Yenilenebilir Enerji Teknolojilerine Giriş

Yazan: Doç. Dr. Arzu Baloğlu, Marmara Üniversitesi, IT Uzman Mentör, Denetçi, Yazar.

Fosil yakıtların aşırı kullanımı ile tetiklenen iklim değişikliği sorunları, alternatif enerji kaynaklarının önemini açıkça vurgulamaktadır. Yenilenebilir enerjinin kullanımını teşvik eden üç temel faktör; enerji güvenliği, ekonomik etkiler ve günün sonunda karbondioksit emisyonunu zamanla azaltmaktır.

OECD (2012) verilerine göre uygun koşullar sağlandığında rüzgâr, en rekabetçi yenilenebilir enerji kaynağı türüdür.

Temiz Enerji Teknolojileri kavramı iki şekilde ele alınmaktadır:

1. Enerji arzı teknolojileri.
2. Enerji verimliliği teknolojileri.

Enerji arzı teknolojileri, kavram olarak rüzgâr, hidrotermal, akarsu ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimi için kullanılır. Enerji verimliliği teknolojileri ise enerji verimliliğini artırmak için kullanılır. Örneğin, Kombine ısı ve elektrik santralleri (KIES), sanal santrallar (VS), tüketimi ve performansı doğru bir şekilde ölçen ve yöneten akıllı sayaçlar buna örnektir. Enerji sektörünün dönüştürülmesi ve geleneksel enerjinin yenilenebilir enerji ile değiştirilmesinin, teknolojik değişim ve pazar oluşumu ile ilişkili evrimsel bir süreç olduğuna dikkat etmek gerekir.

Yenilenebilir Enerji Tedarik Teknolojileri:

Yenilenebilir enerji arzı mevcut yeni teknolojiler ile sürekli olarak artmaktadır. Son yıllarda yapılan büyük yatırımlar ve gelişmiş teknolojiler, ülkelerin yenilenebilir enerjiyi farklı kaynaklardan ve daha uygun maliyet ile üretmesini sağlamıştır. Çeşitli kaynaklardan alınan bilgiye göre ise önümüzdeki yıllarda 100 MW'ın üzerinde yenilenebilir enerji üreten ülke sayısının önemli ölçüde artacağı tahmin edilmektedir.

Geleneksel enerji üretimiyle gelen bazı olumsuz ve geri dönüşümsüz dış faktörler nedeniyle, yenilenebilir enerji tedarik teknolojilerinin geliştirilmesi ve teşvik edilmesine çok ihtiyaç vardır. Bu teknolojiler birim üretim maliyeti açısından geleneksel yakıtlara göre uyumsuz olabilir. Ancak çevresel ve sosyal etkiler gibi ilgili dışsal faktörler hesaba katılırsa, uyumlu hale gelebilirler. Ayrıca, ölçek ekonomisinin birim üretim maliyetini düşürmede kilit rol oynayabileceğine dikkat edilmelidir. Üretim ve dağıtım maliyetleri ve teknolojileri, her iki ana enerji türü arasında fazla farklılık göstermez.

Hidroelektrik Teknolojileri:

Hidroelektrik, dünya çapında elektrik üretiminde kullanılan en büyük yenilenebilir enerji kaynağıdır. Hidroelektrik enerji üretimi OECD verilerine göre son 50 yılda önemli ölçüde artmıştır.

Şu anda hidroelektrik geliştirme, yüksek ilk yatırımı (düşük işletme maliyetine rağmen yüksek sermaye maliyeti) ve ortaya çıkardığı çevresel kaygılar nedeniyle zor bir döneme girmiştir. Büyük nüfusların yerinden edilmesi nedeniyle sosyal dengeyi bozmakta ve bu nedenle yerel halk için bazı sorunlar yaratmaktadır. Ayrıca baraj yapımının kalıcı bir yatırım olması, enerji şirketlerinin batık maliyetlerinin çıkarılamaması ve büyük mühendislik çalışmaları sebebiyle çevrenin olduğu kadar yatırımcılar da hidroelektrik santrali inşaatından etkilenmektedir.

Öte yandan hidroelektrik tarım, evsel ve endüstriyel kullanım için su temin edebilmesi, temiz olması ve enerji depolama yeteneği olması nedeniyle caziptir.

Dünyadaki ilk en büyük kurulu güce sahip hidroelektrik santrali, Brezilya ve Paraguay tarafından ortaklaşa geliştirilen Parana Nehri üzerine kurulmuş olan Itaipu'dur.

Santralin ilk kapasitesi, 1984 yılında 12,6 GW iken 2006 yılında 14 GW'a çıkarılmıştır. 2020 yılı itibariyle dünyanın en fazla ikinci enerji üreten barajıdır. Her biri 700 MW sağlayan 20 adet jeneratör ünitesine sahiptir. Dünyanın en büyük hidroelektrik santrali ise Çin de Yangtze Nehri üzerindedir. Bu barajın kapasitesi 22.500 MW'dir.

Hidroelektrik santral inşaatı projelerinin yerel ekonomileri canlandırabileceğini iddia edenler vardır. Öte yandan doğanın katliamı, bir başka şekilde kaynaklardan istifade yerine daha çok zarar verme şeklinde düşünenler ve itiraz edenlerin haklı tarafları kaçınılmaz.

Rüzgâr Enerjisi Teknolojileri:

Günümüzde rüzgâr türbinleri, geleneksel enerji santralleri kadar elektrik üretebilmektedir. Rüzgâr enerjisinde en önemli katkıya sahip ülkeler sırasıyla 62, 47 ve 29 GW kurulu kapasite ile Çin, ABD ve Almanya'dır. Küresel kümülatif rüzgar enerjisi kapasitesi 2023'te 1021 GX'a ulaşmıştır.

Fosil yakıtla çalışan sistemlerle ekonomik olarak en çok rekabetçi konumda olan yenilenebilir teknoloji, rüzgâr türbinleridir. Genel olarak yenilenebilir enerji teknolojileri; güneş, rüzgâr ve biyokütle gibi enerji kaynağına göre sınıflandırılır. Fakat her yenilenebilir enerji türünün güneş radyasyonu, kütle çekim  kuvvetleri ve radyoaktif bozunmadan kaynaklanan ısı olmak üzere üç temel enerji kaynağından birinden geldiği vurgulanmaktadır. Rüzgâr, hidro, dalga, okyanus termal ve biyokütle enerjisi de dolaylı olarak güneş enerjisiyle üretilmektedir.

Güneş Enerjisi Teknolojileri:

Son birkaç on yılda araştırmacılar, konut, ticari ve endüstriyel tüketim için güneş enerjisinin ekonomik fizibilitesini araştırdılar. Doğal kaynakların sınırlı olması nedeniyle Japonya ve Almanya gibi sanayi ülkeleri, güneş enerjisi gibi alternatif enerji kaynaklarını aramaya yöneldi.

1990'ların başlarında Japonya, daha sonra da Almanya güneş fotovoltaiklerinden (PV) büyük ölçekli elektrik üretiminden yararlanmaya başladı. Şu anda, her iki ülke de milyarlarca dolarlık güneş enerjisi sanayi ile güneş enerjisi teknolojilerinin üretiminde öncü konumdadır. Sanayi ihtiyaçları açısından Çin, kapsamlı bir güneş enerjisi kapasitesi geliştirmiş, ucuz işgücü ve devlet sübvansiyonlarından yararlanarak da güneş enerjisi üretim maliyetlerini düşürmüştür.

Öte yandan, güneş teknolojilerinin bazı olumsuz etkileri de vardır. Bunlar: binaların estetiği üzerindeki görsel etki, rutin ve kazara kimyasal madde salınımı, arazi kullanımı, büyük PV sistemlerinin ekosistemler üzerindeki etkisi ve güneş termal enerji için gerekli inşaat faaliyetleridir.

Güneş PV pazarı, son 5 yılda olağanüstü bir büyüme tanık oldu. Pazar, 2007'de 9.564 MW'tan 2011'de 69.371 MW'a yükseldi. Dünya genelinde güneşten elektrik kapasitesi 2023 yılında 800 gigawatın üzerine çıkmıştır.

Rüzgâr enerjisine benzer şekilde, güneş enerjisi de hava koşullarına bağlıdır. Bulutlar ve hava kirliliği gibi hava koşullarındaki değişiklikler güneş enerjisi üretimini etkileyebilir. Güneş enerjisinin sadece gün ışığı saatlerinde kullanılabilir olması nedeniyle rüzgâr ve güneş enerjisi arasında önemli bir fark vardır. Bu nedenle güneş enerjisi üretimi mevsime, konuma ve günün saatine göre değişir.

Jeotermal Enerji Teknolojileri:

Jeotermal enerji, Dünya'da üretilen ve depolanan bir tür termal enerjidir. Jeotermal enerji, Dünya çekirdeğinde 4.000°C'ye ulaşan ana sıcaklık ile radyoaktif bozunma sonucu oluşur. Kullanım alanlarına ise sıcak su, ısıtma-soğutma, kaplıca, termal turizmi, sera ve gıdaların işlenmesi örnekleri verilebilir.

Jeotermal enerjinin erişilebilirliğini ölçmek için tek baskın faktör, jeotermal gradyan değildir. Kayaların geçirgenliği, yüzeye akan ısı hızını belirleyen faktördür ve jeotermal enerjinin kullanımında önemli bir başka ölçüm olarak kabul edilir. 

Jeotermal enerjinin rüzgâr ve güneş enerjisine göre büyük bir avantajı vardır ki bu da yıl boyunca 7/24 saat kullanılabilir olmasıdır. 73 jeotermal santralinin incelendiği bir araştırmadan elde edilen verilere göre, jeotermal kaynaklar tarafından üretilen CO2 emisyonunun 55 g/kWh olduğu tahmin edilmektedir. Jeotermal sıvı tekrar yer altına enjekte edilirse bu değer sıfıra düşebilir.

Dünyada jeotermal elektrik üretiminde ilk 5 ülke ABD (3,722 MW), Endonezya (2,276 MW), Filipinler (1,918 MW), Türkiye (1,710 MW) ve Yeni Zelanda (1,037 MW)'dır. Yine jeotermal ısı ve kaplıca uygulamalarındaki ilk beş ülke Çin, ABD, İsveç, Türkiye ve Japonya'dır. 2015-2020 yılları arasında jeotermal elektrik üretimi büyümesinde Türkiye dünya birincisiydi. 2020-2023 yıllarında ise ABD'nin ardından ikinci sırada yer almıştır.

Diğer Yenilenebilir Enerji Kaynakları:

Biyokütle, okyanus dalgaları ve gelgitler dâhil olmak üzere bazı başka yenilenebilir enerji kaynakları vardır. Biyokütlenin çok bilinen tanımı bitkiler, insanlar, deniz yaşamı ve hayvanlar tarafından yapılan canlı bitki ve organik atıklar olarak ifade edilebilir.

Biyokütleden elektrik, yakıt, kimyasal hammadde gibi çeşitli enerji türleri elde edilebilir. Hammadde olarak biyokütlenin kükürt içeriği kömürden daha düşüktür. Bu nedenle yanma sonucu daha düşük emisyon oluşur.

Bu makalede yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimine ana katkılarından dolayı hidro, rüzgâr, güneş ve jeotermal enerjiler kısaca kavram olarak araştırılmış ve paylaşılmıştır. 

Sevgili Okuyucularımız,

Fütürist Bülten hakkındaki görüş ve önerilerinizi [email protected] adresine e-posta atarak bizlere iletebilirsiniz.