Elektrikli otobüsle toplu taşıma filolarında dinamik fiyat ve karbon emisyonlarına göre şarj yönetimi

Abstract

Ulaşım sektöründe en büyük paylardan biri toplu taşımaya aittir ve en çok tercih edilen toplu taşıma araçlarında biri de belediye otobüsleridir. Çevre ile ilgili kaygıların ve karbon emisyonlarını azaltmaya yönelik önlemlerin artması ve içten yanmalı motorlara sahip araçların yakıt maliyetlerinin de artmasıyla elektrikli otobüslere olan talep günden güne belirgin bir şekilde artış göstermektedir. Türkiye pazarında kullanılan, farklı marka ve model birçok elektrikli otobüs yer almaktadır. Batarya kapasiteleri, km başına enerji tüketimleri, dolu kapasite ile gidilebilecek menzilleri ve şarj güçleri birbirinden farklı olan, bunun yanında belediye otobüsü olarak kullanılabilecek elektrikli otobüsler bu tez çalışmasında kullanılmıştır. Elektrikli otobüslerin şarj güçleri, günlük katettikleri mesafe ve günlük enerji tüketim maliyetleri, sıradan binek araçlara göre çok daha fazladır. Ayrıca ilk seferlerine çıktıktan sonra, gün boyunca yoğun bir sefer programı içindeki kısıtlı zamanlar içerisinde kısmen şarj edilebilmeleri mümkündür. Değişken elektrik birim fiyatları ve ülke genelinde devreye giren santrallere göre üretilen elektriğin zaman göre değişen karbon emisyonu miktarları (gCO2/kWh) göz önüne alınarak otobüs filolarının şarj süreleri koordine edilebilir ve bu sayede şarj maliyetleri ve karbon emisyonu azaltılabilir. İstanbul'da toplu taşıma hizmeti sağlayan kuruluş, İstanbul Elektrik Tramvay ve Tünel İşletmeleri (İETT)'dir. Çalışmada İETT'ye ait bir belediye otobüsü hattı seçilmiştir. Bu otobüs hattı, başlangıç noktası Kadıköy, varış noktası Sabiha Gökçen Havaalanı olan E-10 hattıdır. Seçilen hatta ait hareket saatleri, sefer süreleri, hat uzunluğu ve sefer sayısı bilgileri kullanılmış ve bu hatta çalışan tüm otobüslerin elektrikli otobüs olduğu, bu otobüslerin sadece başlangıç ve bitiş duraklarında şarj edilebilme imkanı olduğu varsayılmıştır. Filolardaki elektrikli otobüslerin günlük hareket saatlerinden faydalanılarak, otobüslerin şarj istasyonlarında bekleme ve şarj olma süreleri modellenmiştir. Bekleme süreleri, otobüslerin günlük seferlerinde herhangi bir aksama oluşturmayacak şekilde hesaplanmaktadır. Şarj olma süreleri, otobüs hatlarında kullanılan farklı marka ve modellerdeki batarya kapasitelerine, dolu batarya ile gidilebilecek menzillerine ve şarj güçlerine göre değişkenlik göstermektedir. %100 batarya doluluk seviyesi (SoC) ile seferlerine başlayan otobüslerin, ilk seferlerinden itibaren varış noktasına ulaşana kadar bataryalarındaki enerji azalmaktadır. Otobüsler iki sefer arasında, başlangıç ve bitiş duraklarındaki şarj noktalarında kısmen şarj edilmektedir. Kısmen şarj etme durumunda otobüslerin günlük seferleri tamamlanana kadar batarya doluluk seviyeleri %20'nin altında inmeyecek şekilde yönetilmektedir. Temel durumda şarj noktalarında gün boyunca değişmeyen, belirli bir şarj olma süresinde otobüslerin enerji tüketimi, maliyet ve emisyon değerleri hesaplanmıştır. Sonrasında, şarj sürelerinin gün boyunca dinamik olarak yönetildiği senaryolar incelenmiş ve temel senaryoyla karşılaştırılmıştır. Şarj süreleri yönetilirken, karar verilmesini sağlayan etkenler, saatlik dinamik elektrik birim fiyatı ve saatlik birim enerji tüketimi başına CO2 emisyonu miktarları olmaktadır. Fiyat bilgisi, son tüketiciye yansıyan perakende saatlik elektrik birim fiyatı verisi ile yönetilmektedir. Şarj yönetimi sayesinde elektrik tüketim maliyetlerinde %18'lere varan bir azalış olacağı sonucuna ulaşılmıştır. Şarj yönetiminde baz alınan bir diğer etken ise saatlik dinamik birim enerji tüketimi başına CO2 emisyonu miktarları olmaktadır. CO2 emisyon değeri, ülke genelinde devreye alınan santrallerin türleri ve kullandıkları kaynaklara göre, saatlik enerji üretimi sonucu doğaya salınan CO2 emisyon miktarı değerleri ile modelde kullanılmıştır. Bu sayede, sabit sürelerde şarj edilmeye kıyasla, karbon emisyonlarında %16'lara varan bir azalış olacağı sonucuna ulaşılmıştır. Tezin ilk bölümü olan giriş bölümünde teze ait genel bilgiler verilmiş olup, literatür çalışmaları detaylı olarak incelenmiş, karşılaştırılmış ve tezin yazılma amacı ortaya konmuştur.