Denizde Petrol Ve Rüzgar Projelerinin Farklı Mesleki Disiplinler İçeren Bir Çerçeve Dahilinde Tartışılması Ve Monte Carlo Metodu İle Fizibilite Değerlendirmesi

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2016-01-21
Yazarlar
Soylu, Mahmut Erbil
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
Yeni nesillere daha parlak bir gelecek bırakmak amacı dahilinde bol, ucuz ve temiz enerji kaynaklarına ulaşmak için açık deniz enerji yatırımları, Türk Enerji Politikaları dahilinde ciddiyetle dikkate alınması gereken oldukça önemli bir husustur. Bu tez çalışmasında farklı tipteki birçok enerji amaçlı deniz projesi hakkında temel bilgiler paylaşılacak olup; akabinde tanıtılan projeler hakkında operasyonel yaklaşımlar aktarılacaktır. Operasyonel yaklaşımlar ile paralel olarak, bu projelerde faydalanılan açık deniz yapıları hakkında bilgiler paylaşılacaktır. Ortaya koyulmuş olan deniz projeleri hakkında olasılıksal yatırım ve gelir modelleri oluşturularak, soyut ancak gerçekçi bir yaklaşım dahilinde oluşturulan 10 yıllık bir yatırım senaryosunun Monte Carlo modeli finansal simulasyonu oluşturulacaktır. Finansal senaryonun oluşturulmasındaki temel amaç, buna benzer bir stratejik plan takip edildiğinde ortaya çıkacak olan maddi kazancın tahmin edilmesi ve Türk Enerji Endüstrisine sağlayacağı katkının derecesinin belirlenmesi olacaktır.       Bu tez çalışması dahilinde su derinliği kısıtlaması olarak 400ft derinlik tercih edilmiştir. Bu su derinliğinin tercih edilmesi arkasındaki temel etmen, 400ft su derinliğinin günümüzde hali hazırda kullanımda olan sütun yardımı ile stabilize mobil deniz platformların büyük bir çoğunluğunun azami çalışılabilir su derinliği değeri olmasıdır. Bu derinlik değeri günümüzde sığ ve derin tip deniz alanlarında gerçekleştirilen enerji projeleri içerisinde operasyon prensipleri, ekipman, makina, deniz araçları, yapısal gereksinimler ve hidrodinamik problemlerin farklılıkları açısından en belirgin limit olarak kabul edilebilir.  Giriş bölümünde, ilerleyen bölümlerde değinilecek olan farklı tipteki projeler hakkında genel bilgiler verilmiştir. Bu bölüm dahilinde, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde rüzgar enerjisinin Avrupa'daki durumu ve gelecekle ilgili beklenir projeksiyonları, deniz alanlarında gerçekleştirilen rüzgar projelerinin günümüzdeki durumu ve yakın gelecekteki beklenir durumu hakkında bir takım istatistiki bilgiler paylaşılmıştır. Bu paylaşımdaki temel amaç deniz alanlarında gerçekleştirilecek olan rüzgar enerjisi projelerinin çok önemli bir gelişim evresine girdiğinin tespitidir. Ayrıca, 2015 yılında gerçekleştirilen Avrupa rüzgar enerjisi beklenir gelişim senaryosunda deniz alanlarında gerçekleştirilecek olan projelerin toplam kapasite içerisindeki pay artışına da değinilmiştir. Buna ek olarak doğal gaz depolama konusu ilerleyen bölümlerde tartışılacak proje ile ilgili bir takım kavramların tanımları verilmiş olup buna ek olarak birçok farklı ülkenin doğal gaz depo hacimleri ve doğal gaz tüketimleri ile ilgili oransal bilgiler paylaşılarak, Türkiye'nin durumu ve hedefleri karşılaştırılmıştır.  Giriş bölümünde değinilen diğer bir konu ise hidrokarbon rezervlerinin geliştirilmesi ve ekonomiye kazandırılması konusunda gerçekleştirilen fizibilite çalışmalarının  değişken pazar koşulları ve teknik zorluklar nedeni ile zamana bağlı olarak oldukça farklı sonuçlar vermesi ve bu tür değerlendirmeler gerçekleştirilirken ön planda tutulması gereken parametreler ile ilgili bilgiler verilmiştir. Tez çalışmasının ikinci bölümünde deniz alanlarından rüzgar enerjisi üretimi konusu detaylı olarak ele alınmıştır. Bölüm dahilinde denizde rüzgar enerjisi üretiminin karadaki üretime nazaran avantaj sağladığı koşullar, Türkiye'deki potansiyel rüzgar alanlarının tespiti ve kategorizasyonu yapılmış olup birçok prospektif alan tanımlanmıştır. Öncül prospekt tanımlamalara ek olarak, deniz alanlarında rüzgar kaynaklarının değerlendirilmesi maksatlı ölçüm sistemleri ile alakalı bilgiler paylaışlmış olup, konu ile ilgili yeni geliştirilmiş olan bir laser teknolojisi hakkında bilgiler verilmiştir.  Deniz alanlarında rüzgar enerjisi projelerinde ilk ölçümler sonucu uygun olan yerlerin projelendirilmesi için gerekli olan esaslar üzerine tartışılmış olup, Türk deniz alanlarında ölçüm yapılması önerilen 33 deniz alanı ve önerilen 42 ölçüm lokasyon kordinatı listelenmiştir. Farklı potansiyele sahip görünen deniz alanları 3 kategori altında toplanmış olup bu noktadaki temel amaç farklı potansiyele sahip yörelerin farklı tarife politikalarına tabi tutularak  projelerin ulusal enerji stratejisi dahilinde şekillendirilmesi ve yönlendirilmesi için bir enstrüman olarak düşünülmesi gerekliliğidir. Bu noktada tarife Avrupa birliğindeki açık deniz rüzgar enerji fiyat politikaları hakkında bilgiler paylaşılmıştır. İkinci bölümün devamında, açık deniz rüzgar alanlarında gerçekleştirilecek olan rüzgar enerjisi projeleri hakkında genel bir projelendirme çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu noktada, Akçakoca yöresinden bir rüzgar ölçüm örneği üzerinden yıllık ortalama rüzgar hızı hesaplanmış olup, elde edilen ortalama hız Hellman'ın bağıntısı ile kullanılmak istenilen rüzgar türbininin rotor yüksekliğindeki ortalama hız kestirimi yapılmıştır. Yapılan kestirim, seçilmiş olan türbinin karakteristik rüzgar hızı, güç verimi eğrisi ile kesiştirilerek, bahsi geçen alanda, seçilmiş olan türbin ve spesifik rotor yüksekliğindeki kapasite faktörü belirlenmiştir. Üçüncü bölüm genel olarak deniz alanlarında gerçekleştirilen petrolcülük projelerinin tanıtılması ile ilgili olarak kurgulanmıştır. Konu ile alakalı olarak Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığının Kuzey Marmara doğal gaz depolama sahası üçüncü faz geliştirme projesi ile ilgili platform ve sondaj gereksinimleri tanımlanarak ileriki bölümlerde tanıtılan finansal simulasyon içerisine hangi varsayımlar dahilinde yerleştirildiği tarif edilmiştir. Bölüm dahilinde tartışılan geliştirme projesi iki adet sabit çelik platform üzerinden kazılacak olan 12'şer adet kuyu vasıtası ile doğal gaz depo rezervuarına yapılan enjeksiyon ve geri üretim miktarlarının arttırılarak, yerel pazarda herhangi bir kapasite fazlası ya da kısıt halinde devreye girerek doğal gaz ağının dengelemesinin gerçekleştirilmesidir. Üçüncü bölümde tartışılan diğer bir konu ise faaliyete başladığı tarihten günümüze ekonomik olarak başarı getirmeyen Akçakoca açık deniz doğal gaz sahasının yenilikçi bir bakış açısı dahilinde tekrar değerlendirilmesidir. Bakış açısı dahilinde üçüncü geliştirme safhası ile üretilebilir rezervlerin arttırılmasıdır. Akçakoca sahası'nın geçmişteki geliştirme faaliyetleri hakkında bilgiler verilmiş olup, sahada hali hazırda keşfedilmiş ancak geliştirilmemiş olan rezervler tablolanmıştır. Saha geliştirme konsepti dahilinde önceki geliştirme fazlarında inşaa edilmiş ve kullanımda olan 4 adet üretim platformunda bulunan proses ekipmanı ve sistemlerinden faydalanılması esas alınmıştır. Üretim platformlarının yüzey lokasyonlarından, geliştirilmek istenilen rezervlerin yatay ve düşey uzaklıkları belirtilmiş olup, yönlü sondaj teknolojisinin erişime el verdiği rezervlerin tercihi yapılmıştır. Bununla birlikte bahsi geçen geliştirme operasyonlarını gerçekleştirmek için temin edilmesi gereken sütun stabilize sondaj platformunın gerekli minimum sütun uzunluğu ve sondaj platformunda bulunması gereken teknik özellikler listelenmiştir. Dördüncü bölüm dahilinde önceki iki bölümde tartışılan denizde rüzgar ve petrolcülük projeleri ile ilgili kullanılması muhtemel olan sabit deniz yapıları ile ilgili yapısal analiz sonuçları paylaşılmıştır. Bölüm dahilinde gerçekleştirilen analizin metodolojisi tartışılmış, analizlerde kullanılan rüzgar, dalga ve akıntı yükleri ve diğer çevresel etmenlerin tanımları yapılmış olup birçok farklı tipteki sabit açık deniz yapısının dinamik davranışları ve doğal frekansları tespit edilmiştir. Analiz edilen deniz yapıları; rüzgar ölçümleri için kullanılması planlanan monopile tip açık deniz yapısı, rüzgar türbininin taşıyıcısı olan 4 bacaklı sabit yapısı, Akçakoca projesi içerisinde modifikasyonlara tabi tutulması planlanan üretim platformlarının, olası bir modifikasyon sonucunda dinamik davranışının ne şekilde değişmesinin beklendiği tartışılmıştır. Gerçekleştirilen yapısal analiz çalışmaları dahilinde öncelikle planlanan yapının üç boyutlu modeli oluşturulmuş olup, yapının taşıması beklenen harici yükler ve çevresel yükler belirlenmiştir. Harici ve çevresel yükleri farklı kombinasyonlarda yapı üzerine uygulayarak her  bir durumda yapı elemanları üzerinde oluşan stres miktarları hesaplanmıştır. Güvenlik katsayısı haricinde stres değerleri olan yapısal elemanların çapları ve malzeme et kalınlıkları arttırılarak daha mukavim hale getirilmiştir. Değiştirilen model tekrar üzerinde oluşan stresler tekrarlanmış ve bütün yapısal elemanlar stresleri istenilen düzeye eriştiği aşamada mukavim statik model tamamlanmıştır.  Statik model, zemin özellikleri ve zemine sabitleme elemanlarının da modele eklenmesi sonrası tekrar analiz edilerek, yapının temel mukavemeti kontrol edilmiştir. Zemin analizinde Ayazlı doğal gaz üretim platformu tasarımında kullanılan karot analizi sonuçlarından faydalanılmış olup, tez çalışması dahilinde tartışılan 7 farklı modelin her birinde aynı zemin modeli kullanılmıştır. Açık deniz yapısının taban geometrisi, su derinliği, harici yüklerin büyüklüğü ve çevresel yüklerin çeşitliliği bir arada değerlendirilmiş olup yapı üzerinde oluşan maksimum toplam moment tespit edilmiştir.  Bundan sonraki aşamada dalga yükleri belirli periyotlar ve dalga yüksekliklerinde yapısal model üzerinde uygulanarak, sabit yapıda oluşan hareketlerin doğal frekansları belirlenmiştir. Tespit edilen doğal frekansların kabul edliebilir aralıklarda olup olmadığı tartışılmış ve uygun olmadığı belirlenen modeller üzerinde tasarımın ilk aşamasına geri dönülerek, model geometrisi ve yapı elemanlarının özellikleri değiştirilmiştir. Yapılan analiz çalışmalarında SACS isimli analiz yazılımı kullanılmıştır.   Beşinci bölümde, 10 yıllık soyut ancak önceki bölümlerde gerçekçiliği tanıtılmış olan deniz enerji projelerin tek bir operatör tarafından gerçekleştirildiği varsayımı dahilinde finansal simulasyona esas operasyon sıralaması ve planlaması tartışılmıştır.  Bu tanımlama dahilinde farklı tip projelerdeki benzer operasyonlar gruplanarak detaylı planlama gerçekleştirilmiştir. Altıncı bölümde, bir önceki bölümde tanımlanmış olan operasyon senaryosuna uygun olarak farklı tiplerdeki açık deniz projelerinin, proje ömürleri, gelir modelleri, işletme giderleri ve buna benzer maliyetleri ve gelirleri etkileyen birçok parametre tanımlanarak projelerin ayrı ayrı gelir varsayımları yapılmıştır. Gelir varsayımları içerisinde olasılık metodu ile uyumlu sonuçlar vermesi amacı ile gelirler farklı tahmini fonksiyonlarla tanımlanarak gelecek dönemler için fiyat ve gelir tahminleri gerçekleştirilmiştir. Monte Carlo simulasyonu ile belirlenmiş parametre aralıklarından gelişigüzel çekilen değişkenler ile net günümüz değer hesaplamaları 1000 defa yapılarak %10 yıllık enflasyon değerine göre olasılık dağılım fonksiyonu oluşturulmuştur. Bu yapılan çalışma sonucunda net günümüz değerin histogramı çizilmiş olup birçok olasılıkta 2 milyar dolar üzerinde net günümüz değer hesaplanmıştır. Sonuç ve öneriler bölümünde ise yapılan çalışma sonucunda Türk denizcilik sektörü içerisinde rüzgar enerjisi ve petrol, doğal gaz projeleri alanına yatırımların arttırılması, sabit deniz yapılarının rüzgar enerjisi projelerinin popülerliğinin artmasına bağlı olarak yeniden önemli bir araştırma ve geliştirme konusu haline geldiği aktarılmıştır.
In order to achieve the ultimate goal of accessing abundant, cheap and clean energy for a brighter future for younger generations, investment on offshore energy industry should be considered as a game changer for Turkish Energy policies. Main purpose of this thesis study is to provide necessary background information on different types of offshore energy projects, representation of operational approaches on these projects, offshore structural requirements and considerations related with the operational approaches put forward, development of probabilistic cost and revenue models on represented concepts and application of a cost-revenue based consolidated financial simulation model based on a 10 year quite arbitrary but likely and realistic operational investment scenario. Purpose of application of this arbitrary scenario is to show, if this kind of a projection and will is put forward, what would be the expected results and order of magnitude of the expected monetary earnings and side benefits for the Turkish Energy Industry. Water depth limitation for the operations to be discussed within the scope of this text is 400ft and this comes from the water depth ratings and limitations of column stabilized offshore mobile units, jackup type of platforms. This limit can be considered as the most distinctive boundary between shallow and deep type of offshore construction and upstream development operations in terms of operating principles, required machinery and types of vessels, structural requirements and hydrodynamic nature of the physical problems to deal with.  Within the first chapter of this thesis, a brief introduction will be given about the current condition and future predictions of the offshore wind energy industry in Europe. In addition to this, brief information will be given on the extent of natural gas storage market, a general descriptive information will be provided on the marginality considerations of offshore hydrocarbon resources and nature of international offshore hydrocarbon ventures will be discussed.  The reason of this quite various portfolio to be brought together and represented under a consolidated scenario comes from the resemblance of the nature of the physical work to be done, similarities within the operational planning, capability of similar installation vessels and fixed steel substructures to be run for these different types of energy projects.  In the second chapter, main considerations regarding offshore wind preliminary prospectivity will be discussed and application of these considerations on Turkish seas will be applied. With regards to the limited available information in hand, preliminary categorization of the wind resources will be done and what needs to be done in order to evaluate the potential further will be discussed. Lidars will be discussed as an innovative technology in wind resource assessments and a preliminary resource assessment campaign methodology will be introduced. A reference design of a monopile type of platform equipped with lidar device will be introduced. Wind turbine power output estimation and considerations on selection of an applicable turbine and related substructure requirements will be discussed. A reference type of wind development project will be introduced in order to be incorporated into the financial simulation. Within the third chapter, three different types of upstream offshore projects will be introduced such as a gas storage project, a further development project on a marginal gas field and an arbitrary international offshore development project of the type "buyback contract". Necessary background information will be provided regarding the nature of these projects. In the fourth chapter, offshore sub-structures required in the aforementioned types of offshore projects will be discussed in detail such as wind measurement monopile platform, steel jacket type wind turbine sub-structure, gas storage jacket, modifications on existing jackets and dynamic behavior of these different types of fixed substructures will be evaluated. The natural frequencies and mode shapes of these substructures under environmental loading conditions will be evaluated in order to verify the validity of the reference designs.   Within the chapter named  "Operational Scenario", workflow of the arbitrary scenario will be demonstrated. Sequence of the operations and estimated costs of the operations will be put forward. Additional information will also be provided regarding the site set up for some of the critical operations provided within the operational scenario and requirements of offshore installation vessels will be discussed. In the sixth chapter, financial simulation methodology, revenue modeling of the previously demonstrated different types of offshore projects, methodology on projection of estimated costs will be introduced and results of the simulations will be tabulated. Finally, within the last chapter named "conclusions and recommendations", the results achieved within this thesis study will be summarized and recommendations will be put forward in order to achieve the ultimate goal of a developed and competitive offshore energy industry.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2016
Anahtar kelimeler
Açık Deniz Yapıları, Rüzgar Enerjisi, Doğal Gaz Depolama, Açık Deniz Petrol Ve Doğal Gaz Faaliyetleri, Offshore Structures, Wind Energy, Natural Gas Storage, Offshore Oil And Gas Activities
Alıntı