Sayısal Olarak Yenilenebilir Enerjiyi Depolama Yolları
Çok sayıda teknoloji, güneş ve rüzgar gücünü depolayabilmek için rekabet ediyor.
Akıllara durgunluk veren bir dizi enerji depolama teknolojisi- Ikea mobilya mağazası boyutunda bataryalar ve petrol varilleri boyutunda tuz hidrat tankları- dünya genelinde, laboratuvarlarda ve atölyelerde test ediliyor.
Bu teknolojiler; yenilenebilir kaynaklardan gelen enerjinin bir şebeke enerjisi miktarının %20 kadar üzerinde olduğu durumlarda, yani yenilenebilir enerjinin öngörülemeyen doğasının yönetilemez hale geldiği noktada, elektrik şebekelerini dengeleyebilmek adına tercih edilen bir yaklaşım haline gelmek için yarışıyorlar. Güneş ve rüzgâr enerjisinin, karbon esaslı fosil yakıtların yerini aldığı bir gelecekte, rüzgârın azaldığı veya güneşin battığı anlarda ışıkları açık tutabilmek için enerji depolama teknolojileri gerekli olacak.
Bir zamanlar enerji depolama; enerji talebinin düşük olduğu sıralarda suyun yokuş yukarı pompalandığı, talebin yüksek olduğu sıralarda ise türbini çalıştırmak ve şebekeye elektrik sağlamak için suyun serbest bırakıldığı basit ve düşük bir teknolojiydi. Ancak pompalanan hidroelektriğin depolanması coğrafi konum ile sınırlıydı.
Yeni teknolojiler arasında kimyasal, elektrokimyasal, mekanik ve termal enerji depolama sistemleri bulunmaktadır. Her tip teknolojinin farklı kapasite, şarj-deşarj oranı ve işletme maliyeti sunması, önümüzdeki yıllarda birçok pazarlama alanı bulunabilecekleri anlamına gelir.
Rüzgâr ve güneş, kömür yakmaktan daha ucuz ve hatta doğal gazdan daha ucuz bir elektrik kaynağı haline geldiği için şimdilerde enerji depolama pazarı kalkıyor. Danışmanlık şirketi Wood Mackenzie ile enerji depolama alanında kıdemli analist Rory McCarthy, bu fiyatların herkesin beklentisini azalttığını söylüyor.
Yenilenebilir enerjinin benimsenmesini teşvik etmek için yapılan düzenlemeler de enerji depolama talebini desteklemektedir. California 2045 yılına kadar elektriğin % 100 karbon içermemesi gerektiğini belirtti. McCarthy, ABD’nin enerji depolama politikasının 5 yıldır olduğunu ancak Çin’in ve AB’nin de bu düzenlemeleri hızlandırarak devam ettirdiklerini söylüyor.
McCarthy, mevzuat, ekonomi ve finansmandaki değişimlerin, enerji depolama sistemleri için talep artışına yol açacak teknolojideki hızlı gelişmelerle birleştiğini söylüyor.
“Enerji depolama için mükemmel bir fırtına.” diyerek önümüzdeki beş yıl içinde dünya çapında enerji depolama kapasitesinin şu andaki 6 gigawatt-saat seviyesinden 10 kat artacağını da ekliyor.
Gelişmekte olan ülkelerin enerji depolamada oynadıkları rol, Dünya Bankası tarafından yapılan enerji depolama için kamu ve özel sektör yatırımcılarının 4 milyar dolar daha fazla para çekmesi için 1 milyar dolar borç verileceği şeklindeki son duyurusunun ardından artacaktır.
McCarthy’ye göre, tüm yeni teknolojiler, hem olgunluk hem de pazarın benimsenmesi bakımından lityum iyon pillerle uğraşmak zorunda kalacak. Bu pillerin, otomobillerde ve portatif elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanımı ile günümüzdeki teknolojilerin yapmadığı ölçek ekonomilerinin tadına varılıyor. McCarthy, bu yaygın piyasa kabulünün ve düşük maliyet profilinin, yatırımcılar için güvenli bir bahis olduğunu söylüyor.
Erken gelen başarılar lityum iyon pilleri için bu görüşü desteklemektedir. 2017 yılında, Avustralya’da elektrik şebekeleri işleten Neoen, Tesla’dan 129 MW’lık bir lityum-iyon pil satın aldı. Yaklaşık bir saat boyunca 30.000 konut üretme kapasitesine sahip olan batarya ile, yoğun talep edilen dönemlerde şebeke gücünün desteklenmesi amaçlanmaktadır.
Endüstri analisti Giles Parkinson, pilin ilk altı aylık çalışma döneminde 10 milyon dolar gelir elde ettiğini açıkladı. Bölgedeki yoğun talep sırasında enerji daha önce doğal gaz tarafından sağlandı.
Bu tür projeler, lityum iyon araba aküleri için lider bir malzeme tedarikçisi olan BASF gibi firmalara sahip olabilir. Ancak BASF, enerji depolama için lityum iyondan daha iyisinin yapılabileceğini düşünüyor. Alman kimya firması sodyum ve kükürt bazlı alternatif aküler geliştiriyor. Ayrıca, demir klorür bazlı redoks akış pilleri geliştiren Portland, Ore.-based start Energy Energy Storage Systems (ESS) ‘nin de bir hissesi var.
Şirket iddiasına göre, lityum-iyon bataryadan farklı olarak, ESS’nin geliştirdiği akış bataryası tek bir deşarjda dört saatten fazla bir süre boyunca güç sağlayabilir ve 20 yıl boyunca hiçbir kapasite azalması olmaz. ESS CEO’su Craig Evans bu yılın başlarında yaptığı açıklamada, uzun süreli depolama çözümleri için, özellikle yenilenebilir enerji entegrasyonu için – pazarın lityum-iyon alternatiflerinin aradığını söyledi.
ESS kısa süre önce Brezilya’da 1.3 milyon dolarlık kombine enerji depolama ve güneş enerjisi sistemi adıyla ilk ticari sözleşmesini sağlamıştır. Amacı, yoğun saatlerde dizel jeneratörlerin kullanımını ortadan kaldırmaktır.
Vanadyum akış pilleri geliştiricilerinin de lityum iyonlarıyla rekabet edebilecekleri düşünülmektedir. Çin hükümetinin desteğiyle, Rongke Power, Çin’in Dalian yakınlarında dünyanın en büyük bataryası olan, , 800 MWh kapasiteli vanadyum akışlı bir batarya inşa ediyor. Bir Ikea mağazasının boyutunda olan bataryanın, 2020’de Dalian’ın % 8’lik elektrik ihtiyacını karşılayabilmesi beklenmektedir.
Savunucuları bir vanadyum akış pilinin lityum-iyona göre avantajının, 40 yıl boyunca hiç bozunuma uğramadan çalışabilmesi olduğunu söylüyorlar. Bir vanadyum akış pilinden elde edilen enerji maliyeti, lityum iyonu tarafından sunulan kWh başına 150 $ ‘dan daha yüksek olmasına rağmen, analistler bu pillerin 2020 yılına kadar lityum iyonlara rekabetçi olabileceğini söylüyor.
Geçtiğimiz ay parasını biyoteknoloji endüstrisinde yatıran Kaliforniyalı milyoner Patrick Soon-Shiong, NantEnergy’nin, kWh başına 100 dolardan daha az elektrik sağlayabilecek çinko-hava şarj edilebilir bir bataryaya sahip olduğunu açıkladı. Lityum iyonuna benzer bir maliyet profiline sahip olmasına rağmen, şirket, bu teknolojinin günlerce elektrik sağlayabildiğini söylüyor. NantEnergy, ayrıca çinko-hava pilinin, lityum iyon akülere olan talep arttıkça gittikçe daha pahalı hale gelen kobalt ve lityum ihtiyacını da ortadan kaldırdığını söylüyor.
Şarj esnasında çinko-hava bataryası, çinko oksiti çinko ve oksijene dönüştürmek için elektrik kullanırken, deşarj esnasında çinkoyu havadaki oksijen ile oksitleyerek elektriği sağlamak için elektron üretir.
Daha önce Fluidic Energy olarak adlandırılan NantEnergy, dokuz ülkede 3,000 tesisi test ettiğini söyledi ve önümüzdeki sene büyük ölçekte üretime başlayacağını belirtti.
Pil geliştiricileri, bir dizi özel ve kamusal çabadan yardım eli alıyorlar. Örneğin, ABD Enerji Bakanlığı, geçtiğimiz beş yıl içinde, Enerji Depolama Araştırmaları Ortak Merkezi’nde (JCESR) araştırma yapmak için 120 milyon dolar yardımda bulundu. Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından işletilen JCESR, ulusal laboratuvarlar, akademi ve endüstri arasındaki araştırma projelerini çeşitli batarya türleriyle koordine edecektir.
İlk beş yılında JCESR’in araştırmacıları, 380 bilimsel makale yayınladı ve üç yeni girişim başlattı. Argonne Ulusal Laboratuvarı, gelecek beş yıl içinde JCESR’nin vizyonunun; her atomun veya molekülün hedeflenen genel malzeme davranışının üretilmesinde öngörülen bir role sahip olduğu yeni materyaller oluşturmak olduğunu söylüyor.
Piller çok ilgi uyandırmasına rağmen elektriksiz enerji depolama teknolojisi olarak sayılmıyorlar. Flywheels – rotasyon enerjisini verimli bir şekilde depolamak için tasarlanan mekanik cihazlar – enerji depolamada hala önemli bir rol oynayabilir, diyor Keith R. Pullen, vorot start-up Gyrotricity’de teknoloji şefi ve City, London Üniversitesi’nde enerji sistemleri profesörü.
Flywheels, ısıtılması veya soğutulması ihtiyacı gibi bataryaların sınırlamaları olmaksızın tıpkı lityum iyon piller gibi, hızlı bir şekilde enerjiyi serbest bırakabilir. Üstelik, Flywheels pil hücreleri, bataryalar gibi zamanla bozulmaz.
Pullan, “Soru şu ki, lityum iyon piller ne kadar dayanabilir? Deposunun bir uçurumdan düşmesi mümkündür ”diyor.
Gyrotricity’nin problemi maliyet olmasına rağmen Pullen, lityum iyon maliyetlerinin çok düşük olmasına rağmen piyasaya girmelerinin zor olduğunu itiraf ediyor.
Bunun aksine, İsviçreli Enerji Kasası, kinetik enerji depolama sisteminin piyasadaki her şeyden daha ucuz olduğunu iddia ediyor. Pompalanan hidroelektrikten ilham alan firma, enerji kesintisi sırasında beton blokları kaldıran ve istifleyen otomatik bir vinç geliştirdi.
Düşük beton maliyeti sayesinde firma, rakip sistemlerin maliyetinin yarısı ile çalışabileceğini tahmin ediyor. Şu anda Biasca, İsviçre’de yaklaşımı test ediyor. Energy Vault, 10 ila 35 MWh’lik bir çıkışla, sistemin çoğu endüstriyel ve kırsal yer için uygun olduğunu söylüyor.
Pillerin ve mekanik sistemlerin ötesinde; suyun, hidrojen ve oksijene ayrılması için fazla enerjinin kullanılması, yeşil kimya depolama yöntemi olarak tanıtılmaktadır. Bu yaklaşım, hidrojenin bir yakıt hücresi yoluyla elektriğe dönüştürülmesini veya doğrudan bir nakliye yakıtı olarak tüketilmesini sağlar. Ancak, hidrojen üretimi ve depolanması, ilk etapta suyu bileşenlerine ayırmak için elektrik kullanımıyla verimin düşmesi gibi zorluklar getiriyor.
Yine de, Avrupa, yenilenebilir kaynaklardan hidrojen eldesi için Hollanda’da Avrupa Birliği tarafından finanse edilen bir program olan TSO 2020 de hidrojen projeleri ile ilerlemektedir. Programın bir yüzü, Hollandalı firma Gasunie New Energy’nin pilot projesi HyStock, güneş dizilerinden yıllık 145 tona kadar hidrojen üretebilen 1 MW’lık bir elektrolizöre sahiptir.
Birkaç şirket TSO 2020 altında birlikte çalışmakta ve böylece HyStock’dan gelen hidrojen depolanabilmekte, bir yakıt hücresi kullanılarak elektriğe dönüştürülmekte, evsel tüketim için metan yapmak üzere atık karbon dioksit ile birleştirilmekte veya yakındaki endüstriye gaz olarak tedarik edilebilmektedir.
TSO 2020, Hollanda’daki yeraltı tuz mağaralarında 8.3 metrik ton hidrojen depolayabilmektedir. TSO 2020’nin iddialarına göre bu, enerji kapasitesi açısından 22 milyon Tesla’nın Powerwall ev enerji depolama ünitelerine denk geliyor.
“HyStock, daha büyük çaplı dönüşüm tesislerine, hidrojen taşımacılığına ve depolamaya yönelik ilk önemli adım olarak görülüyor ”diyor van den Berg ve bir sonraki adımın, 2020 civarında 20-30 MW’lık bir ölçeğe sahip bir elektrolizör olacağını ve bundan sonra 2025 ile 2030 yılları arasında 100 MW’a kadar gigawatt’lık bir ölçek geliştirmeyi umduklarını belirtiyor.
O zamana kadar şirket, teknolojisinin verimliliğini geliştireceğini umuyor. Van den Berg, “Maliyetlerin, sübvansiyonlar ile kısmen telafi edilmesi gereken gelişim aşamasındaki faydalardan önce geldiğini kabul etmeliyiz” diyor.
Elektriğin hidrojen gibi bir kimyasal maddeye dönüştürülmesindeki verimsizlikleri önlemek için bilim adamları, Hollandalı araştırma enstitüsü TNO da dahil olmak üzere, güneş enerjisinden ısı almak ve kimyasal enerji olarak depolamak için bir konsorsiyum kurdu. Bu projede, yaz aylarında su, güneş kollektörleri tarafından ısıtılmakta ve bir eşanjör vasıtasıyla, tamburlarda paketlenmiş tuzların kurutulması için kullanılmaktadır. Kış mevsiminde ısıya ihtiyaç duyulduğunda, tuzlar yeniden hidratlanır.
TNO program yöneticisi Huub Keizers tekrarlanabilir olan bu sürecin, apartman bloklarında veya şehir bölümlerinde suyu ısıtmak için kullanılabilir, diyor. TNO, potasyum sülfit ve kalsiyum klorür dahil olmak üzere çeşitli tuzları deniyor.
Konsorsiyum kısa bir süre önce Hollanda’da, dünyanın ilk örneği olan bir çalışma prototipini tanıttı.
Fakat Keizers; bu prototipin, önümüzdeki kış herhangi birinin evini ısıtmak için bile çok verimsiz olduğunu kabul ediyor ve verimi artırmanın büyük bir iş olduğunu belirtiyor. Yine de iyimser olup, tuz paketleme ve formulasyon alanındaki ilerlemelerin bu teknolojinin etkinliğini artıracağını söylüyor.
Enerji analisti McCarthy’ye bazı alternatiflerin yaşayabilirliği hakkında sorulduğunda, alaycı gülümsüyor. Prototip teknolojilerin uçup gitmeyeceğini belirlemek, yatırımcı güveninin anahtarıdır diyor ve ekliyor “Şu anda, lityum iyon, alternatiflerin herhangi birinden daha güvenli bir bahis.”
Kaynak : acs.org
