İçkale Şirketler Grubu Enerji Koordinatörü Ayla Tutuş, enerjinin depolanmasının elektrik değer zincirinin en kritik bileşenlerinden birisi olduğunu, enerji depolama sistemleri endüstrisinin ise tüm dünyada hızla gelişen bir endüstri seçeneği olarak öne çıktığını ifade ediyor.

Günümüzde bütün modern enerji sistemleri arz güvenilirliği, sistem stabilitesi, enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması iletim / dağıtım problemlerinin ve maliyetlerinin minimize edilmesi gibi bir çok nedenlerle enerjinin depolanmasını zorunlu kılar. Eğer bir ülkenin enerjisi büyük oranda termik santrallerden elde ediliyorsa, bunun yanında ülke kesintili karaktere sahip yenilenebilir enerji kaynaklarına sahip ve bu kaynakları verimli bir şekilde kullanmak istiyorsa, sistemde hızla devreye girip çıkabilme özelliğine sahip santrallere ihtiyaç vardır. Bu ihtiyaç, ya büyük oranda fosil yakıt santrallerini birkaç dakikada devreye girebilmesi için sıcak yedek olarak emre amade tutarak ekonomik olmayan bir yöntemle ya da hızla devreye girip çıkma özelliğine sahip olan klasik depolamalı hidroelektrik santraller ve/veya enerji depolama sistemleri hayata geçirilerek karşılanabilir.

Ülkemiz için bunlardan birincisi ve kısmen tercih edilmekte olan yöntem, zaten yüzde 80’lerin üzerinde olan fosil yakıt kullanımının ve 2008 yılında genel enerjide yüzde 76 elektrik enerjisinde yüzde 60’a ulaşmış olan dışa bağımlılığımızın ve aynı zamanda fosil yakıt kullanımından dolayı oluşacak emisyonların artırılması anlamı taşıyor.

Enerjinin depolanması, dünyada son yıllarda gelişen yeni liberal piyasa modelinde, elektrik değer zincirinin en kritik bileşenlerinden birisi ve enerji depolama sistemleri endüstrisi yeni, önemli ve tüm dünyada hızla gelişmekte olan bir endüstri seçeneği. Liberal piyasalarda sistem işletmecilerinin büyük ölçekte yenilenebilir enerji üretimini sisteme entegre edebilmeleri için enerjinin depolanmasına ihtiyaçları var.

Teknik değerlendirmeler ve fizibilite çalışmaları enerji depolamanın sadece teknik bir gereklilik değil aynı zamanda “cost effective olduğunu da gösteriyor.

Türkiye elektrik sisteminin görünümü ve kaynaklar

Türkiye elektrikte arz-talep projeksiyonları ve gerçekleşme durumu incelendiğinde depolama sistemlerinin gerekliliği açıkça görülüyor.

TEİAŞ verilerine göre 2008 yılında genel enerjinin yüzde 76’sı, elektrik enerjisinin ise yüzde 60’ı ithal kaynaklardan karşılanıyor. Aynı zamanda kaynak bazında bakıldığında elektriğin yüzde 83’ü fosil yakıtlardan sağlanırken yenilenebilirlerin payı büyük HES’ler dahil sadece yüzde 17 (yüzde 1’i rüzgar ve diğer kaynaklar). Ancak ülkemizde toplam 42.480 MW kurulu gücünde bin 283 adet HES projesi olmasına rağmen sadece 15.710 MW kurulu güçte 53 adet proje depolamalı rezervuar alanı 15 km²’nin üzerinde. 53 adet projeden de 9.754 MW kurulu güçte 24’ü işletmede bulunuyor.

Depolamasız HES’lerle birlikte işletmede 13.306 MW kurulu güçte 148 adet HES bulunuyor. Bu santrallerin 90 adedi 35 yaşın üzerinde ve yenileme gerektiriyor, Karakaya, Atatürk gibi diğer birçok proje ise rehabilitasyon ihtiyacı nedeniyle verimli çalıştırılamıyor.

Elektrik tüketimine baktığımızda ise, yıllık tüketim karakteristiğini gösteren en önemli gösterge yük faktörü. Yük faktörünün mümkün olduğunca yüksek olması elektriğin verimli olarak kullanılmasının en önemli göstergesi. Elektrikte verimliliğin artması ile yük faktörü büyüyecektir. Yük faktörünün büyüklüğünün yanı sıra minimum yükün maksimum yüke oranı da verimli kullanım açısından önemli bir gösterge. Ülkemizde son yıllarda bu oran düşüş göstermekte olup, 2007 yılında yüzde 38 seviyesine kadar düşmüştür. Bu nedenle 2008 yılında çok zamanlı (puant) elektrik satış tarifeleri uygulaması gündeme getirilmiş, sistem yük eğrisindeki tepe noktaları günün diğer saatlerine kaydırılarak talep tarafı yönetimiyle yük faktörü yükseltilmeye çalışılmıştır. Ancak bu kısa vadeli bir çözüm.

Özet olarak verilen bu rakamların arz güvenilirliği, sistem stabilitesi, verimlilik ve emisyon gibi nedenlerden dolayı hiçte iç açıcı bir tablo sergilemediği aşikar. Uzun dönem için sistem içerisindeki tüm üretim kaynaklarını en verimli şekilde çalıştıracak bir modelin oluşturulması, rehabilitasyon ve bakımların zamanında yapılması, arızaların hızla giderilmesi, doğru planlanmış ve seçilmiş yatırımların zamanında yapılması, depolama sistemlerinin sisteme ilave edilmesi gibi arz tarafını ilgilendiren bir yönetim uygulanmalı.

Elektrik depolanabilir mi ?

Elektrik formunda değil, ancak ihtiyacın az, fiyatın düşük ve enerjinin fazla olduğu saatlerde elektrik kullanılarak hava, su veya kimyasal formda depolanabilmekte ve ihtiyacın olduğu saatlerde en fazla birkaç dakika içerisinde elektriğe dönüştürülerek kullanıma sokulabilmektedir. Hidrolik biokütle, konvansiyonel yakıtlar elektrik üretmeden önce depolanabilirken rüzgar, güneş ve dalga enerjisi elektrik formuna çevrildikten yani elektrik üretildikten sonra depolanmayı gerektirir.

Yani rüzgar ve güneş gibi kesintili enerji kaynaklarında arz ve talebi eşleştirmek veya aynı ana denk getirmek bugünün teknolojisiyle mümkün değil. Bu nedenle var oldukları anda ihtiyaç olmasa bile elektriğe dönüştürerek üretilen elektriği başka formlarda depolamak suretiyle ihtiyacın olduğu anlarda kullanılabilme olanağı yaratılmış oluyor. Aynı zamanda fosil yakıtlı elektrik santrallerin sistemdeki fazla olan enerjisi aynı yöntemlerle depolanarak kaynakların daha verimli kullanımı sağlanmış oluyor.

Elektriğin depolanması neden gerekli ?

Türkiye’de olduğu gibi elektrik ihtiyacının büyük bir bölümünün ithal kaynaklardan ve yük takip etme özelliği olmayan fosil yakıtla çalışan santrallerden sağlanıyor olması, ayrıca rüzgar ve güneş gibi kesintili enerji kaynaklarının kullanıma sokulacak olması sistem güvenliği için ciddi bir tehdit oluşturuyor. Sistemin güvenliğini sağlamak ve frekans kontrolü yapabilmek için 3-5 dakika içerisinde devreye girebilecek santrallere ihtiyaç var. Mevcut sistem içinde bunu sağlayabilecek olan santraller depolamalı HES’ler.

Japonya’da değişik tipteki santrallerin devreye girme ve tam kapasiteye ulaşma zamanları ile ilgili yapılan bir çalışmanın sonuçları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bu çalışma için ilgili santrallerde üretime 8 saat ara verildikten sonra santraller çalıştırılarak sonuçlar alınmış. Türkiye’de üretim planlama çalışmalarında hidrolik projeler, yük faktörlerine göre; yüzde 35’in altında olanlar ve üstünde olanlar olmak üzere puant ve baz santraller olarak iki grup altında tanımlanırlar ve ihtiyaca göre çalıştırılırlar. Ancak ülkemizde puant talebin karşılanması sorunu var ve hidroelektrik santrallerin sürekli aşırı yüklenerek çalıştırılması puant talebin karşılanmasında olumsuzluklar yaratmaktalar. Enerji talebindeki hızlı artışla birlikte daha da ciddi boyutlara ulaşmakta olan puant yükün karşılanması sorununun çözümü için PDHES ve SHDES projeleri geliştirilmeli. Ülkemizde ICOLD kriterlerinde çeşitli amaçlarla inşa edilmiş işletmede yaklaşık 600 adet baraj var. Ayrıca üç tarafı denizlerle çevrili bir ülke olup bu tür uygulamalar için uygun bir topografyaya sahip. Bu özellikler PDHES’ler için ilk yatırım maliyetini ciddi ölçüde azaltıcı ve diğer depolama sistemlerine göre avantaj sağlayıcı özellikler. Japonya’da alt rezervuar olarak deniz suyunun kullanıldığı projeler geliştirilirken henüz ülkemizde PDHES uygulaması bulunmuyor.

Japonya’da Değişik Tipteki Santrallerin Devreye Girme ve Tam Kapasiteye Ulaşma Zamanları

Depolama sistemlerinin, özellikle yeni piyasa modeli içerisinde elektriğin tüm unsurlarına (kaynak, üretim, dağıtım, yan hizmetler sistem işletmecileri, tüketici ve finans) olan faydalarını temel olarak 5 ana başlık altında sayabiliriz :

1. Üretim kaynakları için faydaları

Elektriğin arz ve talebindeki dalgalanmaları dengeler, kısa dönem arz güvenliğini, kısa periyotta frekans kontrolünü ve sistem stabilitesini, uzun periyotta ise enerjinin yönetimini sağlar ve rezerv oluştururlar.

Enerji arz güvenilirliğini garanti edecek politikalar geliştirilirken; dışa bağımlılığın azaltılması, yenilenebilir enerji kaynaklarının daha verimli kullanılmasının sağlanması, emisyonların azaltılması, bunun yanında kesintili enerji kaynaklarının sisteme bağlanabilmesi için gerekli olacak olan ilave iletim hattı yatırım maliyetleri ve yedek güç yatırım maliyetlerinin azaltılması, minimum yükün maksimum yüke oranının yükseltilmesi için elektrik depolama tesislerinin sisteme ilave edilmesinin önemini ortaya koyuyor.

2. Sistem operatörleri için faydaları

Voltaj kontrolü, enerji kalitesinin artırılması, sistem güvenliği ve varlıkların yönetimi ile büyük ölçüde YEK’nın bütün zamanlarda sisteme entegre esnekliği sağlarlar. YEK için gerekli olacak olan bağlantı ve iletim hattı ihtiyaçlarının 2/3 oranında azaltılması, sıcak ve ılık yedek maliyetinin düşürülmesi gibi birçok avantajlar sağlıyor.

3. Yardımcı hizmetler için faydaları

Elektrik sisteminde değişken üretimi olan yenilenebilir enerji kaynaklı üretim tesisleri arttıkça, kontrolsüz üretim artacak, bu nedenle yan hizmetlerin kullanımı ve maliyeti de yükselecektir. Bu bağlamda depolama sistemleri yardımcı hizmetler için; frekansa yanıt verme, hızla devreye girme ve tam kapasiteye ulaşma, black start, yedek veya döner yedek ve uzun dönem rezerv oluşturmak gibi avantajları sağlayacak.

4. Yenilenebilir enerji üreticileri için faydaları

Üretim zamanını ötelemek, kontrol ve sisteme entegrasyonu sağlamak, gün öncesi garanti anlaşması gibi serbest elektrik piyasası pazarında yapılacak anlaşmalar ile pazarda rekabet şansını artırmak, arz ile talebi eşleştirmek.

5. Tüketici için faydaları

Elektrik fatura fiyatlarını ve puant elektrik fiyatlarını azaltmak, enerji kalitesinin iyi olmaması ve güvenilir olmayan hizmetlerden dolayı oluşan kayıpları azaltmak. Örneğin, 2006 yılında yüzde 33 yedek kapasite olmasına rağmen 27 Aralık 2006 tarihinde tüketimin en yüksek noktaya ulaştığı saatlerdeki 27.500 MW’lık talebin karşılanmasında sıkıntı yaşanmış ve elektrik fiyatı 170 YTL’den 1100 YTL’ye çıkmıştı. Böyle bir durumda bir HES devreye sokulabilseydi, fiyat bu kadar yükselmeyecekti. Aynı şekilde, 1 Temmuz 2006’da 1210 MW kurulu gücündeki Bursa Doğal Gaz Santrali arızalanıp devre dışı kalınca, batı da 13 il 8 saat boyunca karanlıkta kalmıştır. Oysa Oymapınar Barajı devreye sokulabilseydi veya büyük ölçekli depolama sistemleri olsaydı, böyle bir olay yaşanmayacaktı.

Enerji depolama sistemlerinin sınıflandırılması

Enerjinin elektrik olarak depolanması pahalı ve teknolojik olarak verimli değil. Enerji depolama sistemlerinin birçoğu dolaylı depolama sistemleri. Diğer bir ifadeyle, elektriğin diğer enerji formlarına dönüştürülerek ihtiyaç anında hızla devreye sokacak şekilde bekletilmesi. Depolama sistemleri üç ana başlık altında sınıflandırılıyor;

Teknolojisine göre;

- Mekanik PDHES’ler, SHDES, Volanlar

- Elektrik Süper İletkenler

- Kimyasal Piller, Bataryalar

- Manyetik Süper Kapasitörler

Güç ve enerji sınıflamasına göre;

- Büyük ölçekli

- Küçük ölçekli

Uygulama alanlarına göre;

- Kısa dönem arz güvenliği için,

- Enerji kalitesi ve güvenilirliği için,

- Şebeke uygulamaları için,

- Kaynakların verimli kullanılması için.

Günümüzde gelişmiş ve gelişmekte olan depolama yöntemleri

Elektrik depolama sistemlerinden PDHES ve SHDES’ler istenilen büyüklükte saatlik, günlük, haftalık veya mevsimlik depolamalar yapılabiliyor. Bu santrallerden 20 MW’ın üzerinde kurulu güce sahip olanlar genellikle kısa dönem arz güvenliği, sistem stablitesinin sağlanması ve frekans kontrolü gibi amaçlar için kullanılırken, küçük ölçekli olanları kesintili enerji kaynaklarının sistemi bozucu etkilerini azaltmak, süreklilik kazandırmak verimliliklerini ve pazarda rekabet gücünü artırabilmek için birlikte planlanmaktalar.

Uçan çemberler, yakıt pilleri, süper kapasitörler gibi sistemler ise çok daha küçük ölçekli kW boyutunda depolama yapabilen sistemler. Uzay araçlarında, meteoroloji istasyonlarında, büyük parklarda, kırsal alanlarda, bazı askeri uygulamalarda, laptop bilgisayarlarda, küçük elektronik cihazlar için portatif şarj istasyonu olarak, yerleşim alanlarından uzak bölgelerde güç kaynağı olarak, kullanılabilmekte, ulaşım ve haberleşme alanlarının yanında son yıllarda kesintili karaktere sahip yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimi yapan santraller ile hibrid olarak planlanmaktalar. Teknik ve ticari anlamda henüz istenilen olgunluğa ulaşılamamış durumda. ABD ve Avrupa’da çok ciddi çalışmalar yapılıyor, yakın gelecekte ticari olarak yaygınlaşabilecek düzeye geleceği düşünülüyor. Bu alanda TÜBİTAK MAM’da yapılan küçük ölçekli birkaç çalışma dışında Türkiye’de kayda değer herhangi bir çalışma bulunmuyor.

Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santraller (PDHES)

Elektrik enerjisi talebinin ve elektrik fiyatının düşük, elektriğin fazla olduğu saatlerde suyun yüksekteki bir rezervuara pompalanarak depolanması ve ihtiyacın yüksek enerjinin pahalı olduğu pik saatlerde enerji üreterek alt rezervuara aktarılması yöntemi.

Pompa depolamalı santraller elektrik enerjisi üretme yönteminden çok, fazla olan enerjinin depolanması yöntemi. PDHES’ler başlıca bir alt ve bir üst rezervuar ve bu iki rezervuar arasında bir cebri boru ile elektrik üreten veya suyu pompalayan türbin/pompa ve jeneratör/motor grubu ve bunlarla ilgili hidromekanik ve elektromekanik ekipmanı ihtiva ederler. Japonya’nın Okinawa adasının kuzey tarafında kurulan pilot deniz suyu PDHES dünyada deniz suyunu kullanan yüksek düşülü ilk PDHES. Bu nedenle tipik ve ilginçtir. Üç tarafı denizlerle çevrili ülkemiz içinde uygulama alanı olarak önemlidir. Japonya nehirler üzerinde çok sayıda küçük ve büyük kapasitelerde PDHES’ler inşa etmiş. (yaklaşık 30 000 MW). Son yıllarda coğrafya ve jeolojiye göre uygun alanlar azalmış, ayrıca çevre değerlendirme kriterleri etkili olmaya başlamış. Bu durumu dikkate alan Japon Hükümeti, EPDC firmasına deniz suyunu kullanabilen bir PDHES’in etüdünü ve fizibilitesini sipariş etmiş. 1981 yılında başlanan ilk etüt ve malzeme test çalışmaları, 1991 yılına kadar sürmüş. 1991 yılında inşaatına başlanan Okinawa PDHES’in 1998 yılında tamamlanması planlanmış işletmeye geçtikten sonra beş yıllık tecrübe dönemi öngörülmüş. Mart 1999’da inşaat tamamlanmış. Dünyada başta Japonya olmak üzere pek çok ülkede toplam 100.000 MW’ın üzerinde PDHES bulunuyor. Bu ülkelerden birçoğu bilindiği üzere zengin fosil enerji kaynaklarına sahip olmalarına rağmen PDHES’lere sahipler ve yenilerini de planlıyorlar.

Sıkıştırılmış hava depolamalı elektrik santralleri (SHDES)

PDHES’lerde olduğu gibi elektriğin fazla ve ucuz olduğu saatlerde kompresör çalıştırılarak ortamdaki hava yeraltındaki geçirimsiz mağaralarda sıkıştırılarak depolanmakta, ihtiyacın olduğu saatlerde ise basınçlı hava ile türbinler çalıştırılarak elektrik üretilmekte. Bu yöntemde havanın sıkıştırılarak depolanabilmesi için geçirimsiz bir formasyona ihtiyaç var. Doğal boşluklar, terkedilmiş madenler, tuz mağaraları kullanılabileceği gibi yapay boşluklar da yaratılabiliyor. Havanın sıkıştırılması için yapay tanklar üzerinde de çalışmalar yapılıyor.

Dünyada ilk olarak 1978 yılında Almanya’da çözünmüş tuz mağaraları kullanılarak 290 MW kurulu güçte SHDES inşa edilmiş. 1991’de Alabama’da 110 MW kurulu güçte santral kurulmuş. Amerika ve Avrupa’da birçok proje geliştirilmekte. Önümüzdeki dönemde hızla yaygınlaşacak olan bir teknoloji. Amerika’da mevcut bir mağara kullanılarak 200MW SHDES+100MW rüzgar+ kömür santrallerinin fazla enerjisinin kullanılacağı hibrid bir proje 2011 yılında işletmeye girecek. Özellikle rüzgar ve fosil yakıtlı santrallerle hibrid çalışacak benzer bir çok proje geliştirilmekte. Yatırım maliyetleri PDHES’lerden düşük ancak işletme bakım giderleri daha fazla, ömürleri daha kısa. Türkiye’de de ekonomik olarak geliştirilebilecek birçok alan olduğu biliniyor.

Kaynak : ICCI Bildiriler Kitabı 2010

www.geleceginenerjisi.com / Haziran 2010