Termal güneş enerjisi santralleri, güneşin parlamadığı zamanlarda güneşin enerjisini elektriğe dönüştürebiliyor. Uzmanlar, çevre dostu teknoloji açısından bu alanda büyük bir gelecek öngörüyor.
sırada dizilmiş yüzbinlerce ayna, Fas’ın güneyindeki Quarzazate’nin kırmızı toprakları üzerinde yükselen çöl güneşinin altında pırıl pırıl parlıyor. Bu, kuş uçmaz kervan geçmez toprakların titrek ışıklarının içinde bir serap gibi duran şey aslında eşsiz üstünlüğe sahip bir enerji üretim istasyonu. Quarzazate’deki bu termal güneş enerjisi santrali yaklaşık 4 bin futbol sahası ölçeğiyle dünyanın en büyüğü olacak. 2016 Şubat’ında faaliyete geçtiği günden bu yana ilk aşama olan Noor 1 (“noor” kelimesi Arapça’da “ışık” anlamına geliyor) nominal 160 megavat (MW) elektrik çıktısıyla çalışıyor. Üretilen bu elektrik enerjisi, Fas'taki 350.000 ev için yeterli geliyor ve bu şimdilik sadece bir başlangıç. Toplamda dört enerji santralinden oluşması planlanan bu önemli proje, 2017 yılının sonu itibariyle 500 MW kapasiteye sahip olacak.
Almanya Havacılık ve Uzay Merkezi'nde (DLR) Solar Araştırma Enstitüsü Yöneticiliği görevini yürüten Profesör Robert Pitz-Paal, "Termal güneş enerjisi santralleri, yüksek sıcaklıklar üretmek üzere güneş ışığını konsantre ediyor. Bu nedenle güneşli bölgelerde yenilenebilir kaynaktan yüksek miktarda çevre dostu elektrik sağlayabiliyorlar." diyor. Konsantre güneş enerjisi (CSP), yüksek güneş yoğunluğuna sahip ülkelere oldukça uygun. Fas güneş enerjisi parkı, bu açıdan mükemmel bir lokasyona sahip: Ouarzazate'nin etrafındaki alanda güneş ışıması, dünyadaki en yüksek seviyelerden biriyle yılda metrekare başına 2.500 kilovat saatten (kWh) daha yüksek bir yoğunluğa ulaşıyor.
Almanya Havacılık ve Uzay Merkezi'nde (DLR) Solar Araştırma Enstitüsü Yöneticiliği görevini yürüten Profesör Robert Pitz-Paal ile röportaj
Konsantre güneş enerjisi (CSP) nedir ve sizi hangi yönü hayran bırakmaktadır?
Neredeyse herkes fotovoltaik ve rüzgar enerjisi hakkında bilgi sahibi, ancak konsantre güneş enerjisini veya CSP'yi duyan kişi sayısı çok az. Sizce bunun nedeni nedir?
Araştırmanın ana odak noktası nedir?
Noor'un lokasyonu: Fas'ın elektrik fabrikası, dünyanın en güneşli bölgelerinden birinde yer alıyor.
Noor 1 tesisi: Dünyanın en büyük güneş enerjisi santralinin ilk aşaması, Sahra Çölü yakınlarında 2016 yılında Fas'ta açıldı.
Noor I tesisinde 537.000 bilgisayar kontrollü parabolik ayna, ayçiçekleri gibi yüzünü sürekli olarak güneşe dönüyor. Güneş ışınlarını konsantre ederek termal enerjiye dönüştürüyorlar. Kısmen kavisli aynaların boyu 10 metrenin üzerinde. Orta bölümünde, termal yağın dolaştığı borular bulunuyor. 393 dereceye kadar ısıtılabilen bu sentetik sıvı, aynaların oluşturduğu büyük alanın ortasında yer alan enerji santrali aracılığıyla besleniyor ve bu muazzam enerji santrali türbininin çalışması için burada buhar üretiliyor. Böylece, kurulmuş olan büyük depolama üniteleri sayesinde güneş battıktan sonra da elektrik mevcut oluyor. Sonuç olarak termal güneş enerjisi santralleri, yenilenebilir enerji karışımında kesin bir avantaj sağlıyor. Elektrik, gün boyunca kullanılabiliyor.
Bir milyondan fazla eve elektrik sağlanacak: tesisin tamamı bittiğinde, parabolik aynalardan oluşan sıralar 30 kilometrekarelik bir alana yayılıyor olacak.
Ayçiçeği ilkesi: bilgisayar kontrollü parabolik aynalar yüzünü sürekli olarak güneşe dönüyor.
Gece saatlerinde bile tam kapasite
Noor 1'deki ısı depolama üniteleri iki dev çelik tanktan oluşuyor. BASF Solar ve İnorganik Ürünler Yeni İş Geliştirme Müdürü Dr. Matthias Hinrichs, "Yaklaşık 240 derecedeki sıcaklıklarda sıvı hale gelen özel bir potasyum ve sodyum nitrat tuz karışımı içeriyorlar." diyor. Kimya şirketi, depolama tuzları alanında yüksek saflığa sahip, sentetik sodyum tuzların üretimine odaklanıyor ve 90 yılı aşkın bir süredir bunları üretiyor. Depolanan tuzdan ısının yayılması, gece saatlerinde bile CSP santrallerinin tam kapasitede olmasını sağlıyor. Depolama tankları içerisinde yer alan tuz karışımları yüksek miktarlarda kullanılıyor: Sadece Fas'taki tesis için BASF, Ludwigshafen'da yaklaşık 27.000 ton sodyum nitrat üretti.
Gece saatlerinde bile güneş enerjisi: Isı, potasyum ve sodyum nitrattan oluşan özel bir tuz karışımıyla Noor 1'de iki dev çelik tankta depolanır.
Yüksek saflığa sahip sodyum nitrat: termal güneş enerjisi santrallerinde, BASF'nin ürettiği erimiş tuz, gerektiğinde elektriğe dönüştürülebilecek güneş enerjisini saklar. Mikropkop fotoğrafı: büyütme oranı: 320:1
Yeni yatırımlar ve iş imkanları artıyor mu?
"Solar Termal Elektrik - Küresel Görünüm 2016" çalışmasına göre Fas gibi ülkeler, sera gazlarının emisyonlarını azaltma konusuna bu yöntemlerle önemli bir katkı sağlıyor. Güneş kuşağında, yani Ekvator'un 40° kuzeyinde ve güneyinde yer alan ülkeler 2020 yılı itibariyle CSP'yi kullanarak 32 milyon ton CO2'in önüne geçebilecek. Şu anda İspanya ve Amerika Birleşik Devletleri, CSP kapasitesi açısından listenin üstünde yer alıyor, ama diğer ülkeler de üst sıralara doğru yaklaşıyor. Çin, 2020 yılı itibariyle toplam 10 gigavat (GW) kapasiteye sahip termal güneş enerjisi santrallerini işletmeye almayı hedeflerken, Saudi Arabistan 2032 yılı itibariyle 25 GW'lik bir CSP kapasitesi planlıyor. Uluslararası Enerji Dairesi (IEA), Greenpeace ve Avrupa Solar Termal Elektrik Derneği'nin (ESTELA) bir teknoloji programı olan SolarPACES tarafından gerçekleştirilen çalışma, bu ülkelerde söz konusu iklim açısından zararsız enerji kaynağının kullanılmasının 2020 yılı itibariyle 16 milyar Euro'luk yatırım ve gelecekte 70.000 yeni iş imkanı oluşturabileceği sonucuna ulaşmıştır.
Termal güneş enerjisi ilkesi
Güneş enerjisinden termal enerji
Milyarlarca yaşında olup hala enerji dolu olan şey nedir? Güneş. Fotovoltaik ve termal güneş enerjisi teknolojileri, dünyaya en yakın yıldız olan güneşi neredeyse bitip tükenmez bir enerji kaynağı olarak kullanıyor. Fotovoltaik, güneş ışınlarını doğrudan elektriğe dönüştürmek için güneş hücreleri kullanırken, termal güneş enerjisi teknolojisi ise termal enerji üretiyor. Evlerde, termal güneş enerjisi genellikle sıcak su ve iyi ısıtılmış odalar için kullanılıyor. Konsantre güneş enerjisi (CSP) ise geniş ölçekte elektrik üretebiliyor: Fas'taki Noor I gibi bir termal güneş enerjisi santrali 160 megavat (MW) kapasiteye sahiptir ve 350.000 eve elektrik sağlar. Binlerce aynı güneş ışınını bir noktada toplar ve bir sıvıyı ısıtır. Bu ısı kaynağı, daha sonrasında buhara dönüşür ve bu buhar da bir jeneratör aracılığıyla elektrik üretir. Güneş ışınlarını tek noktada toplamak üzere dört farklı türde kolektör kullanılıyor:
Parabolik kanallı enerji santrallerinde güneş ışınları, aynanın odak noktasında yer alan bir boruda toplanır. Borunun içerisindeki termal enerji daha ileriye yönlendirilir
Parabolik kanal kolektörleri
Kanal şeklindeki büyük aynalar, güneş ışınlarını bir ısı eşanjörüne (alıcı) yansıtır.
Parabolik kanallarda olduğu gibi Fresnel kolektörleri de bir alıcı boruyu ısıtmak için güneş ışınlarını doğrudan odak noktasına yönlendirir. Ancak düz olarak yerleştirilirler.
Dar, düz ayna şeritleri, aynı işlevi gerçekleştirecek şekilde düzenlenir.
Çanak-Stirling santrallerinde güneş ışınları, çanak şekilli bir ayna tarafından tek bir noktaya toplanır. Burada toplanan termal enerji, bir Stirling motoru kullanılarak mekanik enerjiye dönüştürülür.
Birbirine bağlı parabolik aynalar, güneş ışınlarını tek bir noktaya toplar.
Bu enerji santralinin kulesinin üstünde, 1.000 derecenin üzerinde sıcaklıklar oluşur ve elektrik üretmek için kullanılabilir.
Kule enerji santralleri olarak da bilinirler ve binlerce ayna, güneş ışınlarını bir kulenin üzerinde yer alan merkezi alıcıya yönlendirir.
Yüksek verim elde edilebilmesi için ön şart, çoğunlukla dünyanın güneş kuşağında meydana gelen direkt güneş ışıklarıdır. İspanya ve Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkelerde ve ayrıca Orta Doğu'da ve Kuzey Afrika'da çok yüksek sayıda CSP santrali inşa edilmiştir ve hala da inşa edilmektedir. Bu santrallerde, konsantre güneş enerjisi tarafından yakalanan enerji, güneş ışığının bulunmadığı zamanlarda bile daha önceden elde edilmiş olan ısıyı tutan sıvı tuz içeren büyük ısı depoları sayesinde daha da fazla arttırılabiliyor.
Termal güneş enerjisinin tarihçesi
Metal aynalar ve güneş kuleleri
Mısırlılar, karanlık alanları aydınlatmak için cilalanmış bronz ve bakır levhalardan oluşan basit solar aynalar geliştirdi. Aynalar, suyu ısıtmak için güneş ışınlarını bir noktada da toplayabiliyordu
Matematikçi Arşimed'in Syracuse Kuşatması sırasında tüm Roma ordusunu ateşe vermek üzere güneşin gücünü ve parlak cilalı bronz kalkanları kullandığı anlatılmaktadır. 1973 yılında Yunan bilim insanları, Arşimed'in tasarımını yeniden oluşturdu. Teknolojinin işe yaradığını, ancak 50 metre gibi kısa bir mesafede etki gösterdiğini buldular.
Fransız bilim insanı Auguste Mouchout, dünyanın ilk güneş enerjili buhar motoru için buhar üretmek üzere parabolik aynalar kullanır.
45 kilovat (KW) kapasiteyle ilk büyük güneş enerjisi santrali Maadi, Mısır'da inşa edildi ve işletmeye alındı. Teknoloji, Alman-Amerikalı mühendis Frank Shuman tarafından geliştirildi.
Güneş konusunda öncü Profesör Giovanni Francia, Sant'Ilario, İtalya'da ilk konsantre güneş enerjisi sistemini tasarladı ve kurdu. Santral, bugünün termal güneş enerjisi santralleri ile ayı yapıya dayanıyor: bir merkezi ısı eşanjörü (alıcı), çok sayıdaki kolektörün ortasında yer alıyor.
İlk termal güneş enerjisi demo santrali, dokuz ülke tarafından ortaklaşa bir şekilde İspanya'da kurulmuş olan “Plataforma Solar de Almería”da işletmeye alındı.
California'da bulunan ABD Güneş Enerjisi Oluşturma Sistemleri'nde (SEGS) işletmeye alınan termal güneş enerjisi santralleri, toplamda 310 megavat (MW) sağlayan birden fazla santralden oluşuyor.
392 MW kurulu güç ile dünyada bugüne kadar ki en büyük termal güneş enerjisi santrali olan Ivanpah, California'daki şebekeye bağlıdır.
Fas'ta bulunan Noor, bu alandaki yeni favori tesis olabilir. Çalışmalar tamamlandığında tüm tesisin, 500 megavat kapasiteye sahip olması planlanıyor.
Verimli güneş ağacı
Robotlar çöl tozunu ortadan kaldırıyor