ENERJ DEPOLAMA Muzaffer Baaran Makina Y Mh EA

ENERJİ DEPOLAMA Muzaffer Başaran Makina Y. Müh. EÜAŞ Emekli Genel Md. Yrd. TESAB, DEK TMK ve MMO Enerji Komisyonu Üyesi TESAB SOHBETLERİ 11 ŞUBAT 2021

Muzaffer Başaran Özgeçmiş 1952’de Isparta’da doğdum. İlkokulu 1963 yılında Burdur Tefenni’de, Ortaokulu 1966 yılında Antalya Lisesi Ortaokulunda, Liseyi 1969 yılında İstanbul Kabataş Erkek Lisesinde bitirdikten sonra Etibank bursuyla İngiltere’ye gittim. Newcastle Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümünden 1974’de lisans ve 1975’de master diplomaları aldım. 1975’de işe başladığım TEK Genel Müdürlüğünde 7 yıl Ankara’da Santrallar Proje ve Tesis Daire Başkanlığında Mühendis ve Başmühendis, 11 yıl Afşin Elbistan Termik Santralında Başmühendis, Şube Müdürü, Tesis Grup Müdürü, 5 yıl Kemerköy Santralında Tesis Grup Müdürü ve Kemerköy Elektrik Üretim ve Ticaret A. Ş. Genel Müdürü, 3, 5 yıl Yeniköy Santralında Yeniköy Elektrik Üretim ve Ticaret A. Ş. Genel Müdürü olarak görev yaptıktan sonra Ekim 2001’de Ankara’ya döndüm. 1. 10. 2001 tarihinde Elektrik Üretim A. Ş. Genel Müdür Yardımcılığı ve Yönetim Kurulu üyeliği görevine başladım. 17. 10. 2006 tarihinde kamudan emekli oldum ve 01. 11. 2006 tarihinde H. Ö. Sabancı Holding A. Ş. Enerji Grup Başkanlığı Danışmanı olarak çalışmaya başladım. 2012’de Hattat Grubunda Santrallar Yatırım Koordinatörü olarak çalıştım. 2013 Şubat’tan bu yana TEYO Yatırım ve Dış Ticaret A. Ş. Genel Müdürlüğünü yürütmekteyim. Yurt içi ve yurt dışında çok sayıda konferans ve toplantıda konuşmacı olarak yer aldım. 1978’de. Türkan hanımla evlendim ve birisi 40, diğeri 36 yaşında Makina Mühendisi iki oğlum var. Büyük oğlumdan iki kız torunum var. İyi derecede İngilizce ve orta derecede Almanca bildiğimi sanıyorum. BJK, DEK TMK, TESAB, Kabataşlılar Derneği ve MMO İstanbul Şubesi Enerji Komisyonu üyesiyim.

Sunum Planı 1. Enerji Depolama Nedir? 2. Enerji Depolama Teknolojileri 3. Süper Kapasitörler 4. Süper Magnetik Depolama (SMES) 5. Hidrojen Yakıt Hücre Sistemi 6. Volanlı (Flywheel) Enerji Depolama 7. Batarya 8. Basınçlı Hava Sistemi 9. Termal Enerji Depolama 10. Pompalı Depolamalı HES 11. Eurelectric Raporu 12. Sonuç

Enerji Depolama Nedir? Enerji Depolama, ihtiyaç dışı elektriğin başka bir enerji formuna dönüştürülmesi ve onun da minimum kayıpla tekrar elektriğe dönüştürülmesidir. Bu elektrik arzı ve talebi arasındaki farkı azaltmak için yapılır. Enerji Depolama, hem konvansiyonel elektrik üretim kaynaklarına, hem de yenilenebilir enerji kaynaklarına uygulanabilir. Enerji depolama yük dağıtım kabiliyetini artırır, talep artışında elektrik enerjisini sağlar ve arz ve talep arasındaki farkı azaltarak yeni santral yatırım ihtiyacını azaltır.

Enerji Depolamanın Teknik ve Ekonomik Avantajları Enerji transferi Konvansiyonel Enerji üretimi : Enerji depolama, geçici üretim kaybını ve puvant talepteki ani fırlamayı telafi eder ve önceden satış anlaşması yapılmış ticari bir ilişkide ani talep artışını karşılayarak cezadan kaçınmayı sağlar. Yenilenebilir Enerji üretimi : Elektriğin depolanması arz edilen elektriği daha öngörülebilir hale getirerek ona değer katar. Tabi ki burada depolama maliyeti dikkate alınmalıdır. Şebeke tasarrufu Elektrik enerjisi şebekeleri çok sayıda üretim ünitelerinden, çeşitli gerilim seviyesinde iletim ve dağıtım hatlarından, trafo merkezlerinden ve farklı enerji ihtiyacı olan çok sayıda tüketiciden oluşmaktadır.

Enerji Depolamanın Teknik ve Ekonomik Avantajları Şebeke tasarrufu Tüketici talebinde puvant yükle ortalama yük arası oran bazen 10’a kadar çıkmaktadır. İletim hatları ortalama yük seviyesine göre değil de puvant yüke göre dizayn edildiklerinden boyutların büyümesine yol açmaktadır. Enerji Depolaması iletim, dağıtım hatlarının ve trafo merkezlerinin daha düşük seviyelerde dizaynına imkan verecektir. Kinetik avantaj Enerji depolamanın esnekliği talebe hemen cevap verebilme imkanı sağladığından çeşitli gerilim seviyelerinde şebekeye esneklik sağlayacaktır. Şebekedeki dengesizlik, muhtemelen önceden öngörülebilen geçici üretim eksikliğinden kaynaklanabilir.

Farklı Tiplerde Enerji Depolama Sistemleri Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santrallar (Pumped hydro energy storage )(PHES ) Basınçlı Hava Enerji Depolama (Compressed air energy storage) (CAES) İç Isı termal enerji depolama (Latent heat thermal energy storage) (LHTES) Kinetik enerji depolama sistemi (Kinetic energy storage system) (Volan, Flywheels ) Bataryalar Süper Kapasitörler Süper İletkenli Magnet Yakıt Hücreleri

Enerji Depolama Sistemlerinin Sınıflandırılması Mekanik Pompalı Depolamalı HES Basınçlı Hava Elektrokimyasal Elektrikli Batarya Kurşun asit/Ni Cd/ Na. S/ Li-ion Kapasitör Süperkapasitör Akışlı batarya Süper iletkenli Magnet SMES Termokimyasal Kimyasal Termik Güneşli yakıt Güneşten H 2 Hidrojen Yakıt hücresi/ Elektrolizer Isı depolama Volan (Flywheel)

Deşarj zamanı (saat) FarklıEnerji. Depolama. Sistemlerinin. Mukayesesi Farklı PHES: Pompalı Depolamalı HES CAES: Basınçlı Hava Enerji Depolama HFCSS: H 2 yakıt hücre depolama SMES: Süper magnetik depolama Güç Seviyesi (MW) Farklı Enerji Depolama Sistemlerinin Deşarj Zamanları ve güç seviyeleri

Enerji Depolama Sistemleri Ana Özellikleri Teknoloji Tipik Kapasite Cevap Süresi Daşarj zamanı Verim Ömür Gelişma Düzeyi Uygulama Pompalı Depolamalı HES 5 MW – 2 GW 1 dak (duruşta) 10 san (dönerken) 4 – 100 saat %55 -85 50 + yıl Olgun Primer, Sekonder, Tersiyer kontrol, enerji arbitraj Basınçlı Hava Sistemi 25 MW – 2, 5 GW Soğukken 15 dak. 2 – 24 saat %40 -70 15 -40 yıl Olgun/ Olgunlaşmakta (AA –CAES) Tersiyer kontrol, enerji arbitraj Batarya 1 k. W – 50 MW 1 dak – 3 saat %65 -75 2 -10 yıl Olgunlaşmakta/ Olgun Kesintisiz güç kaynağı, yenilen. dalgalanma azaltma, Primer, Sekonder kontrol Flywheel 5 k. W – 20 MW 4 san – 15 dak %90 -95 ~20 yıl Olgun Primer kontrol, enerji kalitesi Hidrojen Yakıt Hücre Sistemi 1 k. W – 10 GW 0, 01 san gün %20 -40 5 -10 yıl Prototip Yenilen. dalgalanma azaltma, Tersiyer kontrol Süper magnetik depolama 10 k. W – 1 MW 5 san – 5 dak %95 ~30 yıl Olgunlaşmakta Kesintisiz güç kaynağı, enerji kalitesi Süper kapasitörler < 150 k. W 1 san – 1 dak %85 -95 ~10 yıl Olgunlaşmakta Kesintisiz güç kaynağı, enerji kalitesi Yakıt hücresine bağlı

Dünya’da Enerji Depolama Teknolojilerinin Payları (%) Haziran 2020 itibariyle Dünya Enerji Depolama Kapasitesi 185, 3 GW olmuştur. Basınçlı Hava %0, 2 Na. S batarya %5, 1 Eritilmiş Tuz %1, 8 Kurşun asit batarya %4, 3 Pompalı Dep. HES %92, 3 Elektrokimyasal %5, 5 Volan %0, 3 Akış batarya %0, 9 Li-ion batarya %89, 3 Süper kapasitör %0, 1 Diğer %0, 3

SÜPER KAPASİTÖRLER

Süper Kapasitörler Temel Dizayn: Bir süperkapasitörün tipik yapısı (1) güç kaynağı, (2) kollektör, (3) polarize elektrod, (4) çift levha (5) pozitif ve negatif ionlar ihtiva eden elektrolit, (6) separator. Elektrokimyasal kapasitörler (süperkapasitörler) ion geçirebilen bir membranla (separatör) ayrılmış iki elektroddan oluşmaktadır ve bir elektrolit, iki elektrodu ionlarla bağlamaktadır. Elektrodlar uygulanan gerilimle polarize edildiğinde elektrolitteki ionlar, elektrod polaritesine ters olan ionlarla elektrik çifte tabaka oluştururlar. Örneğin pozitif polariteli elektrodlar elektrod/elektrolit ara yüzünde negatif iyonlardan bir tabaka oluştururlar, aynı zamanda negatif tabakaya adsorbe edilen şarj dengeleyici pozitif ionlarla tabaka oluşur. Aynı durum negatif polariteli elektrod içinde oluşur.

Süper Kapasitörler Kapasitans dağılımı: İki elektrod iki ayrı kapasitör C 1 ve C 2 ’yi oluşturur. Toplam kapasitans Ctotal is aşağıdaki formülle hesaplanır. C 1 x C 2 C toplam = ------C 1 + C 2 Süperkapasitörlerin simetrik veya asimetrik elektrodları olabilir. Simetri her iki elektrodun da aynı kapasitans değerine sahip olduğunu gösterir ve toplam kapasitans bir elektrodun kapasitansının yarısıdır. (Eğer C 1 = C 2 ise Ctoplam = ½ C 1). Asimetrik kapasitörler için, toplam kapasitans daha küçük kapasitanslı elektrodun değeri alınır. (Eğer C 1 >> C 2, ise Ctoplam ≈ C 2). Depolama prensipleri: Elektrokimyasal kapasitörler elektrik enerjisi depolamak için çift tabaka etkisini kullanırlar; bununla beraber bu çift tabakanın şarjları ayırmak için konvansiyonel katı dielektrikleri yoktur. Elektrokimyasal Kapasitör toplam kapasitansına katkı yapan elektrodların elektrik çift tabakasında iki depolama prensibi vardır. Çift tabaka kapasitans, Helmholtz çift tabaka’da şarjların ayrılmasıyla gerçekleşen elektrik enerjisinin elektrostatik depolaması. Şarj transferiyle Faradayik redoks reaksiyonlarıyla gerçekleşen elektrik enerjisinin Pseudo kapasitans, elektrokimyasal depolama. Her iki kapasitans sadece ölçüm teknikleriyle ayrılabilir. Bir elektrokimyasal kapasitörde gerilim birimi başına depolanacak şarj miktarı, büyük ölçüde elektrod boyutlarının bir fonksiyonudur, ancak her depolama prensibinin kapasitans miktarı aşırı ölçüde farklılık gösterebilir.

SÜPER MAGNETİK DEPOLAMA (SMES)

Süper Magnetik Enerji Depolama Süper iletken magnetik enerji depolama (SMES), süper iletkenin kritik sıcaklığın altında sitolojik soğutulmuş süper iletkenden yapılmış sargıdan geçirilen doğru akımın akışıyla oluşan magnetik alanda depolanan enerjidir. Düşük sıcaklık / yüksek sıcaklık süper iletkenli magnet Sıvı helyum azot Sitojenik soğutucu helyum azot pompa Sirostat Tipik SMES sisteminde üç parça vardır: süper iletkenden oluşan sargı, güç şartlandırma sistemi ve sitojenik soğutucu. Süper iletkenden oluşan sargı şarj edildiğinde akım sönümlenmeyecektir ve magnetik enerji süresiz depolanabilir.

Süper Magnetik Enerji Depolama Depolanan enerji sargıyı deşarj ederek şebekeye geri verilebilir. Güç şartlandırma sistemi bir invertör / redresör kullanarak alternatif akımı doğru akıma veya doğru akımı alternatif akıma çevirebilir. İnvertör / redresör her yönde % 2 – 3 enerji kaybına yol açacaktır. SMES, depolama işleminde tüm diğer enerji depolama metodlarına göre en az enerji kaybına sebep olur. SMES sistemleri çok verimlidir; dönüşüm verimi %95’in üzerindedir. Soğutmadaki enerji ihtiyacı ve süper iletken telin yüksek maliyeti yüzünden SMES şu anda kısa süreli enerji depolaması için kullanılmaktadır. Bu sebeple SMES genel olarak güç kalitesini iyileştirmek için kullanılmaktadır.

HİDROJEN YAKIT HÜCRE SİSTEMİ DEPOLAMA

Hidrojen Yakıt Hücre Sistemi Enerji Depolama Yakıt hücresi, bir yakıtın (genellikle Hidrojen) bir oksitleyici (genellikle Oksijen) ile redoks reaksiyonları yoluyla kimyasal enerjinin elektriğe dönüştüren bir elektro kimyasal hücredir. Yakıt hücrelerinin bataryalardan farkı, bataryalarda, bataryada bulunan metaller, onların ionları veya oksitlerindeki kimyasal enerjiden Elektrolizer Hidrojen depolama Yakıt hücresi gelirken yakıt hücrelerinde kimyasal reaksiyonun devamını sağlamak için sürekli yakıt ve oksijen (normalen havadan) kaynağı gereklidir. Yakıt ve oksijenin temin edildiği sürece yakıt hücreleri devamlı olarak elektrik üretebilir. Farklı tiplerde yakıt hücreleri vardır, ancak hepsinde bir anod, bir katod ve yakıt hücresinin iki tarafı arasında hareket etmesine imkan sağlayan ionların (genellikle pozitif şarjlı hidrojen ionları, protonlar)olduğu bir elektrolit vardır. Anodda bir katalizör, ionlar (genellikle pozitif şarjlı hidrojen ionlar) ve elektron üreten oksidasyon reaksiyonuna sebep olurlar.

Hidrojen Yakıt Hücre Sistemi Enerji Depolama İonlar elektrolit içinde anoddan katoda doğru hareket eder. Aynı zamanda elektronlar anottan katoda bir devreyle doğru akım üreterek hareket ederler. Katodda diğer bir katalizör ionların, elektronların ve oksijenin reaksiyona girmesine, suya ve diğer ürünlere dönüşmesine sebep olur. Yakıt hücreleri, kullanılan elektrolit ve proton değişimi membran yakıt hücreleri (PEM veya PEMFC) için 1 saniyeden katı oksit yakıt hücreleri (SOFC) için 10 dakikaya kadar değişen startup süresindeki farka göre sınıflandırılırlar. Benzer teknoloji, şarj edilerek yakıtı rejenere edilen akış bataryalarıdır. Her bir yakıt hücresi yaklaşık 0, 7 voltluk küçük bir elektrik potansiyeli üretir, böylece talep sahibinin ihtiyacını karşılayacak yeterli gerilimi sağlamak için hücrelerden küme oluşturulur veya seri olarak yerleştirilir. Elektriğe ilaveten yakıt tipine bağlı olarak su, ısı, az miktarda azot dioksit ve diğer emisyonları üretir. Bir yakıt hücresinin enerji verimliliği, genellikle %40 -60 arasındadır; bununla beraber eğer bir kojenerasyon tekniğiyle atık ısı kullanılabilirse %85’e varan verimlere ulaşılabilir.

VOLANLI (FLYWHEEL) ENERJİ DEPOLAMA Yatak Dış mahfaza Flywheel rotor Motor/generatör stator Vakum veya çok düşük basınç Yatak

Volanlı (Flywheel) Enerji Depolama Volanlar (Flywheel) enerjiyi vakum içinde dönen büyük bir kütlede depolarlar. Mekanik atalet bu depolama metodunun temelidir. Elektrik motoru, jeneratör olarakta kullanılabilir (Şarj ve deşarj ) Dış silindir İç silindir Motor Volanlarların hızı artırılarak ünitenin depolama kapasitesi (k. Wh) artırılabilir. Magnetik yatak Vakum odası Şaft

Volanlı (Flywheel) Enerji Depolama Yüksek mukavemetli malzemeden yapılan vakum içinde 20. 000 – 100. 000 dev/dak üzerinde dönen gelişmiş volan (flywheel) sistemleri çok verimli olacaktır. Volan, elektrik üretiminde primer bir kaynak değildir. Ancak şebekede fazla enerji varsa volan tesisine aktarılır ve durgun vaziyette olan volanları döndürmeye başlar. Daha sonra birkaç saniye veya dakika enerji ihtiyacı olduğunda volan momentumu şebekeye elektrik vermek için kullanılır.

BATARYA

Bataryalı Depolama, elektrik enerjisini depolamak için bir grup bataryanın kullanılmasıdır. Bataryalı enerji depolama kısa süreli puvant talep zamanında ve frekans kontrol rezervi ve elektrik kesintilerini azaltmak gibi yardımcı hizmetlerde kullanılırlar. Batarya Tipleri • Kurşun Asid. • Nikel Kadmiyum. • Li-ion. • Akışkan Bataryalar

Batarya Depolamalı Santrallar ve Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS) teknoloji ve fonksiyon olarak birbirine benzer, ancak bataryalı depolama tesisleri daha büyüktür. Emniyet ve güvenlik açısından bataryalar ambar veya konteyner gibi kendi yapılarında muhafaza edilirler. UPS’de doğru akım üretilirken, bataryalı depolamada şebekeye alternatif akım vermelidir, bu sebeple bataryalı depolama sistemlerinde invertörde gereklidir. Güç ve enerji oranına, beklenen ömür ve maliyetlere bağlı olarak farklı depolama bataryaları kullanılabilir. 1980’lerde bataryalı depolama sistemlerinde kurşun asit bataryaları kullanılmıştır. Ondan sonraki 10 – 20 yılda nikel kadmiyum veya sodyum sülfür bataryaları kullanılmıştır. 2010’dan bu yana elektrikli otomotiv sanayinin sebep olmasıyla teknoloji maliyetlerinin de hızlı bir şekilde düşmesiyle büyük bataryalı depolama sistemlerinde artan bir oranda lityum – ion bataryaları kullanılmaktadır. Akış batarya sistemi de bulunmuştur, ancak düşük bütçeli uygulamalarda kurşun asit bataryaları hala kullanılmaktadır.

Kurşun Asit Bataryalar 1859 yılında Fransız fizikçisi Gaston Plante tarafından icat edildi. En eski ve en olgun batarya teknolojisidir. Batarya kurşun (Pb) katot ve kurşun dioksit (Pb. O 2) anot ve sülfürik asit (H 2 SO 4) elektrolitten oluşur. Şu anda dünyada en yaygın kullanılan türdür. En çok kullanı araçlardaki starter akülerdir. Araçların başlatma, ışıklandırma ve ateşleme fonksiyonlarını yerine getirir. Derin döngülü (deep cycle) traksiyoner aküler yüksek demaraj akımı gerektiren forklift, vinç, hareketli araçlarda kullanılır. İnce plakalardan oluşan hücreler daha fazla yüzey oluşturması nedeniyle kapasiteleri kalın plakalılardan daha fazladır. Bu nedenledir ki bu bataryalar motorlu araçlarda gerekli yüksek start akımı nedeniyle tercih edilirler.

Nikel Kadmiyum Bataryalar Şarj edilebilir pil olarak bilinir, elektrod olarak nikel oksit hidroksid ve metalik kadmiyum elektrod olarak kullanılır. Çıkış voltajı 1, 2 V civarındadır. Deşarj sonuna kadar tatminkar bir döngü özelliği ve düşük sıcaklıkta yüksek düzeyde performans verir. Fiyatı kurşun asit bataryalara göre pahalıdır. Tatminkar bir döngü ömrü ve düşük sıcaklıkta iyi performans özelliği vardır. Kendi kendine deşarj özelliği yüksektir. Çevresel atık özelliği nedeniyle düşük oranda tercih edilir. 1990’lardan sonra yerini nikel metal hidrid ve li-ion bataryalara bıraktı. Özellikle medikal ekipmanlarda kullanımı yasaklandı.

Li – ion Bataryalar 1991 yılında Sony/Asai Kasei ilk ticari Li-İon şarj edilebilir bataryayı üretti. Deşarj sırasında lityum iyonlar negatif elektroddan pozitif elektroda doğru hareket ederler, Şarj sırasında da tersidir. Yüksek enerji yoğunluğu, önemsiz oranda kendine deşarj özelliği nedeniyle portatif cihazlarda kullanılmaktadır. Son zamanlarda uzay araçlarında, şarj edilen araçlarda, askeri araçlarda popüler olmuştur. Değişik türde kimyasal özelliği olan Li-İon bataryalar değişik uygulamalarda maliyet ve güvenlik özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir. Li-Kobalt oksit bataryalar elde taşınan cihazlarda enerji yoğunluğu ve düşük ağırlığı nedeniyle tercih edilmektedir. Lityum-demir fosfat (Li. Fe. PO 4), lityum manganez oksid (Li. Mn 2 O 4), lityum nikel manganez kobalt oksit (Li. Ni. Mn. CO 2) düşük enerji yoğunluğu fakat yüksek çalışma ömrü sunarlar, elektrikli aletlerde ve medikal aletlerde kullanılırlar. Yeni gelişen Li-sülfür bataryalar ağırlıkça en yüksek performans vermektedir. Li-ion batarya teknolojisi sürekli gelişmekte, yüksek verim ve çalışma ömrü vermektedirler. Gelişmeler gelecekte bu türün performansının daha artacağını göstermektedir.

Akışkan Bataryalar Bu bataryalarda güç ve enerji bataryaları akuple olmuş şekildedir. Çoklu elektro kimyasal hücreler, ion dönüşüm membranları ya da gözenekli ayırıcılar ile ayrışmış ve seri olarak birbirlerine bağlanmıştır. Bu seri bağlantılar üste konulmuş yığınlar şeklinde akışkan batarya stoklama sistemine dönüşmüştür. Üst üste konulmuş konfigürasyon hücrenin gücünü belirler. Elektrolit kimyasal tanklarda kontrol edilir ve karışım yığın içine membran aralıklarına pompalanır. İon değişimi ve bunu takiben elektrik akımı membranlar arasında oluşur. Elektrolit sıvı bazlı solüsyon gibidir, hücre voltajları 1 -1, 8 V arasındadır. Böylelikle suyun hidroliz olması engellenmiş olur. Akışkan batarya sistemleri yüksek enerji yoğunluğu potansiyeline sahiptir. Gelişme aşamasında olan bir teknolojidir. Güç ve enerji akışı ayrıdır, bu nedenledir ki özellikle şebeke uygulamaları için tercih edilebilmesi için özel düşük maliyetli modellerin gelişmesi gerekecektir. Akışkan bataryalar yakıt hücreli bataryalarla akışkanın elektrodlar arasında akması nedeniyle benzeşir.

BASINÇLI HAVA SİSTEMİ

Basınçlı Hava Sistemi (CAES) Hava Kompresör kümesi Ekzost Türbin / jeneratör kümesi PC PG Soğutucular Isı reküperatör PC = Kompresöre gelen güç PG = Jeneratörden çıkan güç Akifer, tuz mağarası veya maden Hava Depolama Yakıt (örneğin doğal gaz) h. S = Depolama Saati (PC‘de)

Basınçlı Hava Sistemi (CAES) Tipik bir CAES tesisinde kompresyon modu, elektrik talebinin düşük olduğu zaman harekete geçirilir. Talebin düşük olduğu zamanki fazla elektrik, havayı bir depolama rezervuarına (büyük ölçüde CAES için normal olarak yer altı mağarası) kompresörler yardımıyla basmak için kullanılırlar ve depolanan hava, yüksek basınçtadır, (tipik olarak 4, 0 – 8, 0 Mpa) çevre sıcaklığındadır. Böyle bir kompresyon prosesinde, kompresyon verimini artırmak ve depolanan hacmin duvarlarında termal stresi minimuma indirmek için basılan havanın sıcaklığını azaltmak amacıyla soğutucular kullanılmaktadır. Elektrik üretimi talebi karşılayamadığında, basınçlı hava türbine verilir. Basınçlı hava depodan alındığında ısıtılır ve bir yüksek basınç türbininde (buhar veya gaz türbini olabilir) genleştirilir.

TERMAL ENERJİ DEPOLAMA

Termal Enerji Depolama Termal enerji depolama (TED) farklı teknolojilerle gerçekleşmektedir. Belirli teknolojilere bağlı olarak termal enerjinin depolanmasına imkan vermekte ve tek bir işlem, bina grubu, bölge, kasaba veya bölgenin ihtiyacını saatlik, günlük, aylık ihtiyacı için kullanılabilir. Kullanım örnekleri; gündüz ve gece arası enerjinin dengelenmesi, yaz enerjisinin kış ısıtması için depolanması veya kışın soğuğunu yazın kliması (mevsimsel termal enerji depolaması) için kullanılması. Depolama ortamı su veya buz tankları, yeraltında açılacak kuyulara konulacak ısı eşanjörlerin olduğu toprak veya kayalar ve geçirimsiz tabakalarda bulunan derin akiferler, derin ve kaplama yapılan içine su ve çakıl doldurulan üstü izole edilen çukurları olabilir. Diğer ısı depolama kaynakları olarak puvant dışı, düşük fiyatlı elektrik enerjisi ile ısı pompalarıyla sağlanan ısı ve soğukluk; kojenerasyon santrallarından sağlanan ısı, şebeke ihtiyaçlarının üzerinde olan yenilenebilir enerji ile sağlanan ısı ve sanayi tesislerinden kaynaklanan atık ısı sayılabilir. Mevsimsel ve kısa vadeli ısı depolama, değişken yenilenebilir enerjiyi ucuz olarak dengeleme, elektrik ve ısıtma sektörlerinin entegrasyonu veya ihtiyaçların tamamen yenilenebilir enerjiden karşılanması için önemli bir araç olarak kabul edilebilir.

POMPA/DEPOLAMALI HİDROELEKTRİK SANTRALLAR

POMPA/DEPOLAMALI HES (PDHES) ŞEMATİK GÖRÜNÜMÜ PDHES ŞALT SAHASI Seyir noktası Giriş Asansör Ana Giriş Tüneli Su Çıkışı Denge Bacası Santral Binası Kesiciler Trafolar Rezervuar

POMPA/DEPOLAMALI HES (PDHES) POMPA/DEPOLAMALI HİDROELEKTRİK SANTRALLAR FARKLI KOTLARDA YER ALAN ALT VE ÜST OLMAK ÜZERE İKİ REZERVUARDAN OLUŞUR ; ELEKTRİK ENERJİSİ TÜKETİMİNİN DÜŞÜK OLDUĞU GECE SAATLERİNDE ALT REZERVUARDAKİ SU ÜST REZERVUARA POMPALANARAK DEPOLANIR, TÜKETİMİNİN YÜKSEK OLDUĞU PUANT SAATLERİNDE ÜST REZERVUARDA DEPOLANAN SU ALT REZERVUARA BIRAKILARAK ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİLİR.

POMPA/DEPOLAMALI HES (PDHES) ÜST REZERVUAR POMPALAMA POMPA ELEKTRİK TÜRBİN ALT REZERVUAR MOTOR GENER POMPA/DEPOLAMALI HES’DE ÜNİTELER GENERATOR + MOTOR ve TÜRBİN + POMPA OLARAK ÇALIŞACAK ŞEKİLDE DİZAYN EDİLMİŞTİR.

POMPA/DEPOLAMALI HES (PDHES) PDHES’LERDE ; ÜNİTELER GENERATOR KONUMUNDA SAAT YÖNÜNDE ÇALIŞIR > MOTOR KONUMUNDA SAATİN TERSİ YÖNÜNDE ÇALIŞIR > < TÜRBİN FRANCİS TİPİDİR.

POMPA/DEPOLAMALI HES DÜNYADA İLK POMPA/DEPOLAMALI HES 1890 YILINDA İTALYA VE İSVİÇRE’DE TESİS EDİLDİ. HEM TÜRBİN HEM POMPA OLARAK ÇALIŞAN BİLEŞİK POMPA/DEPOLAMALI HES ÜNİTESİ İLK OLARAK 1929’DA İŞLETMEYE ALINDI. PDHES ANCAK 1970’DEN SONRA BİR ENERJİ DEPOLAMA SEÇENEĞİ OLARAK GÜNDEME GELDİ VE GİDEREK KULLANIM ORANI ARTTI. ÜST PDHES BİLİNEN EN BÜYÜK KAPASİTELİ ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMİDİR. POMPA/DEPOLAMALI HES’DE VERİM 70 -85%’DİR. GÜNDÜZ SANTRAL GECE ALT

Günlük Yük Eğrisi (18. 07. 2018) 951. 053 MWh MW Saat

GÜNLÜK YÜKTE PRİMER KAYNAKLAR (JAPONYA) POMPALAMALI/DEPOLAMALI PDHES NORMAL HES POMPALAMA İÇİN ENERJİ YÜK EĞRİSİ POMPA DEPOLAMALI HES PETROL DOĞAL GAZ VE DİĞER GAZLAR KÖMÜR NÜKLEER SANTRALLAR KANAL TİPİ HES

Türbin POMPA/DEPOLAMALI HES’LERİN SİSTEM İÇİN YARARLARI 1 ENTERKONNEKTE SİSTEMDE GÜÇ, FREKANS VE GERİLİM STABİLİTESİNİN SAĞLANMASI AÇISINDAN HIZLI REGÜLASYON DONANIMINA SAHİP PDHES’LER ÇOK VERİMLİ VE ETKİNDİR. ÜLKEMİZDE YÜK VE FREKANS AYARLARI ATATÜRK, KARAKAYA, KEBAN, HASAN UĞURLU, OYMAPINAR VE GÖKÇEKAYA HİDROELEKTRİK SANTRALLARINDA BULUNAN ÜNİTELER DÜŞÜK YÜKTE ÇALIŞTIRILARAK YAPILMAYA ÇALIŞILMAKTADIR. SÖZKONUSU ÜNİTELER DEĞİŞKEN YÜKLERDE HIZLI REGÜLASYONA UYGUN ŞEKİLDE DİZAYN EDİLMEDİĞİNDEN ÇEŞİTLİ ZAMAN VE NİTELİKTE BEKLENMEYEN ARIZALAR MEYDANA GELMEKTEDİR.

POMPA/DEPOLAMALI HES’LERİN SİSTEM İÇİN YARARLARI 2 DÜZGÜN VE İDEAL BİR ENTERKONNEKTE SİSTEMİN MİLİSANİYE DÜZEYİNDE BİR ELEKTRİK ENERJİSİ KESİNTİSİ RİSKİNİ GÖZE ALAMAYACAK ŞEKİLDE TASARLANIP İŞLETİLMESİ GEREKTİĞİNDEN SİSTEM STABİLİTESİ İÇİN PDHES GEREKLİ BİR SEÇENEKTİR. EN AZ 1000 MW GÜCÜNDE SEÇİLECEK 4 -5 PDHES SİSTEMİ GEREK PUANT ZAMANI GEREKSE HIZLI REGÜLASYON ANLARINDA ENTERKONNEKTE SİSTEMİ OLDUKÇA RAHATLATACAKTIR. SİSTEM STABİLİTESİ VE PUANTTAKİ TALEBİN DAHA SAĞLIKLI OLARAK KARŞILANMASI İÇİN PDHES GEREKLİDİR.

PDHS’LERİN DİĞER YENİLENEBİLİR ENERJİ ÇEŞİTLERİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI GÜNEŞ BATAR VE GÜNEŞ ENERJİSİ DURUR. RÜZGAR ESMEZ VE RÜZGAR SANTRALLARININ KANATLARI DURUR. GELENEKSEL HİDROELEKTRİK SANTRALLARIN REZERVUARINDA YETERLİ SU BULUNDUĞU SÜRECE ÇALIŞTIRABİLİRSİNİZ. POMPA/DEPOLAMALI HES’TE ANİ DURMA VE ÇALIŞTIRILAMAMA RİSKİ YOKTUR. HER AN ÜRETİME HAZIRDIR. BU NEDENLE YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI İÇERİSİNDE PDHES’LER EN GÜVENİLİR SEÇENEKTİR.

PDHES’LERİN AVANTAJLARI PDHES’ler en verimli ve kapasitesi en yüksek enerji depolama yöntemidir, İstenilen süre kadar depolanabilir. Bu süre ; saat, gün, hafta, ay ve aylar olabilir. Her an elektrik enerjisine çevrilmeye hazır olan bir potansiyel enerjidir. Depolama ve bekletme maliyeti çok düşüktür. Çevre kirliliğine yol açmaz. Aksine doğal yapıyla uyumlu bir ağaçlandırma ve çevre restorasyonu ile bir turistik çekim alanı oluşturulabilir. İşletme maliyeti düşüktür.

PDHES’LERİN DEZAVANTAJLARI İki rezervuar inşaatı gerektirdiği için inşaat maliyeti yüksektir. Rezervuarlar, tüneller, cebri borular ile enerji nakil hatlarının inşaatları ve geçişleri nedeniyle doğal yapı etkilenebilir.

DÜNYADA POMPA / DEPOLAMALI HES (2017) Ülke Kurulu Güç (MW) Japonya 27. 438 Çin 21. 545 ABD 20. 858 İtalya 7. 071 İspanya 6. 889 Almanya 6. 388 Fransa 5. 894 Hindistan 5. 072 Avusturya 4. 808 Güney Kore 4. 700

DÜNYADA 1000 MW ÜZERİNDEKİ BAZI PDHES’LERİN GÜÇ VE MALİYETLERİ ÜLKE SANTRAL GÜÇ (MW) İŞLETME TARİHİ YATIRIM (Milyon $) ABD Bath County 2. 700 1985 1. 650 İngiltere Ludington 1. 872 1973 327 Çin Tianhuangping 1. 836 2001 1. 080 Japonya Kazunogowa 1. 600 1999 3. 200 Tayvan Mingtan 1. 600 1992 1. 338 ABD Helms 1. 212 1984 416 ABD Northfield 1. 080 1973 685 ABD Bad Creek 1. 065 1991 652 Almanya Goldisthal 1. 060 2002 700

OKİNAWA DENİZ SUYU PDHES’İN AVANTAJLARI ALT REZERVUAR İÇİN BÜYÜK İNŞAAT YATIRIMINA GEREK BULUNMAMAKTADIR. REZERVUARDAKİ SU GELİRİ NORMAL PDHES’LER GİBİ YAĞIŞA BAĞLI DEĞİLDİR. SUYUN AZALMASI VEYA TÜKENMESİ SORUNU BULUNMAMAKTADIR.

ENERJİ DEPOLAMA ÜZERİNE EURELECTRIC RAPORU

Enerji Depolama üzerine Eurelectric Raporu v Avrupa Ekonomisinin 2050’ye kadar sıfır sera gazı emisyonu hedefine varması için Enerji Depolama önemli bir rol oynayacaktır. v Elektrik depolama, hidrolik, mekanik, gaz, sıcak/soğuk, veya diğer bir şekilde enerjinin geçici olarak emilmesi ve nihai tüketici talebi, piyasaya teklif veya bir yardımcı hizmet için bilahare arz edilmesidir. v Enerji sisteminde yenilenebilir enerjinin payı gittikçe arttığından, depolama esnek enerji talepleri ve dağıtılacak enerjinin temel kaynağı olacaktır ve sistemin yüksek oranda güvenilir ve düşük maliyetli olmasına katkı verecektir.

Enerji Depolama üzerine Eurelectric Raporu Elektrik sisteminin arz güvenliği ve güvenirliliği, saniyelerden mevsimsel dalgalanmalara varan farklı sürelerde esneklik gerektirmektedir. Yenilenebilir enerjinin ağırlıklı olduğu bir ortamda farklı süreleri kapsayan yardımcı enerji depolama teknolojilerinin olduğu esnek hizmetlerle başarılabilir. Bununla beraber teknik ve piyasa dizaynı açısından büyük zorluklar bulunmaktadır. Depolama, sektör entegrasyonu (örneğin elektrik, ısıtma ve soğutma) için uygun, maliyet açısından etkin çözümler sağlayabilir. Elektrik sisteminin kendisini optimize etmenin yanında diğer sektörlerde de en optimal çözüm olabilir. v Temiz Enerji Paketi depolamayla ilgili olumlu yönde bir adımdır. Piyasa çerçevesini doğru kurgulamak önemli bir odak noktasıdır: iyi çalışan bir ETS (Emisyon Ticaret Sistemi) ve iyi çalışan bir piyasa enerji depolama için ana sürükleyicilerdir. Depolama için Avrupa’da özel bir yönetmelik gerekli değildir, ancak mevcut piyasa tasarımı depolama hizmetlerinin özelliklerini de dikkate almalıdır. v

Enerji Depolama üzerine Eurelectric Raporu Depolamada tüm teknolojiler ve tercihler gereklidir, bunun için her türlü engeller aşılmalıdır, çünkü her türlü depolama ve esneklik imkanlarının gün geçtikçe önemi artmaktadır ve birbiriyle rekabet edeceklerdir. Temiz Enerji Paketi (CEP, Clean Energy Package) ileriye doğru önemli bir adımdır fakat esnek piyasalarda bataryaların veya elektrikli araçların kullanıcıların aktif katılımcı olabilmek için müşterilere açıklama yapılması ve uygulama gereklidir. Bununla birlikte CEP’nin piyasaların kısa dönemde maliyet etken bir şekilde fonksiyonunu iyileştirmek için enerji dönüşümünü başarmak amacıyla depolamada dahil olmak üzere uzun dönem yatırım sinyali sağlaması için hala güçlükler bulunmaktadır. •

Enerji Depolama üzerine Eurelectric Raporu Bazı üye ülkelerde elektrik depolama (örneğin elektrikli araç ve pompalı depolamalı HES), power to X teknolojisi (elektrik enerjisinden örneğin ulaştırma ve kimyasal sektörüne) ve elektrikten gaza çevirme sistemleri çifte vergilendirmeye ve şebeke tarifelerine ve harçlara tabidir. Enerji depolama, depolama için şebekeden elektrik alırken ve şebekeye geri verirken ödeme yapmaktadır. Depolama tesisleri iki defa vergilendirilmemelidir. Doğal rezervuardan hidroelektrik ve power to X teknolojileri, enerji depolama için, esneklik ihtiyaçlarına ve enerji arz güvenliğine katkı sağlamada bir çözüm olabilir. Bu teknolojiler, elektrik sisteminin kısa dönem / uzun dönem / mevsimsel ve yıllık ihtiyaçlarını nihai tüketim ve diğer sektörlerde daha sonra kullanmak üzere fazlalık arz eden yenilenebilir enerjiyi depolamada anahtar bir rol oynayacaktır. Bazı üye ülkelerde barajlı HES’lerde, enerji üretimini daha sonra yapma imkanı sağladığı depolama potansiyeli olarak görülmektedir. HES’lerin olgunlaşmış bir teknoloji olmasına karşılık power to X teknolojiler bilhassa Hidrojen ümit veren bir teknolojidir ve gelecekte büyük miktarda ticari olarak emre amade olacaktır.

Enerji Depolama üzerine Eurelectric Raporu Ülkelerarası bağlantılarla şebeke kapasitesi, kaynakları bir havuzda toplama imkanı sağlamaktadır. Ayrı elektrik piyasaları yerine daha büyük elektrik piyasalarıyla daha büyük piyasa entegrasyonu, esneklik imkanları için yeni potansiyeller ve bu piyasalarda teknolojilerden bağımsız enerji depolama ve esneklik imkanları sağlamak için gereklidir. Piyasa entegrasyonu daha büyük depolama ve esneklik imkanları sağlamak ve avantajlarını değerlendirmek için Avrupa Birliği sınırları dışına da (Örneğin İsviçre veya Norveç) genişletilmelidir. Bazı depolama teknolojileri için inovasyon ve araştırma olarak çok ilerleme kaydedilmiştir, ancak hala bazı teknik engeller mevcuttur. Bu sebeple bilhassa piyasa uygulama programlarına yönelik Ar-Ge fonları gereklidir. Müşteri ilgisi arttıkça, maliyetler hızla düştükçe ve depolama çözümüne yatırım yapan piyasa oyuncuları sayısı arttıkça bu engeller kademeli olarak kaldırılacaktır. Hidroelektrik gibi olgunlaşmış teknolojiler için bile Ar-Ge fonları dikkate alınmalıdır. Örneğin mevcut HES’lerin pompalı depolamaya çevrilmesinde bu fonlar kullanılabilir.

Enerji Depolama üzerine Eurelectric Raporu 2030 ve 2050’deki enerji depolama hedeflerine ulaşmak için bazı enerji depolama tekniklerinin uzun geliştirme süreleri dikkate alınarak (örneğin pompalı depolamalı HES) kısa sürede inşaat çalışmaları başlatılmalıdır. Bu gelişmelerin önündeki engellerin kalkması için stabil mevzuat ve doğru piyasa sinyalleri oluşturulmalıdır. Adalar ve ücra bölgeler gibi enterkonnekte sistemin ulaşmasının zor olduğu tamamen yenilenebilir enerjiye dayalı güvenilir enerji dönüşümü için depolama çok önemli olacaktır.

Yatırım İhtiyacı x teknoloji riski Enerji Depolama Sistemlerinin Olgunluk Düzeyi Araştırma Geliştirme Deneme ve Yayılma Olgunluk Düzeyi Elekt. Depolama Ticari

SONUÇ Enerji Depolama Teknolojileri, enerji sistemine bir dizi hizmetler sağlama kabiliyeti olan merkezi ve dağıtık dizayn setlerinden oluşmaktadır. Enerji Depolama Teknolojileri, yenilenebilir enerji olan veya olmayan sistemler için değerlidir. Bugün küçük boyutlu sistemler; ücra bölgelerde ve şebeke dışı uygulamalarda rekabetçidir. Büyük ölçüde ısı depolama teknolojileri çoğu bölgelerde ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını gidermek için rekabetçidir. Enerji Depolama Ar-Ge çalışmalarına devletlerin yatırım yapması önemli maliyet düşümlerine yol açmıştır. Bununla beraber, enerji depolama maliyetlerini düşürmek ve gelişmeyi hızlandırmak için ilave çaba gereklidir. Mevcut enerji sistemlerinde israf edilen ısı miktarını azaltmak için termal enerji sistemleri iyi bir pozisyondadır. Isı kaynakları ve talebi tam bilinemediğinden bu ısı yeteri kadar değerlendirilmeyen bir kaynaktır.

SONUÇ Mevcut depolama tesislerinin verim ve esnekliğini artıracak yatırımlar teşvik edilmelidir Henüz yaygınlaşmamış olgunlaşma safhasındaki projelerinin sistem performansları ve güvenirlilikleri belgelendirilerek desteklenmelidir. Yüksek sıcaklık ısı depolama sistemleri, batarya teknolojileri ve elektrik ve ısı depolama sistemlerinin kaynak verimliliği azami düzeye çıkarmak entegre edilmesi konularındaki henüz Ar-Ge safhasındaki projeler desteklenmelidir. Mevcut tesisler değerlendirilmeli , öğrenilenler ve elde edilen tecrübeler paylaşılmalıdır. Bu değerlendirmeler hem teknik (üretim, maliyet ve performans vb. ) hem de idari konuları (piyasa şartları, enerji fiyatlama yapısı vb. ) kapsamalıdır. Türkiye’de 30 -40 yıldır pompalı depolamalı HES’lerle ilgili projeler ve öneriler görüyoruz (Örneğin Gökçekaya, Sarıyar gibi). Bu projelerden birisi mutlaka örnek olarak yapılmalıdır. EPDK, Enerji Depolama konusunda bir Yönetmelik Taslağı hazırlamıştır. Ancak bu taslak Enerji Depolama’da sadece Bataryalar olduğu görüşüyle hazırlanmıştır. TESAB’da bu taslağa görüş vermiştir.

BENİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM. Muzaffer Başaran