Enerji altyapısında değişim ve bataryalar

Enerjinin depolanması ve sonrasında kullanılması kışın yüzde 22, yazın ise yüzde 40 oranlarında bir enerji tasarrufu sağlamaktadır. Böylelikle fosil yakıtlara ihtiyaç azalmakta ve enerji de ülkelerin dışa bağımlılık oranları da hızlıca düşmektedir.

21.yüzyılda dünyada elektrik enerjisini bekleyen gelecek, tek bir sözcükle ifade edilebilir: büyüme… Gerek dünya çapında gerekse G-7 ülkelerinde elektrik üretimi 1980’li yıllardan bu yana yaklaşık 2 katına çıktı. 2030’lara kadar küresel düzeyde bir kez daha ikiye katlanması bekleniyor. Fakat bu kez esas alınacak zemin çok daha büyük olduğundan, son tahlilde mutlak miktar çok daha yüksek bir rakam tutacaktır. Elektrik üretiminin bu boyutlardaki bir artışı, hem devasa hem de oldukça pahalı olacaktır. Bugün ile 2030 arasında bu büyümeyi karşılamak için talebi karşılamaya yetecek, yeni kapasiteyi oluşturma maliyeti bugünkü rakamlarla 14 trilyon doların üstünde hesap edilmektedir.

Bu tür çok büyük rakamlar, çok büyük sorunları ve şiddetli küresel ve bölgesel kavgaları gündeme taşır. Peki, ne tür tesisler planlamalı ve bunları hangi tür yakıtlar ile inşa etmeli? Burada ki asıl soru ürettiğinin fazlasını ne yapmalı ya da nasıl depolamalı?

Günümüzde ihtiyaç duyulan enerji her geçen gün büyük bir artış göstermektedir. Bu artış sonucu gerekli enerji teminini sağlamak için yenilenebilir enerji kaynaklarından, özellikle güneş ve rüzgardan önemli ölçüde yararlanılmaktadır. Rüzgar ve güneş enerjisi kaynak olarak bakıldığında sınırsız birer tabii kaynak olarak görünmesine rağmen, dikkatli düşünüldüğünde kesintili enerji kaynakları olduğu fark edilmektedir. Yani meteorolojik şartların değişkenlik göstermesiyle bu kaynaklardan üretilen enerji kararsız bir üretim grafiği ortaya çıkarmaktadır ki, bu durumda şebeke güvenirliliğinde arz-talep dengesinde ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Ortaya çıkan olumsuz durumun şebekeye olan negatif etkisinden kurtulmak için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardan en önemlilerinden biri de enerji depolama sistemidir.

Ürettiğimiz enerjiyi istediğimiz zaman kullanabilmek için onu bir yerlerde saklamaya depolama denilmektedir. Yani iç tüketimden fazla enerji üretimi olduğu zaman ortaya çıkan fazla enerjinin depolanmasıdır. Rüzgar ve güneş enerjisinin şebekeye hakim olma planlarının önemli bir parçasını oluşturan pil depolama endüstrisi, nispeten hala oldukça küçük. Ayrıca yakın zamana kadar piller, diğer fosil yakıtlara göre çok pahalıydı. Ancak lityum iyon piller için fiyatlar 2014’den bu yana neredeyse yarısına gerilemiş durumda.

RÜZGAR VE GÜNEŞ ENERJİ SANTRALLERİNDE ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMİ NEDİR?

Rüzgar ve güneş enerji santralleri, elektrik üretiminde dalgalı bir profil seyreder. Bu kaynaklardan meteorolojik durumlara göre zaman zaman yeterli enerji üretimi yapılamaz. Arz ve talep dengesinde de ayrı bir dalgalanmanın mevcut olduğu düşünüldüğünde bu dalgalı profil depolama sistemleri sayesinde stabil hale getirilebilir. Böylelikle arz güvenliği ve frekans kontrolü sağlanır. Uzun vade de bakıldığında ise enerji kontrolü ve kaynakların verimli kullanılabilmesinin zeminini oluşturur.

Depolama sistemi ayrıca dizel jeneratörlere, teknik ve ekonomik olarak bir alternatif olarak da düşünülebilir. Bunun yanında depolama ile enerji tasarrufu da sağlanmaktadır.

Enerjinin depolanması ve sonrasında kullanılması kışın yüzde 22, yazın ise yüzde 40 oranlarında bir enerji tasarrufu sağlamaktadır. Böylelikle fosil yakıtlara ihtiyaç azalmakta ve enerji de ülkelerin dışa bağımlılık oranları da hızlıca düşmektedir. Ayrıca, fosil yakıtların ortaya çıkardığı zararlı gaz oranları düşmektedir.

Son olarak depolama sisteminin bir diğer faydasını da enerji teminin zor olduğu, ada gibi iletim hattına uzak ve problemli yerler için de alternatif bir çözüm olarak düşünülebilir.

ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Enerji depolama sistemlerini, teknolojisine göre genel olarak 3 ana başlık altında gösterebiliriz. Bunlar;

1-Mekanik, PDHES (Pompaj Depolamalı Hidroelektrik Santraller), SHDES (Sıkıştırılmış Hava Depolamalı Enerji Sistemleri)

2-Manyetik, Süper Kapasitörler, Süper İletkenler

3-Kimyasal, Piller, Bataryalar

Dünyada depolama sistemlerine çok ciddi bir önem verilmektedir. Bu önemin nedenlerini 2017 Dünya Bankası raporlarına göre şöyle açıklayabiliriz:

* 2016 yılında 78 GW, yeni güneş ve rüzgar enerjisi santrali kurulmuştur. Önümüzdeki 5 yıl içinde 378 GW güneş ve rüzgar enerjisi santrali kurulması planlanmaktadır. Bu rakamlara baktığımız da, ilk olarak arz talep eğrisini dengelemek, gerekli enerji çıkışlarını sağlamak ve yenilenebilir enerji üretimini talebe uygun hale getirmek için depolamaya önem vermektedir.

* 2015 yılının sonlarında Paris Antlaşması, küresel ısınmayı endüstriyel öncesi seviyelere kıyasla 2 ° C’nin altına düşürmek amacıyla emisyon azaltma hedeflerini belirlemeyi kabul eden 197 ülke tarafından müzakere edildi. Anlaşmaya, bireysel ülkelerdeki emisyonların azaltılması için bir dizi hedef eşlik etti. Toplamda IEA sadece bu hedefleri gerçekleştirmek için 13,5 trilyon dolarlık bir ek yatırıma ihtiyaç duyulacağını tahmin ediyor. Enerji depolaması, sürekli genişleyen temiz güç kaynakları aktif hale gelmesi için ideal bir çözüm olarak ortaya çıkıyor.

* Bir diğer önemli neden şebekeyi modernize etmek ve genişletmek için yeni altyapıya ihtiyaç duyulmasıdır. Birleşmiş Milletler herkes için sürdürülebilir enerji girişimi (SE4All) uyarınca, modern elektrik enerjisine evrensel erişim sağlamak için 2030 yılı boyunca 45 milyar dolarlık yatırıma ihtiyaç duyulacaktır. Enerji depolaması, bu yatırımlarda anahtar rol oynayacak ve böylece daha iyi bir kullanıma olanak tanıyacaktır.

* Son önemli neden ise, elektrik şebekesinin direncini arttırma ihtiyacıdır. Meydana gelen doğal felaketler, deprem gibi olaylar, enerji depolaması tarafından sağlanan esneklikten yararlanabilme konusunda önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu depolama sistemleri sayesinde olağanüstü durumlarda depolama sistemlerinden istenilen yerde istenildiği şekilde enerji temini sağlanabilecektir.

Tüm bu nedenler göz önünde bulundurulduğuna dünya depolama sistemi konusuna fazlasıyla yönelmektedir. Dünyadaki gelişmekte olan piyasalarda enerji depolama dağıtımlarının önümüzdeki on yılda, yılda yüzde 40’tan fazla büyümesi ve bugün mevcut 2 GW tahmini için yaklaşık 80 GW yeni depolama kapasitesinin oluşması beklenmektedir.

Depolama sektörünün piyasa değerinin 2015’te 2,2 milyar dolar olduğu ve 2020 itibariyle 14 milyar dolara yükselebileceği ifade edilmektedir.

DÜNYA’DAKİ ENERJİ DEPOLAMA SİSTEM ÇALIŞMALARI

* 2015 Haziran ayında düzenlenen Avrupa Enerji Depolama Fuarı’na konuşan Regensburg Üniversitesi’nden Enerji Depolama Profesörü Michael Sterner, elektromobilitenin hızla yaygınlaşacağına vurgu yapmış ve doldurulabilir pil üretiminin her ikiye katına çıktığında maliyet yaklaşık yüzde 20 düşeceğini belirtmiştir.

* Aachen Teknik Üniversitesi’nden Enerji Teknolojisi Profesörü Uwe Sauer de doldurulabilir piller konusunda üretim arttıkça enerji depolamanın maliyeti düşeceğini belirtmiş ve birkaç yıl öncesine kadar, ancak 2020’de görüleceği düşünülen maliyetlerin, günümüzde artık normal hale geldiğini açıklamıştır.

* Doldurulabilir piller dışında başka bir depolama teknolojisinin de hızla gelişmektedir. Bu da ‘Power-to-gas’ teknolojisidir. ‘Power-to gas’ tekniği sayesinde, rüzgar ve güneşten elde edilen elektriğin gaza dönüştürülüp, depolanmasıdır. Bu teknolojinin Almanya’da işlediğini kanıtlamak için 200 milyon Euro’dan fazla yatırım yapılarak, 20 pilot tesisin kurulmuş ve büyük gelişme kaydedilmiştir.

* Frost&Sullivan tarafından hazırlanan yeni “Küresel Büyük Ölçekli Şebeke Bağlantılı Enerji Depolama Sistemleri Pazarı” raporuna göre; büyük ölçekli şebeke bağlantılı pil depolama, 2024 yılına kadar, 12 GW’a, yıllık gelir de 8,5 milyar dolar civarına ulaşacak. Frost&Sullivan’a göre pazara ABD liderlik ediyor ve Çin, Japonya, Almanya onu takip ediyor. Bu konuda öncü olan şirketler ise NGK Insulators, AES Energy Storage, Sumitomo Electric, LG Chem, Samsung SDI, NEC Energy, BYD, Toshiba, GE ve Saft.

* Amerika merkezli GTM araştırma şirketi tarafından ortaya konulan rakamlara göre, ABD’de şebekeye bağlı enerji depolama pazarı hızlı bir büyüme gösteriyor. 2015 yılı üçüncü çeyrek sonunda 100 MW’tan fazla enerji depolama kapasitesi hayata geçirildi ve 60 MW’tan fazlası da yolda. GTM ve Enerji Depolama Derneği (ESA) tarafından hazırlanan, “ABD Depolama Araştırması”na göre 2015 yılının 9 aylık döneminde ülke genelinde 108 MW’lık enerji depolama kurulumu gerçekleştirildi. İlk üç ayda 60,3 MW olan rakamın bu denli artmış olması, benzer sürelerde böylesi büyümelerin yaşanmamış olması nedeniyle sürpriz olarak değerlendiriliyor. 2015 sonunda ise 192 MW’lık depolama kapasitesine ulaşabileceği kaydediliyor.

* Almanya’da hükümet destekli solar enerji depolama kurulumları bir yıl içinde yüzde 35 oranında arttı. 2015 yılının ilk 7 ayında Almanya’da, Alman Kalkınma Bankası’nın, sağladığı teşvik fonlarıyla, 2014’ün aynı dönemine göre yüzde 35’ten fazla enerji depolama kurulumu gerçekleştirildi. Aşağı yukarı toplamda 25 bin solar depolama çözümünün işletmede olduğu Almanya’da bu sistemlerin 3’te ikisinin Kuzey Rhine-Westphalia, Bavaria ve Baden-Württemberg’de toplandığı belirtiliyor.

-Mart 2014’te Japon Ekonomi, Ticaret ve Endüstri Bakanlığı, 100 milyon ABD doları değerinde lityum-iyon pil teşvik programını açıkladı. Verilen fon desteği 10 bin dolar ile 980 bin dolar arasında değişiyordu.

* Elektrikli aracın dev ismi Tesla’nın CEO’su Elon Musk toplantısıyla, konutlar için “Powerwall” ve iş yerleri için “Powerpack” pillerini kamuoyuna tanıttı.

* Konut ve işyerleri, sanayi tesisleri için farklı kapasitelerde üretilen Powerwall ve Powerpack adlı doldurulabilir piller, güneş panellerinden ve düşük tarifeli saatlerde şebekeden elektrik depolayarak güneşin olmadığı saatlerde de yenilenebilir enerji kullanımını mümkün kılıyor. Tanıtımın hemen ardından firmanın kurucusu Elon Musk’ın sözleriyle “bütün dünyanın enerji altyapısını değiştirmeyi” hedefleyen bu piller maliyet-verim tartışmaları başlattı.

Powerwall, temel olarak 130x86x18 cm ebatlarında, 100 kg ağırlığında, duvara monte edilen bir lityum-iyon pil. Günlük uygulamalar için 7 kWh ve yedekleme uygulamaları için 10 kWh kapasiteye sahip cihazlar sırasıyla 3 bin ve 3 bin 500 dolara satılacak.

Sonuç olarak, Depolama ile hedeflenen üç faydayı şöyle özetleyebilirim,

1-Düşük tarifeli saatlerde şebekeden gelen elektriği yüksek tarifeli saatlerde kullanmak üzere depolayarak, maddi tasarruf yaratmak.

2-Güneşin olmadığı saatlerde de yenilenebilir enerjiden faydalanmak için panellerden gelen elektriği depolamak.

3-Jeneratör gibi devreye girerek elektrik kesintilerinin zararını engellemek.