: Solar desalination with a humidification-dehumidification cycle: performance of the unit. Desalination 120 (1998), pp. 273–280.

14-  Mahmoudi, H., Spahis, N., Goosen, M.F.A., Ghaffour, N., Drouiche N. &Ouagued, A.: Application of geothermal energy for heating and freshwater production in a brackish water greenhouse desalination unit: A case study from Algeria, J. Renew. Sustain. Energy Rev. 14:1 (2010), pp. 512–517.

15-  Goosen, M.F.A., Sablani, S., Shayya, W.H., Paton, C. & Al-Hinai, H.: Thermodynamic and economic considerations in solar desalination. Desalination 129 (2000), pp. 63–89.

16-  Fath, M.E.S.: Solar desalination: a promising alternative for water provision with free energy, simpletechnology and a clean environment. Desalination 116 (1998) pp. 45–56.

17-  Kalogirou, S.: Seawater desalination using renewable energy sources. Prog. Energy Combust. Sci. 31 (2005),pp. 242–281.

18-  Fahrenbruch, A. &Bube, R.H.: Fundamentals of solar cells. Academic Press, Orlando, FL, 1983.

19-  Wright, J.D.: Selection of a working fluid for an organic Rankine cycle coupled to a salt-gradient solar pondby direct-contact heat exchange. J. Sol. Energy Eng. 104:4 (1982), pp. 286 293.

20-  Childs, W.D., Dabiri, A.E., Al-Hinai, H.A. & Abdullah, H.A.: VARI-RO solar powered desalting study.

Desalination 125 (1999), pp. 155–166.

21-  Koschikowski, J. &Heijman, B.: Renewable energy drives desalination processes in remote or arid regions.Membr. Technol8 (2008), pp. 8–9.

22-  Davies, P.A. & Paton, C.: The seawater greenhouse in the United Arab Emirates: thermal modelling andevaluation of design options. Desalination 173 (2005), pp. 103–111.

23-  Dorn, J.G.: World geothermal power generation nearing eruption. Plan B Updates; Earth Policy Institute:Washington DC, USA, 14 August 2008, http://www.earthpolicy.org/Updates/2008/Update74.htm(accessed Sept. 2011).

24-  Fridleifsson, I.B., Bertani, R., Huenges, E., Lund, J.W., Ragnarsson, A. &Rybach, L.: The possible roleand contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change. In: O. Hohmeyer& T. Trittin(eds): Proceedings IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources, 20–25 January 2008, Lübeck,Germany, 2008, pp. 59–80.

25-  https://www.globalwaterintel.com/market-intelligence-reports/ida-desalination-yearbook-2017-2018