Yenilenebilir Enerjilerde Enerji Depolama
YENİLENEBİLİR ENERJİLERDE ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMİ
Fosil yakıtların kullanılmadığı durumlarda, yenilenebilir enerji sistemlerinde enerji depolama kullanılmaktadır. Fosil yakıtların rezervlerinin sonuna yaklaşıldığında böyle sistemler önem kazanmaktadır. Rezervler çok büyük olmakla beraber, kullanım da oldukça büyüktür. Dolayısıyla, fosil yakıtların uzun süreli kullanımı da kaynaklarla sınırlıdır. Bundan dolayı, yenilenebilir kaynaklardan enerji sağlama çalışmaları hızla devam etmektedir.
Enerji depolama, kısa süreli depolamada, birkaç günde saniyeler periyodu içinde, uzun dönem mevsimsel depolamada birkaç günden birkaç yıla kadar olan dönemlerde değişmektedir. Örneğin, güneş enerjisi hem kısa dönemde değişimlidir; hem de uzun dönemde yaz-kış gibi mevsimsel değişimlidir. Birçok durumda, birkaç saat için yükü düşürerek kısa vadeli değişimlerle başa çıkmak mümkündür. Çok daha uzun dönemlerde depolanan enerjide mevsimsel değişimler, çok daha büyük miktarlar içermektedir. Böylece depolama teknolojisi seçiminde, boyut ve fiyat önemli olmaktadır.
Rüzgar ve güneş enerjisinin elektrik ihtiyacından bağımsız olarak üretilebilmesi sorun oluşturmaktadır. Bundan sebeple üretimin tüketimi karşılama oranı çok düşüktür. Rüzgar enerjisinin üretimindeki düzensizlik, atmosferik değişimler sonucunda oluşan ve saniyeler ile birkaç dakika arasında süren ve kararsız üretim yapısı oluşturan mikro-meteorolojik dalgalanmalardır. Bunlar, gece-gündüz zaman aralıkları, hava değişim olayları, yüksek ve alçak basınçtan dolayı meydana gelen atmosferik olaylardır.
Şekil-1’de bir rüzgar santralinin bulunduğu yerde 09.00 ile 21.00 arasındaki 12 saatlik rüzgar hızı verilmiştir. Şekilden anlaşılacağı üzere rüzgarın hızı sabit olmayıp sürekli dalgalanmalar bulunmaktadır. Rüzgar santralinin elektrik enerjisi üretimi, bu dalgalanmalardan doğrudan etkilenecektir.
Şekil-1: 12 Saatlik Rüzgâr Hız Grafiği.
Güneş enerjisi üretimindeki düzensizlik ise güneşlenme zamanıyla doğrudan orantılıdır. Mevsimler, gece-gündüz ve bulutlanma ile doğrudan orantılı olarak üretim değişmektedir.
Şekil-2’de bir güneş santralinin bir günlük zaman-üretim grafiği verilmiştir. Bu grafikten anlaşılacağı gibi güneş santralinin temel özelliği sadece gündüz üretim yapabilmesidir. Gece üretim mümkün değildir. Gündüz yapılan üretimde de güneş ışınlarının geliş acısı ve etkisine göre üretimde dalgalanmalar olmaktadır. En etkili üretim, güneşin ışınlarının en dik ve etkisinin en çok olduğu 12.00 ile 14.00 saatleri arasındadır ve bu zaman aralığında dahi dalgalanmalar söz konusudur.
Şekil-2: Güneş Paneli Zaman-Üretim Grafiği.
Birçok enerji depolama yöntemi bulunmaktadır. Ancak bunların bazıları, her enerjiyi depolayamamaktadır. Şebeke ölçekli enerji depolamada mekanik (pompalamalı hidroelektrik depolama, volan vb.) ve elektriksel (bataryalar, süperkapasitörler vb.) olmak üzere temel olarak iki yöntem söz konusudur.
Depolama olanakları, artan talebe bağlı olarak, talep ve arz arasındaki dengeyi daha iyi sağlamak için uzun dönem uygulamaları ve dinamik performans geliştirmek için desteklenmeye, büyümeye devam etmektedir. Bundan dolayı, izin verilebilen artan kullanım, yenilenebilir kaynakların etkisini basitleştirip kolaylaştırmakta ve esneklik, güvenilirlik ve şebeke performansının genel verimliliğini arttırmaktadır.
Elektrik enerjisini depolama ihtiyacı sadece yenilenebilir kaynaklar için var olan bir sorun olmayıp, aynı zamanda enerji kalitesi, gücü destekleme ve enerji yönetimini sağlamaya yönelik olabilmektedir. Tablo-1’de elektrik enerjisi depolama amaçları özetlenmiştir.
Tablo-1: Elektrik Enerjisi Depolama Amaçları
Saniyeler mertebesi ya da daha kısa süreler
Enerji kalitesinin sürekliliğinin sağlanması
Saniyelerden dakikalar mertebesine kadar
Farklı enerji üretim merkezlerini kesme/devreye almalarda enerjinin sürekliliğinin sağlanması
Saatlerden günler mertebesine kadar
Enerjinin üretim fazlası/ekonomik olduğu zamanlarda depolanması ve ihtiyaç zamanlarında kullanılması
Şekil-3: Akıllı Enerji Denetimi ve Saklama.
3. Enerji Depolama Sistemi
Bir Enerji Depolama Sisteminin (EDS) en temel öğeleri, özel olarak tasarlanan Batarya Yönetim ve Güç Kontrol Sistemidir. Bu sayede enerji;
Enerji sürekliliğinin ve kalitesinin önemli olduğu kritik tesislerde (radar mevzileri, veri depolama merkezleri, iletişim transfer merkezleri, güvenlik ile ilgili tesisler, hastaneler, kamplar) özellikle ihtiyaçlara cevap veren sistemler olarak dikkati çekmektedir.
Çok çeşitli şekillerde sağlanan enerji (Şebeke, jeneratör, güneş, rüzgar vb.) depolandıktan sonra, sorun yaşanan veya verimlilik açısından istenen zamanlarda kullanılmaktadır.
Özellikle çalışmaların yoğun olarak sürdüğü 24 saat faaliyetlerin kesintisiz olarak devam ettiği tesisler için çok önemli bir ihtiyaca cevap vermektedir.
Yenilenebilir enerji kaynaklarının tüketim merkezlerine uzak olması, üretimin kararlı olmaması, iklim şartlarından etkilenmesi ve hava tahminin yeteri kadar doğru yapılamaması nedeniyle, enerji depolama sistemlerinin de önemi giderek artmaktadır.
Günümüzde bütün modern enerji sistemleri arz güvenilirliği, sistem kararlığı, enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması iletim / dağıtım problemlerinin ve maliyetlerinin minimize edilmesi gibi birçok nedenler enerjinin depolanmasını zorunlu kılar. Yenilenebilir enerji depolama sistemleri, üretimin fazla olduğu durumlarda depolama yaparken, üretimin yeterli olmadığı durumlarda ise sistemi desteklemektedir.
Şekil-4: Enerji Depolama Sistemi.
Şekil-5: Yenilenebilir Enerjide Enerji Depolama Sistemi.
Şekil-4’te verilen şemada bulunan depolama sistemi;
İstenen değerlerde enerjiyi depolayabilen,
Verimlilik açısından akıllı bir yönetim sistemine sahip olan,
İstenilen hareket yeteneğine göre sabit veya mobil olacak şekilde tasarlanmaktadır.
Yenilenebilir enerji kaynaklarında (Rüzgar, güneş enerji sistemleri vb.) enerji üretimi ve tüketimi arasında bir orantı olmadığı için bir depolama sistemi kullanılma zorunluluğu söz konusudur.
Gelişmiş elektrik enerji depolama teknolojileri, düzgün kullanıldığı zaman, sisteme çevresel, ekonomik ve enerji verimliliği açısından avantajlar sağlamaktadır.
 Şule Kuşdoğan, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarında Enerji Depolama Uygulamalarının Verimliliği, Kocaeli Üniversitesi.
 Ahmet Özarslan, Yenilenebilir Enerji Kaynakları İçin Büyük Ölçekli Enerji Depolama Yöntemleri, Bülent Ecevit Üniversitesi.
 Ozan Erdinç, Mehmet Uzunoğlu, Bülent Vural, Hibrit Alternatif Enerji Sistemlerinde Kullanılan Enerji Depolama Üniteleri, Yıldız Teknik Üniversitesi.
 Adem Çalıker, Engin Özdemir, Modern Enerji Depolama Sistemleri ve Kullanım Alanları, Kocaeli Üniversitesi.
ASPİLSAN Enerji A. Ş.