Enerji Tasarrufu Dersi 8. Ünite Özet
Enerji Depolama
Açıköğretim ders notları öğrenciler tarafından ders çalışma esnasında hazırlanmakta olup diğer ders çalışacak öğrenciler için paylaşılmaktadır. Sizlerde hazırladığınız ders notlarını paylaşmak istiyorsanız bizlere iletebilirsiniz.
Açıköğretim derslerinden Enerji Tasarrufu Dersi 8. Ünite Özet için hazırlanan ders çalışma dokümanına (ders özeti / sorularla öğrenelim) aşağıdan erişebilirsiniz. AÖF Ders Notları ile sınavlara çok daha etkili bir şekilde çalışabilirsiniz. Sınavlarınızda başarılar dileriz.
Enerji Depolama
Giriş
Enerji ihtiyacının ve enerjiye olan bağımlılığın her geçen gün arttığı günümüzde mevcut kaynakların yetersizliği ya da azalması alternatif enerji kaynaklarının bulunması ve kullanıma sunulmasına yol açmıştır. 2050 yılında ortalama elektrik tüketimin 28 TW olması beklenen dünyamızda yeni sistemler geliştirilmesi, mevcut sistemlerin kapasitelerinin arttırılması ve daha etkin ve verimli şekilde kullanılması gerektiği kaçınılmazdır.
Enerji Depolamanın Önemi ve Faydaları
Günlük hayatın vazgeçilmez bir unsuru olan enerji, insanlık tarihi boyunca farklı yöntemlerle elde edilmiştir. Isınmadan ulaşıma, aydınlanmadan üretime hayatın her aşamasında enerjiye duyulan ihtiyaç hiç azalmamış aksine artmıştır. Günümüzde neredeyse tamamı elektrik enerjisi kullanan cihazlar, makinalar, ekipmanlarla donatılan hayatımız enerjiye daha bağımlı bir hale gelmiştir. Son yüzyıllarda bunun elde edilmesindeki en önemli kaynak ise fosil yakıtlar olmuştur. Gerek ulaşım araçlarının ihtiyaç duyduğu enerji, gerekse kullanılan elektriğin eldesinde son yıllara kadar fosil yakıtların vazgeçilmez bir rolü vardı. Yeryüzü katmanları arasında saklı olan bu kaynağın depolanmasından ziyade sondajı ve yeryüzüne çıkarılması insanlığın temel sorunu olmuştur. Hayatın idamesi için gerekli olan enerjinin üretilmesinde başrole sahip fosil yakıtlar ve özellikle petrol dünyada az sayıda ülke tarafından üretilmektedir. Diğer ülkeler bu enerji kaynağının ithalatçısı durumundadır ve enerji üretiminin devamı için bu kaynağa ihtiyaç duymaktadırlar. Bunlara ilave olarak gene son yıllarda daha da önem kazanan iklim değişikliği ve bunun nedenleri üzerine yapılan incelemeler araştırmacıları ve bilim insanlarını farklı yönlere sürüklemiştir.
Belirtilen iki durum:
- Enerjinin devamlılığı ve bunun ithalatının ülkeler nezdinde sahip olduğu kritik önem
- İklim değişimine bağlı olarak fosil yakıt tüketiminin azalması gerekliliği
yenilenebilir enerji kaynaklarına olan eğilimi arttırmıştır. Özellikle son yıllarda Avrupa’da bu yönde çok ciddi adımlar atılmış ve elektrik alt yapıları bu kaynakların daha fazla kullanıldığı modeli dikkate alarak revize edilmiştir. Yapılan projeksiyonlarda 2030 yılına kadar Avrupa’da rüzgâr ve güneş santrallerinden elde edilen enerjinin, toplam ihtiyacın %50’den fazlasını karşılayacağı yönündedir. Enerji üretiminde, petrole olan bağımlılığı azaltacak ve aynı zamanda çevre dostu olan yenilenebilir enerjinin en büyük dezavantajı ise sürekli elektrik üretememesidir yani kesikli oluşudur. Gerek rüzgâr gerekse güneş 7 gün 24 saat enerji üretimi gerçekleştiremezler ve bu ne yazık ki kontrol altında değildir. Kesinti her an (tüketimin en çok olduğu anda dahil) gerçekleşebilmektedir. Bunun önüne geçebilmenin yolu ise bu yöntemin kullanıldığı üretim tesislerinde enerjinin depolanmasıdır.
Üretilen enerjinin depolanabilmesi için farklı teknolojiler ve teknikler kullanılmakta ve bunlar beş ana başlık altında özetlenebilmektedir.
- Elektrokimyasal enerji depolama
- Mekanik enerji depolama
- Kimyasal depolama
- Elektriksel depolama
- Isıl depolama
Fizik yasalarından bilindiği üzere enerji var ya da yok edilemez, ancak bir biçimden diğerine dönüştürülür. Belirtilen enerji depolama yöntemlerinde de yapılan tam olarak budur. Kimyasal enerji, mekanik enerji şarj ve deşarj durumlarına bağlı olarak ya elektrik enerjisine dönüştürülür ya da elektrik enerjisini kimyasal ve mekanik enerjilere dönüştürürler. Uzun zamandır çeşitli amaçlarla (harici güç birimleri, akümülatörler, piller vd.) enerji depolama, yenilenebilir enerjilerin kullanımının artışıyla birlikte daha da önem kazanmıştır. Genel olarak faydaları aşağıdaki gibi özetlenebilir:
- Elektrik giderlerini azaltır
- Enerji güvenilirliğini arttırır
- Enerjinin kalitesini arttırır
Enerji Depolama Yöntemleri
Enerjinin depolanması için günümüzde farklı yöntemler kullanılmaktadır. En bilinen enerji depolama yöntemi, daha doğrusu en bilindik depolanmış enerji, fosil yakıtların (petrol ya da maden yatakları) yataklarıdır ve kaynağın bir rezerv içerisinde bulunması ve ihtiyaca bağlı olarak kullanıma sunulabilmesi, onu depolama çeşidi olarak tanımlaya yeterli olmaktadır. Elbette ki bu, günümüzde üretilen enerjinin depolanması için kullanılabilecek bir yol değildir.
En sık karşılaşılan enerji depolama şekli olan elektrokimyasal yöntem , içerdiği kimyasal solüsyon sayesinde sahip olduğu kimyasal enerjiyi bir çeşit yükseltgenme indirgenme reaksiyonu ile elektrik enerjisine dönüştürebilen cihazlardır. Çoğunlukla batarya olarak bilinen bu parçalar, mobil cihazların ve günlük hayatın ayrılmaz bir parçası olduğu günümüzde en önemli enerji depolama araçlardır.
Kurşun asit batarya , dünya genelinde en yaygın kullanılan batarya tiplerindedir ve mobil ya da sabit birçok sistemde kullanılmaktadır. Temel bileşenleri elektrotlar, seperatörler ve elektrolitlerdir. Anot ve katot uçlar korozyona karşı direnci arttırabilmek için genellikle kalsiyum, kadmiyum ve selenyum gibi elementlerin alaşımlarından imal edilir. Kurşun asit bataryaların sağladığı avantajlar aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Kurşunun düşük maliyeti ve kolay elde edilebilirliği
- Yüksek dayanım
- Hücrelerde elde edilebilen yüksek potansiyel
- Elektrokimyasal verimlilik
- Çevrim ömrü
Bu bataryaların tipik çalışma ömrü 6-15 yıl arasıdır ve en önemli dezavantajı yüksek miktarda güç deşarj edildiğinde kullanılabilir kapasitesinin azalmasıdır. Diğer bir önemli handikabı ise kullanılan metalin kurşun gibi zehirli ve tehlikeli kabul edilen bir element oluşudur.
Lityum iyon bataryalar , diğer batarya tiplerinde olduğu gibi bataryada kullanılan elektrokimyasal çifti değil, şarj ve deşarj anında elektrotlar arasında gerçekleşen iyon transferini göstermektedir, bu nedenle herhangi bir kimyasal ortamı tanımlayabilmektedir. Çoğunlukla katotta kobalt oksit, anotta ise grafit formunda karbon (kolay bulunabilir, ucuzdur, hafiftir ve Li emilimi yüksektir) ve elektrolitte eter (organik sıvı) ve LiPF 6 , LiBF 4 ve LiClO 4 (gibi çözünmüş tuz) içeren bir yapıya sahiptir. Bu bataryaların en önemli avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Yüksek hücre potansiyeline sahiptirler (3.6-3.7 V nominal olarak-)
- Yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler
- Bu bataryalar yüksek verimlilikle çalışırlar (%95- 98)
- 5000 tam çevrime kadar yüksek verimlilikle çalışabilme
Bunların yanında bu bataryalarda kullanılan metal oksit elektrotların termal olarak kararlı olmaması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda çözülebilirler. Bu durum bataryaların çalışmasını olumsuz etkilemektedir.
Nikel kadmiyum (Ni-Cd) bataryalar pozitif uçta nikel hidroksit ve negatif uçta metalik kadmiyum ve elektrolit olarak potasyum hidroksitten oluşmaktadırlar. Çok düşük sıcaklıklarda (-40 °C) çalışabilmesi, uzun ömürlü olması, kapalı ve bakıma ihtiyaç duymayan hücreleri ve yüksek kapasiteleri (10 mAh – 20 Ah) ile bir dönem özellikle kurşun asit bataryalara karşı daha çok tercih edilmekteydi. Ancak kadmiyumun toksik özelliklerinin belirlenmesi bu batarya tipinden vazgeçilmesine neden olmuştur ve günümüzde yerini nikel metal hidrata (NiMH) bırakmıştır.
1960’lardan günümüze kadar kullanımda olan sodyum sülfür bataryalar, pozitif elektrotunda eriyik haldeki sülfür, negatif elektrotunda eriyik haldeki sodyum ve bu iki elektrotu birbirinden ayıran katı seramik alümina elektrolitten oluşmaktadır. En önemli özelliği eriyik halde bulunan elektrotlarıdır ki bunun temini için çalışma sıcaklığının 300-350 °C olması gerekmektedir. 4500 gibi yüksek bir çevrim sayısına da sahip olan bu model, yüksek enerji yoğunluğu ile de tercih edilmektedir. Ağırlıklı olarak Japonya’da kullanılan bu bataryalar, dünya genelinde başta Amerika olmak üzere birçok ülkede, milisaniye mertebesindeki cevap süresi ile hat stabilizasyonu amaçlı olarak kullanılmaktadırlar. Bu tip bataryaların en önemli handikabı ise elektrotların eriyik halde tutulmalarının gerekli olmasıdır.
Redoks akış bataryaları , konvansiyonel tip bataryalarda şarj ve deşarj işlemi elektrotlar üzerinden gerçekleşir, akış tipi olanlarda ise enerji elektrolitlerde saklanır. Redoks ismi batarya da enerji dönüşümü esnasında elektrolitte gerçekleşen indirgenme ve yükseltgenme işleminden gelmektedir. Konvansiyonel tiplere göre en önemli avantajı elde edilebilecek güç miktarıdır. Güç, hücrenin boyut ve tasarımı ile ilişkili olduğundan ya da diğer bir bakış açısıyla elektrolit miktarına bağlı olduğundan, kapasitesini arttırabilmek ya da azaltabilmek çok kolaydır. En önemli dezavantajı ise düşük enerji yoğunluğu ve özgül enerjisidir.
Demir kromuyum redoks akış bataryalar , bu tip bataryalarda redoks çifti olarak Fe +2 /Fe +3 ve Cr +2 /Cr +3 çifti kullanılır ve aktif kimyasallar sulu bir çözeltinin içerisinde bulunurlar. Belirtildiği gibi hücre iki ayrı çevrime bir zar vasıtası ile bölünmüştür. Hücrenin negatif yarısında Cr +2 yükseltgenerek Cr +3 ’e dönüşürken açığa çıkan elektron harici devre üzerinde AC/ DC dönüştürücüsünün pozitif negatif terminalleri arasında iş üretirken, hücrenin pozitif yarısında Fe +3 bir elektron kabul ederek Fe +2 ’ye indirgenir. Deşarj esnasında ortaya çıkan bu kimyasal reaksiyon şarj esnasında tersine gerçekleşerek işlem tamamlanır. Bu kimyasal işlemler esnasında hücrenin iki yarısı arasında nötralizasyonu sağlayabilmek için H + geçişi gerçekleşir. Bu tip bataryalarda standart hücre voltajı 1,18 V ve hücre güç yoğunluğu ise 70-100 mW/cm 2 ’dir.
Vanadyum redoks akış bataryalar , bu tip bataryalarda belirtilen iki elektrolit hücre, birbirinden proton değişimli zar ile ayrılırlar. Kullanılan elektrolit, sülfürik asit (H 2 SO 4 ) içinde çözünmüş vanadyum penta oksit (V 2 O 5 ) ile elde edilir. Enerji depolanması vanadyum redoks çiftlerinin V 2+ /V 3+ , V 4+ /V 5+ etkileşimi ile gerçekleşir. Bu bataryanın en önemli avantajı aynı metalin iyonlarını her iki tarafta kullanabilmesidir. Öte yandan bir diğer önemli avantajı, bu tip bataryalarda hücreleri ayıran zar, iki kısım arasındaki metal iyon geçişini tam olarak engelleyemez ve bu da solüsyonlarda geri döndürülemez yıkıma neden olurken, vanadyum tipinde sadece enerji kaybına neden olmaktadır.
Hibrit akış batarya – Çinko Bromür, adından da anlaşılacağı üzere hibritlerde hem elektrotta hem de solüsyonda saklanmaktadır. En yaygın olarak kullanılan elementler ise çinko ve bromürdür. Bu bataryalarda kullanılan elektrot hafif, karbon plastik polimerden yapılmış bipolar elektrottur ve aralarında iyon geçişine izin veren mikro-gözenekli plastik seperatörler kullanılır. Anolit Zn 2+ ihtiva eden asit solüsyondan oluşur ve şarj esnasında elektrot üzerinde Zn depolanırken, deşarj anında Zn 2+ solüsyona geri döner. Elektro-kimyasal bataryaların hücre potansiyelleri ve özgül güçlerinin karşılaştırıldığı figürler S:141, Şekil 8.3 de gösterilmiştir.
Enerji depolama yöntemlerinden bir diğeri de mekanik enerji depolamadır . Bu yöntemde elektrik enerjisi mekanik sistemlerde kinetik enerji olarak (volan) ya da potansiyel enerji olarak (hidroelektrik santral ya da sıkıştırılmış hava) depolandıktan sonra tüketimin arttığı zamanlarda ya da durumlarda şebekeyi desteklemek için kullanılmaktadırlar. Bu kapsamda kullanılabilen enerji depolama yöntemleri volanlar, pompa ile su depolama, sıkıştırılmış hava depolamadır. Elektrik enerjisinin depolanmasında kullanılan bu yöntemler, genel olarak elektrik enerjisinin az tüketildiği zamanlarda (gece) bu enerjiden faydalanılmasını amaçlamakta ve mekanik olarak depolamakta, tüketimin arttığı zamanlarda ise bu depolanan enerjinin serbest bırakılarak ya da mekanik enerjiden elektriğe dönüştürülmesi sağlanarak pik zaman tüketimine destek olunması hedeflenmektedir.
Pompa ile su depolama , mekanik depolama yöntemlerinden en çok kullanılanıdır. Günümüzde depolanan elektriğin neredeyse %99’ u (120 GW) kurulu olan pompa ile su depolama tesisleri sayesinde sağlanmaktadır. Bu yöntemde farklı alanlar ve havzalar olmak üzere iki aşamada su depolanması söz konusudur. Hidroelektrik santrallerde kullanılan bu yöntem, santrallerde suyun hareketi sonucu elektrik üretmesinden sonra başka bir bölümde depolanması ve depolanan bu suyun tekrar üst rezervuara geri gönderilerek yeniden faydalanılması esasına dayanmaktadır. Tersinir pompa türbin / motor-jeneratör yapısı ünitenin hem pompa hem de türbin gibi davranmasına yardımcı olmaktadır (S:142, Şekil 8.4). Suyun, elektriğin elde edildiği baraj havzasına geri pompalanması işlemi elektrik tüketiminin en az olduğu saatlerde pompalar vasıtası ile gerçekleştirilerek bir geri dönüşüm sağlanmış olurken, elektriğin en çok tüketildiği saatlerde ilave enerji elde edilmesine yardımcı olmakta ve tasarruf sağlamaktadır. Bu tip depolama yöntemlerinde sistemin şarjı suyun üst rezervuara geri pompalanması, deşarjı ise suyun üst rezervuardan alta akışa izin verilmesi ve bu esnada ihtiyaç duyulan elektrik enerjisinin üretilmesidir. Bu yöntem enerji ihtiyacının giderek arttığı ve her bir birim enerjinin çok dikkatli kullanılmasına ihtiyaç duyulduğu günümüzde, büyük miktarda enerji depolamayı ve bunu zahmetsiz ve daha düşük maliyetle yapabilmeye olanak sağlamaktadır. Depolama tipine bağlı olarak sınıflandırılabilmektedirler.
Yüzey rezervuar tipi pompa ile su depolama , bu enerji depolama yönteminde suyun depolandığı rezervuar genel olarak doğal ya da yapay göletlerden oluşmaktadır.
Yüzey altı rezervuar tipi pompa ile su depolama , günümüzde kullanılan depolama sistemlerinin büyük çoğunluğu yüzey rezervuarı kullanmakla birlikte, bazı hidroelektrik santrallerin bulunduğu çevre koşulları bu tip bir tesis kurulmasına müsaade etmemektedir. Bu durumlarda geliştirilen yöntem ise yer altında rezervuar kullanımıdır. Bu yer altı rezervuarları bazen eski bir maden, bazen mağara bazen de inşa edilen bir rezervuar olmaktadır.
Sıkıştırılmış hava , bu depolama ünitelerinde suyun pompalanmasındakine benzer bir yaklaşımla enerji tüketiminin düşük olduğu periyotta çevre havası sıkıştırılarak basınç altında saklanmaktadır. Elektriğe ihtiyaç duyulduğu zaman ise bu sıkıştırılan hava ısıtılarak genişleme türbinlerinde genişletilmekte ve jeneratörü yürüterek güç üretmektedir. Sıkıştırma sonrası depolama tipik olarak terk edilmiş madenler, yer altı mağaraları ya da yer altı su havzalarında gerçekleştirilir. Bu sistemlerin en önemli özellikleri havayı sıkıştırarak saklamalarıdır ki bu aynı zamanda sistem için bir sorundur. Hava sıkıştırma yöntemin en önemli avantajı, eğer coğrafik koşullar uygun ise çok büyük miktarlarda depolamaya izin verebilmektedirler. Dezavantajı ise, coğrafik sınırlar ve düşük verimdir.
Mekanik depolanma yöntemlerinden olan volanlar , bir hazne içerisinde dönen bir kütle, bu kütleyi hazne içerisinde tutan yataklar ve hem motor hem de jeneratör olarak kullanılabilen iletim cihazından oluşmaktadır. Enerji bu cihazlarda kinetik enerji olarak depolanmakta ve hazne içerisinde motor tarafından tahrik edilen kütlenin dönmesi sayesinde saklanmaktadır. Volanların avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Mükemmel çevrim dengesine sahiptirler ve uzun ömürlüdürler.
- Bakım ihtiyaçları azdır.
- Güç yoğunlukları yüksektir.
- Kompakt bir yapıya sahiptirler bu uygulama alanlarının genişlemesine yardımcı olmaktadır.
- İhmal edilebilir çevresel etkileri vardır.
Enerji depolayabilmenin en önemli yollarından birisi de kimyasal depolamadır . Kimyasal depolama yöntemi, yenilenebilir enerji kaynakları ve sistemlerinin ürettiği enerjinin stabilizasyonunda önemli bir rol oynamaktadır. Kesikli veya değişken enerji üretimi gerçekleştirilen yenilenebilir enerji kaynaklarında arz ve talep arasındaki dengeyi sağlayabilmek için büyük miktarlarda enerji depolanmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunu sağlayabilmenin yollarından birisi de kimyasal enerji depolama yöntemidir.
Hidrojen depolama , bu yöntemde üretiminin şebekeye fazla geldiği periyotta depolama işlemi gerçekleştirilir ve pik zaman tüketimi için gerekli olan enerji saklanır. Proses, şebekedeki fazla elektriğin suyun elektrolizi için kullanılması ve bunun neticesinde ayrışan hidrojen moleküllerinin depolanmasıdır.
Sentetik gaz depolama , ihtiyaç duyulan gazın depolanmasının bir diğer yolu da gazlaştırma olarak anılan yöntem sonucunda sentetik gaz eldesi ve depolanmasıdır. Bu metotta karbonlu ham materyalin yüksek sıcaklıkta buharla reaksiyonu sonucunda sentetik gazlar üretilir. Nakil kayıplarını en aza indirmenin yolu da CO 2 üreten bu tip tesislerden yararlanabilmekten geçmektedir.
Bunun en önemli avantajı:
- Elde edilen Metan gazının transferinde herhangi bir şebeke kullanılabilir. (Hidrojen transferi aynı şekilde yapılamaz.)
- Metanın enerji yoğunluğu daha yüksektir.
Elektriksel depolama yöntemi , bu yöntem enerjinin elektrostatik ya da elektromanyetik olarak depolandığı durumları tarif etmektedir. Bu yöntemde elektrik enerjisinin depolanabilmesi iki şekilde olmaktadır.
Kondansatörler , elektrostatik enerjiyi, yüklü iki elektrot arasında meydana gelen elektrik alan içerisinde depolamak için kullanılan bir devre elemanıdır. Farklı tiplerde kondansatörler olmakla birlikte temel olarak iki plaka arasında dielektrik (yalıtkan) malzemeden oluşur. Kondansatörler diğer enerji depolama sistemleri gibi bağlı bulundukları devrede elektrik kesilmesi durumunda enerjiyi saklayabilirler. Bu alanda yürütülen çalışmalar sonucunda kapasitenin arttırılabilmesi için geliştirilen kondansatör modellerinde çift tabakalı kondansatörler (ÇTK) ortaya çıkarılmıştır. Bu yeni tip kondansatörün beraberinde getirdiği avantajlar aşağıdaki gibi özetlenebilir:
- Yalıtkan malzemesinde herhangi bir kimyasal reaksiyon gerçekleşmez.
- Şarj/deşarj çevriminde genel itibari ile indirgeme olmadığından, öngörülen çalışma ömrü 1 milyon çevrimden fazladır.
- Çalışma sıcaklıkları geleneksel bataryalardan yüksektir.
- Geniş yüzey alana sahiptirler bu da iç direnci ve kayıpları azaltır.
- Sığaları (elektrik yükü depo etme yeteneği) çok yüksektir. (binlerce Farad mertebesinde)
Bu özelliklerinden dolayı kısa şarj/deşarjın ihtiyaç duyulduğu uygulamalar için çok uygundur, öte yandan uzun süreli depolama için pek uygun değillerdir.
Süper iletken manyetik depolama , bu depolama aletinde enerji, yüksek iletkenliğe sahip bobinler üzerinden geçirilen doğru akım sonucu meydana gelen manyetik alanda depolanır. Burada bobinlerin süper iletkenliği kritik sıcaklığın altında tutulması ile başarılabilinir. Bu depolama sisteminin güçlü yönleri ise;
- Çok kısa sürede reaksiyon verebilmesi ve kısa periyotlarda yüksek güç sağlayabilirler.
- Soğutma esnasındaki kayıplar ihmal edilecek olunursa %95 mertebesinde verime sahiptirler.
- Hareket eden parça olmamasına rağmen sistemin bütününün güvenilirliği kriyojenik soğutuculara bağlıdır. Soğutucu doğru çalıştığı müddetçe sistem düzgün olarak çalışabilecektir.
Duyulur ısının depolanması e n yaygın olarak karşılaşılan ısıl depolama yönetimidir. Bu yöntemde depolanan enerji, depolamak için seçilen malzemenin sıcaklığını arttırır ve malzeme tarafından kazanılan bu enerjinin kaybolmasını önlemek ve gerekli zamanda açığa çıkartabilmek için malzeme, uygun koşullarda saklanır.
Gizli ısının depolanması , bu depolama yöntemi sıklıkla faz değişimi ile ısı depolanması olarak da literatürde adlandırılmaktadır. Depolama esnasında kullanılan malzemenin fazının değişmesi bu gibi isimlendirilmelerin nedenidir, öte yandan gizli ısı olarak anılmasının sebebi de gene ısıl özelliklerinden ötürüdür. Maddeler faz değiştirirken ısı almaya devam ederler ama sıcaklıkları da aynı kalır, bu nedenle de bahsedilen ısı geçişi gizli ısı olarak bilinir.
Enerji Depolamanın Uygulama Alanları ve Geleceği
Yapılan araştırmalar sonucunda depolama yöntemleri deşarj olma süreleri açısından üç ana gruba ayrılmaktadırlar. Bunlar; kısa, orta ve uzun deşarj zamanlarıdır.
Enerji depolama yöntemlerinin esas kullanım amaçlarının başında, daha önce değinildiği gibi gün içerisinde üretilen ve tüketilen enerjilerin arasındaki dengesizliğin giderilmesi gelmektedir. Tüketim oranı zamana ve mevsime göre değişmekle birlikte günün geç saatlerinde azalmakta ve bu saatlerde şebekedeki enerji belirtilen yöntemlerle pik tüketimi karşılayabilmek adına depolanmaktadır.
Yapılan analiz ve projeksiyonlarda, gelecekte enerji üretim ve kullanımının, iklim değişimi, enerji güvenliği gibi hususlara bağlı olarak, yenilenebilir enerji kaynaklarından daha fazla yararlanacağı öngörülmektedir. İklim değişiminin önüne geçilebilmesi adına ülkelerin enerji politikaları karbon emisyonunu azaltacak şekilde fosil yakıtlardan yenilenebilir enerjilere göre revize edilmiştir. Bunlara ilave olarak, artan enerji ihtiyacının fosil yakıtla karşılanmasının zor olduğu ve özellikle ithalatının yüksek olduğu batı Avrupa ve uzak doğu ülkelerinde bu durumun enerji güvenliğini tehdit edeceğini düşünülmüştür. Bu ve bunun gibi sebeplerden ötürü alternatif enerji kaynaklarına olan eğilimin 2030 yılına kadar yükseleceği ve elektrik üretiminde çok büyük söz sahibi olacağıdır. Yapılan projeksiyonlarda yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam üretimdeki payı, petrol üreticilerinin araştırmalarında %16-30 aralığında tespit edilirken, çevreci örgütler tarafından yapılan çalışmalarda %48-61 aralığında belirlenmektedir. Almanya’da yapılan araştırmalarda 2030 yılına kadar rüzgâr ve güneş enerjisinden elektrik üretiminin %65-80 mertebelerinde olacağı öngörülmektedir. Tüm bunların ışığında yenilebilir enerjinin vazgeçilmez bir parçası olan depolama cihazlarının kullanımındaki artışın kaçınılmaz olduğu aşikârdır.
Giriş
Enerji ihtiyacının ve enerjiye olan bağımlılığın her geçen gün arttığı günümüzde mevcut kaynakların yetersizliği ya da azalması alternatif enerji kaynaklarının bulunması ve kullanıma sunulmasına yol açmıştır. 2050 yılında ortalama elektrik tüketimin 28 TW olması beklenen dünyamızda yeni sistemler geliştirilmesi, mevcut sistemlerin kapasitelerinin arttırılması ve daha etkin ve verimli şekilde kullanılması gerektiği kaçınılmazdır.
Enerji Depolamanın Önemi ve Faydaları
Günlük hayatın vazgeçilmez bir unsuru olan enerji, insanlık tarihi boyunca farklı yöntemlerle elde edilmiştir. Isınmadan ulaşıma, aydınlanmadan üretime hayatın her aşamasında enerjiye duyulan ihtiyaç hiç azalmamış aksine artmıştır. Günümüzde neredeyse tamamı elektrik enerjisi kullanan cihazlar, makinalar, ekipmanlarla donatılan hayatımız enerjiye daha bağımlı bir hale gelmiştir. Son yüzyıllarda bunun elde edilmesindeki en önemli kaynak ise fosil yakıtlar olmuştur. Gerek ulaşım araçlarının ihtiyaç duyduğu enerji, gerekse kullanılan elektriğin eldesinde son yıllara kadar fosil yakıtların vazgeçilmez bir rolü vardı. Yeryüzü katmanları arasında saklı olan bu kaynağın depolanmasından ziyade sondajı ve yeryüzüne çıkarılması insanlığın temel sorunu olmuştur. Hayatın idamesi için gerekli olan enerjinin üretilmesinde başrole sahip fosil yakıtlar ve özellikle petrol dünyada az sayıda ülke tarafından üretilmektedir. Diğer ülkeler bu enerji kaynağının ithalatçısı durumundadır ve enerji üretiminin devamı için bu kaynağa ihtiyaç duymaktadırlar. Bunlara ilave olarak gene son yıllarda daha da önem kazanan iklim değişikliği ve bunun nedenleri üzerine yapılan incelemeler araştırmacıları ve bilim insanlarını farklı yönlere sürüklemiştir.
Belirtilen iki durum:
- Enerjinin devamlılığı ve bunun ithalatının ülkeler nezdinde sahip olduğu kritik önem
- İklim değişimine bağlı olarak fosil yakıt tüketiminin azalması gerekliliği
yenilenebilir enerji kaynaklarına olan eğilimi arttırmıştır. Özellikle son yıllarda Avrupa’da bu yönde çok ciddi adımlar atılmış ve elektrik alt yapıları bu kaynakların daha fazla kullanıldığı modeli dikkate alarak revize edilmiştir. Yapılan projeksiyonlarda 2030 yılına kadar Avrupa’da rüzgâr ve güneş santrallerinden elde edilen enerjinin, toplam ihtiyacın %50’den fazlasını karşılayacağı yönündedir. Enerji üretiminde, petrole olan bağımlılığı azaltacak ve aynı zamanda çevre dostu olan yenilenebilir enerjinin en büyük dezavantajı ise sürekli elektrik üretememesidir yani kesikli oluşudur. Gerek rüzgâr gerekse güneş 7 gün 24 saat enerji üretimi gerçekleştiremezler ve bu ne yazık ki kontrol altında değildir. Kesinti her an (tüketimin en çok olduğu anda dahil) gerçekleşebilmektedir. Bunun önüne geçebilmenin yolu ise bu yöntemin kullanıldığı üretim tesislerinde enerjinin depolanmasıdır.
Üretilen enerjinin depolanabilmesi için farklı teknolojiler ve teknikler kullanılmakta ve bunlar beş ana başlık altında özetlenebilmektedir.
- Elektrokimyasal enerji depolama
- Mekanik enerji depolama
- Kimyasal depolama
- Elektriksel depolama
- Isıl depolama
Fizik yasalarından bilindiği üzere enerji var ya da yok edilemez, ancak bir biçimden diğerine dönüştürülür. Belirtilen enerji depolama yöntemlerinde de yapılan tam olarak budur. Kimyasal enerji, mekanik enerji şarj ve deşarj durumlarına bağlı olarak ya elektrik enerjisine dönüştürülür ya da elektrik enerjisini kimyasal ve mekanik enerjilere dönüştürürler. Uzun zamandır çeşitli amaçlarla (harici güç birimleri, akümülatörler, piller vd.) enerji depolama, yenilenebilir enerjilerin kullanımının artışıyla birlikte daha da önem kazanmıştır. Genel olarak faydaları aşağıdaki gibi özetlenebilir:
- Elektrik giderlerini azaltır
- Enerji güvenilirliğini arttırır
- Enerjinin kalitesini arttırır
Enerji Depolama Yöntemleri
Enerjinin depolanması için günümüzde farklı yöntemler kullanılmaktadır. En bilinen enerji depolama yöntemi, daha doğrusu en bilindik depolanmış enerji, fosil yakıtların (petrol ya da maden yatakları) yataklarıdır ve kaynağın bir rezerv içerisinde bulunması ve ihtiyaca bağlı olarak kullanıma sunulabilmesi, onu depolama çeşidi olarak tanımlaya yeterli olmaktadır. Elbette ki bu, günümüzde üretilen enerjinin depolanması için kullanılabilecek bir yol değildir.
En sık karşılaşılan enerji depolama şekli olan elektrokimyasal yöntem , içerdiği kimyasal solüsyon sayesinde sahip olduğu kimyasal enerjiyi bir çeşit yükseltgenme indirgenme reaksiyonu ile elektrik enerjisine dönüştürebilen cihazlardır. Çoğunlukla batarya olarak bilinen bu parçalar, mobil cihazların ve günlük hayatın ayrılmaz bir parçası olduğu günümüzde en önemli enerji depolama araçlardır.
Kurşun asit batarya , dünya genelinde en yaygın kullanılan batarya tiplerindedir ve mobil ya da sabit birçok sistemde kullanılmaktadır. Temel bileşenleri elektrotlar, seperatörler ve elektrolitlerdir. Anot ve katot uçlar korozyona karşı direnci arttırabilmek için genellikle kalsiyum, kadmiyum ve selenyum gibi elementlerin alaşımlarından imal edilir. Kurşun asit bataryaların sağladığı avantajlar aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Kurşunun düşük maliyeti ve kolay elde edilebilirliği
- Yüksek dayanım
- Hücrelerde elde edilebilen yüksek potansiyel
- Elektrokimyasal verimlilik
- Çevrim ömrü
Bu bataryaların tipik çalışma ömrü 6-15 yıl arasıdır ve en önemli dezavantajı yüksek miktarda güç deşarj edildiğinde kullanılabilir kapasitesinin azalmasıdır. Diğer bir önemli handikabı ise kullanılan metalin kurşun gibi zehirli ve tehlikeli kabul edilen bir element oluşudur.
Lityum iyon bataryalar , diğer batarya tiplerinde olduğu gibi bataryada kullanılan elektrokimyasal çifti değil, şarj ve deşarj anında elektrotlar arasında gerçekleşen iyon transferini göstermektedir, bu nedenle herhangi bir kimyasal ortamı tanımlayabilmektedir. Çoğunlukla katotta kobalt oksit, anotta ise grafit formunda karbon (kolay bulunabilir, ucuzdur, hafiftir ve Li emilimi yüksektir) ve elektrolitte eter (organik sıvı) ve LiPF 6 , LiBF 4 ve LiClO 4 (gibi çözünmüş tuz) içeren bir yapıya sahiptir. Bu bataryaların en önemli avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Yüksek hücre potansiyeline sahiptirler (3.6-3.7 V nominal olarak-)
- Yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler
- Bu bataryalar yüksek verimlilikle çalışırlar (%95- 98)
- 5000 tam çevrime kadar yüksek verimlilikle çalışabilme
Bunların yanında bu bataryalarda kullanılan metal oksit elektrotların termal olarak kararlı olmaması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda çözülebilirler. Bu durum bataryaların çalışmasını olumsuz etkilemektedir.
Nikel kadmiyum (Ni-Cd) bataryalar pozitif uçta nikel hidroksit ve negatif uçta metalik kadmiyum ve elektrolit olarak potasyum hidroksitten oluşmaktadırlar. Çok düşük sıcaklıklarda (-40 °C) çalışabilmesi, uzun ömürlü olması, kapalı ve bakıma ihtiyaç duymayan hücreleri ve yüksek kapasiteleri (10 mAh – 20 Ah) ile bir dönem özellikle kurşun asit bataryalara karşı daha çok tercih edilmekteydi. Ancak kadmiyumun toksik özelliklerinin belirlenmesi bu batarya tipinden vazgeçilmesine neden olmuştur ve günümüzde yerini nikel metal hidrata (NiMH) bırakmıştır.
1960’lardan günümüze kadar kullanımda olan sodyum sülfür bataryalar, pozitif elektrotunda eriyik haldeki sülfür, negatif elektrotunda eriyik haldeki sodyum ve bu iki elektrotu birbirinden ayıran katı seramik alümina elektrolitten oluşmaktadır. En önemli özelliği eriyik halde bulunan elektrotlarıdır ki bunun temini için çalışma sıcaklığının 300-350 °C olması gerekmektedir. 4500 gibi yüksek bir çevrim sayısına da sahip olan bu model, yüksek enerji yoğunluğu ile de tercih edilmektedir. Ağırlıklı olarak Japonya’da kullanılan bu bataryalar, dünya genelinde başta Amerika olmak üzere birçok ülkede, milisaniye mertebesindeki cevap süresi ile hat stabilizasyonu amaçlı olarak kullanılmaktadırlar. Bu tip bataryaların en önemli handikabı ise elektrotların eriyik halde tutulmalarının gerekli olmasıdır.
Redoks akış bataryaları , konvansiyonel tip bataryalarda şarj ve deşarj işlemi elektrotlar üzerinden gerçekleşir, akış tipi olanlarda ise enerji elektrolitlerde saklanır. Redoks ismi batarya da enerji dönüşümü esnasında elektrolitte gerçekleşen indirgenme ve yükseltgenme işleminden gelmektedir. Konvansiyonel tiplere göre en önemli avantajı elde edilebilecek güç miktarıdır. Güç, hücrenin boyut ve tasarımı ile ilişkili olduğundan ya da diğer bir bakış açısıyla elektrolit miktarına bağlı olduğundan, kapasitesini arttırabilmek ya da azaltabilmek çok kolaydır. En önemli dezavantajı ise düşük enerji yoğunluğu ve özgül enerjisidir.
Demir kromuyum redoks akış bataryalar , bu tip bataryalarda redoks çifti olarak Fe +2 /Fe +3 ve Cr +2 /Cr +3 çifti kullanılır ve aktif kimyasallar sulu bir çözeltinin içerisinde bulunurlar. Belirtildiği gibi hücre iki ayrı çevrime bir zar vasıtası ile bölünmüştür. Hücrenin negatif yarısında Cr +2 yükseltgenerek Cr +3 ’e dönüşürken açığa çıkan elektron harici devre üzerinde AC/ DC dönüştürücüsünün pozitif negatif terminalleri arasında iş üretirken, hücrenin pozitif yarısında Fe +3 bir elektron kabul ederek Fe +2 ’ye indirgenir. Deşarj esnasında ortaya çıkan bu kimyasal reaksiyon şarj esnasında tersine gerçekleşerek işlem tamamlanır. Bu kimyasal işlemler esnasında hücrenin iki yarısı arasında nötralizasyonu sağlayabilmek için H + geçişi gerçekleşir. Bu tip bataryalarda standart hücre voltajı 1,18 V ve hücre güç yoğunluğu ise 70-100 mW/cm 2 ’dir.
Vanadyum redoks akış bataryalar , bu tip bataryalarda belirtilen iki elektrolit hücre, birbirinden proton değişimli zar ile ayrılırlar. Kullanılan elektrolit, sülfürik asit (H 2 SO 4 ) içinde çözünmüş vanadyum penta oksit (V 2 O 5 ) ile elde edilir. Enerji depolanması vanadyum redoks çiftlerinin V 2+ /V 3+ , V 4+ /V 5+ etkileşimi ile gerçekleşir. Bu bataryanın en önemli avantajı aynı metalin iyonlarını her iki tarafta kullanabilmesidir. Öte yandan bir diğer önemli avantajı, bu tip bataryalarda hücreleri ayıran zar, iki kısım arasındaki metal iyon geçişini tam olarak engelleyemez ve bu da solüsyonlarda geri döndürülemez yıkıma neden olurken, vanadyum tipinde sadece enerji kaybına neden olmaktadır.
Hibrit akış batarya – Çinko Bromür, adından da anlaşılacağı üzere hibritlerde hem elektrotta hem de solüsyonda saklanmaktadır. En yaygın olarak kullanılan elementler ise çinko ve bromürdür. Bu bataryalarda kullanılan elektrot hafif, karbon plastik polimerden yapılmış bipolar elektrottur ve aralarında iyon geçişine izin veren mikro-gözenekli plastik seperatörler kullanılır. Anolit Zn 2+ ihtiva eden asit solüsyondan oluşur ve şarj esnasında elektrot üzerinde Zn depolanırken, deşarj anında Zn 2+ solüsyona geri döner. Elektro-kimyasal bataryaların hücre potansiyelleri ve özgül güçlerinin karşılaştırıldığı figürler S:141, Şekil 8.3 de gösterilmiştir.
Enerji depolama yöntemlerinden bir diğeri de mekanik enerji depolamadır . Bu yöntemde elektrik enerjisi mekanik sistemlerde kinetik enerji olarak (volan) ya da potansiyel enerji olarak (hidroelektrik santral ya da sıkıştırılmış hava) depolandıktan sonra tüketimin arttığı zamanlarda ya da durumlarda şebekeyi desteklemek için kullanılmaktadırlar. Bu kapsamda kullanılabilen enerji depolama yöntemleri volanlar, pompa ile su depolama, sıkıştırılmış hava depolamadır. Elektrik enerjisinin depolanmasında kullanılan bu yöntemler, genel olarak elektrik enerjisinin az tüketildiği zamanlarda (gece) bu enerjiden faydalanılmasını amaçlamakta ve mekanik olarak depolamakta, tüketimin arttığı zamanlarda ise bu depolanan enerjinin serbest bırakılarak ya da mekanik enerjiden elektriğe dönüştürülmesi sağlanarak pik zaman tüketimine destek olunması hedeflenmektedir.
Pompa ile su depolama , mekanik depolama yöntemlerinden en çok kullanılanıdır. Günümüzde depolanan elektriğin neredeyse %99’ u (120 GW) kurulu olan pompa ile su depolama tesisleri sayesinde sağlanmaktadır. Bu yöntemde farklı alanlar ve havzalar olmak üzere iki aşamada su depolanması söz konusudur. Hidroelektrik santrallerde kullanılan bu yöntem, santrallerde suyun hareketi sonucu elektrik üretmesinden sonra başka bir bölümde depolanması ve depolanan bu suyun tekrar üst rezervuara geri gönderilerek yeniden faydalanılması esasına dayanmaktadır. Tersinir pompa türbin / motor-jeneratör yapısı ünitenin hem pompa hem de türbin gibi davranmasına yardımcı olmaktadır (S:142, Şekil 8.4). Suyun, elektriğin elde edildiği baraj havzasına geri pompalanması işlemi elektrik tüketiminin en az olduğu saatlerde pompalar vasıtası ile gerçekleştirilerek bir geri dönüşüm sağlanmış olurken, elektriğin en çok tüketildiği saatlerde ilave enerji elde edilmesine yardımcı olmakta ve tasarruf sağlamaktadır. Bu tip depolama yöntemlerinde sistemin şarjı suyun üst rezervuara geri pompalanması, deşarjı ise suyun üst rezervuardan alta akışa izin verilmesi ve bu esnada ihtiyaç duyulan elektrik enerjisinin üretilmesidir. Bu yöntem enerji ihtiyacının giderek arttığı ve her bir birim enerjinin çok dikkatli kullanılmasına ihtiyaç duyulduğu günümüzde, büyük miktarda enerji depolamayı ve bunu zahmetsiz ve daha düşük maliyetle yapabilmeye olanak sağlamaktadır. Depolama tipine bağlı olarak sınıflandırılabilmektedirler.
Yüzey rezervuar tipi pompa ile su depolama , bu enerji depolama yönteminde suyun depolandığı rezervuar genel olarak doğal ya da yapay göletlerden oluşmaktadır.
Yüzey altı rezervuar tipi pompa ile su depolama , günümüzde kullanılan depolama sistemlerinin büyük çoğunluğu yüzey rezervuarı kullanmakla birlikte, bazı hidroelektrik santrallerin bulunduğu çevre koşulları bu tip bir tesis kurulmasına müsaade etmemektedir. Bu durumlarda geliştirilen yöntem ise yer altında rezervuar kullanımıdır. Bu yer altı rezervuarları bazen eski bir maden, bazen mağara bazen de inşa edilen bir rezervuar olmaktadır.
Sıkıştırılmış hava , bu depolama ünitelerinde suyun pompalanmasındakine benzer bir yaklaşımla enerji tüketiminin düşük olduğu periyotta çevre havası sıkıştırılarak basınç altında saklanmaktadır. Elektriğe ihtiyaç duyulduğu zaman ise bu sıkıştırılan hava ısıtılarak genişleme türbinlerinde genişletilmekte ve jeneratörü yürüterek güç üretmektedir. Sıkıştırma sonrası depolama tipik olarak terk edilmiş madenler, yer altı mağaraları ya da yer altı su havzalarında gerçekleştirilir. Bu sistemlerin en önemli özellikleri havayı sıkıştırarak saklamalarıdır ki bu aynı zamanda sistem için bir sorundur. Hava sıkıştırma yöntemin en önemli avantajı, eğer coğrafik koşullar uygun ise çok büyük miktarlarda depolamaya izin verebilmektedirler. Dezavantajı ise, coğrafik sınırlar ve düşük verimdir.
Mekanik depolanma yöntemlerinden olan volanlar , bir hazne içerisinde dönen bir kütle, bu kütleyi hazne içerisinde tutan yataklar ve hem motor hem de jeneratör olarak kullanılabilen iletim cihazından oluşmaktadır. Enerji bu cihazlarda kinetik enerji olarak depolanmakta ve hazne içerisinde motor tarafından tahrik edilen kütlenin dönmesi sayesinde saklanmaktadır. Volanların avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- Mükemmel çevrim dengesine sahiptirler ve uzun ömürlüdürler.
- Bakım ihtiyaçları azdır.
- Güç yoğunlukları yüksektir.
- Kompakt bir yapıya sahiptirler bu uygulama alanlarının genişlemesine yardımcı olmaktadır.
- İhmal edilebilir çevresel etkileri vardır.
Enerji depolayabilmenin en önemli yollarından birisi de kimyasal depolamadır . Kimyasal depolama yöntemi, yenilenebilir enerji kaynakları ve sistemlerinin ürettiği enerjinin stabilizasyonunda önemli bir rol oynamaktadır. Kesikli veya değişken enerji üretimi gerçekleştirilen yenilenebilir enerji kaynaklarında arz ve talep arasındaki dengeyi sağlayabilmek için büyük miktarlarda enerji depolanmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunu sağlayabilmenin yollarından birisi de kimyasal enerji depolama yöntemidir.
Hidrojen depolama , bu yöntemde üretiminin şebekeye fazla geldiği periyotta depolama işlemi gerçekleştirilir ve pik zaman tüketimi için gerekli olan enerji saklanır. Proses, şebekedeki fazla elektriğin suyun elektrolizi için kullanılması ve bunun neticesinde ayrışan hidrojen moleküllerinin depolanmasıdır.
Sentetik gaz depolama , ihtiyaç duyulan gazın depolanmasının bir diğer yolu da gazlaştırma olarak anılan yöntem sonucunda sentetik gaz eldesi ve depolanmasıdır. Bu metotta karbonlu ham materyalin yüksek sıcaklıkta buharla reaksiyonu sonucunda sentetik gazlar üretilir. Nakil kayıplarını en aza indirmenin yolu da CO 2 üreten bu tip tesislerden yararlanabilmekten geçmektedir.
Bunun en önemli avantajı:
- Elde edilen Metan gazının transferinde herhangi bir şebeke kullanılabilir. (Hidrojen transferi aynı şekilde yapılamaz.)
- Metanın enerji yoğunluğu daha yüksektir.
Elektriksel depolama yöntemi , bu yöntem enerjinin elektrostatik ya da elektromanyetik olarak depolandığı durumları tarif etmektedir. Bu yöntemde elektrik enerjisinin depolanabilmesi iki şekilde olmaktadır.
Kondansatörler , elektrostatik enerjiyi, yüklü iki elektrot arasında meydana gelen elektrik alan içerisinde depolamak için kullanılan bir devre elemanıdır. Farklı tiplerde kondansatörler olmakla birlikte temel olarak iki plaka arasında dielektrik (yalıtkan) malzemeden oluşur. Kondansatörler diğer enerji depolama sistemleri gibi bağlı bulundukları devrede elektrik kesilmesi durumunda enerjiyi saklayabilirler. Bu alanda yürütülen çalışmalar sonucunda kapasitenin arttırılabilmesi için geliştirilen kondansatör modellerinde çift tabakalı kondansatörler (ÇTK) ortaya çıkarılmıştır. Bu yeni tip kondansatörün beraberinde getirdiği avantajlar aşağıdaki gibi özetlenebilir:
- Yalıtkan malzemesinde herhangi bir kimyasal reaksiyon gerçekleşmez.
- Şarj/deşarj çevriminde genel itibari ile indirgeme olmadığından, öngörülen çalışma ömrü 1 milyon çevrimden fazladır.
- Çalışma sıcaklıkları geleneksel bataryalardan yüksektir.
- Geniş yüzey alana sahiptirler bu da iç direnci ve kayıpları azaltır.
- Sığaları (elektrik yükü depo etme yeteneği) çok yüksektir. (binlerce Farad mertebesinde)
Bu özelliklerinden dolayı kısa şarj/deşarjın ihtiyaç duyulduğu uygulamalar için çok uygundur, öte yandan uzun süreli depolama için pek uygun değillerdir.
Süper iletken manyetik depolama , bu depolama aletinde enerji, yüksek iletkenliğe sahip bobinler üzerinden geçirilen doğru akım sonucu meydana gelen manyetik alanda depolanır. Burada bobinlerin süper iletkenliği kritik sıcaklığın altında tutulması ile başarılabilinir. Bu depolama sisteminin güçlü yönleri ise;
- Çok kısa sürede reaksiyon verebilmesi ve kısa periyotlarda yüksek güç sağlayabilirler.
- Soğutma esnasındaki kayıplar ihmal edilecek olunursa %95 mertebesinde verime sahiptirler.
- Hareket eden parça olmamasına rağmen sistemin bütününün güvenilirliği kriyojenik soğutuculara bağlıdır. Soğutucu doğru çalıştığı müddetçe sistem düzgün olarak çalışabilecektir.
Duyulur ısının depolanması e n yaygın olarak karşılaşılan ısıl depolama yönetimidir. Bu yöntemde depolanan enerji, depolamak için seçilen malzemenin sıcaklığını arttırır ve malzeme tarafından kazanılan bu enerjinin kaybolmasını önlemek ve gerekli zamanda açığa çıkartabilmek için malzeme, uygun koşullarda saklanır.
Gizli ısının depolanması , bu depolama yöntemi sıklıkla faz değişimi ile ısı depolanması olarak da literatürde adlandırılmaktadır. Depolama esnasında kullanılan malzemenin fazının değişmesi bu gibi isimlendirilmelerin nedenidir, öte yandan gizli ısı olarak anılmasının sebebi de gene ısıl özelliklerinden ötürüdür. Maddeler faz değiştirirken ısı almaya devam ederler ama sıcaklıkları da aynı kalır, bu nedenle de bahsedilen ısı geçişi gizli ısı olarak bilinir.
Enerji Depolamanın Uygulama Alanları ve Geleceği
Yapılan araştırmalar sonucunda depolama yöntemleri deşarj olma süreleri açısından üç ana gruba ayrılmaktadırlar. Bunlar; kısa, orta ve uzun deşarj zamanlarıdır.
Enerji depolama yöntemlerinin esas kullanım amaçlarının başında, daha önce değinildiği gibi gün içerisinde üretilen ve tüketilen enerjilerin arasındaki dengesizliğin giderilmesi gelmektedir. Tüketim oranı zamana ve mevsime göre değişmekle birlikte günün geç saatlerinde azalmakta ve bu saatlerde şebekedeki enerji belirtilen yöntemlerle pik tüketimi karşılayabilmek adına depolanmaktadır.
Yapılan analiz ve projeksiyonlarda, gelecekte enerji üretim ve kullanımının, iklim değişimi, enerji güvenliği gibi hususlara bağlı olarak, yenilenebilir enerji kaynaklarından daha fazla yararlanacağı öngörülmektedir. İklim değişiminin önüne geçilebilmesi adına ülkelerin enerji politikaları karbon emisyonunu azaltacak şekilde fosil yakıtlardan yenilenebilir enerjilere göre revize edilmiştir. Bunlara ilave olarak, artan enerji ihtiyacının fosil yakıtla karşılanmasının zor olduğu ve özellikle ithalatının yüksek olduğu batı Avrupa ve uzak doğu ülkelerinde bu durumun enerji güvenliğini tehdit edeceğini düşünülmüştür. Bu ve bunun gibi sebeplerden ötürü alternatif enerji kaynaklarına olan eğilimin 2030 yılına kadar yükseleceği ve elektrik üretiminde çok büyük söz sahibi olacağıdır. Yapılan projeksiyonlarda yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam üretimdeki payı, petrol üreticilerinin araştırmalarında %16-30 aralığında tespit edilirken, çevreci örgütler tarafından yapılan çalışmalarda %48-61 aralığında belirlenmektedir. Almanya’da yapılan araştırmalarda 2030 yılına kadar rüzgâr ve güneş enerjisinden elektrik üretiminin %65-80 mertebelerinde olacağı öngörülmektedir. Tüm bunların ışığında yenilebilir enerjinin vazgeçilmez bir parçası olan depolama cihazlarının kullanımındaki artışın kaçınılmaz olduğu aşikârdır.