Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından Güneş ve Rüzgar Santralleri İçin Depolama Yöntemleri (Bölüm 1)

Rüzgar ve güneş enerjisi sistemleri enerji üretiminde kararsız sistemlerdir. Üretilebilecekleri enerji tamamen çevresel faktörlere bağlıdır. Çevresel faktörler yani atmosferik olaylar anlık değişim gösterebilmektedir bu bahsettiğim değişimleri aşağıdaki grafikler daha iyi anlatmaktadır.

NEDEN ENERJİYİ DEPOLAMALIYIZ ?

Yukarıdaki grafiklerdede görüldüğü gibi rüzgar ve güneş enerjisi santrallerinde üretim anlık değişmektedir. Bu anlık değişimler sistem stablitesini, enerji kaynaklarının verimli kullanılmasını ve arz güvenliğini tehdit ettiği için enerjinin depolanması zorunlu hal almaktadır.

Hidro, bio kütle, konvensiyonel yakıtlar elektrik üretiminden önce depolanabilir , aynı şeyi rüzgar ve güneş enerjisi için söylemek mümkün değildir. Güneş ve rüzgar enerjisi ilk önce elektrik enerjisine dönüştürülüp daha sonra başka bir enerji formuna dönüştürülerek depolanır.

DEPOLAMA YÖNTEMLERİ

Her açıdan dört dörtlük bir depolama sistemi yoktur. Yani en iyi depolama sistemi budur demek mümkün değildir. Depolama yöntemleri ihtiyaca, kullanım alanına ve şebeke karakteristiğine göre hem boyut hemde teknolojik olarak farklılıklar gösterir.

Başılca Depolama Yöntemleri:

Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santralleri
Sıkıştırılmış Hava Depolamalı Elektrik Santralleri
Volan (Atalet Depolama)
Kurşun Asit Bataryalar ile Depolama
Lityum-iyon Bataryalar ile Depolama
Nikel – Kadmiyum Bataryalar ile Depolama
Nikel Metal Hibrit Bataryalar ile Depolama
Süper Kapasitörler ile Depolama

Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santralleri (PDHES)

Enerji talebinin az olduğu saatlerde fazla üretilen elektrik enerjisi motorlar vasıtası ile yüksek bir rezervuara pompalanarak depolanır ve depolanan su , enerji talebinin fazla olduğu saatlerde alt rezervuara doğru aktarılarak türbinler vasıtası ile tekrar elektrik enerjisine dönüştürülerek talep karşılanır.

Pompa depolamalı hidroelektrik santralleri (PDHES) yüzde 60 ile 80 arasında bir verime sahiptirler verimi kurulumda kullanılan ekipmanların kalitesi belirlemektedir.

İlk pompa depolamalı hidroelektrik santralli 1890 yılında italya ve isviçrede yapılmıştır.

Dunyanın 40 ülkesinde 150 GW’a varab kurulum mevcuttur.

23,668 MW kapasite ile Japonya başı çekmektedir. PDHES’lerde sınırlı olan temiz su kaynakları yerine deniz suyunun kullanılmasına yönelik teknolojilere yoğunlaşılmaktadır.

Avantajları

Kadim ve geniş çaplı uygulama alanı bir teknolojidir.
Büyük güç ve enerji seviyelerinde kurulabilir.
Hızlı devreye girer.

Dezavantajları

Coğrafi koşullar ile sınırlıdır.
Talep merkezlerine olan uzaklık (Enerjiyi, ürettiğin yerde tüket prensibi)
Kurulum süresi ve maliyeti yüksekliği

Sıkıştırılmış Hava Depolamalı Elektrik Santralleri (SHDES)

SHDES’ler PDHES’lerde olduğu gibi enerji talebinin az olduğu saatlerde fazla ve ucuz olan elektrik enerjisini kompresörler vasıtasıyla doğal boşluklar, terkedilmiş madenler veya yapay tanklara 40 ile 70 bar gibi yüksek basınçta depolanır. Enerji talebinin yoğun olduğu saatlerde depolanan yüksek basınçlı hava gaz türbinine gönderilerek tekrar elektrik enerjisine dönüştürülür.

Sıkıştırılmış hava depolama yönteminde kullanılan gaz türbini, mevcut gaz türbini teknolojisinin geliştirilmiş bir şeklidir.

Sadece doğal gaza dayalı bir elektrik üretim santralinde enerjinin yaklaşık 2/3’ü havanın sıkıştırılması için kullanılır.

Buna göre depolanmış havanın kullanılması ile doğal gaza dayalı bir türbinde kullanılan yakıt miktarıyla 3 kat daha fazla enerji üretilmektedir.

Dünyada ilk olarak 1978 yılında Almanya’da çözünmüş tuz mağraları kullanılarak 290MW kurulu güçte SHDES inşaa edilmiştir.

Anavtajları

Hızlı devreye girme
Mekanik sistemi son derece basittir.
Batarya gibi depolama teknolojilerinden daha uzun ömürlüdür.
Maliyeti PHES’ten daha azdır.

Dezavantajları

Halen fosil bazlı olan Doğalgaza ihtiyaç duyar.
Kurulumları için coğrafi ortam da elverişli olmalıdır.
Yeryüzünde depolama (Tanklar içinde) istenirse maliyet çok artar.

Volan (Atalet Depolama)

Volanlar (flywheel) elektrik enerjisini kinetik enerji olarak depolarlar bu depolanan kinetik enerji ihtiyaç anında elektrik enerjisine dönüştürülür.

Volan’a mekanik bir batarya diyebiliriz. Volan bir eksende dönen kütledir, kütlesi ne kadar büyük olursa depolaya bileceği enerji miktarıda o oranda artar.

volanlar kısa süreli depolamalar (1 dakikadan az) için çok uygundur ama halen teknolojik gelişmenin başlarındadır. Bu sistemler, büyük ölçekli enerji depolama sistemlerinden ziyade, düşük miktardaki enerjinin kısa sürede depolanması için uygun sistemlerdir.

Avantajları