Yenilenebilir enerjide değişen teknolojiler

Yılda 500 milyon ton karbon salımı olan Türkiye’nin sürdürülebilir bir ekonomi ve çevre için  yenilenebilir enerji kaynaklarına daha fazla yatırım yapması gerekiyor.

Tarihteki ilk enerji savaşı (MÖ 312); Araplar ile Suriyeliler arasında Lût Gölü asfaltları sebebiyle çıkmıştır.

Lût Gölü’nün en garip özelliklerinden biri, zaman zaman su yüzeyine yığınlar halinde bitüm (asfalt) çıkarmasıdır. * 1905 yılında The Biblical World dergisi 1834’te 2.700 kilogramlık bir bitüm parçasının su yüzeyinde ilerleyerek kıyıya geldiğini bildirdi. Bitüm, “insan ırkının kullandığı ilk petrol ürünü” olarak tanımlanır (Saudi Aramco World Kasım/Aralık 1984). Bazıları asfalt yığınlarının Lût Gölü’nün dibinden koparak su yüzeyine çıkmasına, depremlerin neden olduğunu düşünüyordu. Fakat asfaltın diyapirlerle birlikte ya da çatlakların içinden geçerek yukarı süzülmesi daha olasıdır. Denizin dibine gelince orada bulunan tuzlu kayaçlarla birleşir ve bunlar eridiğinde asfalt yığınları su yüzeyine çıkar.

Bitüm yüzyıllar boyunca çeşitli amaçlarla, teknelerin su yalıtımında, inşaatlarda, hatta böcek kovucu olarak kullanıldı. Bazı uzmanlar aynı fikirde olmasa da, MÖ dördüncü yüzyılın ortalarına doğru Mısırlıların bitümü mumyalamada çokça kullandığı düşünülüyor.

2021 yılı Şubat ayı sonu itibariyle, Türkiye’nin kurulu gücü, 96,709 MW’dır. Bu kurulu gücün, yüzde 32,24’ü  hidroelektrik, yüzde 26,57’si doğal gaz , yüzde 10,46’sı Linyit, yüzde 9,50’si rüzgar, yüzde 9,29’u İthal kömür, yüzde 7,10’u güneş, yüzde 1,68’sı jeotermal, yüzde 11,26’sı yerli kömür ve kalan 1,9’u Biyokütledir.

Ülke olarak hayata geçirdiğimiz temiz enerji altyapısı ile sürdürülebilir bir dünya oluşturulacaktır.

YENİLENEBİLİRDE RÜZGARIN ÖNEMİ BÜYÜK

Rüzgar enerjisi günümüz dünyasında çok önemli bir rol oynuyor. Bu yöntemi geliştirmek için tüm dünyada bilim insanları türbinleri verimliliğini arttırmak amacıyla çalışmalarını sürdürüyor. Bu çalışmalarda bir tanesi WETO dur (Rüzgar Enerjisi Teknoloji Ofisi) bu kurum ABD’nin enerji departmanına bağlı çalışır ve 1998 yılından beri türbinlerin verimliliğinin seviyesini yükseltmeye katkı sağlıyor. Rüzgar enerjisi konusunda iki hususta ilerleme hedefleniyor, birincisi maliyeti düşürmek ve ikincisi türbinlerin verimliliğini daha doğrusu kapasitesini arttırmak. WETO son yıllarda farklı laboratuvarlar ve üreticilerle işbirliği yaparak yeniden bir inovasyonla karşımıza çıkıyor: türbin pervaneleri verimlilik konusunda cok etkilidir bu sebeple pervaneleri geliştirerek performansı doğrudan etkilemek söz konusu. WETO ve Sandia National Laboratories (Sandia Ulusal Laboratuvarları) beraber çalışarak yeni bir pervane türü tasarladı.Bu pervane enerji yakalama oranını yüzde 12 arttırıyor, bu özel pervanenin ismi de STAR (Sweep Twist Adaptive Rotor). STAR pervanenin özelliği ucunun hafif kıvrılmış olması böylece en düşük hızla olan rüzgarları da kullanmış oluyor.

STAR TÜRBİNİ

Pervanelerin ağırlığını azaltarak daha verimli türbinler inşa edilebilir ve bu alanda en çok yol kat eden şirket ACT Blade 2020’de tanıttığı yeni pervanelerde fiberglass yerine yüksek teknoloji tekstil ve kompozit kullanılmıştır.

Bu pervane yapısı standart pervanelere göre yüzde 24 daha hafiftir. Daha hafif olduğu için pervanelerinin boyu yüzde 10 uzatılabilir ve böylece yüzde 9 verimliliği arttırarak maliyetinde yüzde 6.7’lik düşüş sağlanmış oluyor.  

1980’lerin başında rüzgar türbinlerinin kanat çapı 15 metreydi. Yeni teknolojiler ile her bir kanat uzunluğu 85 metreye , kanat çapı ise 170 metreye ulaştı. Her birinin kanat uzunluğu 6 tane dorseli tırın peş peşe sıralanması olarak düşünülebilir.

GÜNEŞ ENERJİSİ

Güneş enerjisi gerçekten en ucuz ve yerli enerji kaynağı durumunda. Ges santrallerinin ekonomide ömrünün 25 yıl olduğunu düşünürsek 6.000 MW kurulu güç ile ithal enerji kaynaklarına harcayacak 15 milyar dolar kasamızda kalacak.

Güneş enerjisinin en cezbedici özelliği sadece ürettiği enerji değil bir yandan da kullanış olarak konut ve şehir içi kullanım konusunda en müsait yenilenebilir enerji turudur. Gün geçtikçe dünyada güneş panelleri kullanan vatandaşlar artıyor ve bu sayıyı arttırmak amacıyla bilim insanları daha verimli ve düşük maliyetli güneş panelleri tasarlamayı hedefliyor. Bu hedef için farklı yöntemler kullanılabiliyor bunlardan bir tanesi çift taraflı güneş paneli yaratmak. Bu tür paneller eğer açık renkli yüzeyleri koyulursa enerji üretimini yüzde 30’a kadar yükseltebilir.

Büyük alanlarda güneş enerjisinin üretimini arttırmak bazen daha kolay olabilir, ve bu konuda mühendisler alanlara daha farklı bakmaya başladı ve böylece yeni teknikler ortaya çıktı mesela yüzen güneş enerji sistemleri bunların adı Floatovoltaics. Bu sistemler yüksek sayıda panelleri yan yana suya dizerek elde ediliyor ve bu sistemler karada olan panellere göre yüzde 10’a kadar daha verimli olabiliyor. Bir avantajı daha büyük arazilere gerek olmadığı için daha düşük maliyetli olması.

GES’LERDE GÜNEŞ TAKİP SİSTEMİ (SOLAR TRACKER) UYGULAMALARI

Son yıllarda güneş enerjisi sistemlerinin yaygınlaşmasıyla birlikte, bu sistemlerdeki verimliliği arttırmaya yönelik yapılan uygulamalara ( güneş takip sistemi) da büyük önem veriliyor.

Güneş enerji sistemlerinde verimi etkileyen birçok etken vardır. Güneş enerjisinden sürekli faydalanamama ve fotovoltaik hücrelerin maksimum verimi güneş ışınları dik geldiği zaman vermelerinden dolayı, sabit olarak kurulan panellerden maksimum verim almak zorlaşıyor. Bu sebepten oluşan verim kaybının önüne geçmenin en etkin yollarından biri; verimliliği yüzde 40’a kadar artırabilmeyi sağlayan güneş takip (solar tracker – güneş izleyici) sistemleridir. 

Güneşten gün boyu yararlanmak amacıyla sabit sistemlerin güneye bakması önem teşkil edip, enerji verimliliğini artırdığı bilinen bir gerçektir. Fakat tracker GES sistemleri (GES takip sistemi) bu verimliliği bir tık öteye taşıyıp güneşten yararlanma süresini gün boyuna taşıyor. Güneş takip sistemi sayesinde güneş enerjisinden gün boyu istifade edebilme olanağı ile kaybolan kısmın tekrar sisteme katılımı ve verimin artması sağlanabiliyor.

Güneş takip sistemleri takip ekseni ve kontrol yöntemlerine göre farklılık göstermektedir. Genel olarak güneş takip sistemlerini şu şekilde sınıflandırabiliriz:

• Kullanılan Eksen Sayısına Göre Güneş Takip Sistemleri

• Tek Eksenli Kontrol Sistemleri

Bu kontrol sistemlerinde panel sadece tek eksende hareket etmektedir. Güneş takip sistemi sayesinde verimliliği yaklaşık yüzde 20-25 oranlarında arttırmak mümkündür. Tek eksenli kontrol sistemlerinde panel kuzey-güney hattına yerleştirilir ve hareketi doğu-batı ekseninde yapılır.

• İki Eksenli Güneş Takip  Sistemleri 

İki eksenli kontrol sistemlerinde Güneş’in gökyüzündeki konumunu belirten iki açı değeri ile takip gerçekleştirilir. Bu kontrol sisteminde eksenlerden biri azimuth ekseni, diğeri ise zenith ekseninde hareket etmektedir. İki eksenli kontrol sistemi ile panel verimliliği yüzde 30-40 oranlarında iyileştirilebilir.

YÜZER GES UYGULAMALARI

Yüzer Güneş Enerji Santrali (Yüzer GES), PV modüllerinin yaygın olarak arazi veya çatı yerine su yüzeyinde yüzen yapılara kurulduğu sistemlerdir.

Dünyanın ilk yüzen güneş enerjisi santrali Japonya’nın, Honshu merkezindeki Aichi bölgesinde inşa edilmişti. Bugün Japonya’daki birçok göl ve rezervuar dünyanın en büyük 100 güneş enerjisi santralinin 73’üne ev sahipliği yapıyor. Tüm bu tesisler 246 megavatlık güneş enerjisi kapasitesinin yarısını oluşturuyor.

Dünyadaki kurulu Yüzer GES kapasitesi, 2015 yılında 68 MW iken 2019 yılının sonunda toplam 2,1 GW’a yükselmiştir. Önümüzdeki 3 yıl içinde dünyada kurulacak GES’lerin yüzde 2’sini yüzer GES’lerin oluşturması beklenmektedir. Şu an en hızlı büyüyen güneş enerjisi santral tipi olarak kabul edilmektedir.

Yüzer GES endüstrisi hızlı bir şekilde ortaya çıkmış ve kısa sürede gelişmiştir. Hala gelişen bir alan olması sebebiyle eklenen yeni teknolojiler ve gelişmelerin yanı sıra, iyi kurulmuş teknik standartların eksikliği nedeniyle belirsizlik ve karışıklık da getirmektedir. Aynı durum yüzer GES fiyat seviyeleri için de geçerlidir.

Dünya Bankası son zamanlarda yüzer güneş enerjisi endüstrisi hakkında değerli bir rapor yayımladı. Raporda, 50 MWp Yüzer GES için yüzer platformun maliyeti 0.15$/Wp olarak tahmin edilmiştir.

BİYOKÜTLE ENERJİSİ

Tarım atıkları, orman sektörü organik atıkları, hayvansal atıklar (mezbaha atıkları, dışkı, vb) veya şehir atık sularının oksijensiz ortamda çürütülerek  elde edilen yakıta biyogaz denmektedir.Biyokütle enerjisi yalnızca atıklardan değil bitkilerden de elde edilebilir.

• Ayçiçek ve soya gibi yağlı tohuma sahip bitkiler

• Patates, buğday, şeker pancarı ya da mısır gibi nişasta oranı yüksek bitkiler

• Keten, kenevir gibi elyaf bitkileri

• Bezelye ve fasulye gibi protein bakımından zengin bitkiler

• Saman, kök ya da kabuk gibi tarımsal atıklar

• Orman atıkları

• Hayvansal gübreler. Özellikle sığır, at, koyun ya da tavuk gibi hayvanların dışkıları.

• Endüstriyel ya da evsel atık sular ya da büyük sanayi kuruluşlarının atıkları

Biyokütle enerjisi tükenmez bir kaynak olması, her yerde elde edilebilmesi, özellikle kırsal alanlar için sosyo-ekonomik gelişmelere yardımcı olması nedeniyle uygun ve önemli bir enerji kaynağı olarak görülmektedir.

Gelişmekte olan ülkelerde kullanımı en yaygın yenilenebilir enerji kaynağı biyokütledir. Dünya´da birinci enerji ihtiyacının yüzde 4-17’si, gelişmekte olan ülkelerdeki enerji ihtiyacının yüzde 30-40’ı, bazılarında ise yüzde 90’ını karşılayan klasik biyokütle enerjisi, hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkeler için  büyük önem taşımaktadır.

Biyokütle materyalleri,  biyokütle çevirim teknikleri ile işlenerek katı, sıvı ve gaz yakıtlara çevrilir. Çevrim sonunda biyodizel, biyogaz, biyoetanol, pirolitik gaz gibi ana ürün olan yakıtların yanı sıra, gübre, hidrojen gibi yan ürünler de elde edilmektedir. Biyokütleden enerjinin yanı sıra, mobilya, kağıt, yalıtım malzemesi yapımı alanlarında da yararlanılmaktadır.

Biyokütle enerji kaynakları klasik ve modern olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Klasik biyokütle kaynakları; normal ormanlardan elde edilen yakacak odun ile bitki ve hayvan artıklarından oluşmaktadır. Ağaç kütükleri ve tezek,  ısıtma ve pişirmede gelişmekte olan ülkelerde 2-4 milyar insan tarafından kullanılmaktadır. Modern biyokütle kaynakları, enerji ormancılığı ürünleri ile orman ve ağaç endüstrisi atıkları, enerji bitkileri tarımı (bir yetiştirme sezonunda ürün alınan bitkiler; özellikle ülkemizde ilk defa yetiştiriciliği yapılan ve yüksek biyokütle verimi ve biyoyakıt olarak öncelikle değerlendirilebilecek olduğumuz Crotalaria juncea bitkisi ve mischantus ile mısır, tatlı sorgum vb.) ürünleri, tarım kesiminin bitkisel artıkları ve hayvansal atıkları, kentsel atıklar, tarımsal endüstri atıkları biçiminde sıralanmaktadır.

BİYOKÜTLE VE BİYOYAKIT VERİMLİLİĞİ ARAŞTIRMA GRUBU

Türkiye genç, dinamik ve artan nüfus yapısı, kentleşme oranı, endüstriyel gelişimi ve büyüyen ekonomisiyle her geçen gün daha fazla enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bugün enerji ihtiyacımızın yüzde 72’sini ithalatla karşılamaktayız. Bu oranın her geçen gün artması yeni araştırmaları zorunla hale getirmektedir. Yenilebilir ve yetiştirilebilir bir enerji kaynağı olarak biyokütle verimliliği araştırmaları bu noktada önem kazanmaktadır. Bu nedenle araştırma grubumuzun öncelikle ülkemizin biyokütle enerji potansiyelini ele alarak, enerji ormancılığı, enerji bitkileri tarımı, çeşitli yan ürün, atık ve artıklardan elde edilebilecek biyokütle materyalinin çeşitleri ve coğrafi bölgeler açısından yıllık miktarları belirlenmelidir. Türkiye’de enerji bitkileri tarımı hızla geliştirilmelidir. Bu amaçla ülkemiz iklim koşullarına uygun bitki türlerinin yetiştiriciliğinin yapılması ve elde edilen biyokütlenin, biyoyakıt üretimi ile değerlendirilmesi planlanmaktadır. Araştırma grubumuz, gerekli potansiyel, bilgi birikimi ve altyapı olanaklarına mevcuttur. Bu nedenle “Biyokütle ve biyoyakıt verimliliği araştırma grubu”nun öncelikle değerlendirilmesi gereken bir oluşumdur.

Biyokütleden enerji elde edilmesi sırasında çevre, CO2 salımı açısından korunmuş olacaktır.

 JEOTERMAL ENERJİ

Jeotermal kelimesi; İngilizce ’deki “yer” anlamına gelen “geo” ve “ısı” anlamın2a gelen “thermal” anlamına gelen kelimelerin birleşmesiyle meydana gelen bir terimdir.

Bilimsel ve teknik anlamda ise; yerin derinliklerindeki kayaçlar içinde birikmiş olan ısı enerjisinin akışkanlarca taşınarak rezervuarlarda depolanması ile oluşmuş sıcak su, buhar ve kuru buhara jeotermal kaynak denilmektedir. 

Yenilenebilir, sürdürülebilir, tükenmez bir enerji kaynağı olması; Türkiye gibi jeotermal enerji açısından şanslı ülkeler için bir öz kaynak teşkil etmesi; temiz ve çevre dostu olması; yanma teknolojisi kullanılmadığı için sıfıra yakın emisyona sebebiyet vermesi; konutlarda, tarımda, endüstride, sera ısıtmasında ve benzeri alanlarda çok amaçlı ısıtma uygulamaları için ideal şartlar sunması; rüzgâr, yağmur, güneş gibi meteoroloji şartlarından bağımsız olması; kullanıma hazır niteliği; fosil enerji veya diğer enerji kaynaklarına göre çok daha ucuz olması; arama kuyularının doğrudan üretim tesislerine ve bazen de re enjeksiyon alanlarına dönüştürülebilmesi; yangın, patlama, zehirleme gibi risk faktörleri taşımadığından güvenilir olması; yüzde 95’in üzerinde verimlilik sağlaması; diğer enerji türleri üretiminin (hidroelektrik, güneş, rüzgâr, fosil enerji) aksine tesis alanı ihtiyacının asgari düzeylerde kalması; yerel niteliği nedeniyle ithalinin ve ihracının uluslararası konjonktür, krizler, savaşlar gibi faktörlerden etkilenmemesi; konutlara fuel-oil, mazot, kömür, odun taşınması gibi problematikler içermediği için yerleşim alanlarında kullanımının rahatlığı; gibi nedenlerle büyük avantajlar sağlamaktadır.

Yağmur, kar, deniz ve magma sularının yer altındaki gözenekli ve çatlaklı kayaç kütlelerini besleyerek oluşturdukları jeotermal rezervleri, yer altı ve re enjeksiyon koşulları devam ettiği müddetçe yenilenebilir ve sürdürülebilir özelliklerini korurlar. Kısa süreli atmosfer koşullarından etkilenmezler. Reenjeksiyon, jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretimlerde jeotermal akışkanın çevreye atılmaması ve rezervuarı beslemesi bakımından, işlevi tamamlandıktan sonra tekrar yer altına gönderilmesi işlemidir. Re enjeksiyon birçok ülkede yasalarla zorunlu hale getirilmiştir.

İtalya’da Larderello sahasında 1904 yılından beri, Kaliforniya’da Geyser sahasından 48 yıldır jeotermal elektrik üretilmektedir. 1890’dan beri Boise, Idaho’da (ABD) ve 1934’ten bu yana Reykjavik’de (İzlanda başkenti) jeotermal kaynaklı merkezi ısıtma sistemi bulunmaktadır. Ayrıca, Paris banliyölerinde 85.000 konut jeotermal enerji ile ısıtılmaktadır.