İklim değişikliğinin Akdeniz akıntı sistemine etkisinin modellenmesi ve yenilenebilir enerji kaynaklarından olan akıntı enerji potansiyelinin Türkiye kıta sahanlığı için analizi

Abstract

Sanayi devriminden günümüze kadar olan süreçte fosil yakıt kullanımındaki artış Dünya yüzey sıcaklığının ortalama 1,5 ºC artmasına sebep olmuştur. Sıcaklık artışıyla karasal ve sucul ekosistemlerde yaşanan değişimler canlıların yaşamsal faaliyetleri üzerinde olumsuz olarak nitelendirilebilecek etkilere neden olmaktadır. Tez kapsamında ele alınan Akdeniz bölgesi iklim değişikliği etkilerinin en fazla görüldüğü yerlerin başında gelmektedir. Son yıllarda bu olumsuz etkilerin azaltılması için yapılan çalışmaların başında yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yatırımların arttırılması gelmektedir. Okyanus sirkülasyonu, Koriolis, tuzluluk, deniz suyu sıcaklığı, yoğunluk farkı vb. olguları arasındaki etkileşim deniz akıntılarını meydana getirmektedir Deniz akıntılarından elde edilen akıntı enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir ve önümüzdeki yıllarda birçok ülkenin enerji ihtiyacının önemli bir kısmını karşılayacağı düşünülmektedir. Çalışmada uzaktan algılama yöntemleri sayesinde temin edilmiş ve yerinde ölçüm verileriyle kalibrasyonu yapılmış olan Copernicus Marine Service uydu verileri kullanılmıştır. 1987-2021 çalışma periyodu, 4 x 4 km alansal çözünürlük ve saatlik olan veri setinde 1-20 metre ve 20-50 metre derinlikler göz önünde bulundurulmuştur. Ayrıca çalışmada, akıntı enerjisi sayesinde potansiyel enerji üretimi örnek olarak kullanılan bir su altı türbin sistemi göz önünde bulundurularak hesaplanmıştır. Modelleme çalışması kapsamında 2022-2100 periyodu lineer modelleme yapılarak periyotlar arasındaki akıntı hız farklılıkları tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda 1-20 metre derinlik maksimum akıntı hızı Aralık-Ocak-Şubat Sezonu 3,4 m/s, 20-50 metre derinlik maksimum akıntı hızı Aralık-Ocak-Şubat sezonu 3,6 m/s olarak tespit edilmiştir. Türkiye kıta sahanlığı içinde kalan bazı bölgelerde 1-20 metre derinlik için 2,6 m/s, 20-50 metre derinlik için ise 2,2 m/s akıntı hızı olan noktalar saptanmıştır. Mevcut tez kapsamında, Türkiye kıta sahanlığında içinde tespit edilen alanlarda enerji kazanım potansiyeli 1-20 metre derinlik için 960 ile 1200 GWh/yıl, 20-50 metre derinlik için ise 800 ile 1000 GWh/yıl arasında değiştiği belirlenmiştir. Modellemede 1-20 metre derinlik için 2030-2050 ve 2080-2100 yılları arası maksimum akıntı hız farkı 1,2 m/s olarak tespit edilmiştir. 20-50 metre derinlik için 2030-2050 ve 2080-2100 periyodu akıntı hız farkı maksimum 1,3 m/s olarak saptanmıştır. Modelleme kapsamında (2022-2100) derinlikler arasındaki akıntı hız farkı maksimum 0,7 m/s olarak saptanmıştır. Ayrıca 2030-2050 ve 2080-2100 yılları arasında derinlikler arası akıntı hız farkı sırasıyla maksimum 0,3 m/s ve 0,7 m/s olarak tespit edilmiştir. Modelleme çalışması sonucunda Türkiye doğu Akdeniz kıyılarında genellikle 1-20 metre arasındaki akıntının 20-50 metre derinlikteki akıntıya kıyasla daha güçlü olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca akıntı hızının boylamsal olarak bir artış eğiliminde olduğu ve çalışma periyodu kapsamında yaklaşık 2,6 m/s’ye ulaştığı saptanmıştır.

The increasing use of fossil fuels since the Industrial Revolution has caused the Earth's surface temperature to rise by an average of 1.5ºC. The changes in terrestrial and aquatic ecosystems associated with the rise in temperature have negative effects on the vital activities of living organisms. The Mediterranean region, which is the subject of this thesis, is one of the places most affected by climate change. In recent years, one of the main efforts to reduce these negative effects has been to increase investments in renewable energy sources. The interaction between ocean circulation, Coriolis, salinity, temperature, density difference, etc. creates ocean currents. Ocean current energy is one of the renewable energy sources and is expected to provide a significant part of the energy demands of many countries in the future. Copernicus Marine Service satellite data, obtained by remote sensing methods and calibrated with in-situ measurement data, were used in the study. The data set included the study period 1987-2021, 4 x 4 km spatial resolution, hourly data set, depths of 1-20 meters and 20-50 meters. In addition, the study calculated the potential energy production from the current energy by considering an underwater turbine system as an example. As part of the modeling study, the period 2022-2100 was linearly modeled and the current velocity differences between the periods were determined. As a result of the study, the maximum current speed at 1-20 meters depth was determined to reach 3,4 m/s in December-January-February season and the maximum current speed at 20-50 meters depth was determined to reach 3,6 m/s in December January-February season. In some areas within the Turkish continental shelf, points with current velocities of 2,6 m/s for 1-20 m depth and 2,2 m/s for 20-50 m depth were determined. Within the scope of this thesis, it was determined that the energy recovery potential in the identified areas of the Turkish continental shelf varies between 960-1200 GWh/yr for 1-20m depth and 800-1000 GWh/yr for 20-50m depth. In the modeling, the maximum current velocity difference between 2030-2050 and 2080-2100 for 1-20 meters depth was determined to reach 1,2 m/s. For 20-50 meters depth, the maximum current velocity difference for 2030-2050 and 2080-2100 was determined to reach 1,3 m/s. During the modeling period (2022-2100), the maximum current velocity difference between depths was determined to reach 0,7 m/s. In addition, between 2030-2050 and 2080-2100, the maximum current velocity difference between depths was determined to reach 0,3 m/s and 0,7 m/s, respectively. As a result of the modeling study, it was determined that the current between 1-20 m depth is generally stronger than the current between 20-50 m depth in the eastern Mediterranean coast of Turkey. It was also found that the velocity of the current tends to increase in the longitudinal direction and reaches about 2,6 m/s within the study period.