Agrivoltaik sistemler ile elektrikli traktörleri şarj etmek için doğru arazilerin saptanması

Abstract

İnsanlık çözüm bulamazsa, insanlığın önümüzdeki yıllarda üç büyük zorluk ile karşılaşacaktır. Bu zorluklar gıda kıtlığı, kuraklık ve enerji krizidir. Dikkat ile incelenirse bu zorluklar arasında ayrılmaz bağlar ve nedensellik ilişkileri vardır. Gelecekte şehirleşme, küresel ısınma, iklim değişikliği, hızlı nüfus artışı nedeniyle su, gıda ve enerji kaynakları için rekabet yoğun bir şekilde artacaktır. Fosil yakıtların birincil enerji kaynağı olarak kullanılması, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. Bu yenilenemez yakıtların olumsuz çevresel etkileri vardır. Bu sorunlarla mücadele etmek için güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı artmaktadır. Bu kaynaklar fosil yakıtlara göre daha az zararlı etki üretirken daha fazla arazi alanı gerektirmektedir. Şehirleşme ve artan nüfus da arazi talebini artırarak enerji dönüşümü için gerekli araziye sahip olmayı engelliyor. Tarım ve enerji yakından bağlantılıdır. Tarım endüstrisinde enerji üretme ve tüketme şeklimiz, çevre ve artan nüfusu besleme becerimiz üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Tarım makinelerine güç sağlamak için dizel gibi fosil yakıtların kullanılması çevreye zarar veriyor ve sürdürülebilir değil. Güneş enerjisi üretiminin tarımla entegrasyonu olan "Agrivolaikler" sürdürülebilirliği artırma ve fosil yakıt kullanımının olumsuz etkisini azaltma potansiyeline sahiptir. Elektrikli Traktörler gibi elektrikli araçlar da verimliliği artırabilir ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltabilir. Bu teknolojiler, tarım alanlarının korunmasına ve su kıtlığı riskinin azaltılmasına yardımcı olabilir. Son yıllarda, elektrikli traktörlerin benimsenmesi ve agrivoltaik(tarımges) olarak da bilinen fotovoltaik panellerin tarım alanlarına entegrasyonu, çiftçiliğin ve tarım sektöründeki üretimin karbon ayak izini azaltmak ve tarımsal üretimde oluşan enerji talebinin kendi kendine yeterliliğini sağlayan modelleri artırmak için umut verici alternatifler olarak ortaya çıktı. Bununla birlikte, elektrikli traktörlerin ve agrivoltaiklerin yaygın olarak konuşlandırılması, ilgili teknik, ekonomik ve çevresel faktörlerin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını gerektirmektedir. Bu yüksek lisans tezi, Coğrafi Bilgi Sistemleri (GIS), parçacık sürüsü optimizasyonu ve k-means kümeleme kullanarak elektrikli traktörlerin ve agrivoltaiklerin belirli bir tarımsal bağlamda uygulanmasının fizibilitesini değerlendirmek için bir metodoloji geliştirmeyi amaçlamaktadır. Çalışmada kışlık buğday ekimi ve güneş enerjisi üretimine odaklanılmıştır. Çalışma ayrıca elektrikli traktörlerin ve agrivoltaiklerin potansiyel faydalarını ve zorluklarını değerlendirmek için arazi, hava durumu ve yenilenebilir kaynaklar hakkındaki verileri içermektedir. Ayrıca bu teknolojilerin ve modelin tarım sektöründe uygulanmasına yönelik öneriler sunulacaktır. Bu bağlamda bu çalışmada, K-means ve parçacık sürü optimizasyonu (PSO) kullanılarak bir güneş enerjisi santralinin arazide en uygun yerini belirlemek için bir hibrit optimizasyon modeli geliştirilmiştir. Bu yaklaşımın amacı, fotovoltaik güç çıkışını en üst düzeye çıkarmak ve elektrikli traktörler gibi elektrikli tarım makinelerinin yeterince şarj edilmesini sağlamaktır. Bu modelin kullanılması tarım endüstrisinin verimliliğini ve sürdürülebilirliğini artırmaya yardımcı olabilir. Bu çalışmada, öklid mesafesine dayalı parsel kümeleri oluşturmak için K-means algoritması kullanılmıştır. Parçacık sürüsü optimizasyonu (PSO) algoritması daha sonra bir amaç fonksiyonuna dayalı olarak en uygun parseli bulmak için kullanılır. İlk iterasyonda enerji talebi karşılanmazsa, küme sayısı birer birer artırılır ve yeni optimal parseller aramak için PSO kullanılır. Bu işlem, hesaplanan enerji talebi seçilen parseller tarafından karşılanıncaya kadar tekrarlanır. Algoritma tarafından bulunan optimum parselde üretilebilecek güneş enerjisi miktarını dünya çapında çoğu yer için bu bilgileri sağlayan bir web uygulaması olan PVGIS'ten gelen güneş radyasyonu ve fotovoltaik (PV) sistem enerji üretim verileri kullanılarak bulunur. Daha gerçekçi sonuçlar elde etmek için gerçek parsel verileri kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan veriler TKGM (Türkiye Tapu Ve Kadastro Genel Müdürlüğü) web sitesi kazınarak elde edilmiştir. Çalışmada kullanılan parsel verileri Büyüköz (Ahirli/Konya'da bulunan bir köy), Karkin ve Üçhüyük'e (Çumra/Konya'da bulunan iki köy) aittir. Bu çalışmada bir alanın enerji talebini belirlemek için Avustralya'daki Yeni Güney Galler eyaleti hükümeti, yanlış traktörün kullanılması yakıt israfına ve erken arızalara neden olabileceğinden, çiftçilere arazileri ve mahsulleri için uygun güçte traktörleri seçmelerine yardımcı olan klavuzdan yararlanılarak oluşturulmuştur. Algoritmadan beklentilere ve içgüdüye uygun sonuçlar elde edildi. Fakat bu çalışmanın en önemli çıktısı olarak, elektrikli traktörün enerji talebi, kullanılan ekipman sayısı ve tipini etkilediğinden dolayı yetiştirilen ürünlere bağlı olarak değişeceğindan dolayı planlamanın tarımda özellikle enerji tüketimi ve üretimi için kritik öneme sahip olduğunu sonucuna da varılmıştır.