Enerji Depolama Çözümleri
Dünya, CO₂ emisyonlarının yol açtığı giderek artan çevre krizini ele almak için yenilenebilir enerji alternatiflerini dikkat çekici bir hızla benimsemektedir. Yenilenebilir enerji sistemleri, sera gazları veya diğer kirletici emisyonlar üretmedikleri için çevrenin karbondan arındırılmasında büyük bir potansiyele sahiptir. Ancak yenilenebilir enerji sistemleri (RES), genellikle hava durumu, mevsim ve yıla bağlı olarak tahmin edilemeyen güneş ışığı, rüzgâr, su ve jeotermal gibi doğal kaynaklara dayalıdır. Bu süreksizlikleri dengelemek için, yenilenebilir enerji çeşitli tekniklerle depolanabilir ve ihtiyaç duyulduğunda tutarlı ve kontrollü bir şekilde kullanılabilir. Dünya genelinde pek çok araştırmacı, enerji talebindeki artışı karşılayacak kadar verimli ve teknolojik atılımlarla uyumlu yeni enerji depolama yöntemleri geliştirmek adına son yüzyılda önemli katkılar sağlamıştır. (1)
Aşağıdaki tabloda yıllara göre enerji sistemlerindeki gelişmeler yer almaktadır.
| Yıl | Enerji Depolama Sistemi | Açıklama |
| 1839 | Yakıt hücresi | 1839’da Sir William Robert Grove ilk basit yakıt hücresini icat etti. Elektrolit varlığında karıştırılan hidrojen ve oksijen ile elektrik ve su üretti. |
| 1859 | Kurşun asit akü | Fransız fizikçi Gaston Planté, kurşun-asit kimyasına dayanan ilk pratik şarj edilebilir akü versiyonunu icat etti |
| 1883 | Volan enerji depolama | İlk volan enerji depolama sistemi (FES), askeri uygulamalar için 1883’te John A. Howell tarafından geliştirildi. |
| 1899 | Nikel-Kadmiyum pil | İsveçli bilim insanı Waldemar Jungner, potasyum hidroksit çözeltisinde nikel ve kadmiyum elektrotlara sahip şarj edilebilir bir pil olan nikel-kadmiyum pili icat etti. |
| 1907 | Pompalı hidro enerji depolama | İlk pompalı hidro depolama tesisi, 1907’de İsviçre’nin Schaffhausen kenti yakınlarındaki Engeweiher pompalı depolama tesisinde kuruldu. |
| 1960 | Sodyum sülfür pil | İlk sodyum sülfür pili, 1960’larda Ford Motor Company tarafından geliştirildi. |
| 1969 | Süperiletken manyetik enerji depolama | 1969’da Ferrier, enerji talebindeki günlük değişimleri karşılamak amacıyla süperiletken manyetik enerji depolama sistemini tanıttı. |
| 1977 | Jeotermal enerji depolama | 1977’de, İsveç’in Sigtuna kentinde 42 delikli bir jeotermal enerji depolama sistemi inşa edildi. |
| 1978 | Sıkıştırılmış hava enerji depolama | Dünyanın ilk endüstriyel ölçekli sıkıştırılmış hava enerji depolama (CAES) tesisi, 1978’de Almanya’da 290 MW kapasiteli olarak kuruldu. |
| 1982 | Süperkapasitör | Pinnacle Research Institute (PRI), 1982’de askeri uygulamalar için düşük iç dirençli ilk süperkapasitörü geliştirdi. |
| 1983 | Vanadyum redoks akış pili | Vanadyum redoks akış pili, M. Skyllas-Kazacos ve meslektaşları tarafından 1983’te Avustralya’nın New South Wales Üniversitesi’nde geliştirildi. |
| 1983 | Polisülfür bromür akış pili | Bir brom-polimer polisülfür akış pili, ilk kez 1983 yılında Remick ve arkadaşları tarafından geliştirildi. |
| 1991 | Lityum- iyon pil | 1991’de ilk ticari lityum iyon pil piyasaya sürüldü. |
| 2007 | Kâğıt pil | Dr. Robert Linhardt, Dr. Omkaram Nalamasu ve Dr. Pulickel Ajayan, 2007 yılında Rensselaer Polytechnic Institute’da kağıt pil konseptini tanıttılar. |
Elektrik Enerjisi Depolama
Pompalı hidroelektrik depolama (PHS): Ticari olarak mevcut en büyük depolama kapasitesine sahiptir. Temel fikir basittir; yoğun olmayan saatlerde üretilen fazla elektrik enerjisini kullanarak suyu alt bir rezervuardan üst bir rezervuara pompalamak.
Volan enerji depolama sistemleri: Enerjiyi açısal momentum formunda depolar. Yoğun talep zamanında enerji, bir motor aracılığıyla bir kütleyi döndürmek için kullanılır. Deşarj sırasında motor bir jeneratör haline gelir ve elektrik üretir.
Sıkıştırılmış hava enerji depolama (CAES) sistemi: Yoğun olmayan saatlerdeki fazla elektriği kullanarak havayı sıkıştırma fikrine dayanır. Daha sonra sıkıştırılmış hava, elektrik üretmek için bir gaz türbini ile kullanılabilir.
Batarya ve yakıt hücreleri: Depolanan kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal hücrelerdir.
Süperiletken manyetik enerji depolama (SMES) yöntemi: Doğru akım tarafından üretilen bir manyetik alanda elektrik enerjisini depolar.
Kapasitörler: Enerjiyi kapasitörün iki tarafı arasında oluşturulan elektrik potansiyeli formunda depolar. Yoğun olmayan saatte iki plaka şarj edilerek potansiyel oluşturulur ve yoğun saatlerde bu potansiyel boşaltılır.
Aşağıdaki görsellerde yukarıda bahsedilen elektriksel enerji depolama yöntemlerinden iki tanesinin şemasına yer verilmiştir.
Depolama yöntemleri, kapasite ve deşarj süresine göre kategorilere ayrılabilir. Yenilenebilir enerji süreçlerindeki enerji tüketimini ve çevresel etkiyi değerlendirebilmek adına yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA), önemli bir araçtır. Yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA), belirli ürün ve hizmetin çevresel etkilerini belirlemek değerlendirmek için gerçekleştirilen araştırmalardır. LCA, sisteme giren malzemeleri, kaynakları ve enerjiyi, ayrıca sistemden çıkan atık ve kirliliği dikkate alır.
Enerji depolama yöntemlerini iki farklı başlık altında toplamak mümkündür. Bu başlıklar; elektriksel enerji depolama ve termal enerji depolama şeklinde ifade edilebilir.
Termal Enerji Depolama
Duyulur Isı: Sıvı veya katı malzemelerin sıcaklığını güneş enerjisinin yoğun olduğu saatlerde değiştirerek, enerjiyi malzemenin orijinal sıcaklığıyla arasındaki sıcaklık farkından yararlanarak depolar.
Faz Değişim Malzemesi Depolama (PCMS): Bir malzeme faz değiştirdiğinde ısı emilir veya açığa çıkar. Depolama malzemelerinin faz değişimiyle enerji depolanabilir veya serbest bırakılabilir.
Sorbisyon: Bir gaz veya buharın (sorbat) bir katı veya sıvı madde (sorbent) tarafından tutulmasıdır. Sisteme ısı verildiğinde AB bileşiği, A ve B bileşiklerine ayrılır ve enerji, A ve B’nin kimyasal potansiyeli olarak kayıpsız bir şekilde depolanır. A ve B birleştiğinde AB bileşiği oluşur ve ısı açığa çıkar.
Güneş Yakıtı: Optik cihazlar kullanılarak güneş ışığı yoğunlaştırılabilir ve yoğunlaştırılmış güneş enerjisinden elde edilen ısı, endotermik kimyasal dönüşümleri gerçekleştirmek için kullanılarak depolanabilir ve taşınabilir yakıtlar üretilebilir. (3)
Sonuç
Güneş enerjisi depolama yöntemlerinde artan talep; güneş enerjisinin istikrarsız doğası, enerji ihtiyacının gün geçtikçe artan nüfus ile üstel artışı ve yasal yükümlülüklerle açıklanabilir. Ayrıca maliyetler de göz önünde bulundurulduğunda yine anlaşılır bir sonuç ile karşılaşılmaktadır. Yukarıda da bahsedildiği üzere söz konusu enerjinin depolanması için birçok metot bulunmaktadır. Bu metotlar arasından ihtiyaca yönelik bir seçim yapılması önemlidir. Bu sistemler, ele aldıkları uygulamaya bağlı olarak, jeneratörün, iletim hattının, dağıtım trafosunun ya da tüketicinin yakınında konumlandırılabilir. Farklı depolama yöntemlerini sadece tek bir faktöre göre karşılaştırmak zor ve yetersizdir. Örneğin bazı depolama yöntemleri için gereken malzemelerin nadir olduğu unutulmamalıdır. Bu durum bu yöntemi diğer yöntemlere nazaran daha az tercih edilir yapacaktır; mesela kapasitörler için rutenyum ve bataryalar için lityum örnek olarak verilebilir. Uygun enerji depolama sistemlerinin hayata geçirilmesi, enerji güvenliğini sağlamak ve zararlı çevresel etkiyi azaltmak için önemlidir. Güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları kullanılırken, yenilenemeyen kaynaklara dayanan depolama yöntemleri, konunun mantığına ters düşerken çevreye verilen zarar açısından da sistemi diğer yöntemlere nazaran daha dezavantajlı hale getirecektir.
Kaynakça:
- Chinese Roots Global Impact, Energy Storage and Saving, J. Mitali, S. Dhinakaran, A.A. Mohamad, 2022
- 3 Types of Electrical Energy Storage Technologies- Renhotec EV
- CALIFORNIA SOLAR ENERGY COLLABORATIVE, Solar Energy Storage Systems Review, , Yu Hou, Ruxandra Vidu and Pieter Stroeve
