Yenilenebilir enerji, yaklaşık 20 yıl önce küresel elektrik sisteminde sınırlı bir yere sahipti. Bugün ise dünyadaki toplam elektrik üretim kapasitesinin neredeyse yarısını oluşturuyor.
Ancak güneş ve rüzgâr enerjisindeki hızlı büyüme, temiz enerjiye geçişin bütün sorunlarını çözmüş değil. Güneşin her zaman parlamaması, rüzgârın sürekli esmemesi ve mevcut lityum iyon pillerin elektriği uzun süre depolamakta yetersiz kalması, sistemin önündeki en önemli engeller arasında bulunuyor.
Scientific American, temiz enerjideki bu sorunlara çözüm arayan dört büyük projeyi inceledi. ABD’de yerin kilometrelerce altındaki sıcak kayaları kullanan jeotermal tesis, İskoçya’da gelgitlerden elektrik üreten denizaltı türbinleri, Çin’de enerjiyi basınçlı hava olarak saklayan tuz mağaraları ve süper tayfunlara dayanacak biçimde tasarlanan yüzer rüzgâr türbini öne çıkan çalışmalar arasında.
Her biri büyük bir potansiyel taşıyan projelerin ticari ölçekte başarılı olup olmayacağı ise henüz kesin değil.
Neredeyse her yerde jeotermal enerji
Proje: Cape Station
Konum: Utah, ABD
Teknoloji: Gelişmiş jeotermal sistem
Hedeflenen kapasite: 2027’nin başında 100 megavat, toplam 500 megavat
Fervo Energy tarafından Utah’ta inşa edilen Cape Station, jeotermal enerji üretimini uygun doğal kaynaklara sahip sınırlı sayıdaki bölgenin dışına taşımayı hedefliyor.
Geleneksel jeotermal santraller için sıcak kaya katmanlarının yanı sıra suyun doğal biçimde dolaşabileceği çatlaklara ve kendini sürekli yenileyen bir su kaynağına ihtiyaç duyuluyor. Bu koşulların aynı yerde bulunması zor olduğu için jeotermal enerjiden yalnızca belirli bölgelerde ekonomik olarak yararlanılabiliyor.
Fervo’nun kullandığı gelişmiş jeotermal sistem ise yerin yaklaşık 2 bin 750 metre altına kadar sondaj yapılmasına dayanıyor. Şirket önce dikey, ardından yatay kuyular açıyor ve sıcak kaya katmanlarında uzun çatlaklardan oluşan bir ağ meydana getiriyor.
Sisteme basılan su, bu çatlaklardan geçerken kayaların ısısını alıyor. Yeryüzüne çıkarılan sıcak suyun enerjisi daha sonra elektrik üretiminde kullanılıyor.
Petrol teknolojisi temiz enerjiye uyarlandı
Fervo, petrol ve doğal gaz sektöründe kullanılan yatay sondaj ile hidrolik çatlatma tekniklerini daha sıcak ve sert kaya katmanlarına uyarladı.
Geniş çatlak ağı, geleneksel tek kuyulu sistemlere kıyasla daha fazla suyun daha büyük bir sıcak kaya yüzeyiyle temas etmesini sağlıyor. Böylece tesisin verimliliğinin artırılması hedefleniyor.
Şirket, Project Red adlı deneme tesisinde 2023’ün sonundan bu yana üç megavat elektrik üretiyor. Cape Station ise teknolojinin ticari ölçekteki ilk büyük sınavı olacak.
Fervo’nun resmî mali bildirimine göre tesiste 500 megavatlık kapasite inşa hâlinde. İlk 100 megavatın 2027’nin başında işletmeye alınması, kalan 400 megavatlık bölümün ise 2028’de tamamlanması planlanıyor. Fervo Energy
Deprem riski izlenecek
Gelişmiş jeotermal sistemlerin kaya katmanlarında yeni çatlaklar oluşturması, küçük depremleri tetikleme riskini de beraberinde getiriyor.
Uzmanlar, sismik izleme teknolojilerinin hissedilebilecek büyüklükte bir deprem riski yükseldiğinde çalışmaların durdurulmasına imkân verecek kadar geliştiğini belirtiyor.
Cornell Üniversitesi’nden mühendislik profesörü Jefferson Tester, Fervo’nun çalışmalarının heyecan verici olduğunu ancak şirketin yatırımcılarına çok kısa sürede fazla sonuç vadetmiş olabileceğini düşünüyor.
Tester’a göre teknolojinin başarısı, uzun süre boyunca kesintisiz ve ekonomik üretim yapabildiğinin sahada kanıtlanmasına bağlı. Fervo da mali bildiriminde Cape Station’da ticari ölçekte güvenilir ve ekonomik üretim kabiliyetini henüz göstermediğini kabul ediyor.
Denizin altında çalışan gelgit türbinleri
Proje: MeyGen
Konum: İskoçya
Teknoloji: Gelgit akıntısı enerjisi
Mevcut kapasite: 6 megavat
2031 hedefi: 65 megavat
İskoçya ana karası ile Orkney Adaları arasındaki MeyGen tesisi, 2016’dan bu yana dünyanın en büyük gelgit akıntısı enerji projesi olarak faaliyet gösteriyor.
Sistem, çalışma biçimi bakımından rüzgâr türbinlerine benziyor. Ancak türbinler rüzgârın estiği havaya değil, gelgitlerle hareket eden suyun içine yerleştiriliyor.
Proteus Marine Renewables tarafından geliştirilen dört türbinin her biri 1,5 megavat kapasiteye sahip. Deniz tabanındaki büyük temellere sabitlenen kanatlar, suyun gelgit sırasında iki yöndeki hareketiyle dönerek jeneratörlerin elektrik üretmesini sağlıyor.
Güneş ve rüzgârdan daha öngörülebilir
Gelgit enerjisinin en büyük avantajı üretim miktarının önceden hesaplanabilmesi. Güneşlenme ve rüzgâr koşulları değişkenlik gösterirken gelgitlerin zamanı ve gücü uzun süre önceden tahmin edilebiliyor.
Dünya kıyılarındaki gelgit akıntılarından teknik olarak elde edilebilecek enerjinin yılda yaklaşık 1.200 teravatsaat olduğu tahmin ediliyor. Bu miktar, ABD’nin yıllık elektrik üretiminin dörtte birinden fazlasına karşılık geliyor.
Ancak deniz ortamı türbinler için son derece yıpratıcı. Tuzlu su korozyonu, denizde sürüklenen parçalar ve güçlü akıntılar ekipmanın arızalanmasına neden olabiliyor.
MeyGen’deki türbinlerden birinin plansız bakım gerektirmeden yedi yılı aşkın süre çalışması, bu nedenle teknoloji açısından önemli bir eşik olarak değerlendiriliyor.
20 yeni türbin eklenecek
MeyGen, 2031’e kadar tesise 20 türbin daha ekleyerek kapasiteyi 65 megavata çıkarmayı planlıyor. Projenin sahibi Ampeak Energy, sahanın uzun vadede yaklaşık 400 megavatlık üretim kapasitesine ulaşabileceğini belirtiyor.
Şirketin yatırımcı sunumunda MeyGen’in tam kapasiteye ulaşma hedefi 398 megavat olarak gösteriliyor. Ancak bunun gerçekleşmesi önemli ölçüde hükümet desteğine bağlı.
Washington Üniversitesi’nden deniz enerjisi uzmanı Brian Polagye, projenin birden fazla büyük türbinle uzun süre elektrik üretmeyi başardığına dikkat çekiyor.
Gelgit enerjisinin uygun kıyı bölgeleriyle sınırlı kalması ve yakın gelecekte güneş veya rüzgârın ölçeğine ulaşmasının zor olması bekleniyor. Buna rağmen teknolojinin Birleşik Krallık’ın elektrik ihtiyacının yüzde 10’una kadarını karşılayabileceği öngörülüyor.
Elektriği yeraltında hava olarak saklamak
Proje: Huai’an Tuz Mağarası
Konum: Çin
Teknoloji: Basınçlı hava enerji depolama
Kapasite: 600 megavat
Yenilenebilir enerjinin önündeki en büyük sorunlardan biri, ihtiyaçtan fazla üretilen elektriğin uzun süre saklanması.
Günümüzde enerji depolama pazarına lityum iyon piller hâkim. Ancak bu piller, birkaç saati aşan depolama sürelerinde ekonomik avantajını kaybedebiliyor.
Çin’deki Huai’an projesi ise fazla elektriği bataryalarda değil, yeraltındaki tuz mağaralarında sıkıştırılmış hava olarak depoluyor.
Talebin düşük olduğu saatlerde güneş ve rüzgâr santrallerinden gelen fazla elektrik, dev kompresörleri çalıştırıyor. Yüksek basınca çıkarılan hava daha sonra yeraltındaki mağaralara pompalanıyor.
Elektrik ihtiyacı arttığında basınçlı hava yeniden yüzeye çıkarılıyor ve jeneratörleri çalıştırarak şebekeye elektrik veriyor.
1970’lerin teknolojisi yeniden sahnede
Basınçlı hava enerji depolama sistemlerinin geçmişi 1970’lerin sonuna kadar uzanıyor. Ancak teknoloji yüksek başlangıç maliyeti ve uygun yeraltı yapısına duyduğu ihtiyaç nedeniyle yaygınlaşamadı.
Çin, son yıllarda bu alanda birden fazla tesis kurdu. İki adet 300 megavatlık üniteden oluşan Huai’an tesisi, toplam 600 megavat güç ve 2.400 megavatsaat depolama kapasitesiyle işletmedeki en büyük basınçlı hava enerji depolama santrali hâline geldi.
Çin Ulusal Enerji İdaresine göre yüzde 71 dönüşüm verimliliğine sahip tesis, yılda 792 milyon kilovatsaat elektrik üretebilecek. Bu miktarın yaklaşık 600 bin hanenin yıllık ihtiyacını karşılayabileceği belirtiliyor.
Tuz mağaralarının önemli avantajı, kaya tuzunun büyük ölçüde geçirimsiz olması. Tuz katmanları zamanla biçim değiştirerek oluşabilecek küçük çatlakları kendiliğinden kapatıyor ve basınçlı havanın sızmasını engelliyor.
Hava yeniden ısıtılacak
Sıkıştırılmış hava serbest bırakıldığında hızla soğuyor. Soğuk havanın türbinleri verimli biçimde çalıştırabilmesi için yeniden ısıtılması gerekiyor.
Huai’an projesi, havanın sıkıştırılması sırasında açığa çıkan ısıyı erimiş tuz ve basınçlı sıcak suda depolamayı hedefliyor. Saklanan ısı, elektrik üretileceği zaman havayı yeniden ısıtmak için kullanılacak.
National Laboratory of the Rockies araştırmacısı Paul Denholm, basınçlı hava sistemlerinin ilk yatırım maliyetinin yüksek olduğunu ancak ölçeğinin bataryalara göre daha kolay büyütülebileceğini belirtiyor.
Mağaranın büyüklüğüne bağlı olarak sistem bir gün veya daha uzun süre enerji sağlayabiliyor. Depolanan maddenin ücretsiz hava olması da işletme maliyeti açısından avantaj yaratıyor.
Her yerde uygulanamaz
Teknolojinin önündeki temel engel uygun jeolojik yapıların sınırlı olması. Çin dışında büyük ölçekte çalışan yalnızca iki önemli basınçlı hava tesisi bulunuyor: Almanya’daki Huntorf ve ABD’nin Alabama eyaletindeki McIntosh.
Bu iki tesis de tuz mağaralarından yararlanıyor. California’da izin verilen yeni bir projenin ise sert kaya mağaralarını kullanması planlanıyor. Uygulamanın başarılı olması, teknolojinin daha geniş bir coğrafyaya yayılmasının önünü açabilir.
Süper tayfunlara dayanıklı yüzer türbin
Proje: Sanxia Linghang Hao
Konum: Çin
Teknoloji: Yüzer açık deniz rüzgâr türbini
Kapasite: 16 megavat
Çin’in mayıs ayında denize yerleştirdiği Sanxia Linghang Hao, tek üniteden oluşan dünyanın en büyük yüzer rüzgâr türbini olarak tanıtıldı.
Türbin, kıyıdan yaklaşık 70 kilometre açıkta ve su derinliğinin 50 metreyi aştığı bir bölgede bulunuyor. Deniz tabanına çakılan sabit kazıklar yerine, suya kısmen batmış yüzer bir platform üzerinde duruyor.
Polyester halatlar ile çapa zincirlerinden oluşan bağlama sistemi, yay gibi hareket ederek rüzgârın ve dalgaların oluşturduğu kuvveti emiyor.
Türbin kanatlarının ulaştığı en yüksek nokta deniz yüzeyinden 270 metre yukarıda. Üretici Three Gorges Corporation, sistemin saatte 264 kilometreye ulaşan rüzgârlara dayanacak şekilde tasarlandığını belirtiyor.
Rüzgârın yüzde 80’i derin sularda
Kıyıdan uzak bölgelerdeki rüzgârlar, karaya yakın alanlara göre daha güçlü ve istikrarlı. Bu nedenle açık denizdeki türbinler daha güvenilir ve yüksek miktarda elektrik üretebiliyor.
Kullanılabilir açık deniz rüzgâr enerjisi potansiyelinin yaklaşık yüzde 80’inin, sabit türbin kurmanın mümkün veya ekonomik olmadığı derin sularda bulunduğu tahmin ediliyor.
Yüzer türbinler, deniz tabanına sabitlenmek yerine çapalarla yerinde tutulduğu için bu bölgelerde üretim yapılmasını mümkün kılıyor. Kıyıdan uzakta bulunmaları, türbinlerin görüntüsüne yönelik yerel itirazları da azaltabiliyor.
Ekolojik etki yakından izlenmeli
Yüzer rüzgâr teknolojisi teknik açıdan olgunlaşsa da deniz ekosistemleri üzerindeki etkisi tartışılıyor.
Türbinlerin bağlama hatları, su altındaki gürültü, elektromanyetik alanlar ve enerji nakil kabloları deniz canlılarını etkileyebilir. Büyük ölçekli projelerin balıkçılık faaliyetleri ve göç rotalarıyla çakışması da olası riskler arasında.
İtalya’daki Marche Politeknik Üniversitesinden deniz bilimci Roberto Danovaro, doğru yer seçimi ve etkili önlemlerle ekolojik zararın ihmal edilebilir düzeye indirilebileceğini savunuyor.
ABD’nin açık deniz rüzgâr projelerine yönelik kiralama ve izin süreçlerini durdurmasıyla yüzer türbin çalışmalarının ağırlığı Asya ve Avrupa’ya kayıyor. Yalnızca İtalya’da yaklaşık 90 uzak deniz rüzgâr projesi çevresel inceleme sürecinde bulunuyor.
Dört proje, dört farklı engel
Scientific American’ın incelediği dört proje, temiz enerji sisteminin farklı sorunlarına çözüm arıyor.
Cape Station, jeotermal elektriği uygun doğal sıcak su kaynaklarının bulunmadığı bölgelere taşımayı; MeyGen, gelgitlerin öngörülebilir hareketini sürekli enerjiye çevirmeyi hedefliyor.
Huai’an tesisi güneş ve rüzgârdan gelen fazla elektriği bir gün veya daha uzun süre saklamaya çalışırken Sanxia Linghang Hao, açık deniz rüzgârının büyük bölümünün bulunduğu derin sulara ulaşmayı amaçlıyor.
Projelerin hiçbiri tek başına temiz enerjiye geçişin bütün sorunlarını çözecek nitelikte değil. Jeolojik sınırlamalar, yüksek kurulum maliyetleri, çevresel etkiler ve teknolojilerin ticari ölçekte kendini henüz tam olarak kanıtlamamış olması önemli riskler oluşturuyor.
Buna karşılık bu dört girişim, yenilenebilir enerjinin yalnızca daha fazla güneş paneli ve rüzgâr türbini kurmaktan ibaret olmayan yeni aşamasını temsil ediyor.
Kaynak: Gazete Oksijen
