Fosil Yakıtlara Sıvı Hava Alternatifi

Dünyada yenilenebilir elektrik kullanımı ilk kez kömürü geride bırakarak hızla artarken, Güneş parlamadığında ve rüzgar esmediğinde bu enerjiyi depolama ihtiyacı da giderek artıyor. Bazıları şebeke ölçeğinde lityum pillere, bazıları ise pompalı hidroelektrik santrallerine yönelirken, küçük ama büyüyen bir sektör hala daha iyi bir çözüm olduğuna inanıyor: havaya dayalı piller.

İngiltere’nin kuzeybatısındaki Carrington köyü yakınlarında, dünyanın ilk ticari ölçekli sıvı hava enerjisi depolama tesisinin temelleri atılıyor. Tesis, sonunda bir dizi endüstriyel makine ve sıkıştırılıp soğutulmuş ve sıvı hale gelmiş hava ile dolu, yenilenebilir enerji fazlasını talep için kullanan bir dizi büyük depolama tankına dönüşecek. Depolanan enerji, talep arzı aştığında daha sonra boşaltılabilecek.

Proje başarılı olursa, devamı gelecek. Tesisin geliştiricileri Highview Power, sıvı hava enerjisi depolamasının ülkelerin fosil yakıtları temiz ve yenilenebilir enerjiyle değiştirmesini kolaylaştıracağından emin – ancak şu anda teknoloji pahalı. Ancak temiz enerji depolama ihtiyacı arttıkça, dengenin sıvı hava lehine değişeceğine inanıyorlar.

Dünyanın sera gazı emisyonlarını azaltması ve iklim değişikliğinin en kötü etkilerinden kaçınması için yenilenebilir enerjiye geçiş şart. Ancak bunu yapmak, elektrik şebekeleri için zorluklar yaratıyor.

Kömür ve gaz gibi fosil yakıtlar yakan enerji santralleri, büyük ölçüde isteğe bağlı olarak açılıp kapatılabilir ve bu sayede talebe uygun, öngörülebilir bir elektrik arzı sunuyor. Buna karşılık, yenilenebilir enerji kaynakları kesintilidir. Bu, bazen yeterli elektrik üretilmediği ve elektrik kesintileri riski taşıdığı, bazen de çok fazla üretildiği (örneğin çok rüzgarlı günlerde) ve şebekeye zarar verebileceği anlamına gelir.

Çözümün büyük bir kısmı, ihtiyaç duyulduğunda serbest bırakılabilmesi için fazla enerjiyi depolamak. Bu, güvenilir bir arz sağlamaya yardımcı olur ve şebekeye zarar verme riskini en aza indiriyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) enerji depolama sistemleri üzerine çalışan kimya mühendisi Shaylin Cetegen, yenilenebilir enerji kullanımının artmasıyla birlikte şebeke ölçeğinde depolama kapasitesi oluşturmanın giderek daha önemli hale geldiğini söylüyor.

Onlarca yıldır enerji depolamanın temel biçimi pompalı hidroelektrik santralleri oldu. Fazla elektrik, barajın arkasında kalan suyu yukarı pompalamak için kullanılıyor. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda, suyun türbinlerden akması sağlanarak elektrik üretiliyor. 2021 yılında dünya genelinde pompalı hidroelektrik santral kapasitesi 160 gigawatt’tı.

Son zamanlarda, enerji depolama talebi arttıkça, büyük ölçekli akü depolama sistemleri inşa edildi. Bu durum hızla gerçekleşiyor ve ivme kazanıyor. Uluslararası Enerji Ajansı’na göre, şebeke ölçeğindeki akü depolama kapasitesi 2013’te 1 GW’tan 2023’te 85 GW’ın üzerine çıktı ve yalnızca 2023’te 40 GW’ın üzerinde kapasite eklendi.

Sıvı Hava Çözeltisi

Sıvı hava enerjisi depolama ise, piyasada nispeten yeni bir teknoloji. Temel fikir 1977’den beri mevcuttu, ancak bu yüzyıla kadar pek ilgi görmemişti.

İşlem üç aşamada gerçekleşiyor. İlk olarak, çevreden hava alınıyor ve temizleniyor. İkinci olarak, hava çok yüksek basınca ulaşana kadar tekrar tekrar sıkıştırılıyor. Üçüncü olarak, hava, çok akışlı bir ısı eşanjörü kullanılarak sıvı hale gelene kadar soğutuluyor. Bu cihaz, farklı sıcaklıklardaki maddeleri taşıyan birden fazla kanal ve tüp içeren ve ısının bunlar arasında kontrollü bir şekilde aktarılmasını sağlayan bir cihaz.

Cetegen, “Şebekeden çektiğimiz enerji, bu şarj sürecini besliyor,” diyor.

Şebeke ekstra enerjiye ihtiyaç duyduğunda, sıvı hava çalıştırılıyor. Depodan pompalanıyor ve buharlaştırılarak tekrar gaz haline geliyor. Daha sonra türbinleri çalıştırmak için kullanılıyor ve şebeke için elektrik üretiyor. Daha sonra hava atmosfere geri salınıyor.

Bu süreçte birkaç kullanışlı enerji tasarrufu yöntemi de mevcut. Örneğin, yüksek basınç altındaki gazlar ısınıyor, bu nedenle havayı sıkıştırma işlemi ısı üretiyor. Bu ısı, sürecin ikinci yarısında sıvı havanın geri kazanılmasına yardımcı olmak için kullanılabilir. Cetegen, “Bu termal geri kazanım döngüleri olmadan, sürecin verimliliği %50’ye yakın, ancak bunu uyguladığımızda %60’ın üzerine, yani %70’e yakın bir verimlilik elde edebiliriz,” diyor.

Zorluk, yeşil dönüşümü anlamlı bir şekilde hızlandıracak yeterli sıvı hava enerjisi depolama sistemini yaygınlaştırmak.

Geçici Çözüm

Manchester’daki yeni tesis, dünyadaki ilk ticari ölçekli girişim. 20 yıldır sıvı hava enerjisi depolaması geliştiren Highview Power tarafından inşa ediliyor. Bu tesis, yakınlardaki Pilsbury’deki bir deneme tesisinin ardından geliyor. Carrington tesisi, 480.000 eve kadar kısa bir elektrik açığını kapatmaya yetecek kadar, 300 megavat/saat elektrik depolayabilecek.

İcra Kurulu Başkanı Richard Butland, tesisin iki aşamada devreye gireceğini söylüyor.

Ağustos 2026’da türbinin faaliyete geçmesi planlanıyor. Bu, elektrik üretmeyecek, ancak elektrik şebekesinin istikrarına yardımcı olacak. Butland, şu anda şebeke operatörlerinin şebekeyi istikrara kavuşturmak için bazen gaz yakıtlı elektrik santrallerini devreye aldığını söylüyor. “Bu, sistem için çok büyük bir maliyet,” diyor.

Sıvı hava depolama sisteminin 2027 yılında faaliyete geçmesi bekleniyor. Highview, en çok ihtiyaç duyulduğunda şebekeye elektrik satarak para kazanmayı hedefliyor.

Cetegen, enerji depolamanın temel bir teknoloji olduğunu ancak ekonomik açıdan zorlu olduğunu söylüyor. Mart ayında yayınlanan bir çalışmada, meslektaşlarıyla birlikte sıvı hava enerjisi depolamanın ABD’nin 18 bölgesinde ne kadar uygulanabilir olduğunu değerlendirdi. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanım oranlarının değişken olduğu sekiz farklı karbonsuzlaştırma senaryosunu karşılaştırdılar. Her durumda, bir projenin 40 yıllık bir ömür boyunca elektrik alıp satarak ne kadar para kazanabileceğini tahmin ettiler.

Cetegen, “Diğer karbonsuzlaştırma senaryolarında ekonomik olarak uygulanabilir herhangi bir sistem gözlemlemedik” diyor.

Cetegen, bunun “olumsuz bir sonuç” olarak görülebileceğini, ancak bunun sıvı hava enerjisi depolamasının kötü bir fikir olduğu anlamına gelmediğini vurguluyor. Öncelikle, yöntemleri kasıtlı olarak muhafazakârdı ve çalışması, pompalı hidro ve piller gibi diğer enerji depolama biçimlerinin ekonomik olarak daha da az uygulanabilir olduğunu buldu. Daha da önemlisi, en büyük sorun, depolama tesislerinin ilk yıllarında çok fazla para kazanamamasıydı, çünkü ABD şebekesinde fiyat oynaklığını artıracak kadar yenilenebilir enerji yoktu. “Modelin ilk yıllarında sistem pek kullanılmıyordu,” diyor.

Cetegen, sıvı hava enerjisi depolama sağlayıcılarının yenilenebilir enerji kaynaklarının fiyat oynaklığını artırması için birkaç yıl bekleyebileceklerini, ancak bunun enerji dönüşümünü engelleyeceğini belirtiyor.

Bunun yerine, hükümetlerin teknolojiyi destekleyebileceğini belirtiyor. Çalışmasında, sistemlerin kurulumu için ilk sermaye maliyetlerinin sübvanse edilmesinin “kısa vadede ekonomik sürdürülebilirlik sağlamak için uygulanabilir bir yaklaşım olabileceğini” belirtiyor.

Ayrıca, yenilenebilir enerji kaynaklarının daha hızlı benimsenmesi enerji fiyatlarındaki oynaklığı artırarak enerji depolamayı ekonomik açıdan daha uygulanabilir hale getirecek.

Küresel Yaygınlaştırma Planı

Highview Power endişeli görünmüyor. Butland, “Manchester çok iyi getiriler elde edecek,” diyor. Şirkete asgari sermaye getirisi sağlayan “tavan ve taban” adı verilen bir Birleşik Krallık hükümet politikasından destek alıyorlar. Butland, bunun yatırımcılara güven verdiğini söylüyor. Ancak, bunun hükümete bir kuruşa bile mal olmaması gerektiğini de ekliyor. “Her projenin asgari tutardan daha fazla getiri sağlamasını bekliyorlar. Bu yüzden hükümet bunun için ödeme yapmak zorunda kalmayacak.” diyor.

Şirketin Birleşik Krallık’ta iki ek tesis ve Japonya ile Avustralya’da daha fazla tesis kurma planları var. Bunlar çok daha büyük olacak: Carrington tesisi 300 MWh depolarken, İskoçya’daki tesis neredeyse 10 kat daha büyük olacak ve 2,5 GWh kapasiteye sahip olacak. Kompresörler ve soğutma makineleri pahalı olsa da, depolama tankları ucuz, bu nedenle ölçeklendirmek kolay.

Cetegen, sıvı hava enerjisi depolamasının lehine son bir noktaya değiniyor: ucuz. Enerji depolama teknolojileri genellikle, depolanan her enerji biriminin proje ömrü boyunca ne kadara mal olacağını tahmin eden “düzeylendirilmiş depolama maliyeti” adı verilen bir ölçüt kullanılarak değerlendiriliyor.

Cotegen, “Bu depolama yöntemlerinden hiçbiri şu anda politika desteği olmadan ekonomik olarak uygulanabilir olmasa da, sıvı hava enerjisi depolaması büyük ölçekli depolama için özellikle uygun maliyetli bir seçenek olarak öne çıkıyor,” diyor.

Sonuç olarak Butland, elektrik şebekelerinin çeşitli depolama teknolojilerine dayanmasını bekliyor. Pompalı hidroelektrik son derece etkili ve onlarca yıl çalışabiliyor, ancak su kaynağına ihtiyaç duyduğu için konuma bağlı. Bu arada, piller oldukça verimli ve herhangi bir yere yerleştirilebilir, ancak yaklaşık 10 yıl sonra değiştirilmeleri gerekiyor. Sıvı hava, minimum kayıpla pillere göre daha uzun süre enerji depolayabilme avantajına sahip.

Herhangi bir ülke yeşil dönüşüme girerken, elektrik şebekesinin de bu durumla başa çıkabilecek şekilde yeniden modellenmesi gerekiyor. Butland, “Küresel olarak tüm şebekeleri yeni nesil temellere göre yeniden inşa ediyoruz,” diyor. Bu da büyük miktarda sıvı hava enerjisi depolaması anlamına gelebilir.

Derleyen: Damla Şayan