Toplu taşımada fotovoltaik bazlı matematiksel model

İçten yanmalı motorların kullanıldığı toplu taşıma sistemleri karbon emisyonunun artışında şüphesiz çok büyük bir rol oynuyor. Öte yandan, karbon ayak izini azaltmak ve sürdürülebilirlik hedeflerini karşılamak için enerji dönüşüm verimliliği yüksek elektrikli araçlara olan talebi artırmaktadır. Bu bağlamda, son yıllarda daha çevreci çözümler bulmak için çeşitli çalışmalar yürütülmektedir. Örneğin, kamu araçlarının elektrikli hale getirilmesinin önemli olduğu ortaya konulmuştur.

Türkiye’de toplu taşımada kullanılan elektrikli metrobüsler, diğer ülkelerden farklı olarak ayrı bir yol güzergahına sahiptir. Bu nedenle, mevcut çalışmalardan hiçbiri Türkiye’de elektrikli metrobüslerin optimum planlanması için bir çözüm değildir.

Bu çalışma, Türkiye’nin en kalabalık şehri olan İstanbul’da toplu taşıma sektöründe sıklıkla kullanılan ve garajları bulunan metrobüslere odaklanır. metrobüslerin bulunduğu İETT Avcılar Metrobüs garajı için çevre dostu bir Metrobüs Şarj İstasyonu Optimizasyon Modeli tasarlanmıştır. Tasarlanan bu model, statik koşullara ve optimum zamanlamaya sahip, şebeke ve yenilenebilir enerji sistemleri ile entegre ve gerektiğinde şebeke ile enerji alışverişi yapabilir olacak şekildedir.

Tek amaçlı MILP (Mixed Integer Linear Programming), yenilenemeyen enerji kullanım maliyetini en aza indirerek yenilenebilir enerji kullanımını en üst düzeye çıkarır ve metrobüslerin planlanan seferlere en iyi şekilde atanmasını sağlar. Ayrıca model, GAMS (general algebraic modeling system) çözücüsünde çözülmüş ve çevre dostu bir yaklaşımın maliyetli olmadığı gözlemlenmiştir.

Bu durum, sürdürülebilirlik, karbon ayak izini ve iklim değişikliğini azaltmak, doğal kaynakları korumak ve aynı zamanda kirliliği önlemek açısından büyük bir önem teşkil etmektedir. Dünya ve üzerindeki yaşamı güvence altına almak için gereklidir. Özellikle sera gazı emisyonlarının neden olduğu tahribat, çevresel etkiyi ve canlıların sağlığını önemli ölçüde etkilediği için insanlar küresel ısınmanın önüne geçmek için çalışmaktadır.

Sürdürülebilir ulaşım planlaması, verimli toplu taşıma sistemleri oluşturmaya, aktif ulaşım seçeneklerini teşvik etmeye ve şehirlerin genel yaşam kalitesini iyileştirmeye odaklanmaktadır. Bu çalışmada, bir PV (fotovoltaik) sistemi ile entegre edilmiş elektrikli otobüslerin şarj sürecini planlamak için optimizasyon tabanlı bir enerji yönetim modeli önerilmiştir. Bu modelin amaç fonksiyonu, elektrikli otobüs istasyonunun günlük şarjındaki enerji maliyetini minimize etmektir. Yapılan bu çalışmanın literatüre katkıları aşağıdaki gibidir:

• Bir tarafta şebekeden gelen yenilenemeyen enerji kaynaklarından (petrol, doğalgaz vb.) elde edilen enerji kaynağı bulunuyor ve bu kaynaklar çevre dostu olmadığı için kullanılması istenmiyor. Diğer taraftan ise güneş ve rüzgar gibi daha çevre dostu ve yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen alternatif enerji seçeneği bulunuyor.
• Kurulacak olan modelde bazı araçlar her iki enerji türünü de kullanabilir yani hibrit bir yakıtla çalışıyor olabilir. Fakat araçların yenilenebilir enerji kaynaklarını maksimum düzeyde, yenilenemeyen enerji kaynaklarını ise minimum düzeyde kullanması için planlanmış listelere dayalı bir atama modeli geliştirildi.
• Modelde araçlar, güneş panellerinin ürettiği yenilenebilir enerji kaynağını maksimum düzeyde kullanacak ve sera gazı emisyonlarını minimum düzeye indirecek şekilde görevlendirilecek şekilde planlandı. Bu nedenle model şebeke ile bağlantılı olarak yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynaklarının bir arada kullanıldığı metro, tramvay, otobüs, metrobüs gibi toplu taşımalara uygulanabilecek genel bir modeldir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını en üst düzeye çıkaracak ve üretimini teşvik edecek bir atama sistemi oluşturulması hedefleniyor.¹

Yapılan başka bir çalışmada ise plug-in şarj sisteminde gece yapılan şarjın yeterli olmayışı ve gündüz çalışma saatlerinde de aracın şarj edilmesi gerektiğinden bahsediliyor. Akü değişimi yapmak, bitmiş aküyü tam şarjlı bir aküyü ile değiştirerek alternatif bir seçenek sunar. Yani yenilenemeyen enerji kullanmak yerine, hem plug-in hem de akü değişimi içeren bir hibrit şarj sistemi sunulmuştur.

Toplu taşıma sistemlerinde içten yanmalı motorlar yerine yenilenebilir enerji kaynakları ile entegre elektrikli araçların toplu taşımada yer alması ülkeler için büyük önem arz etmektedir. Elbette geleneksel araçlar yerine elektrikli araçların tercih edilmesi şebekeye ekstra bir yük getiriyor. Buna karşın, Türkiye’de İstanbul ve bazı öbür şehirlerde içten yanmalı motorlu metrobüsler yerine toplu taşıma için hayati önem taşıyan elektrikli metrobüslere geçiş sağlanmaya başlanmıştır.

Plug-in PV tabanlı elektrikli ulaşım araçları, sera gazı emisyonlarını önemli ölçüde azaltma ve hava kalitesini iyileştirme potansiyeline sahip olduklarından, fosil yakıtlara dayanan geleneksel araçlara umut verici bir alternatiftir.

*photovoltaic:güneş panelleri sayesinde Güneş’ten elektrik elde etme yöntemi.

*plug-in: fiş/priz ile şarj

Kaynaklar

1. Saray, M., Saray, M., Kazan, C., & Guner, S. (2024). Optimization of renewable energy usage in public transportation: Mathematical model for energy management of plug-in PV-based electric metrobuses. Journal of Energy Storage, 78, 109946.
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772586322000065