ENERJİ KÜTÜPHANESİ

 

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına Yönelme

Son zamanlarda tüm dünyada özellikle medya, hükümet karar organları, enerji endüstrisi ve çevre kuruluşlarınca  yenilenebilir enerji oldukça ilgi çekmeye başladı. Ancak, hükümetlerin yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması için pek çok faaliyet, promosyon ve maddi yardımlarına rağmen, hala yenilenebilir enerji kaynakları enerji pazarlarında yüksek engellerle karşı karşıyadır. Bunun bir çok sebepleri vardır, en önemlisi fosil yakıtlarla karşılaştırıldığında yenilenebilir enerji kaynaklarının ekonomik olarak zayıf algılanmasıdır. Bu çok kere, geleneksel fiyat yapılandırmasına da bağlıdır. Çünkü, bu fiyat yapılandırmasında sosyal ve çevresel maliyetler, provizyon ve kullanım maliyetleri bulunmamaktadır. Üstelik, küçük boyutlu yenilenebilir bir kaynağın kurulmasında bile kurumsal ve mali pek çok engeller vardır.

EA (Enerji Ajansı) tarafından 2002 Kasım ayında yayınlanan son raporda, küresel olarak toplam temel enerji kullanımında yenilenebilir enerji kaynaklarının payı %13.8 dir. Bu, ticari ve ticari olmayan enerjileri ve tüm büyük yenilenebilir enerji kaynaklarını da kapsamaktadır. Yanabilir ve yenilenebilir atıklar dahil bu toplamın payı yaklaşık % 80, hidro enerjinin payı %16.5 ve tüm yeni yenilenebilir kaynaklar; jeotermal, solar, met-cezir, dalga, rüzgar ve diğerleri % 0.5 dir. Şeki1- 1 Dünyada Temel Enerji Kaynaklarının Kullanım Dağılımı 2000 yılı verileriyle aşağıda gösterilmektedir ( Kaynak IEA).

                                                                 

Fosil yakıtların enerji kaynağı olarak kullanım hakimiyeti gelecekte de devam edecek görünüyor. Çünkü fosil yakıtların kaynağı yeterlidir ve daha temiz fosil yakıt teknolojilerinin kullanımı için çevresel etkilerin tanımlanması konusunda büyük çabalar gösterilmektedir, bu alanda Dünya Enerji Konseyi (WEC) yıllardır aktiftir. Bu Konseyin 2000. yıl raporu, Yarının Dünyasının Enerjisi konusundadır.

Enerjinin gelişimi için şu üç özellik şarttır;

Ulaşılabilirlik ( Accessibility ),

Mevcudiyet (Availability ),

Kabul edilebilirlik (Acceptability ).

Enerji kaynakları boldur, küresel ekonomik büyümede sınırlandırıcı bir faktör olması beklenemez. Ancak bölgesel dağılımı, gelişmişlik ve dağıtım hızı tam olarak tatmin edici olmayabilir. Artan sayıda enerji şirketleri yenilenebilir enerji kaynaklarının gelişimi için teknoloji ve yatırım konularında merkez karar vericileri ve pazarlama mekanizmalarına güvenmektedir. Buna rağmen pazarlama sinyalleri, tüm enerji ihtiyaçlarını karşılamada ve çevre önceliklerine saygı duymada yeterli değildir.

Geleneksel biyomas, insan kaynakları ve sürdürülebilirlik bakımından bazı alanlarda yeterli olmayabilir. Fakat biyomasın kullanımı ( kırsal Afrika ülkelerinde ev kadınları ve çocuklar günlük odun toplamak için bir kaç saat harcamaktadır) modern ve sürdürülebilir biyomas sistemlerine doğru artan oranda gelişebilir.

Kullanılmayan hidro kaynaklar Latin Amerika, Orta Afrika, Hindistan ve Çin’de hala boldur. Barajlar, enerjideki faydalarının yanısıra tarımsal alanda (sulamada) ve taşımacılıkta (ırmaklarda botlar için gerekli olan su seviyesinin sabit tutulmasında) faydalar sağlar. Büyük barajların faydaları vardır, fakat onun dezavantajlarına karşı dikkatle dengelenmelidir.

Çoğunlukla bölgeye özel ve sınırlı olan jeotermal kaynaklar ( Pasifik kıyıları, Iceland ve Orta Doğuda ) hariç tutulursa, güç üretiminde yeni ve yenilenebilir kaynaklar esas olarak modern biyomas, rüzgar ve güneştir. Onların fiyatları düşmektedir, fakat özellikle rüzgar ve güneşin değişken oluşu, yıllardan beri rekabet edemeyeceği görüşüne götürmüştür. 

Çok kere orta-güçte birleşik fosil yakıt çevrimleriyle birlikte, özel pazar oluşturmak ve geliştirmek için gereken yatırım miktarlarını belirlemek bir politika sorunudur.

Çoğu WEC üyeleri için nükleer güç hayati önemliliktedir, çünkü tek enerji kaynağıdır, daima çok büyük ve iyi çeşitlendirilebilen kaynaktır (ve eğer üreticilerce kullanılırsa potansiyel olarak sınırsız bir kaynak) yarı yerlidir, sera gazları yaymaz, ekonomik olarak elverişli, ancak çoğunlukla biraz elverişsizdir. Gerçekte iklim değişimi korkusu gerçekleşmekte olduğu için, nükleer güç kömür kullanımını temelden değiştirebilecek tek teknolojidir. Emniyet ve atık depolama problemleri halkın tercihinde etkilidir ve kabul edilebilirliğini düşürmektedir.

Kömür, karbondioksit atımı için yüksek bir ceza olmadıkça, önemli bir kaynak olmaya devam edecektir. Gelişmekte olan ülkelerin( Hindistan, Çin, Endonezya,...,) çoğundaki bolluğu, geniş desteği, çeşitlendirilebilmesi, güç üretimindeki ekonomisi, onun ana değerleridir. Karbon varlığı, daha Temiz Kömür Teknolojilerinin kullanımını hızlandırabilir, eğer yaygın olarak benimsenir ve uygulanırsa büyük oranda var olan kömürlü elektrik santrallarının önemi azalmayacaktır.

Doğal gaz bugün büyüyen bir yakıt seçimidir, halen gelişmekte olan yoğun nüfusa sahip ve sınırlı kaynağı olan ülkelerden bir kaç devletin enerji planlamasında gaz payı olmadığını tahmin edebiliriz.

Petrol, gelecek bir kaç 10 yıl boyunca, pik kullanımlar veya tersi durumda petrokimya ve taşımacılık sektörlerindeki rolünü elinde tutacaktır.

YENİLENEBİLİR ENERJİLERE BAKIŞ

Kaynakların Gözden Geçirilmesi

Dünya Enerji Konseyinin, 2001 Ekim tarihli Enerji Kaynaklarının İncelenmesi Raporu, 19. baskısında dünya enerji kaynaklarının yenilenebilir enerji kaynakları dahil, bir gözden geçirilişini ortaya koymaktadır.

Bu incelemenin ana bulguları, kömür, petrol, doğalgazdan oluşan klasik yakıt kaynaklarının kaynak bazında çoklukları ile halen yeterli olduklarını onaylanmaktadır. Bu incelemenin tam metni aşağıda verilmiştir:

Klasik fosil yakıt kaynaklarının hakimiyeti devam ederken, tam yenilenebilir veya klasik olmayan gelgit, dalga, okyanus termali ve deniz akıntıları kaynaklarının teknik olarak fizibil oluşlarına ve bol kaynak varlıklarına rağmen enerji talebini karşılamada yakın bir gelecek için temininin, muhtemel olmadığını gösterir.   Bu   enerji   kaynakları   gelgit, dalga,   okyanus   termali   ve   deniz   akıntı   enerjilerini kapsamaktadır.

 

Konunun Tanımı, Amaç ve Kapsamı

Enerji amacı dahil su kaynaklarının geliştirilmesi, sosyo-ekonomik nedenlerin belirlenmesinden başlayarak gerçekleştirilen projenin tüm ekonomik ömrü süresince davranışının ve etkilerinin izlenmesine kadar pekçok aşamayı ve çok uzun bir süreci içermektedir. Bu aşamalar; planlama, tasarım, uygulama ve izleme ana başlıkları altında toplanabilir.

Türkiye'nin Kaynak Varlığı ve Mevcut Durum

Türkiyenin yağış rejimi zaman ve yer bakımından oldukça düzensiz ve dengesizdir ve meteorolojik koşullara bağlı olarak her yıl önemli ölçüde değişim gösterme niteliğine sahiptir. Bu durumda, hidroelektrik üretimin de yıllara göre farklılıklar göstermesi kaçınılmazdır. Uzun yıllan kapsayan meteorolojik gözlemlere göre yılda ortalama 643 mm olan yağışlar 501 milyar m3 suya karşılık gelmektedir. Bu ortalama değerin ancak 186 milyar m3'ünün çeşitli büyüklükteki akarsular aracılığı ile denizlere ve kapalı havzalardaki göllere doğru akışa geçtiği kabul edilmektedir. Akajularımızın düzenlenmesi ve maksimum faydanın sağlanabilmesi için bugün­kü etütlere göre 702 adet barajın inşa edilmesi gerekmektedir.

Barajların yapımı bile akarsu akımlarının tam regülasyonuna olanak vermemektedir. Bu nedenle, orta ve uzun dönem enerji planlamalarında, hidroelektrik santralların sisteme güvenilir enerji katkılarının ancak %65 mertebesinde olacağı göz önüne alınarak, sistem yedekleri belirlen­melidir.

Kısaca tanımlamak gerekirse, hidroelektrik enerji suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesi ile sağlanan bir enerji türüdür. Suyun üst kotlardan alt kotlara düşürülmesi ile açığa çıkan enerji türbinlerin dönmesini sağlamakta ve türbinlere bağlı jeneratörlerin dönmesi ile de elektrik enerjisi üretilmektedir. Üretilen enerji miktarı iki değişkene bağlıdır:

a-  Düşü (Üst ve alt kotlar arasındaki düşey mesafe)

b-  Debi (Türbinlere birim zamanda verilen su miktarı)

Topografyası ve morfolojik yapısı göz önüne alındığında ülkemiz hem düşü, hem de su miktarı açısından şanslı sayılabilecek ülkeler arasında yer almaktadır. Avrupa'nın birçok ülkesinde termik ve nükleer enerji üretiminin hidrolik üretime oranla daha fazla olmasına karşın Türkiye'de termik ve hidrolik üretimin birbirine yakın olması bu durumun doğal bir sonucudur.

Türkiye'nin kaynak varlığı ve mevcut durumuna göz atmadan önce, "teknik yapılabilirlik" ve "ekonomik yapılabilirlik" deyimlerinin açıklanması uygun olacaktır.

Teknik Yapılabilirlik: Teknik açıdan söz konusu projenin gerçekleşmesine engel oluşturacak düzeyde herhangi bir mühendislik sorununun olmaması halidir. Örneğin aktif ve büyük fayların olduğu bir bölgede büyük bir baraj inşaası teknik açıdan hemen hemen olanaksızdır. Böyle durumlarda, projelerin teknik yapılabilirliklerinin olmadığı ifade edilmektedir.

Ekonomik Yapılabilirlik: Bir projenin toplam yıllık gelirinin, toplam yıllık giderinden fazla olması halidir. Hidroelektrik santral projelerinin toplam yıllık gelirlerinin hesabında, hidro­elektrik santral projesinin yapılmaması durumunda onun yerine inşa edilebilecek, aynı paternde üretim yapan ve hidroelektrik kaynaktan sonra en ucuz enerji üretim kaynağı olabilecek bir tesisin yıllık giderleri, hidroelektrik santral için yıllık gelir olarak kullanılmaktadır.

"Teknik Yapılabilirlik" ve "Ekonomik Yapılabilirlik" kavramlarına açıklık getirilmesinden sonra, Türkiye'deki hidroelektrik kaynak varlığının 3 kategoride incelenmesi gerekir.

a)              Brüt Potansiyel: Ülkemizde mevcut hidroelektrik kaynakların üretim potansiyelinin, teknik ve ekonomik yapılabilirlik koşulları göz önüne alınmadan, teorik olarak mevcut tüm düşü ve ortalama debi kullanılarak hesaplanmasıdır. Türkiye'nin brüt hidroelektrik enerji potansiyeli 430 milyar kWh civarındadır.

b)      Teknik Potansiyel: "Ekonomik Yapılabilir" olması koşulu göz önüne alınmadan, ülkenin hidroelektrik kaynaklarından "Teknik Yapılabilir" olanların tümünün değerlendirilmesi durumunda ulaşılacak üretim miktarıdır. Ülkemizin teknik hidroelektrik enerji potansiyeli 215 milyar kWh mertebesindedir.

c)              Teknik ve Ekonomik Potansiyel_: Ülkenin brüt hidroelektrik potansiyelinin hem “teknik” hem de "ekonomik" olarak değerlendirilebilir bölümüdür. Yıldan yıla küçük farklılıklar göstermekle birlikte bugün için Türkiye’nin teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyeli 124.5 milyar kWh’dir.

1997 yılı başı itibari ile mevcut duruma bir göz atıldığında, Türkiye'de 124.5 milyar kWh olarak bulunmuş olan teknik ve ekonomik potansiyelin şimdiye kadar sadece 36.341 milyar kWh'lik bölümünün kullanıma sunulduğu görülmektedir. Yani, gelişmiş olan ülkelerin hemen hemen tümünde bu potansiyelin büyük bir bölümünün değerlendirilmiş olmasına karşın, Türkiye'de işletmeye açılan tesislerle söz konusu potansiyelin ancak %29'luk bölümü hizmete sunulmuş durumdadır. Aşağıdaki tabloda ülkemizin teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyelinin değerlendirilmesine ilişkin şimdiye kadar yapılmış olan çalışmaların bir özeti verilmektedir.

 

 

 

 

 

Ülkemizde gerçekleşme oranının istenen düzeyde olmamasının başlıca nedeni olarak, hidro­elektrik santral projelerinin ilk yatırım maliyetlerinin diğer kaynaklarla kıyaslandığında yüksek oluşu gösterilebilir.

Ancak, 124.5 milyar kWh olarak saptanmış bulunan teknik ve ekonomik potansiyel konusunda bir noktaya değinmek yararlı olacaktır. Bir hidroelektrik santralın ekonomisinin belirlenmesinde; daha önce de belirtildiği gibi, söz konusu hidroelektrik santralın yapılmaması durumunda onun yerine inşa edilebilecek, aynı paternde üretim yapan ve hidroelektrik kaynaktan sonra en ucuz üretim kaynağı olabilecek bir tesisin yıllık giderleri, hidroelektrik santral için yıllık gelir olarak kullanılmaktadır. Başka bir deyişle, yapılan ekonomik analizlerde, hidroelektrik santral başka bir üretim kaynağı ile karşılaştırılmakta ve daha ekonomik bulunursa önerilmektedir. Doğal olarak karşılaştırmalarda sadece ilk yatırım bedeli değil işletme ve yakıt giderleri de göz önünde tutulmaktadır. Örneğin, EİE tarafından hidroelektrik santrallar için yapılan ekonomik analizlerde karşılaştırmaya esas alınan referans santral türü "doğal gaz + ithal kömürle çalışan termik santral" grubudur. Bu durumda ithal kömür ve doğal gaz fiyatlarındaki artışlar hidroelektrik santralın ekonomik yapılabilirliğini olumlu yönde etkilemekte, yakıt fiyatlarının düşmesi ise referans santral grubunu avantajlı duruma getirmektedir.

Bilindiği gibi kömür, doğal gaz, petrol gibi enerji kaynakları "sınırlı kaynaklandır. Günümüzde sadece politik ve ekonomik çalkantılardan etkilenen bu yakıtların fiyatlarının, uzun dönemde "kaynak kıtlığı" sıkıntısından da etkilenmesi olasıdır. Bu nedenle, şimdiye kadar yıldan yıla küçük değişiklikler göstermiş olan 124.5 milyar kWh'lik teknik ve ekonomik potansiyelin, uzun dönemde önemli boyutlarda değişmesi süpriz olmayacaktır. Ancak yakın gelecek için, bu potansiyelde makro düzeyde bir artış veya azalma beklenmemektedir.

Dünya Teknolojisinde Ulaşılan Düzey

Dünyada hidroelektrik üretim 1925 yılında 78.7 TWh iken, 2000 yılında 4000 TWh'e ulaşacaktır. 2000 yılında, hidroelektrik üretimin toplam elektrik üretimi ve birincil enerji üretimindeki payının sırasıyla %14 ve %5.5 olacağı tahmin edilmektedir. Hidroelektrik santralların projelendirilmesi ve gerçekleştirilmesi konusunda dünya teknolojisinde ulaşılan düzeyin tartışılmasından önce, konuya açıklık getirilmesi açısından, bir hidroelektrik santralı oluşturan belli başlı tesislerin kısaca tanımında yarar vardır.

a)              Barajlar ve Regülatörler: Suyun birikmesi veya kabartılarak bir iletim yapısına doğru çevrilmesi amacı ile inşa edilmiş tesislerdir (genelde biriktirme amacına yönelik tesisler baraj, çevirme amacına yönelik ve yükseklikleri 5-10 m'yi geçmeyen tesisler ise regülatör olarak anılmaktadır). Günümüzde yüksekliği 300 m'yi geçen barajlar inşa edilmekte olup; şimdiye kadar yapılan uygulamalarda beton, kaya dolgu ve toprak dolgu barajlar en fazla gerçekleştirilmiş olan tiplerdir. Bu tiplerin alt sınıflamalarının da yapılması olasıdır. Örneğin beton barajlar, beton ağırlık, kemer ağırlık veya ince kemer baraj olarak projelendirilmekte ve inşa edilmektedir.

b)      İletim Yapıları: Barai gövdesi arkasında biriken veya regülatör ile kabartılan suyun santrala iletilmesini sağlayan kanal, tünel ve cebri boru gibi yapılardır.

c)              Santral Yapısı ve Elektro-Mekanik Aksam: Suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülerek elektrik üretiminin sağlandığı türbinler, jeneratörler ve transformatörler elektro-mekanik aksamı oluşturmaktadır.

Baraj inşasının tarihçesi oldukça eskidir Ancak, teknolojinin üst düzeylere ulaştığı günümüz dünyasında artık çok yüksek barajlar inşa edilmektedir. Örneğin, Rusya'da son dönemlerde dolgu baraj olarak inşa edilmiş bulunan Nurek barajının yüksekliği 300 m'nin biraz üzerindedir. Bunda jeolojik araştırma metotlarında ve enjeksiyon metotlanndaki gelişmeler, zemin mekaniği biliminde son 50 yılda ulaşılan düzey, stabilite analizlerinin bilgisayarla yapılması gibi faktör­lerin önemli rolü vardır. Özellikle beton barajların her noktasındaki gerilmenin sonlu elemanlar metodu ile hesaplanabilmesi artık mümkün olmaktadır. Yapılan dinamik analizlerle deprem yükleri daha geçerli biçimde kullanılabilmektedir. Geliştirilmiş ölçüm aletleri ile barajların deformasyonları hassas bir şekilde ölçülebilmekte, çeşitli deney cihazları ile yapı malzemelerinin karakteristikleri hassas bir şekilde saptanabilmektedir. Özetlemek gerekirse, bilim ve teknolojide ulaşılan düzey projeyi yapanları ve yapımcıları da cesaretlendirmiş ve dünyanın çeşitli ülkelerinde çok sayıda yüksek baraj inşa edilebilmiştir. İletim yapıları için de aynı değerlendir­melerin yapılması mümkündür. Tünel açımının tarihçesinin oldukça eski olmasına karşın, özellikle tünel açma metotlarında son dönemlerde büyük gelişmeler olmuştur. Bu konuda Avusturya ve Norveç gibi Avrupa ülkeleri başta gelmektedir. Günümüz dünyasında, bilgisayarın da yardımı ile tünel açıklıklarında herhangi bir noktadaki gerilmenin (basıncın) hesaplanabilmesi ve buna uygun destek (iksa) seçiminin yapılması mümkündür.

Elektro-Mekanik aksama ilişkin gelişmeler, genel olarak bu aksamın verimliliğinin artmasını sağlamıştır. Yapılan çalışmalar ile türbin, jeneratör ve transformatördeki kayıplar azaltılarak verim katsayıları artırılmıştır. Bugün artık türbin için %90, jeneratör için %95, transformatör için ise %98 gibi yüksek sayılabilecek verim katsayıları ile karşılaşmak olağandır.

Buraya kadar bir hidroelektrik santralın iskeletini oluşturan temel tesislerin projelendirilmesi ve inşasına ilişkin dünya teknolojisinde ulaşılan düzey hakkında örneklerle bilgi verilmeye çalışılmıştır. Ancak gelişmeler elbetteki burada anlatılanlarla sınırlı değildir. İlgili mühendislik dallarındaki her aşamanın hidroelektrik santral konusuna da yansımış olması kaçınılmazdır.

Bu noktada, Türkiye'nin gelişen bu teknolojik yapıdaki yerinin kısaca incelenmesinde yarar vardır. Son yıllarda ülkemizde Keban, Karakaya, Altınkaya, Oymapınar ve Atatürk barajı gibi yüksek barajlar inşa edilmiş olup, günümüze değin bu barajların fonksiyonlarına ilişkin önemli boyutta sorunlarla karşılaşılmamışım Bu projelerin gerçekleştirilmesi sırasında, projeci, müşavir ve/veya yüklenici olarak yabancı firmaların da katılımı olmuştur. Genel olarak ifade edilmek istenirse, bugünkü koşullarda her yükseklikte dolgu barajların yerli yükleniciler tarafından inşa edilmesi mümkün olmakla beraber, beton baraj inşaatlarında aynı düzeye gelindiğini ifade etmek zordur.

Tünel inşaatları konusunda, yerli yüklenicilerin çok fazla deneyimli olmamalarına karşın, Urfa Tünelleri gibi kendi alanlarında "dev" sayılabilecek projeler yerli yükleniciler tarafından basan ile tamamlanmıştır.

Birkaç küçük hidroelektrik santral hariç, şimdiye kadar yapılan uygulamaların hemen hemen tümünde, elektro-mekanik aksam dış ülkelerden sağlanmıştır. Ülkemizdeki üretici firmalar, özellikle büyük projeler için gerekli boyutta hidroelektrik ekipmanı sağlayabilecek kapasitede değildir.

20 yıl öncesinde Türkiye Elektromekanik Sanayi A.Ş. (TEMSAN) kurulması ile su türbinleri ve jeneratörlerin yurt içinde imali hususunda çok önemli bir adım atılmıştır. Ancak, daha sonra başta kuruluş sermayesi oranı olmak üzere yapısı ve hedefleri değiştirilmiş, devlet desteğine muhtaç bu kuruluş, istikrarlı bir idari yapıdan da yoksun bırakılarak ihmal edilmiştir. İdari yapısındaki istikrarsızlık ve bozulan istihdam anlayışı ve politikası uzman bir kadronun oluşmasını engellemiş, dolayısıyla tasarım ve projelendirme konusunda bütünüyle dışa bağımlı olarak bugünlere gelinmiştir.

Her hidroelektrik santralın karakteristiği birbirinden çok farklı olduğu için türbin, jeneratör ve elektrik teçhizatı da farklılıklar göstermektedir. Bu nedenle, hidroelektrik santral üniteleri (türbin-jeneratör) seri üretime uygun değildir. Seri üretim olanağı bulunmayan, her ünite için farklı bir proje ve tasarım gerektiren, yatırım maliyeti çok yüksek ve imalatı uzun süre alan bu iş için özel sektörün ülkemizde yatırım yapması olası görülmemektedir. Bugün Avrupa ülkelerinde mevcut imalatçı firmalar, devlet yönetimleri tarafından desteklenmekte, çeşitli dış politika taktikleri uygulanmakta, iş almaları için işi alacakları ülkelere bu iş karşılığı uygun koşullarda devlet kredileri önerilebilmekte, Ar-Ge ve laboratuvar çalışmaları için gerekli finansmanın büyük bölümü devletçe karşılanmaktadır.

Türkiye'de Öncelikle Yapılması Gereken Uygulamalar

Hidroelektrik enerji için, ilk yatırım maliyetinin yüksek oluşu ve inşa süresinin uzunluğu olumsuz faktörler olarak ileri sürülmektedir. Oysa yapılan etütlere göre 1995 yılı sonu itibariyle tesislerin birim yatırım maliyetleri şöyledir:

 

Doğal Gaz Santrallan      680 $/kW

Linyit Santrallan            1600 $/kW

İthal kömür Santrallan 1450 $/kW

Hidrolik Santrallar             1200 $/kW

Nükleer Santrallar              1800 - 2700 $/kW

Görüldüğü gibi, sadece doğalgaz santrallan hidroelektrik santral maliyetinden daha ucuzdur. Ancak, doğal gaz santrallannda 1 kWh enerji için ortalama 0.212 m3 doğal gaz tüketilmektedir. 1000 m3 doğalgazın maliyeti 110 $ dır ve kullanılan doğalgazın büyük bölümü ise ithaldir. Yatırım maliyeti ucuz görülse de işletme maliyetleri hidroelektrik santrallara göre pahalıdır.

Öte yandan, hidroelektrik santralların inşa süreleri uzun olmasına karşın ekonomik ömürleri de termik santrallardan daha uzundur. Kömür yakıtlı santrallar ile kombine çevrimli gaz santral-larının ekonomik ömürleri 25 yıl iken baraj ve hidroelektrik santralların ekonomik hizmet süresi 40-50 yıldır. Bu değerler fizibilite raporlarındaki değerlerdir. Ancak bazı rehabilitasyon çalışmaları ile hidrolik santralların ekonomik ömürleri 75-100 yıla çıkartılabilmektedir. Ayrıca termik santrallar, doğal kaynaklan tüketmektedir. Buna karşılık hidrolik potansiyelin gelişmesi ile, barajlarla meydana getirilen yapay göller vasıtasıyle ortamda oluşan buharlaşma, havzanın daha fazla yağış almasına yol açmakta, diğer bir deyişle, kaynak artırıcı olarak işlev görmektedir.

Ülke enerji talebinin yeteri kadar yedekli bir arzla karşılanabilmesi için öncelikle ulusal kaynaklara dayandırılması gerekmektedir. Yenilenebilir kaynak oluşu, en az düzeyde çevre etkisi yaratması, çevre kirliliğine neden olmaması, işletme ve bakım masraflannın az olması ve en önemlisi ulusal niteliği ile güvenilir enerji arzı sağlayan bir kaynak oluşu, hidroelektrik enerjinin önemini büyük ölçüde artırmaktadır.

TEAŞ planlaması WASP 3+ üretim, yatırım optimizasyon modeli olarak bilinen bir model geliştirmiştir. Bu tür senaryolarda planlamanın amacı ülke elektrik enerjisi talebini minimum maliyetle karşılayacak optimum sistem kompozisyonunu ve bu kompozisyonu oluşturan çeşitli üretim bileşenlerinin zamanlamasını ortaya çıkarmaktır. Ülkemizde mali kaynak kısıtlılığı gerekçesiyle, yapılan çalışmalarda yalnızca maliyet boyutu gözetilmekte ve elektrik enerjisi üretiminin minimum maliyete indirilmesi amaçlanmaktadır. Modeldeki temel girdiler santral tipi ve proje seçimi için belirleyicidir. Halbuki toplumsal yaşam için konunun diğer bir belirleyici unsuru çevre kirlenmesidir. Üretim maliyetlerini ve çevre kirliliğini minimuma indirecek bazda üretim dağılımını, yani sistemin optimal kompozisyonunu esas alacak bir model çalışmasının izlenecek yatırım planlamalarında göz önüne alınması, hidroelektrik santral yapımına öncelik kazandıracaktır. Diğer taraftan hidroelektrik potansiyelin geliştirilmesi, enerji arzının yanında, taşkın koruma, sulama ve kullanma suyu temini, balıkçılık, ulaşım ve rekreasyon gibi ilave sosyoekonomik faydalar sağlamaktadır (Oysa, mevcut modellerde bu tür faydalar göz önüne alınmamaktadır).

Genel olarak bir ülkenin yük eğrisi incelendiğinde iki ana bölüm göze çarpar: Baz yük ve puant yük. Esasen hidroelektrik santrallar puant çalışması gereken santrallardır. Çünkü enerji üretim hammaddesi sudur ve depolanabilmektedir. Bir hidroelektrik santralın kurulu gücü ve üretilebilecek enerjinin planlaması ile tesis ve işletme masrafları, o santralda üretilebilecek olan güvenilebilir enerji miktarına ve o santraldan çekilecek olan enerji miktarına göre puant yük gereksinimleri göz önüne alınarak saptanır. Ancak ülkemizde baz enerji üretimi yeterli olmadı­ğından hidroelektrik santrallanmız da baz olarak çalıştırılmaktadır.

Hidroelektrik santrallar çok kısa sürede devreye alınıp devreden çıkanlabildikleri için, puant saatler denilen 18-22 saatleri arasında büyük öneme sahiptirler. Ülkemizde uç pikler ise doğal gaz santrallanndan sağlanmakta, bu da çok pahalıya mal olmaktadır.

Daha önce de belirtildiği gibi, teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyelin yaklaşık 124.5 milyar kWh olarak belirlenmiş olması, hem Türkiye'nin çeşitli havzalarına dağılmış ve toplam üretim kapasiteleri 124.5 milyar kWh olan tesislerin yapımında teknik açıdan büyük bir sorun olmadığı, hem de bugünkü fiyat dengeleri ile bu tesislerin en ucuz elektrik enerjisi üretim kaynağı olarak algılanması gerektiği anlamını taşımaktadır. Örneğin, bugünün koşullarında bu tesisler arasında yer alan Deriner veya Yusufeli (veya toplam 124.5 milyar kWh' lik üretim kapasitesini oluşturan tesislerden herhangi biri) baraj ve hidroelektrik santrallan yerine, aynı paternde üretim yapan ve bu tesislerden daha ekonomik olabilecek bir termik santral inşası mümkün değildir.

Ülkemizde elektrik enerjisi üretimi için sistem planlamaları, diğer bir deyişle hangi tesisin (termik veya hidrolik) hangi yılda işletmeye girmesi gerektiğine ilişkin senaryo çalışmaları TEAŞ (Türkiye Elektrik Üretim İletim Anonim Şirketi) tarafından yapılmaktadır. Eski adı TEK (Türkiye Elektrik Kurumu) olan bu kurum tarafından 1994 yılında yayımlanan "Wasp Modeli İle Türkiye Uzun Dönem Üretim - Tüketim İncelemesi (1996-2010)" adlı raporda, 1996-2010 yıllan arası için bir senaryo çalışması yapılmış ve arz-talep dengesine göre çeşitli hidroelektrik ve termik santrallar için uygun işletmeye giriş tarihleri belirlenmiştir. Örneğin, raporda önerilen referans çözüme göre Berke Baraj ve HES'nın 1997 yılında, Kayraktepe Baraj ve HES'nın 2001 yılında, Ilısu Baraj ve HES'nın 2003 yılında, Yusufeli Baraj ve HES'nın 2004 yılında işletmeye alınmış olmaları gerekmektedir.

Ancak, bu projelerin fiziksel boyutları (baraj yükseklikleri, santral kurulu güçleri vb.) göz önüne alındığında, inşaat aktivitesinin bugün başlatılması durumunda bile, yukarıda belirtilen tarihlerde işletmeye alınabilmeleri kolay olmayacaktır. Bundan çıkan sonuç şudur; hidroelektrik santrallann inşaat programına alınması hususunda bir yavaşlık söz konusudur. Bunun gerekçelerinin tüm detayı ile tartışılması bu raporun kapsamı dışındadır. Ancak bu noktada hidroelektrik santrallann, diğer elektrik enerjisi üretim kaynakları ile göreceli olarak avantaj ve dezavantajlannın kısaca irdelenmesinde yarar vardır.

Termik ve nükleer santrallann işletmesinde gereksinim duyulan petrol, ithal kömür, doğal gaz ve uranyum gibi yakıt türlerinin maliyetleri, dünyadaki ekonomik çalkantılardan yoğun biçimde etkilenmektedir. Bu yakıtların arzlanndaki sürekliliğin, politik ilişkilere bağımlı olarak kesintiye uğrama olasılığı da gözardı edilemeyecek bir konudur. Buna karşın, hidroelektrik tesislerin akaryakıtı olarak nitelendirilebilecek olan su tümüyle yerli kaynaktır ve sadece doğal koşullardan (örneğin kuraklık) etkilenmesi söz konusudur. Hidroelektrik santrallann teknik bazda en büyük avantajı, diğer santrallara kıyasla (özellikle pik saatlerde) çok çabuk devreye girme özelliğidir. Gerçekten bir hidroelektrik santralın ani talep durumunda devreye girmesi için sadece birkaç saniyeye gereksinim varken bu süre, termik santrallar için birkaç saati bulmaktadır.

Hidroelektrik santrallann diğer bir avantajı, bugün sadece ülkemizde değil tüm dünyada gündemde olan çevre sorunlarına ilişkin üstünlükleridir. Gelişmiş ülkelerin çoğunda enerji gereksiniminin büyük bir kısmını karşılayan fosil yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan çeşitli gazların oluşturduğu kirlilik, bugün hala çözüm bekleyen bir çevre problemidir.

Bu olumlu yönlerine karşın hidroelektrik santrallann en büyük dezavantajı, genelde aynı miktarda üretim yapan bir termik santrala kıyasla daha fazla yatınm gerektirmeleridir (ancak, ekonomik analiz hesaplarında tesislerin sadece yatırım bedellerinin değil, işletme ve yakıt masraflannın da göz önüne alındığının unutulmaması gerekmektedir). Ayrıca, ilk etüt safhasından başlayarak, master plan, yapılabilirlik ve kesin proje aşamalanndan geçen projelendirme süresi ve inşaat süresi oldukça uzundur. Bu süre bazen 10-15 yılı bulabilmektedir. Termik santrallann işletmesi sırasında karşılaşılan sorunlar düzeyinde olmasa da, hidroelektrik santrallann inşaatlan sırasında bazı çevresel olumsuzluklar ortaya çıkmaktadır.

Bu açıklamalardan sonra konuyu bir bütün olarak değerlendirmek gerekirse "teknik ve ekonomik" yapılabilir olduğu sürece, terazinin kefesinin belli bir oranda hidroelektrik santrallar lehine ağır bastığı söylenebilir. Bu saptamalar sonucunda, bu bölümün başlığını oluşturan "Türkiye'de Öncelikle Yapılması Gereken Uygulamalar" sorusunun cevabı, teknik ve ekonomik yapılabilirliği olan hidroelektrik santral projelerinin gerçekleştirilmesinin hızlandırılması olmaktadır. Bu çerçevede:

■ Özellikle Çoruh, Dicle ve Harşit havzalarında olmak üzere önemli oranda enerji üretim kapasitesine sahip hidroelektrik projelere gereken önem verilerek bir an önce gerçekleştirilmesi ile büyük fayda sağlanacaktır.

■ İşletmede olan hidroelektrik santrallarda ünite güç ve verimlerini yükseltecek rehabilitasyon çalışmalarının bir an önce başlatılması gereklidir, bu konuda dünya deneyimlerinden yararlanılmalıdır.

Öncelikli Uygulamalar ile ilgili Eğitim, Öğretim ve Ar-Ge Etkinlikleri

Bir hidroelektrik santralın kurulması, jeolojik ve temel araştırmalar, istikşaf (ön inceleme) çalışmaları, master plan, yapılabilirlik ve kesin proje raporlarının hazırlanması ve inşaat safhasını içeren aktiviteleri kapsamakta, çok uzun süre almakta ve yoğun emek ve değişik disiplindeki meslek gruplarının katılımı ile gerçekleştirilebilmektedir. Meteorolojik verilerin toplanması ile başlayan süreç içinde çeşitli aşamalarda inşaat, makine, elektrik, jeoloji, meteoroloji, ziraat, çevre vb. disiplinlere mensup mühendisler görev almakta, çoğu kez bu disiplinlerin yan kollarında uzmanlaşmış kadrolara da gereksinim duyulmaktadır. Bilindiği gibi, diğer yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına kıyasla hidroelektrik santral konusunun tarihçesi çok daha eskidir. Özellikle gelişmiş ülkelerde ve bir ölçüde de ülkemizde bu konuda yoğun bir bilgi birikimi vardır. Esasen, daha önce de belirtildiği gibi, gelişmiş ülkelerin bir çoğunda hidroelektrik potansiyelin hemen hemen tümü kullanılmıştır. Bu nedenle bu ülkelerdeki ilgili firmaların çoğu hidroelektrik potansiyele sahip gelişmekte olan ülkelere yönelmiştir.

Ülkemizde Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EİE), Devlet Su İşleri (DSİ) gibi resmi kuruluşlar ve bazı özel müşavir firmalar bu konuda belirli bir deneyime sahiptir. Şimdiye kadarki uygulama, master plan ve yapılabilirlik raporlarının kurumlarca veya ihale yolu ile yerli firmalarca, kesin proje raporlarının ise ihale yolu ile "yerli+yabancı" firma gruplarınca hazırlanması şeklinde olmuştur. İhale yolu ile hazırlatılan projelerde, proje kontrollüğü ilgili kuruluş tarafından yapılmaktadır. İnşaat aşamasındaki müşavirlik hizmetleri de genelde "yerli+yabancı" firma grupları tarafından yerine getirilmektedir.

Kısaca özetlemek gerekirse, gerek ilgili meslek gruplarının çeşitliliği, gerekse hidroelektrik santral alanında proje ve müşavirlik hizmetleri konusunda Türkiye'nin bugün ulaştığı düzey açısından, "eğitim" sorununun çok yönlü olarak tartışılması yararlı olacaktır. Ancak, hidroelektrik santrallar konusunda projecilik ve yapımcılığa katılarak kazanılan deneyimin de en az eğitim kadar önemli kazanımlar sağlayacağı bir gerçektir.

Ülkemizde uzun yıllar değeri pek anlaşılmayan Ar-Ge çalışmaları ile mühendislik çalışmalarına (proje ve tasarım) artık gereken önem verilmeli, tutarlı ve gerçekçi bir istihdam politikası uygulanarak bu alanda çalışanlara destek olunmalı ve sahip çıkılmalıdır. TEMSAN'ın kurulduğu yıllarda 500'den fazla hidroelektrik santral kurulması planlanan ülkemizde, böylesine isabetli bir yatırımın devlet eliyle yapılması ne kadar doğru ise, geçen zaman içinde yatırımın devletçe desteklenmemesi, teşvik edilmemesi, bir takım yasal önlemler alarak yapılacak santrallarda yerli üretim oranının artırılmasına çalışılmaması da o denli yanlış olmuştur. Ancak burada en büyük problem olarak finans sorunu ortaya çıkmaktadır. Bu konuya "Konuya ilişkin Yasal ve Kurumsal Düzenlemeler" bölümünde değinilecektir.

Konuya ilişkin Yasal ve Kurumsal Düzenlemeler

Daha önce de belirtildiği gibi "teknik ve ekonomik" yapılırlıklan belirlenmiş bulunan hidroelektrik santral projelerinin gerçekleştirilmesinde, finansman temini başlıca   sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu sorunun aşılabilmesi ve gerekli fınans ihtiyaçlarının zamanında ve yeterince karşılanabilmesi için hidroelektrik santral projelerinin özel şirketler tarafından Yap-İşlet-Devret (YİD) kapsamında gerçekleştirilmesine olanak sağlayan 3096 sayılı kanun 1984 yılında yürürlüğe konulmuştur. Dünyada BOT (Built-Operate-Transfer) olarak tanınan bu model ile sorunun özel sektörün sağlayacağı uygun şartlardaki krediler ile çözülebilmesi amaçlanmıştır. Ne yazık ki, geçen süre içinde bu model istenen düzeyde işlerlik kazanamamış, 13 yıl içinde sadece 5 adet küçük hidroelektrik santral işletmeye alınabilmiştir. Şu anda YİD kapsamında inşaatı devam eden 6 adet hidroelektrik santralın toplam kurulu gücü 782 MW'tır. İnşaatı devam eden santrallar arasında 672 MW kurulu gücü ile Birecik santralı ilk sırada yer almaktadır.

Bugünkü durumu ile hidroelektrik santralların fınans sorunu, karar verici mercilerin de katılımı ile üst düzeyde çözülmesi gerekli bir sorun görünümündedir. 2000'li yıllarda potansiyel bir elektrik enerjisi sıkıntısının gündemde olduğu günümüz Türkiye'si için bunun önemi ortadadır. Öncelikle YİD modelindeki tıkanıklıkların gerekçelerinin araştırılması, varsa yasal boşlukların doldurulması veya "Yap-İşlet", "İmtiyazlı Şirket" gibi modellerin de en azından tartışmaya açılması, çözüm yolunda atılacak "ilk adımlar" olabilecektir.

Küçük Hidroelektrik Enerji

Enerji literatürlerinde büyük hidroelektrik enerji klasik yenilenebilir kaynak grubunda ele alınırken, küçük hidroelektrik enerji yeni ve yenilenebilir kaynaklar grubuna sokulmaktadır. EİE tarafından yapılan çalışmalarda 101 kW - 10 MW arasındaki hidroelektrik olanaklar küçük hidroelektrik enerji olarak varsayılmaktadır. Türkiye'de yağış alanı 1000 km2'yi geçmeyen ve 1515 küçük akarsu havzasını kapsayan, teknik yönden üretilmesi olanaklı güvenilir enerji potansiyeli 13.7 TWh/yıl, ortalama akım koşullarında üretilebilir enerji 32.9 TWh/yıl olarak bulgulanmıştır. Bu grupta 5-10 MW'lık bazı olanaklar ele alınmış, birkaç MW'lık olanlara sınırlı biçimde bakılmış, birkaç yüz kW'lık olanaklara ise hiç el atılmamıştır.

Gücü 10 MW'ın altında olan hidroelektrik santralların Türkiye genelinde toplam kurulu gücü 797 MW olup, yıllık güvenilir enerji üretimleri toplamı 1653 GWh ve yıllık ortalama enerji üretimleri ise 3695 GWh'dır. Ancak, söz konusu santralların 130 MW kadarı işletilmekte olup, bunların yıllık güvenilir üretim miktarı 225 GWh, yıllık ortalama enerji üretimleri de 450 GWh düzeyindedir. Potansiyel ve üretim karşılaştırması küçük hidrelektrik olanakların gözardı edil­diğini göstermektedir.

Küçük hidroelektrik olanakların değerlendirilmesi için EİE bünyesinde bazı çalışmalar yapılmıştır. TEMSAN küçük su türbini üretimi gerçekleştirmiştir. Halen bu konuda görev belirsizliği bulunmakta, küçük hidroelektrik olanaklar sahipsiz görünmektedir. EİE ve DSİ'nin faaliyet sahaları ve deneyimleri göz önünde bulundurularak, bu kuruluşların iş kapasitelerinin geliştirilmesi doğrultusunda yapılacak yasal mevzuat ve teşkilat düzenlemeleri ile küçük hidroelektrik santrallar konusuna el atılmalı, bu santralların, suların değişik amaçlı kullanımları ile entegre biçimde kurulmaları sağlanmalıdır. Ayrıca, kooperatiflerin bu tür santralları kurma­larına, ürettikleri elektriği üretim ve dağıtım kuruluşlarına satmalarına olanak tanıyan bir yasal düzenleme de düşünülmelidir.

 

Konunun Tanımı, Amaç ve Kapsamı

Biyokütle enerjisi klasik ve modern olmak üzere iki grupta ele alınır. Klasik biyokütle enerjisi konvansiyonel ormanlardan elde edilen yakacak odun ve yine yakacak olarak kullanılan bitki ve hayvan artıklarından (özellikle tezek) oluşmaktadır. Klasik biyokütle enerjisi kullanımının temel karakteri, biyokütle materyalinden enerjinin ilkelden geliştirilmişe dek çeşitli yakma araçları ve doğrudan yakma tekniği ile elde edilmesidir. Sanayileşmemiş kırsal toplumlarda kullanımı yaygındır.

Modern biyokütle kaynaklan ise, enerji ormancılığı ürünleri ile orman ve ağaç endüstrisi atıkları, enerji tarımı (bir yetiştirme sezonunda ürün alınan enerji bitkileri), tarım kesimindeki bitkisel ve hayvansal atıklar, kentsel atıklar, tarıma dayalı endüstri atıkları olarak sıralanır. Yakıt için, bitkisel üretim ve hasat ile, son tüketim çevrimi birbirinden ayrı işlemler zinciridir. Biyokütle kökenli sentetik akaryakıt kapsamında yer alan alkol karışımlı benzin ve bitkisel yağ karışımlı motorin dışında, bazı enerji bitkilerinden elde olunan yağlar (bir karışım yapılmasına gerek olmadan) dizel yakıtı yerine kullanılabilmektedir. Ayrıca biyokütleden yapay ham petrol üretmek de olanaklıdır.

Yapılan belirlemelere göre yıllık 13 m3 artırımı olan 96000 ha genişliğinde bir ibreli orman plantasyonundan sağlanacak enerji 400 MWt'a eşdeğerdir. 10 yıllık yönetim süresiyle işletilen 34 ton/ha.yıl fırın kurusu gövde ve dal verimi olan 17000 ha'lık Alnus rubra plantasyonu 150 MWt güçlü bir enerji üretim ünitesini çalıştırabilir. Enerji ormanları için uygun olan türler, özellikle öze yakın yıllık halkaları hızla büyüyen genç odunlar dikkate alınarak seçilir. Yine bu seçimde enerji ormanı tesis edilecek bölgeye en iyi uyabilecek türlerin (yerli türlere öncelik vermek koşulu ile) iyi sürgün verme özelliği olmalı, ayrıca mantar ve böcek zararlarına karşı dayanıklılığı bulunmalıdır. Yapraklı ağaçlar ibrelilere oranla daha iyi olmaktadır. Çünkü yapraklıların genç odun büyümeleri daha hızlı ve baltalık orman için elverişlidir. Bugün dünyada enerji ormancılığı için en fazla karakavak, balzam kavakları ve titrek kavaklar kullanılmaktadır.

Enerji ormancılığının yanı sıra plansız ağaçlandırmanın bir sonucu olarak kentlerde, kent zararlısı olarak nitelenen gerek kökleri, gerekse dalları ve polenleri ile kent altyapısını ve insanları olumsuz etkileyen kavak, söğüt, kokar ağaç, akasya gibi ağaçların saptanıp, biyokütle materyal olarak değerlendirilmesi olanaklıdır. Böylece, kentlerde istenmeyen ağaç türleri hem kentlerden uzaklaştırılıp hem de bu ağaçlardan biyokütle enerji üretimiyle en yüksek fayda elde olunabilir. Bunların yerine kent ekoloji ve estetiğine uygun alternatif türler dikilerek kent peyzajı da geliştirilebilir. Henüz iskana açılmamış kent mücavir alanlarının, biyokütle materyal üretimi amacıyla uygun ağaç yetiştirilmesinde kullanımları da olanaklıdır.

Günümüzde enerji tarımı ya da enerji yetiştiriciliği denilen yeni bir tarım türü geliştirilmiştir. Bu tarım özellikle bir yıllık ve C4 tipi bitkilerle yapılmaktadır. C4 tipi bitkiler grubuna tatlı dan (svveet sorghum), şekerkamışı, mısır gibi bitkiler dahildir. C4tipi bitkiler diğer bitkilere göre C02 ve suyu daha iyi kullanmakta, kuraklığa dayanaklı olmakta, fotosentetik verimleri de yüksek bulunmaktadır. Bu bitkilerden alkol ve diğer biyokütle yakıtlar üretmek olanaklıdır. Alkol üretiminde en yüksek verim 3500 lt/ha.yıl ile şeker kamışından sağlanmakta olup, bunu 3200 lt/ha.yıl ile odun, 3000 lt/ha.yıl ile sorghum izlemektedir. Mısırda bu değer 2000 lt/ha.yıl düzeyine düşmektedir. Buna karşın şekerkamışının tonundan 60 İt, mısırın tonundan 300 İt alkol elde olunmaktadır.

Biyokütle Teknolojisi

Biyokütle materyaller ön hazırlama ve dönüştürme işlemlerinden geçirilerek bioyakıtlara çevrilir. Biyoyakıtlar ısı ve elektrik üretimi için kullanılabilmektedir. Biyoyakıtlann fosil yakıt türevleri ile karıştırılmış biçimde kullanılması da olanaklıdır. Biyoyakıt kullanımı büyük merkezi güç santrallarından taşıtlara kadar uzanmaktadır. Modern biyoyakıtlann birim maliyetlerinin veya fiyatlarının fosil yakıt fiyatlarının üzerinde olması kullanımı sınırlandırmaktadır. Birleşik ısı ve güç üretim teknolojileri (kojenerasyon ve entegre enerji sistemleri) ile biyokütle enerjiden yararlanmak daha ekonomik olabilmektedir.

Modern biyokütle enerji teknikleri, materyalin fiziksel durumu sabit kalacak ve/veya değişecek biçimde dönüştürülmesi çevrimlerine dayanır ve alçak biyokütle teknikler ile yüksek biyokütle teknikler olarak ikiye ayrılır. Alçak biyokütle teknikler, direkt yanma, anaerobik bozunma, fermantasyon - distilasyon işlemleridir. Yüksek biyokütle teknikler ise piroliz, hidrogazifikasyon hidrojenasyon, parçalayıcı distilasyon, asit hidroliz, biyolojik hidrojen üretimi işlemlerinden oluşmaktadır. Modern biyokütle enerjisi, çevre ile tam uyumlu, sürdürülebilir bir enerji kaynağıdır.

Biyokütleden değişik yöntemler kullanarak hem enerji, hem de yeni kimyasal maddeler üretmek mümkün olabilmektedir. Bu yöntemleri aşağıda belirtilen gruplarda toplamak mümkündür:

■       Anaerobik ortamda fermentasyon (biyogaz ve melastan etanol üretimi)

■       Isıl parçalanma (katı yüzdesi fazla olan atıklardan piroliz ile gaz yakıt ve aktif karbon üretimi)

■       Hidrogazifikasyon ve hidrojenasyon ile sentetik yakıt üretimi

■       Doğrudan yakma (çöp veya katı atıkların havayla yakılması ile ısı enerjisi ve elektrik üretimi)

■       Kompostlaştırma (çöp ve hayvan dışkılarının kompostlaşması sonucu organik gübre üretimi)

Biyokütle materyalin yakma dışında en basit değerlendirilmesi, anaerobik fermantasyonla biyo­gaz üretimidir. Biyogaz, organik içerikli biyolojik parçalanabilir maddelerin havasız ortamda (anaerobik) bakteriler tarafından parçalanması esnasında oluşan ve bileşimi organik maddeyi oluşturan bileşiklere göre değişebilen yanıcı bir gaz karışımıdır. Biyogazı oluşturan bileşenler metan (CH4), karbondioksit (CO2), su buharı (H2O), hidrojen sülfür (H2S), amonyak (NH3), azot (N2), hidrojen(H2) olabilmektedir. Bu tanıma göre insan faaliyetleri sonucu üretilen organik içerikli çöpler, tarım faaliyetleri sonucu açığa çıkan hayvan dışkıları, pamuk, mısır, buğday vb. sap ve saman artıkları, şeker ve gıda sanayii faaliyetleri sonucunda oluşan melas, meyva posaları gibi atıklar biyokütle için kaynak oluşturmaktadırlar.

Koşullan iyi ayarlanmış bir biyogaz üretecinde elde edilen gaz, %55-70 CH4, %30-45 CO2, az miktarda H2S ve H20 şeklinde bir bileşime sahip olmaktadır. Biyogazın ısıl değeri, karışımdaki CH4 yüzdesine bağlı olarak 19000 ile 27500 kJ/m3 arasında değişebilmekte ve bu nedenle biyogaz özellikle kırsal bölgelerde alternatif bir yakıt olarak ele alınmaktadır.

Sıcaklık, mikroorganizmaların üreme hızına etki eden bir faktör olup, sonuçta biyogaz üretimine de etki etmektedir. Organizmalar değişik sıcaklık aralıklarında faaliyet gösterdiklerinden, düşük sıcaklıklarda da gaz üretimi olmaktadır. Ancak, düşük sıcaklıkta gaz üretimi az olmakta ve sonuçta istenilen gaz üretimini gerçekleştirmek için gerekli fermentör hacmi dolayısıyla da yatırım maliyeti büyümektedir. Sonuçta çalışma sıcaklığının tayini bir optimizasyon problemi olarak ortaya çıkmaktadır. Yapılan incelemeler sonucunda, 35°C sıcaklığın mezofılik bölge, 60°C sıcaklığın da termofılik bölge için optimum olduğu saptanmıştır.

Diğer taraftan anaerobik fermentasyonla organik maddelerin parçalanması, önemli çevre sorunlarına da alternatif çözüm getirebilmektedir. Çünkü, yerleşme bölgelerinde önemli sorun yaratan organik içerikli çöpler, anaerobik ortamda fermente edildiklerinde atık içerisinde varolan ve aerobik ortamda yaşayan koliform vb. zararlı organizmalar, anaerobik ortamda yok olmakta ve sonuçta söz konusu zararlı atıklar fermente olmuş hijyenik gübreye dönüşmektedir. Büyük yerleşme bölgelerinde bazı zorluklar gösterebilecek bu uygulama, tarım bölgelerine yakın yerleşme yerlerinde ekonomik olabilecek bir uygulama olarak görülmektedir. Anaerobik fermantasyonda sıcaklık da önemli bir faktör olmaktadır. Ülkemizde geçmişte Topraksu tarafın­dan yapılan çalışmalarda biyogaz fermantasyon kazanlarının güneşli su ısıtıcı kollektör ve eşanjör devresi ile ısıtılması sonucu gaz verimi artırılmıştır.

Dünyada Biyokütle Enerjisi Kullanımı, Ulaşılan Teknolojik Düzey ve

Geleceği

 

1990 yılında dünyanın birincil enerji tüketimi 8.4 GTEP (milyar TEP) olup, bunun 1.6 GTEP kadarı yenilenebilir kaynaklardan karşılanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarına topluca bakıldığında, bunlar biyokütle enerjisi, hidrolik enerji (klasik varsayılan büyük hidrolik enerji ile yeni yenilenebilir grubuna sokulan küçük hidrolik enerji), güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, deniz enerjileri (gel-git, dalga, ısıl) ve jeotermal enerjidir. Biyokütle enerjisi indirekt güneş enerjisi türevleri arasına da sokulmaktadır. 1990 yılında dünyada tüketilen biyokütle enerjisi miktarı, uluslararası sivil toplum kuruluşlarından olan "Biyokütle Kullanan Uluslar Toplululuğu (BUN)" verilerine göre 1083 MTEP (milyon TEP) ve "Dünya Enerji Konseyi (WEC)" raporlarına göre 1051 MTEP, "Birleşmiş Milletler" istatistiklerine göre ise 880 MTEP olmuştur. Kısaca, yenilenebilir enerji kullanımının %55-67.6 kadarı, yani yarısından çoğu biyokütle kaynaktan sağlanmıştır.

Ormancılık, ağaç endüstrisi atıkları, bitkisel artıklar ve hayvansal gübreler, kara tipi enerji bitkileri ve su bitkileri niteliğindeki biyokütle kaynaklardan 2010 yılı için hedeflenen toplam biyokütle enerji üretimleri, minimum ve maksimum sınırlar alınarak, ABD'de 235-410 MTEP, Almanya'da 11-21 MTEP, Avustralya'da 12-21 MTEP, İngiltere'de 6.6-12.8 MTEP, İsveç'de 8.3-17.4 MTEP, Japonya'da 9-17 MTEP arasındadır. İsveç ve Japonya'da en büyük payı orman ürünü ve ağaç endüstrisi artıkları alacak, diğer ülkelerde en büyük pay enerji bitkilerine ait olacaktır. Enerji bitkilerinin payının ABD'de %66-70, Almanya'da %39-44, Avustralya'da %49-54 ve İngiltere'de %64-68 olacağı kestirilmektedir.

Dünya Enerji Konseyi tarafından 1995 yılında 16. Dünya Enerji Kongresi'ne (Tokyo Kongresi) sunulan "Global Enerji Perspektifleri" raporunda yer alan altı değişik senaryoya göre dünyanın birincil enerji tüketiminin, 2020 yılında 11.4-15.4 GTEP ve 2050 yılında da 14.2-24.8 GTEP arasında olması beklenmektedir. Aynı rapora göre yenilenebilir kaynaklardan yapılacak üretim 2020 yılında 2.3-3.3 GTEP ve 2050 yılında 4.4-7.3 GTEP sınırlarında olacaktır. Bu payların içinde klasik biyokütle ve klasik hidrolik enerji yer aldığı gibi, modern biyokütle ve diğer yenilenebilir kaynaklar da yer almaktadır. Modern biyokütlenin olası payını karşılaştırmalı biçimde görebilmek açısından, 2020 yılı için kaynaklar bazında yapılmış bir öngörüm aşağıdaki tabloda verilmiştir.

 

Tablo 5: 2020 Yılı için Yenilenebilir Kaynakları Bazında Yapılmış bir Öngörüm

	2020 yılında minimum		2020 yılında maksimum
	MTEP	Toplamın % si	MTEP	Toplamın % si
Modern biyokütle	243	45	561	42
Güneş	109	20	355	26
Rüzgar	85	15	215	16
Jeotermal	40	7	91	7
Küçük hidrolik	48	9	69	5
Deniz enerjileri	14	4	54	4
TOPLAM	539	100	1345	100
Genel  enerji  talebinin %’si		3-4		8-12

 

 

Dünya genelinde biyokütle enerji teknolojisi hızla gelişmektedir. Bu konuda yapılan araştırma ve yayınlar da giderek önemli bir toplama ulaşmıştır. Enerji ve Endüstri İçin Biyokütle (Biomass for Energy and Industry) 0. Avrupa Konferansı ve Teknoloji Sergisi 8- Haziran 998 tarihlerinde Almanya Würzburg'da yapılacaktır. Bu kongre ve sergi Avrupa Birliği organlarından olan Avrupa Biyokütle ve Biyoenerji Örgütü (EBBO) tarafından düzenlenmektedir.

 

Türkiye'de Kaynak Varlığı ve Biyokütle Enerji Kullanımı

1996 yılı verileri ile Türkiye'nin enerji üretiminde 8374x03 ton odun ve 6666x103 ton bitki ve hayvan artıkları yer almıştır. Söz konusu odun 5512 BTEP (bin TEP), hayvan ve bitki artıkları da 1533 BTEP enerjiye eşdeğerdir. 1996 yılında Türkiye'nin yerli kaynaklarından enerji üretimi 26887 BTEP olduğundan, bunun toplam 7045 BTEP ile %26'sı klasik biyokütle kaynaklardan sağlanmıştır. Öte yandan, 1996 yılında Türkiye'nin birincil enerji tüketimi 68035 BTEP olmuştur. 7045 BTEP klasik biyokütle kaynakla tüketimin %10'u karşılanmıştır.

 

Ülkemizde klasik biyokütle kaynaklar olan odun ile bitki ve hayvan artıkları, özellikle ısıtma, pişirme alanlarında yıllardan beri kullanılmaktadır. Bu geleneksel enerji kaynağı konutlardaki enerji tüketiminin %40 kadarını oluşturmaktadır. Odun tüketimi, ağaç endüstrisinin hammaddesinin yok edilmesine neden olduğu gibi, kaçak orman kesimlerini de içermektedir. Tezek olarak yakılan hayvansal atıklar ise, tarımın gereksinimi çiftlik gübresini yok etmektedir. Bu nedenle ülkemizde klasik biyokütle enerji kullanımı, ilkel ve ekonomik olmayan biçimde gerçekleşmektedir.

Ülkemizde yakacak odun sorununa çözüm olarak enerji ormancılığı konusuna el atılmış, enerji ormanı oluşturmaya elverişli 4 milyon hektar bozuk, 1 milyon hektar verimli olmak üzere 5 milyon hektarlık alan varlığı resmi raporlara geçmiştir. Bununla beraber, bazı pilot çalışmaların dışında enerji ormancılığı geliştirilememiştir. Hayvan gübresinin tezek olarak yakılmasının önüne geçmek için, biyogaz projesi başlatılmış, pilot uygulamalar yapılmış, 2.8-3.9 milyar m3 ile 1.4-2 MTEP kadar enerji sağlayabilecek biyogaz potansiyeli belirlenmiş, ama bu proje 1984 yılından sonra terk edilmiştir. Benzine alkol katılması, 1970'li yıllarda petrol krizlerinin ardından gündeme gelmişse de enerji tarımı üzerinde hiç durulmamıştır. Modern biyokütle teknikleri ile sentetik yakıt konusuna el atıldığı söylenemez.

Türkiye'de yerli enerji üretimi kapsamında enerji ormancılığına, enerji tarımına, tarımsal yan ürünler ile endüstriyel ve kentsel biyokütle atıklardan enerji üretimine, biyokütle materyalin alçak ve yüksek biyokütle tekniklerle değerlendirilmesine yer verilmek zorundadır. Türkiye, tarımsal tekniklerle biyokütle materyal üretimi açısından, güneşlenme ve alan kullanılabilirliği, su kaynaklan, iklim koşulları gibi özellikleri uygun olan bir ülkedir.

Yine biyokütle enerjisi içinde değerlendirilen çöp termik santrallan ile ilgili olarak, Adana ve Ankara'da birer çöp santralı kurulmasına ilişkin iki girişim vardır. Her ikisi için de hazırlanmış fizibilite raporları bulunmaktadır. Adana Çöp Termik Santralı'nın 260 milyon kWh/yıl, Mamak-Ankara Çöp Termik Santralı'nın 77 milyon kWh/yıl üretim yapması planlanmıştır.

Türkiye'de Öncelikle Yapılması Gereken Uygulamalar

7. Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Özel İhtisas Komisyonu Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynaklan Grubu Raporu'nda klasik kullanımdan başka, modern biyokütle üretiminin 1995 yılında 350 BTEP ile başlayarak, 2010 yılında 2.5 MTEP düzeyine ulaştınlması öngörülmüştür. Söz konusu bu hedef, diğer ülkelerin hedefleri ile kıyaslandığında Türkiye'nin yetiştiricilik olanaklarına göre küçük bile kalmaktadır. 7. Beş Yıllık Kalkınma Planı Genel Enerji Özel İhtisas Komisyonu Raporu, 2010 yılında güneş, rüzgar, jeotermal ve modern biyokütle ile Türkiye'nin enerji talebinin %5.2'sini yeni yenilenebilir kaynaklardan karşılamayı hedefliyordu. Söz konusu %5.2'lik pay içinde modern biyokütle payının %25'den az olmaması istenmişti. Ancak, bu veriler resmileşen planda yer almamıştır.

Enerji sorununun çözümüne katkı ve ulusal ekonomiye yeni kazanç olanağı sağlanması açısından, biyokütle enerjisi konusunun geliştirilerek uygulamaya aktarılması için, araştırma amacı ile ele alınması gereken konular şöyle sıralanabilir:

■       Aynntıh biyokütle enerji potansiyeli

■       Biyokütle enerjisi için izlenmesi gereken stratejiler

■       Enerji ormancılığı

■       Enerji bitkileri tanmı

■       Akuatik biyokütle yetiştiriciliği

■       Bakteriyel kültürlerle biyoyakıt üretimi

■       Biyokütleden katı, sıvı, gaz yakıt üretim teknikleri, biyoyakıtların üretimi ve araçlarda kullanımı

■       Biyokütle yakıtların yanma teknolojisi, biyokütle materyal için geliştirilmiş termokimyasal çevrimler ve yeni teknolojik uygulamalar

■       Endüstriyel ve tarımsal yan ürünler ile atıkların biyokütle enerji üretiminde değerlendirilmesi

■       Kentsel atıkların biyokütle enerji üretiminde değerlendirilmesi.

■       Biyokütle enerji ekonomisi

Bu sıralamaya başka konular eklenebilir. Yukarıdaki konular öncelik sıralamasına konulmamış olmakla birlikte, en başta ifade olunan biyokütle enerji potansiyeli konusu, gerçekten bir öncelik taşımaktadır. Biyokütle enerji potansiyelinin saptanması, bir stratejik odak projesi olarak ele alınıp geliştirilmelidir.

Biyokütle enerji potansiyelinin saptanması projesi, enerji üretimi amacı ile kullanılabilecek biyokütle materyalin çeşitlerine bağlı olarak, coğrafi bölgeler açısından yıllık miktarlarını ortaya koymayı amaçlayan bir proje olmalıdır. Bu projede,

■       Enerji ormancılığından elde olunacak biyokütle,

■       Enerji tarımından elde olunacak biyokütle,

■    Yan ürün, atık ve/veya artıklardan elde olunabilecek biyokütle

konulan araştırılmalı;

Biyokütle üretimine yönelik orman dışı ağaç plantasyonları ve enerji bitkileri için ülke genelinde bir tarımsal üretim planlaması yapılmalı ve ekonomik boyutları ortaya konulmalıdır.

Ormancılık biyokütlesi, enerji bitkilerinden elde olunacak biyokütle ile atık ve/veya artık biyokütlesi üzerinde materyal üretiminde, enerji dönüşüm-çevrim işlemlerine ve son kullanımına dek çeşitli aşamalarda potansiyel belirleme, kaynak geliştirme, teknoloji oluşturma araştırmalarının yapılması gerekmektedir. Bunlara bağlı olarak değişik biyokütle enerji üretim stratejileri, uygulanma olanakları, ekonomik rekabet edebilirlikleri ortaya konulmalıdır. Türkiye'nin uzun dönem biyokütle master planı yapılmalıdır.

Sürdürülebilir enerji sistemlerine yönelme zorunluluğu karşısında, gelecekte ülkemizde modern biyokütle enerjisine önem verilmesi kaçınılmazdır. Modern biyokütle enerjisi üretiminin enerji dışalımını azaltması, çevre kirlenmesine karşı bir önlem oluşturması, brüt ulusal kazancı artır­ması beklenebilecek olumlu gelişmelerdir. Örneğin, yılda 500 BTEP ile üretime başlayabilecek biyokütle sentetik akaryakıt endüstrisinin 5 yıllık süreçte üretimini 2.5 MTEP düzeyine yükselt­mesi olanaklıdır.

Türkiye'de enerji ormancılığı açısından hızla gelişen ve ekonomik değeri yüksek olan ağaç türleri, akkavak, meşe, titrek kavak, akçaağaç, kızılağaç, dişbudak, ibrelilerden kızılcam, fıstık çamı, karaçam, kazdağı göknarı, sedir ve servi, yabancı türlerden Eucalyptus sp., Quercus rubra L., Quercus palustris Muench, Populus euramericana, Acacia cynophilla, Pinus pinaster, Pinusradiata, Pinus elderica, Pseudotsuga menziesii, Abies grandis, Tsuga canadensis, Picea setchanses, Thuja plicate, Libocedrus decurrans olarak sayılabilir. Bu türlerle ilgili çalışmalar sonucunda hektardan yılda 9.9 ile 19.8 ton (kuru kütle) ürün alınabileceği rapor edilmiştir.

Enerji ormancılığından elde olunacak biyokütle konusunda, orman alanları (enerji ormancılığına elverişli olduğu söylenilen ve klasik biyokütle materyal için kullanılması uygun olan 5 milyon ha alan) dışında yetiştirilecek, odun verimi yüksek, yetiştirme periyodu kısa ağaç plantasyonları için olanaklar belirlenmelidir. Burada kavak ve söğüt gibi taban suyu yeterli alanda yetişebilecek ağaç türlerinin yanı sıra, kurak alanlarda yetiştirilebilecek ağaç türleri de ele alınmalıdır. Ancak, kent kirlisi olarak adlandırılan kavak ve söğüt gibi ağaçların kırsal alanlarda yetiştirilmesine çalışılmalıdır. Kentsel alanlardaki bu tür ağaçlar uygun başka çeşitlerle değiştirilmeli, ayrıca mücavir alanların da gecekondu sahası olma yerine, kent çevresi biyokütle ormanlarına dönüştürülmesi planlanmalıdır. Ağaç plantasyonlarından sağlanabilecek verim ülke genelinde saptanmalı, dikiminden hasadına kadar uygulanacak yetiştirme tekniği, mekanizasyon yöntemleri ve enerji maliyetleri belirlenmelidir.

Enerji tarımından elde olunacak biyokütle özellikle C4 tipi bitkilere bağlı olduğundan, bu tür bitkilerin ikincil ürün olarak yetiştirilebileceği tarımsal alanlar, enerji tarımı için yerli hibrid tohum üretimi, enerji tarımından sağlanabilecek verim, uygulanacak tarım tekniği, mekanizasyon yöntemleri ve enerji maliyetleri belirlenmelidir. Ayrıca, enerji üretiminde kullanılacak C3 ve CAM bitki türleri için de benzer çalışma yapılmalıdır. Bu çalışmada özellikle sıvı biyokütle yakıt (benzine katılacak alkol ve motorine katılacak yağ) üretimine yönelik biyokütle üzerinde durul­malıdır.

Enerji tarımı ve enerji ormancılığının geliştirilmesi konusunda farklı kuruluşlarda yapılan çalış­malar, konunun ülkemiz açısından önemi dikkate alındığında, yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmalar, laboratuvar incelemesi ve küçük ölçekli demonstrasyon boyutunu aşmalı, orta ve büyük ölçekli üretimlere geçilmelidir. C4 bitkileri ve özellikle tatlı sorghum konusunda TÜBİTAK-MAM'da yürütülen ve iki patentle sonuçlanan çalışmalar, diğer araştırmalarla destek­lenmeli; gerek ürün üretimi, gerekse biyokütlenin enerji amaçlı kullanımına yönelik uygulamalar (yakma sistemi tasannu, piroliz, vb.) yaygınlaştırılmalıdır. Ayrıca tarım ürünlerinin artıkları da bu amaçla değerlendirilmeli ve bölgesel bazda yakıt üretim tesisleri kurulmalıdır.

Öncelikli Uygulamalar ile ilgili Eğitim, Öğretim ve Ar-Ge Etkinlikleri

Türkiye'de biyokütle ürün yetiştiriciliği ile ilgili eğitim, özellikle Orman Fakülteleri ve Ziraat Fakülteleri eğitim programlarında çeşitli anabilim ve bilim dalları altında dağınık olarak verilmektedir. Biyokütle enerji bilim dalı olarak ayrı bir bilim dalı mevcut değildir. Bu arada, ilk olarak Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi bünyesinde Ankara Üniversitesi Enerji Çalışma Grubu'na bağlı olarak Biyokütle Enerji Araştırma Topluluğu oluşturulmuştur. Biyokütle enerjisi ile ilgili konularda, Kimya Mühendisliği Bölümleri'nde de eğitim verilmektedir.

Ülkemizde biyokütle enerji konusunda bilimsel ve araştırma kuruluşlarımızın yürüttüğü iki araştırma vardır. Bunlardan birincisi TÜBİTAK-MAM tarafından yürütülmüş olan tatlı sorghum yetiştiriciliğine ve ürünün değişik biçimlerde değerlendirilmesine yönelik proje olup, iki patentle sonuçlanmıştır. İkinci proje olan ülkemizin "Biyokütle Enerji Potansiyelinin Saptanması Projesi" entegre ve kapsamlı bir çalışma olup, 1997 yılında Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Biyokütle Enerji Araştırma Topluluğu tarafından başlatılmış bulunmaktadır. Bu proje kapsamında, gerekli mali desteklerin sağlanması koşulu ile pilot uygulamalara geçilmesi de planlanmaktadır.

 

Konunun Tanımı, Amaç ve Kapsamı

Güneş enerjisi, güneşten gelen ve dünya atmosferinin dışında şiddeti sabit ve 1370 W/m2, yeryüzünde ise 0-1100 W/m2 değerleri arasında olan yenilenebilir bir enerjidir. Bu enerji ısıtmadan soğutmaya dek çeşitli ısıl uygulamalarda ve elektrik üretiminde kontrollü olarak kullanılabilmektedir. Türkiye coğrafi konumu itibarıyla güneş kuşağı içerisinde yer alıp, güneş enerjisi kullanımının uygun olduğu bir ülkedir. Güneş enerjisinin kullanımı ile enerji dış alım artış hızının frenlenmesi, fosil yakıtlardan kaynaklanan çevre kirliliğinin engellenmesi mümkündür.

Türkiye'de Kaynak Varlığı ve Mevcut Durum

Türkiye'nin güneş enerjisi potansiyelinin belirlenmesi konusunda çeşitli kurum ve kişilerce değerlendirme çalışmaları yapılmış olmasına rağmen, bu çalışmalarda kullanılan değerlendirme yöntemleri ve periyotların farklı olması nedeniyle aralarında bir benzerlik bulunmamaktadır. EİE, güneş enerjisi konusunda geliştirilen sistemlerin ülkemiz genelinde uygulanabileceği yerlerin ve elde edilebilecek enerjinin tesbiti için başlattığı potansiyel belirleme çalışmalarını sürdür­mektedir.

Uzun yıllara ait meteorolojik gözlemlerin (heliograf ölçümlerin) ortalaması alınarak bulunan Türkiye'nin yıllık güneşlenme süresi 2640 h (saat) olup, maksimum değer 362 h ile Temmuz ayında ve minimum değer 98 h ile Aralık ayında gerçekleşmektedir. Güneşlenme süresi yönünden en zengin bölge 306 h ile Güneydoğu Anadolu olup, bunu sırasıyla Akdeniz (2923 h), Ege (2726 h), İç Anadolu (272 h), Doğu Anadolu (2693 h), Marmara (2528 h) bölgeleri izlemekte ve en düşük değeri   966 h ile Karadeniz Bölgesi göstermektedir.

Yine meteorolojik gözlemlere (aktinograf ölçümlerine) göre, Türkiye’de aylara göre günlük ortalama güneş radyasyon intensitesinin maksimum değeri 21.1 MJ/m2gün üe Temmuz ayında ve minimum değeri 5.5 MJ/m2gün ile Aralık ayında görülmektedir. Türkiye'nin günlük ortalama güneş radyasyonunun yıllık ortalaması 13.2 MJ/m2gün' dür. Güneydoğu Anadolu Bölgesi için yıllık ortalama güneş radyasyon intensitesi 14.3 MJ/m2gün olup, bunu Akdeniz (13.9 MJ/m2gün), İç Anadolu (13.7 MJ/m2gün), Ege (13.6 MJ/m2gün), Doğu Anadolu (13.4 MJ/m2gün), Marmara (10.9 MJ/m2gün) bölgeleri izlemektedir. Yıllık ortalama güneş radyasyonunun en düşük değeri 10.3 MJ/m2gün ile Karadeniz bölgesinde bulunmaktadır.

Enerji üretimi amacına yönelik olarak yürütülen fizibilite çalışmaları sırasında, güneş enerjisi konusunda ülkemizdeki mevcut meteorolojik verilerin yeterli olmadığı tesbit edilmiştir. Bu amaçla EİE, Devlet Meteoroloji İşleri (DMİ) ile işbirliği içerisinde bir proje başlatmıştır. Bu proje kapsamında Antalya, İzmir, Didim, Ankara ve Adana'ya birer adet bilgisayar destekli güneş enerjisi gözlem istasyonu kurularak veri (saatlik bazda toplam ve difüz güneş enerjisi, güneşlenme süresi ve sıcaklık) toplanmaktadır. Antalya'daki istasyon, beş yılı doldurması nedeniyle İsparta'ya taşınmıştır. DMİ ise benzer istasyonları Ankara, Antalya, Konya, Şanlıurfa ve Samsun'a tesis ederek veri toplamaktadır. Ancak bu tür istasyonların sayısının artırılması gerekmektedir. EİE ve DMİ tarafından toplanacak enerji amaçlı verilerin ışığı altında ülkemizin güneş enerjisi potansiyeli daha sağlıklı bir şekilde belirlenebilecektir.

Halen ülkemizde kurulu olan kollektör miktarı yapılan son tahminlere göre 2.5-3 milyon m civarındadır. Çoğu Akdeniz ve Ege Bölgelerinde kullanılmakta olan bu sistemlerden yılda 120 bin TEP (ton eşdeğer petrol) ısı enerjisi üretilmektedir. Sektörde 100'den fazla üreticinin bulunduğu ve 2000 kişinin istihdam edildiği tahmin edilmektedir. Yıllık üretim hacmi 400-500 bin m olup bu üretimin bir miktarı ihraç edilmektedir. Bu haliyle ülkemiz dünyada kayda değer bir kollektör üreticisi durumundadır.

Dünya Teknolojisinde Ulaşılan Düzey

Güneş enerjisinin kullanım alanları özel amaçlara göre değişebilmektedir. Bu enerjinin kullanımındaki temel amaç, ekonomik rekabet koşullarında olabildiğince fosil yakıtların yerini almasıdır. Güneş enerjisi;

■  Konutlarda ve iş yerlerinde,

■  Kırsal yörelerde ve tarımsal teknolojide,

■  Sanayide,

■  Ulaşım araçlarında,

■  İletişim araçlarında (radyo, TV, telefon), sinyalizasyon ve otomasyonda,

■   Elektrik enerjisi üretiminde enerji isteminin bir kısmının karşılanmasında ve

■  Askeri alanda özel amaçlarla kullanılabilir.

Güneş Enerjisinin Toplanması ve Depolanması

Güneş enerjisinin kullanılabilmesi için öncelikle toplanması gerekir. Bu toplama işlemi ısıl (güneş ısıl kollektörler) ve elektriksel (fotovoltaikler) olmak üzere iki değişik yolla yapılmaktadır. Basitlik ve ucuzluk gibi nedenlerden ısıl toplama yöntemi yeğlenmektedir. Isıl özelliğinden yararlanarak güneş radyasyonunu toplamada kullanılan ısıl güneş kollektörlerinin; düz yüzeyli ve yoğunlaştırmasız güneş kollektörleri, odaklayıcı ve yoğunlaştırmalı güneş kollektörleri, güneş havuzları olmak üzere üç tipi vardır. Güneş enerjisini elektriksel olarak toplayan fotovoltaikler ise ışık özelliğinden yararlanmakta ve ışık enerjisinin fotonlannı fotoelek-triksel olay gereğince elektrik enerjisine dönüştürmektedirler.

En yaygın biçimde düz yüzeyli ısıl güneş kollektörleri kullanılır. Bunlar doğrudan gelen direkt güneş radyasyonunun yanında kırılma ve yansımalarla dağılmış diffuz güneş radyasyonunu da değerlendirirler. Düz yüzeyli kollektörler 100oC'u aşmayan uygulamalarda kullanılır. Güneşi izlemesi gerekmeyen, güneye yönelik ve güneş radyasyonu üzerine dik çarpacak biçimde eğimli yerleştirilen bu kollektörlerin mevsimlik ayarlanması gerekir. Güneşli su ısıtıcılarda görülen kollektörler bu tiptir. Böyle bir kollektör absorbe edici (soğurucu) plaka, sırt ısı izolasyonu, üst saydam (cam veya plastik) örtü ve dış kasadan oluşmaktadır.

Güneş radyasyonu, absorbe edici plaka tarafından tutularak su veya hava gibi bir akışkana transfer edilir. Isıtılacak akışkanın cinsine göre absorbe edici plakada boru veya özel kanallar bulunur. Isıl geçirgenliği ve özgül ısısı yüksek olması gereken absorbe ediciler, plakalı ısı eşanjörleri (reküperatörler) gibidir. Güneş radyasyonu çarpan yüzeyleri, yüksek absorptiviteli olabilmesi için mat siyaha boyanır ya da daha iyisi özel bir işlemden geçirilerek radyasyon seçici bir tabaka ile kaplanır. Absorbe edicinin ön tarafında tek ya da çift saydam örtü, arka tarafında sırt ısı izolasyonu bulunur. Burada tanıtılan klasik yapılı düz yüzeyli kollektörlerin verimleri çalışma sıcaklık farkına bağlıdır. Geliştirilmiş düz yüzeyli kollektörler ise ısı borusu (heat pipe) kullanılarak oluşturulmaktadır. Isı borusu, yapıldığı malzemenin ısıl geçirgenliğine ve sıcaklık farkına bağlı olmaksızın yüksek ısı kapasiteli ve ısıyı tek yönde geçiren bir elemandır.

Yüksek sıcaklık uygulamalarında odaklı ve yoğunlaştırmalı güneş kollektörleri kullanılır. İçbükey aynaya benzeyen bu kollektörler değioik parabolik biçimlerde yapılır ve yalnızca direkt güneş radyasyonunu değerlendirirler. 100-200°C sıcaklıklı uygulamalarda, mevsimlik ayarlanma isteyen, güneşi izlemesiz, uzunlamasına silindirik odaklı kollektörler kullanılır. Bu tür kollektörlerin 200oC'u aşan uygulamalarda kullanılanlarının gün boyu güneşi izleyecek biçimde hareketli olmaları gerekir. Çanak tipi odaklı kollektörler ise her sıcaklık kademesinde güneşi izlemek zorundadır. Çanak tipi kollektörlerle 3000oC'u aşan sıcaklıklar elde olunmaktadır. Söz konusu odaklı kollektörlerden farklı bir yapıya sahip yüksek sıcaklıklı, güneşi izlemesiz kollektörlerin bir çeşidi vakum borulu (evacuated tube) kollektörlerdir.

Geniş yüzeyli kollektörler denilen güneş havuzları 100oC altındaki sıcaklıklarda büyük miktarlarda ısı toplanmasında kullanılır. En tanınmışları tuz gradyenli konvektif olmayan güneş havuzlandır. Bir su havuzu biçiminde olan bu havuzlarda birbirleri ile karışmayan üç tabaka yer alır. Havuzun tabanında çok tuzlu, orta kesiminde tuzlu ve üstünde tatlı su bulunur. Havuz tabanı ısı absorbe edecek yapıdadır. Bu ısı bir eşanjörle çekilerek kullanılır. 150 kW güçlü ve 0.74 ha alanlı böyle bir güneş havuzu İsrail Ein Borek'de termik elektrik üretimi amacıyla kullanılmak­tadır. Bu tür güneş havuzlarının dışında bir de sığ güneş havuzları vardır. Bunlar birkaç cm kalınlıkta su dolu plastik döşek olarak ve 50-200 m2'lik modüller biçiminde kurulmaktadırlar.

Güneş enerjisinin depolanması, bir değişim ya da çevrimle elde olunan ikincil enerjinin depolanması biçiminde gerçekleşmektedir. Depolama işlemleri ısıl, mekaniksel, kimyasal ve elektriksel yöntemlerle yapılır. Isıl depolamada, özgül ısı kapasitesi yüksek ve kolay bulunur ucuz materyaller kullanılır. Su, yağ, çakıl taşı yatakları bunlar arasındadır. Isıl depolama için gizli ısı kapasitesiteli, parafın gibi faz değişim materyallerinden de yararlanılır. Mekaniksel depola­mada güneşle çalıştırılan bir pompa ya da kompresör tarafından basılan yüksek basınçlı akışkan uygun bir ortamda toplanır. Kimyasal depolamada hidrat tuzlardan yararlanılır. Elektriksel depolama bataryalarla yapılır. Bu amaçla kurşun-asitli akümülatörler, nikel-kadmiyum tipi kuru bataryalar ve sodyum-sülfür bataryaları kullanılır.

Güneş Enerjisi Teknolojisinin Uygulamaları

 

Güneş enerjisinin kontrollü uygulamaları; kullanım suyu ısıtma, yüzme havuzu ısıtma, kaynatma ve pişirme, bitkisel ürünlerin kurutulması, su distilasyonu, aktif olarak yapılarda hacim ısıtma ve serinletme (iklimlendirme), soğutma, pasif ısıtma ve serinletme, toplam enerji sistemleri ile ısı ve elektriği birlikte üretme, sulama suyu pompajı, endüstriyel işlem ısısı üretme, elektrik üretme, fotokimyasal ve fotosentetik çevrimler gerçekleştirme biçiminde sıralanabilir. Her uygulamanın özelliğine göre kullanılan kollektörler değişik olmaktadır. Bazı uygulamalarda enerji depolamaya gerek duyulurken, bazı uygulamalarda kesintili veya alternatif üretim koşullan yeterli görülerek, depolamaya gereksinim duyulmamaktadır.

Güneş enerjisi teknolojileri, ısıl sistemler ve elektriksel sistemler olarak da sınıflandırılabilir. Isıl sistemlerin düşük ve yüksek sıcaklık uygulamaları vardır. Düşük sıcaklık ısıl sistemler grubunda, hem direkt hem difüz güneş ışınımını kullanarak, düşük sıcaklıkta ısı enerjisi üreten üniteler yer alır. Bu grubun en temel uygulaması düzlemsel güneş kollektörleridir. Düzlemsel güneş kollektörleri evler, yüzme havuzları ve sanayi tesisleri için sıcak su sağlar. Ayrıca, evlerin ve ticari binaların ısıtılmasında kullanılabilir. Bu konudaki Ar-Ge çalışmaları sürmekle birlikte, tamamen ticari ortama girmiş durumdadırlar. Yüksek sıcaklık ısıl sistemler odaklı kollektör uygulamaları olup, pişirmeden güneş termik santrallarına ve güneş fırınlarına dek çeşitli uygulamaları kapsar.

Güneşli Su Isıtıcılar

Güneşli sıcak su (GSS) sistemi güneş kollektörü, depo tankı, bağlantı elemanları ve yardımcı donanımdan oluşur. Bu tür servis sistemleri değişik tiplerde olabilir. Suya ısı transferinin ve sıcak su akımının zorlanmış konveksiyonla veya doğal konveksiyonla sağlanmasına göre pompalı veya termosifon akımlı sistemler ayırt edilir. Pompalı sistemlerde çift tank kullanılabilir. Her iki sistemin direkt ve indirekt tipleri vardır. Düz yüzeyli kollektör depo tankına direkt bağlı ve güneş enerjisini toplama ile depolama için aynı akışkan kullanılıyorsa, bu sisteme direkt sistem denilmektedir. Bununla beraber soğuk iklimlerde olduğu gibi, donmayan ısı transfer akışkanı ile toplama ve depolama arasında sıvıdan-suya ısı eşanjörü kullanılıyorsa, sistem indirekt sistem olmaktadır. Ülkemiz piyasasında direkt sisteme açık sistem, indirekt sisteme kapalı sistem adı verilmiştir.

Ülkemizde güneşli sıcak su ısıtıcılar ile ilgili olarak, Nisan 1994 tarihli ve TS 3680 numaralı "Güneş Enerjisi Toplayıcıları-Düz" adlı standart ile Aralık 1994 tarihli ve TS 3817 numaralı "Güneş Enerjisi-Su Isıtma Sistemlerinin Yapım Tesisi ve İşletme Kuralları" adlı iki temel standart bulunmakta olup, her ikisi de uyulması zorunlu olmayan biçimde yürürlüktedir. Bu sistemlerde kullanılacak hortum bağlantıları için ayrı bir standart düzenlenmiştir. TS 3680 numaralı standart düz yüzeyli güneş enerjisi kollektörlerinin tanımına, sınıflandırılmasına ve özelliklerine, numune alma, muayene ve deneyleri ile piyasaya sunum biçimine ilişkindir. TS 3817 numaralı standart ise, güneş enerjili su ısıtma sistemlerinin projelendirilmesinde, uygulanmasında ve işletilmesinde uyulması gereken kurallara aittir. Tesisatla ilgili çeşitli standartlara atıf yapan hükümler içermektedir. Ancak, temel standartlar tüm teknolojik yenilik­lere açık olmadıkları gibi, sistemi bütünsellik içinde ele almamakta ve istemi karşılamada yetersiz kalmaktadırlar. Nitekim, yerli imalatçılarımız son bir-iki yıl içinde yurt dışına kollektör dışsatımını geliştirmiş olmalarına karşın, yabancı müşterilerin istemlerini standart dışı üretimle karşılamaktadırlar.

Isı taşınımının doğal konveksiyonla gerçekleştiği termosifon sistemi ile ısı taşınımının zorlanmış konveksiyonla gerçekleştiği pompalı sistemin kendine özgü sistem özellikleri bulunmaktadır. Doğal konveksiyonlu sistemlerin verimleri %50 ve daha çok olabilirse de, zorlanmış konveksiyonlu sistemlerden %10 kadar daha azdır. Örneğin ortalama verimi %65 olan bir pompalı sistem, kollektörü ve deposu aynı kalmak üzere termosifon sistemine dönüştürül­düğünde verimi %55 düzeylerine inmektedir. Çift depo tanklı sistemler, sıcak su servis ünitesi ile güneşli aktif yapı ısıtma ünitesinin bütünleşik olduğu sistemler, yüzme havuzu ısıtma sistemleri gibi özel sistemler de söz konusudur.

Kollektörler

Su ısıtıcı kollektör, temelde akışkanın geçeceği kanalları içeren absorbe edici, üst cam örtü, sırt izolasyonu ve dış kasadan oluşmaktadır. Radyasyonu soğuran ve ısıyı akışkana transfer eden absorbe edici alüminyum, bakır, paslanmaz çelik ve özel plastik gibi kondüktivitesi yüksek bir malzemeden yapılmaktadır. Absorbe edicinin mat siyaha boyanması veya absopsiyonun maksi-mizasyonu ile emisyonun minimizasyonu, böylece radyasyon ısı kaybının engellenmesi için selektif yüzeyle kaplanması gerekir. Absorbe edicinin arka kısmından olacak kondüksiyon ısı kayıplarını engellemek için sırt izolasyonu yapılmaktadır. Ön yüzünden serbest hava akımları ile olabilecek konveksiyon kayıplarını engellemek, kısa dalgalı radyasyona karşı saydam, uzun dalgalı radyasyona karşı opak biçimde sera etkisi oluşturmak, siyah ön yüzeyi yağmur ve toz gibi dış etkenlerden korumak için demirsiz (demir-oksit içermeyen) temperlenmiş cam örtü kullanıl­maktadır. Bileşenlerin tümü, çoğunlukla alüminyum kasa içinde yer alır.

Absorbe edicinin etkili çalışması, üzerine düşecek güneş radyasyonunun ısıl dalga boylarını soğurabilmesi için güneşe açık yüzünün kara cisim biçiminde kaplanması gerekir. Bu amaçla, yüzeyin absoptivitesi (ap) artırılırken, emissivitesi (ep) artırılmamalıdır. Oysa, mat siyah boya gibi yalın kaplamalarda ap@ep olması, kollektör verimini olumsuz etkilemektedir. İyi bir absorbe edici yüzeyde ep<< ap olması istenir. Adsorptif kaplamalar ap / ep oranına göre üçe ayrılmaktadırlar. Buna göre ap / ep > 4.5 olan yüzeyler selektif (seçici) olup, en iyi sonucu vermektedirler. Bunlarda ap > 0.90 ve ep < 0.20 dir. ap / ep = 1.8-4.5 arasında olan yüzeyler yan selektif ve ap / ep = 1-1.8 arasında olanlar da selektif olmayan yüzeylerdir.

Günümüzde selektif yüzey oluşturmak için ticari amaçla iki çeşit kaplama kullanılmakta olup, bunlar poroz alüminyum yüzey üzerinde siyah nikel ve bakır üzerinde nikel-siyah krom kaplamalardır. Siyah nikel kaplama ilk kez Prof. Tabor tarafından 40 yıl önce gerçekleştirilmiştir. Krom kaplamaya gelince, ilk önce Almanya'da gerçekleştirilen bu işlemin yüzyılı aşkın bir geçmişi vardır.

Alüminyum üzerinde siyah nikel kaplama iki aşamada yapılmaktadır. Önce, alüminyumun anodik oksitlenmesi ile poroz yapı oluşturulmaktadır. Poroz yapı fosforik asit kullanılarak elde olunur. İkinci aşamada borik asit ile desteklenen nikel tuzu banyosunda renklendirme (kaplama) yapılır. Renklendirme için nikel sülfat ve nikel asetat tuzlan kullanılır. Renklendirmede banyo pH derecesi, sıcaklığı, kullanılan akım yoğunluğu, işlem süresi ve elde olunan kaplamanın kalınlığı yüzeyin özelliklerini etkilemektedir. Alüminyum üzerinde siyah nikel kaplı selektif yüzeyler için a = 0.91- 0.93 ve e = 0.09 - 0.18 arasında bulunmaktadır.

Ticari olarak üretilen siyah krom yüzeyler, İsviçre ve Amerikan firmalarınca uygulanmakta, hazır kaplanmış plakalar piyasaya sürülmektedir. Siyah krom kaplamalann korozyona karşı direncini artırmak için bakır malzeme üzerinde nikel ara katman kullanılmaktadır. Nikel kaplamanın kalınlığı 10-20 mm arasındadır. Ticari amaçla üretilen siyah krom yüzeyler metalik krom ile dielektrik Cr2O3'in karmaşık bileşimidir. Siyah krom tabakanın metale bitişik yüzeyinde metalik krom yoğunluğu, atmosfere açık yüzünde ise krom oksit yoğunluğu fazladır. Siyah krom kaplama için elektrokimyasal yöntemin dışında yöntemler de geliştirilmiştir. Siyah krom yüzeylerin dayanıklılığı yüksektir. Bu yüzeylerde a = 0.93-0.95 ve e = 0.09-0.16 arasındadır.

Son yıllarda Amerikan ve Alman firmaları tarafından seçici boyalar da piyasaya çıkarılmıştır. Seçici boyalar organik bir çözücü ile karıştırılarak ve/veya inorganik pigmentler katılarak sprey tabanca ya da coil-coating yöntemi ile uygulanmaktadır. Bu boyalar için fırın sıcaklığı 300 oC dolaylarındadır. Kaplamada 2 g/m2 boya yeterli olup, 100 m2 lik alana harcanacak boyanın maliyetinin 13-15 USD düzeylerinde bulunması, kullanımlarını çekici duruma getirmiştir. Seçici boyaların karakteristik değerlerine gelince a = 0.90-0.92 ve e = 0.18-0.25 düzeylerindedir. Seçici boyalardan başka, kağıt gibi yapıştınlabilir seçici folyolar da piyasaya çıkarılmıştır. Bu folyolar için a=0.94 ve e=0.13 gibi oldukça iyi düzeylerde bulunmaktadır.

Depolar

Güneşli sıcak su sistemlerinin diğer ana yapı elemanı depolardır. Depo su yardımıyla ısının depolandığı ünitedir. En iyi güneş kollektörü bile, uygun olmayan bir depo ile kullanılacak olursa, güneşli sıcak su servis sisteminin toplam verimi çok düşebileceğinden, depolar, üzerinde önemle durulması gereken elemanlardır. Güneş enerjili sistemlerde kullanılması gereken depolara ilişkin bir Türk Standardı bulunmamakla birlikte, temel yapılarının basınçlı kapların genel özelliklerine uygun olması, su ile temas eden iç kısımlarının diğer su ısıtıcılar için hazırlanmış standartlara benzer özellikler taşıması gerekmektedir. Boyler kazanları da depolar için örnek oluşturmaktadır. Depoların büyüklükleri sıcak su gereksinimine ve depolanmak istenilen ısı enerjisine göre belirlenir.

Ülkemizde galvanize sac depoların yaygın olmasına karşın, depo malzemeleri daha çok paslanmaz çelik ve güçlendirilmiş fiber glass'dır. Çelik depoların korozyona karşı korunmaları gerekir. Korozyona dayanıklı olması nedeni ile içi bakır olan depolar yapılmaktadır. Ayrıca, güçlendirilmiş beton depolar büyük sistemler için söz konusu ise de, kullanımları oldukça sınırlıdır. Korozyona karşı korunmuş paslanmaz çelik depolar, uzun ömürlü olmalarından ötürü daha çok yeğlenmektedir. Burada iki tip korozyon olup, bunlar elektrokimyasal korozyon ve galvanik korozyondur. Ayrıca, tankın oksidasyonu da söz konusudur.

Elektrokimyasal korozyona sıvının pH derecesi ve suda daima bulunan hidrojene göre metal elektrik potansiyeli önderlik etmektedir. Elektrokimyasal korozyondan korunmak için anodik ve katodik koruma yöntemleri olup, katodik koruma iyi sonuç vermektedir. Dışsal elektriksel güç gerektirmeyen bu yöntemde deponun içine magnezyum, alüminyum veya çinko bir elektrod yerleştirilmekte, aşınınca değiştirilmektedir. Elektrokimyasal korozyondan korumak amacıyla tankın içine epoksi, cam, emaye gibi bir kaplama da yapılır.

Galvanik korozyon ise, benzer olmayan metallerin bir elektrolit içinde birbirleri ile elektriksel kontakt kurmalarından oluşur. Bakır bağlantı elemanları ile demir-bakır kontaktı, ya da aluminyum-bakır ve aluminyum-demir kontaktları bu korozyona neden olur. Önlenmesi için benzer olmayan metallerin birbirinden elektriksel izolasyonu gerekir. Depo tankları oksitlenme ile de zarar görmektedir. Oksitlenme suda erimiş oksijenden kaynaklanır. Suya kimyasal katkı eklemekle bunu önlemek olanaklı ise de, yabancı madde istenmediğinden, tankın içi epoksi ya da benzer bir malzeme ile kaplanarak oksitlenme önlenmektedir.

Genelde depolar iç içe geçmiş iki silindir biçiminde olup, iki silindirin arasında ısı izolasyonu yer alır. Ülkemizde bu amaçla cam yününün kullanılmasına karşın, dünya piyasasında poliüretan ile izole edilmiş depolar kullanılmaktadır. Ayrıca, termos yapısına benzer biçimde, iç silindirin çevresi hava boşluğu içeren bir ceketle kaplanmaktadır. Kapalı, indirekt sistemlerde kullanılacak depoların iç silindirlerindeki ısı transfer akışkanının depolanacağı ceket bundan ayrıdır. Ancak, ceket tipi ısı eşanjörü yerine, enerji ekonomisi açısından depo içine yerleştirilmiş eşanjör yeğlenmekte ve dış piyasada özellikle istenmektedir. İndirekt sistemlerde kollektörden gelen ısı transfer akışkanına ait eşanjör deponun altına konulurken, yardımcı elektrikli ısıtıcı elektrik tüketimini azaltmak için üst tarafa yerleştirilmektedir.

Güneşli su ısıtıcılarla ilgili teknoloji bütünüyle olgunlaşmış ve tüm gelişimlerini tamamlamış durumdadır. Bununla beraber, selektif yüzey kaplama konusu gelişmelere açıktır. Ayrıca, plastik türevi etkili izolasyon üzerinde de durulmaktadır. Klasik kollektörlerin yanı sıra vakum borulu ve ısı borulu kollektörler de yapılmakta olup, bu tip kollektörler üzerinde teknoloji geliştirmeye yönelik Ar-Ge çalışmaları sürdürülmektedir. Vakum borulu kollektörlerin yapımında, cam ve metalik boru kesişme yerlerinde oluşan gerilmeler ve sızdırmazlık ile ilgili sorunlar vardır. Ayrıca, büyük kollektör hacimleri içerisinde kalacak gazların göstereceği basınç değişmeleri, sabit sıcaklıklarda değişime neden olabilmektedir.

Güneş Yapıları

Güneş yapılan (solar building) güneş mimarisinin konusunu oluşturmaktadır. Güneş mimarisi, binaların, güneş enerjisinden faydalanılarak, tamamen doğal yollarla, kışın ısıtılması, yazın serinletilmesi ve iç mekanlarının aydınlatılmasını sağlayacak şekilde dizayn edilmeleridir. Güneş evleri aktif ve pasif sisteme dayalı biçimde yapılmaktadır.

Aktif sistemde düz yüzeyli kollektörle toplanan ısı enerjisi bir sıvı akışkan tarafından pompalı sirkülasyonla alınmakta, eşanjörle sıcak su kazanına ve istenirse bir sorpsiyonlu klima cihazının ısıl jeneratörüne aktarılmaktadır. Sistemde pompalar, fanlar, kontrol vanaları, termostat ve diğer otomasyon aygıtları ile ısı deposu yer almaktadır. Aktif sistemli güneş evlerinin güneşli ısı pompası kullanılan tipleri de vardır.

Pasif güneş mimarisinde, bina kabuğunda yapılan değişikliklerle ısıtma gerçekleştirilir. Bu tür sistemlerde çeşitli mimari özelliklerden ve inşaat bileşenlerinden yararlanarak hacim ısıtması yapılır. Binanın güney duvarı bir beton-taş kollektör biçiminde yapılarak toplanan ısı enerjisi doğal hava sirkülasyonu ile yapı içerisine yollanır. Bu duvar aynı zamanda ısı deposu olmaktadır. Güneydeki duvarın kollektör olarak yapılması yerine, duvar üzerine hava ısıtıcı kollektör yerleştiren düzenlemeler de bulunmaktadır. Pasif sistemlerde kollektör-yapı içi arasındaki hava akımı doğal sirkülasyonla sağlanabileceği gibi basit fan da kullanılabilir. Pasif sistemle serinletme için çatı tipi evaporatif havuzlardan yararlanılır.

Bütün bu teknikler mimarlarca ticari olarak uygulanmakta ve genellikle enerji tasarrufu çalışması olarak göz önüne alınmaktadır. Aktif sistemin pahalı oluşuna karşın, pasif sistem ucuz ve kolay uygulanabilir karakterdedir. Güneş evlerinin çatılarına fotovoltaik paneller de yerleştirilmektedir.

Bu tür sistemler, binaların, ısıtma, soğutma ve aydınlatma ihtiyaçlarının tamamını güneşten sağlayamamalanna karşın, ısıtma amacıyla, binaların yıllık enerji ihtiyaçlarının %50'den fazlasını karşılayabilmektedir.

Türkiye'nin yıllık enerji tüketiminin %35-40'nın konfor ısıtması amacına hizmet ettiği dikkate alınırsa, bu sistemlerin, sadece ısıtma bazında sağlayabileceği enerji tasarruf oranı gözardı edilemeyecek kadar yüksektir. Ayrıca, pasif sistemlerin, soğutma ve aydınlatma konularında sağlayabilecekleri tasarruf oranlan da hesaba katılırsa, bir binanın toplam enerji tüketiminde yapılabilecek tasarruf daha da artacaktır.

Ülkemizin, güneş kuşağında bulunmasına karşın, pasif güneş sistemleri konusunda, bu kuşağın dışında kalan ülkeler kadar ilerleme kaydedememesi büyük bir eksikliktir. Bugüne kadar, bu konudaki çalışmalar, birkaç kurum bünyesinde yapılmış olan bilimsel araştırmadan öteye geçmemiştir. Bunlardan bazıları, ısıtma amacıyla dizayn edilmiş olan İzmir Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü Binası, Ankara Büyükşehir Belediyesi tarafından inşa ettirilmiş olan Güneş Evi ve İstanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi Gümüşsüyü Kampüsü'nde bulunan Güneş Evi'dir. İTÜ Makine Fakültesi'nde bulunan Güneş Evi'nde halen, DPT ve İTÜ Araştırma Fonu destekli iki ayrı proje yürütülmektedir.

Türkiye'de en son inşa edilen Erciyes Güneş Evi, 144 m iç kullanım alanına sahip olup, çatı kısmında bulunan hava kollektörlerinden elde edilen sıcak hava ile ısıtılan aktif tip güneş evidir. Erciye Güneş Evi 1996 yılında tamamlanmış olup, bina geçmiş iki yıl itibariyle %80-85 oranında güneş enerjisi ile ısıtılmıştır. Ayrıca, bu binadaki 3Om 'lik bir birim deneysel amaçlı olarak güneş enerjisi ile sıvı kollektörler kullanarak döşemeden ısıtılmaktadır. Erciyes Üniversitesi "Enerji Dönüşümleri Araştırma ve Uygulama Merkezi" bünyesinde laboratuvar ve ofis olarak kullanılmaktadır. Halen DPT ve Erciyes Üniversitesi Araştırma Fonu destekli iki proje yürütülmektedir.

Özellikle Avrupa ve ABD'de, birçok üniversite ve araştırma kuruluşlarında sürdürülmekte olan bilimsel çalışmalar yanında, ticari anlamda uygulamaya geçildiği ve bu konuda uzmanlaşmış birçok ticari kuruluşun pasif güneş sistemleri kurmakta olduğu görülmektedir. Bunlara örnek olarak, Almanya’da DOMUS, ve ABD’de ise "Enertia Building Systems" gösterilebilir. ABD’de bugüne kadar 17,000 binanın pasif sistem olarak dizayn edildiği belirtilmektedir. Ayrıca, bu ülkelerde pasif sistemlerin özendirilmesi ve yaygınlaştırılması amacına yönelik olarak devlet politikaları geliştirilmiştir. Örneğin, ABD Enerji Bakanlığı tarafından yürütülmekte olan "Federal Energy Management Program (FEMP)" çerçevesinde bu sistemlerin yaygınlaştırılması amacıyla bir dizi çalışmalar yapılmaktadır. Buna ek olarak, ABD'de bir adım daha atılarak, pasif sitemler konusunda bilimsel çalışmalar ve ticari uygulamalar yapan kurum ve kuruluşların aynı çatı altında toplanıp, birbirleri ile daha kolay iletişim sağlamaları ve organize bir şekilde çalışmalar yaparak, ortak projeler geliştirmeleri amacıyla, "Pasif Güneş Endüstrileri Konseyi" (Passive Solar Industries Council : PSIC) kurulmuştur.

Güneş Mimarisinin temel özellikleri şöyle açıklanabilir:

■      Güneş Mimarisi, enerji ihtiyaçları için doğrudan "Güneş Radyasyonunu" ya da "Güneş enerjisi türevlerini" kullanır.

■      Bu mimari tarz, iklim verilerini esas alır ve radyasyonla birlikte sıcaklık, rüzgar, nem gibi faktörleri tasarımın önemli kriterleri olarak değerlendirir.

■      Güneş Mimarisi, "pasif ve aktif güneş sistemlerinden, ayrı ya da bir arada yararlanır.

-    Sistemin aktif hale dönüştürülmesi ile gelişmiş "Güneş teknolojilerinden" en iyi biçimde yararlanır. Güneş pilleri ve Güneş kollektörlerini, mimari bir eleman olarak değerlendirir.

■     Doğal ısıtma ve soğutma sistemlerini kullanarak, binaların gereksiz ve aşın ticari enerji tüketimlerini önler.

■     Çevre değerlerini, mimarinin öğeleri olarak ele alır ve biçimlerini bu değerlerle birlikte oluşturur.

■     Çevreye verilen zararları en aza indirir.

■     Yapay ve sağlığa zararlı malzemeler yerine zararsız, yerel ve doğal malzemeler kullanır.

■     Ekolojik döngüleri ve değerleri dikkate alarak planlama ve tasarım uygular.

■      Ekonomiktir. Doğal malzemeleri ve doğal enerjileri kullandığı için pahalı olmayan bir sistemdir.

Diğer Isıl Sistemler

Güneş enerjisi tarımsal ve endüstriyel ürünlerin kurutulması, acı ve tuzlu suların damıtılması, yemek pişirme ve endüstriyel pişirme, güneş motorları, yüksek sıcaklık uygulaması olarak metal ergitme (güneş fırınlan) alanlarında da kullanılabilmektedir.

Güneş enerjisinin tanm alanındaki en önemli uygulamalan, ürün kurutma ve seralardır. Kabinet tipinde ya da zorlanmış hava akımlı depolu biçimde yapılan tarımsal kurutucularda düz yüzeyli kollektörler kullanılır. Güneş imbikleri de denilen, deniz suyundan ya da acı sulardan tatlı su ve tuz minerali üreten güneşli distilasyon üniteleri yine düz yüzeyli kollektörlü düşük sıcaklık uygulamalarıdır. Güneşle ısıtılan seralar ise pasif yapıda olabileceği gibi, hava hareketini sağlayan aktif bileşenler de içerebilir. Dünyada kırsal yörelerde sınırlı bir biçimde kullanıl­maktadır.

Güneşli kaynatıcılar ve yemek pişiriciler, güneşli sterilizörler ise genelde odaklı kollektörlü olup, güneş ışınlannın yoğunlaştırılmasıyla elde olunan yüksek sıcaklıklı ısıyı kullanırlar. Bu kollektörler çoğu kez çanak biçimindedir. Ancak, pişiricilerin düz yansıtıcılı plakalarla donatılmış ısı kutusu tipleri de vardır. Çift camlı, kutu tipli ocaklar güneşli saatlerde yemek pişirilmesini sağlayabilirler. Hindistan, Çin gibi bazı ülkelerde yemek pişirmek için güneş enerjisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemler kömür ve odun tüketimimi azaltsa da elektrik ve doğal gazın yerine geçemezler.

Güneş enerjisi ile mekanik enerji üretmek için, sıcak hava motorlanndan (Stirling ve Ericsson çevrimli) ve güneş buhar güç sistemlerinden (Rankine ve Brayton çevrimli) yararlanılmaktadır. Bu motorlar ve türbinlerle sulama pompaları başta olmak üzere çeşitli iş makineleri çalıştırılabil-mektedir. Güneşli su pompalan, güneşli sıcak hava motorlanyla (Stirling motorlan), özel buharlı güç çevrimine dayalı güneş kuvvet makineleriyle çalıştırılmaktadır. Stirling motorlu tesislerde çanak tipi odaklı kollektörler kullanılırken, buharlı güç çevrimine dayalı olanlarda klasik düz yüzeyli, vakum borulu, ısı borulu ve uzunlamasına silindirikal odaklı kollektörler kullanılmaktadır.

Güneş enerjisi teknolojisinin gelişim süreci içerisinde yüksek sıcaklık üretmeye yönelik güneş fırınları önemli yer tutmuştur. 1955-1965 dönemindeki teknoloji ile Fransa Pireneler'de kurulan 1 MW güçlü Mont-Louis Güneş Fırını, gelişmiş ve örnek bir fırın olarak gösterilmektedir.

Güneşli Soğutma

Güneşli soğutma ters ısı çevrimine dayalı bir ısıl uygulama olarak diğer ısıl uygulamalardan ayrılmaktadır. Güneş enerjisince zengin yörelerde soğutma gereksinimi büyük olmaktadır. Bozulabilir gıdalar ile ilaç ve aşıların soğuk depolanmasına, buz üretimine yönelik güneşli soğutma (solar refrigeration), özellikle izole alanlar ve kırsal yöreler için ilginçtir. Güneşli soğutmanın endrüstriyel amaçlı kullanımı da söz konusudur. Soğutmada güneş enerjisi kullanımı için potansiyel yöntemlerin geniş bir dağılımının olduğu söylenebilir.

Genelde enerji tüketiminin küçümsenemeyecek bir bölümü soğuk üretimine gitmektedir. Sıcak iklim bölgelerindeki elektrik tüketimi içerisinde soğutma uygulamalarının payı %40'lara ulaşabil­mektedir. Konvansiyonel soğutucularda çevrim için gerekli mekanik güç, çoğunlukla bir elektrik motorundan ve sınırlı biçimde bir içten yanmalı motordan sağlanmaktadır. Çevrimi ısı girdisine dayalı soğutuculara gelince, elektrik veya petrol türevlerinden ve daha çok tüplenmiş gaz yakıttan üretilen ısı kullanılmaktadır.

Güneş enerjisi uygulananabilir soğutma çevrimleri çok çeşitli olup, aşağıdaki yöntemlerde herhangi biri ile soğutmada güneş enerjisi kullanılabilir:

 

 

Buhar kompresyon sistemleri (VCS)                   Buhar absorpsiyon sistemleri (VAS)

 

Buhar adsorpsiyon sistemleri (VADS)                Buhar-jet sistemleri (VJS)

 

Evaporatif serinletme (cooling )                           Termoelektrik sistemler (TES)

 

                                                                                 sistemleri (ECS)

 

                                                                                 Hibrid sistemler (örneğin VJS+VCS)

 

Kompresyonlu soğutma sistemlerinde kompresörün tahriki için ya bir güneş ısı makinesi (Rankine veya Brayton çevrimli) ya da fotovoltaik panelden sağlanan elektrik enerjisinin çalıştırdığı elektrik motoru kullanılmaktadır.

Üzerinde en çok durulan güneşli soğutucular ise sorpsiyon tip soğutuculardır. Bunlar dünya piyasasına ticari amaçla çıkarılmış ürünler olmakla birlikte, ülkemizde kullanılmamaktadır. Küçük kapasitelerden büyük kapasitelere dek çok geniş bir aralıkta kullanıldıkları gözlenmektedir.

Katı absorpsiyonlu güneşli soğutucularda, soğutucu akışkan olarak NH3 ve absorban olarak CaCl2, SrCL2, NaCl, KCl, SrBr2 ve MnCl2 kullanılmaktadır. Sıvı absorpsiyonlu soğutucularda kullanılan çiftler ise NFİ3/H2O, NH3/LİNO3, LİBr/H2O, NH3/NaSCN, LiBr/CH3OH vb. olabilmektedir. Genelde Freon türevlerinin kullanılmadığı bu sistemler çevre dostu olarak bilinir. Adsorpsiyonlu sistemlere gelince kullanılan çiftler, zeolit/H2O, zeolit/CH3OH, zeolit/R11, Rl2, R22, R114, aktif kömür/R11, R12, R22, R114, aktif kömür/CH3OH, aktif kömür/NH3, silikagel/SO2 vb. olarak sıralanabilir.

Bir güneşli soğutma sisteminden, sistemin yeteri açıklıkta sıfır altı ve sıfır üstü soğutma sıcaklıklarını sağlaması, sistemin minimum güçle çalıştırılabilmesi, gerekli güneş kollektör alanının minimum olması, soğutma performans katsayısının maksimum olması ve yapısal basitlik istenmektedir.

Güneşten Elektrik Üretimi ve Elektrik Santralları

Güneş enerjisinden elektrik üretimi direkt ve indirekt olarak ikiye ayrı yöntemle gerçekleştirilir. Direkt yöntem kapsamında fotovoltaik, termoelektrik ve termoiyonik çeviriciler yer alır. Güneş enerjisinin indirekt biçimde elektriğe dönüştürülmesi ise, güneşten yararlanılarak üretilen buhar ve bunu değerlendiren bir buhar güç çevrimi ya da güneş enerjisiyle elde olunan hidrojen ve bunun kullanıldığı termik elektrik üreteci ve yakıt pili ile olmaktadır.

Güneş elektrik santralları PV (fotovoltaik) tipi ve termik elektrik tipi olarak ikiye ayrılmaktadır. Güneş enerjisinden elektrik üretimi ilk kez 1954 yılında Amerika'da Bell Telefon Laboratuvarlannda üretilen PV güneş pilleri ile gerçekleştirilmiştir. Güneş enerjisi girdili buhar makine ve buhar türbin sistemleri ile güneş fırınlarının çok öncelerde yapılmasına karşın, güneş termik elektrik santrallarının kurulması 1970'lerin sonlarını bulmuştur.

Güneş termik elektrik santralları, heliostat tarlalı ve merkezi güç kuleli, parabolik oluk tipi odaklı kollektör tarlalı ve dağınık parabolik çanak kollektör tarlalı tiplerde olmaktadır. Büyük çapta elektrik üretimi için parabolik oluk kollektörlü sistemler ile merkezi güç kuleli sistemlerin uygun olduğu görülmüştür. Parabolik çanak tipi kollektörlü sistemler daha çok otoprodüktör üniteler için uygun görülmektedir.

Güneş Termik Santralları

ABD California Barstovv yakınında 10 MW'lık Solar-1 adlı güneş termik elektrik santralı ilklerin en büyüğüdür. O dönemde Güney Fransa'da 2.5 MW'lık Themis Santralı, Sovyetler Birliği Azak Denizi kıyısında 5 MW'lık SES-5 Santralı, İspanya Almeria'da 1.2 MW'lık CESA-1 Santralı, İtalya Adrano'da 1 MW'lık EURELIOS Santralı ve Japonya Nio'da 1 MW'lık Güneş Işığı Santralı, ilk güneş termik elektrik santrallandır. Bunların hepsi merkezi güç kuleli santrallardır.

Güneş enerjisinden elektrik üretiminde atılım, Amerika'da Güneş Elektrik Üretim Sistemleri (SEGS) Projesi kapsamında olmuştur. Bu projeyle California Mojave çölünde LUZ Termik Güneş Santralı kurulmuştur. Bu santral parabolik oluk kollektör tarlalı tiptedir. 1985 yılında 13.8 MW'hk ilk ünitesi ve 1991 yılında da 80 MW'lık dokuzuncu ünitesi işletmeye alınan LUZ Santralı, ilk dokuz ünitesi ile toplam 353.8 MWe (-354 MWe) net kurulu güce sahiptir.

Termik güneş güç santrallarının temel teknolojisi, bir akışkanın güneş radyasyonu ile ısıtılarak buharlaştırılması ve buharın bir turbo-jeneratör devitimi için kullanılması kuralına dayanır. Termik güneş elektrik teknolojisi doğrusal ve noktasal yoğunlaştırıcı sistemler olarak iki gruba ayrılabilir. Parabolik oluk, doğrusal yoğunlaştırıcı grubuna girerken, merkezi güç kuleli sistem ve parabolik çanak noktasal yoğunlaştırıcı sistem grubuna girmektedir. Ünite güçleri 0.5-200 MW arasında olan veya büyük çapta elektrik üretimi amaçlanan koşullarda, parabolik oluk sistemler ile merkezi güç kuleli sistemler üzerinde durulmaktadır. Parabolik çanak tipi sistemler, şimdilik otoprodüktör güçler için 10-100 kW'lık ünitelerde uygun görülmektedir.

Günümüzün gelişmiş sistemi olan parabolik oluk sistemde, silindirikal odaklı kollektörler, bir diğer  deyişle  güneş   radyasyonunu  yoğunlaştırıcı   (konsantratör)   üniteler  kullanılmaktadır.

Konsantratörler, radyasyonu odak boyunca uzanan alıcı boru üzerinde toplamaktadır. Yoğunlaştırma oranlan 1/10 ile 1/100 arasında ve çalışma sıcaklıkları da 400oC düzeyindedir. Isı transfer akışkanı olarak daha çok yağ kullanılmaktadır. Isıtılan akışkan merkez üniteye boru hattından gönderilmekte ve ısının buhara transferinden sonra turbo-jeneratör ile elektrik üretilmektedir. Isıtılmış yağ-buhar kazanlarının elimine edilerek maliyetin düşürülmesi için direkt buhar üretimi üzerinde çalışılmaktadır. Parabolik oluk sistemin ilk kez Fransızların 0.5 MW'hk VIGNOLA santralında kullanıldığı görülmüştür. Bu sistemin veriminin artırılmasına ve maliyetinin düşürülmesine yönelik olarak çeşitli ülkelerde çalışmalar yapılmaktadır. Büyük ölçüdeki uygulaması ABD'nin 354 MW güçlü LUZ santralında olmuştur.

LUZ santralının, solar elektrik üretim sistemleri (SEGS) diye adlandırılan 9 ünitesi vardır. Herbir SEGS'in güneş tarlasında birkaç yüz modüler güneş kollektör yapısı (SCA) kullanılmıştır. Bunlar doğrusal odaklı uzunlamasına parabolik içbükey aynalardır. Güneş radyasyonunun yansıtıldığı odak doğrusuna ısı toplama elemanı denilen özel işlenmiş çelik boru yerleştirilmiştir. Isı transfer akışkanı (HTF) sentetik yağdır.

Güneş termik elektrik santralı için maliyet, tek ticari uygulama olan LUZ santralı üzerinden verilebilir. Parabolik oluk LUZ güneş-doğal gaz hibrid santralında 1990 yılında % 25-30 doğal gaz katkısı ile birim enerji maliyeti 11-14 cts/kWh iken, 1993 yılında 6.3-7.4 cts/kWh düzeyine ve 1995/96'da 5 cts/kWh'a düşürülmüştür. Yalnız güneş girdisi koşulunda bu maliyet % 18-40 arasında bir düşüş göstermektedir. Güneş elektriğinde birim enerji maliyeti, büyük güçlü ünitelerde küçük güçlü ünitelere göre daha düşük olmaktadır. LUZ santralı örneğinde ünite gücünün iki kat artmasının birim enerji maliyetini %20 azalttığı görülmüştür. Deneme aşamasında olan merkezi kuleli sistemde 1984 yılında 23 cts/kWh olan maliyet, bugün için ancak 8.0-10.1 cts/kWh düzeyine çekilebilmiştir.

Gelecek için güneşle merkezi ısıtma ve yerel olarak elektrik üretme, yani kombine ısı - güç üretimi (kojenerasyon) uygulamaları üzerinde çalışılmaktadır. 100 - 1000 konutun ısı ve elektrik gereksinimini karşılamayı amaç edinen bu projelerde uzunlamasına silindirikal odaklı kollektörler, yüksek sıcaklıklı su deposu, turbojeneratör, alçak sıcaklıklı su deposu, ısı dağıtım ve elektrik dağıtım sistemleri yer almaktadır. Sistemdeki kollektörler, güneş termik elektrik santrallarında olduğu gibi bir kollektör tarlası biçiminde tasarlanmaktadır.

Gelecek için yeryüzü güneş santrallarından başka, uzaya yerleştirilecek kollektör uydusu ve dünya bağlantılı jeosenkronize güneş santrallan kurulması amaçlanmaktadır. Dünyadan 36 bin km uzaklıkta ve 10 bin MW güçlü bir uzay santralından üretilecek elektrik enerjisi, santralın 1 km çaplı anteninden mikrodalgalarla dünyaya iletilecek, dünyadaki 7 km çaplı bir anten bu enerjiyi %55-75 tesirlilikle alıp, doğru akım verebilecektir. Bu proje Amerika Apollo Uzay Programı'nda yer almıştır.

Güneş enerjisi temiz bir kaynaktır. Bugün dünyanın en önemli çevre sorunu, atmosferdeki C02 artışından ve sera etkisinden kaynaklanan küresel ısınmadır. Oysa, tanıtılan santrallar C02 emisyonu olmayan santrallardır. Bunların C02 emisyonundan sağladıkları tasarruf literatüre göre 1000-2500 ton CO2/MWyıl kadardır. Ülkemiz koşullarına göre yapılan değerlendirme, güneş santrallan ile C02 şahmından tasarrufun kömür santrallarına göre 3750 ton C02/MWyıl, petrol santrallarına göre 3000 ton C02/MWyıl ve doğal gaz santrallanna göre 2275 ton C02/MWyıl olacağını ortaya koymuştur. Ayrıca, NOx ve SOx ile uçucu kül atımını engellemek gibi yararlan da vardır.

Güneşin temiz kaynak olması, olumsuz çevre etkilerinin hiç bulunmaması demek değildir. Teknoloji, insanların çevrelerini değiştirmek için uyguladıkları tekniklerin tümü olduğundan, bu enerji teknolojilerinin de çevrede bazı değişiklikler oluşturması, bu değişikliklerin içinde olumsuzlukların da bulunması kaçınılmazdır. Sıralanacak olumsuzluklar, yok denecek düzeyde kalmaktadır. Yine de güneş termik santrallarına ait odaklı kollektör tarlalarında veya heliostat tarlalarında aşırı radyasyon yoğunlaşması ve ışık kirliliği görülebilmektedir.

Güneş Pilleri ve Fotovoltaik (PV) Santrallar

Elektrik üretimi için bir diğer olanak da güneş pilleridir. Güneş pilleri, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Güneş pilleri 40 yılı aşkın bir süredir uzayda güvenilir olarak kullanılmaktadır. Yeryüzünde kullanılması 19701i yıllarda başlamıştır. Güneş pili geniş alanlı bir yarı iletken pn diyottur. Yarı iletkene giren ışığın yeterli düzeyde enerji taşıyan fotonlannın, kristalin n ve p bölgelerinde serbestleştirdikleri yük taşıyıcılar, diyodun pn ekleminde oluşan elektrik alanı etkisiyle ayrı kalarak diyot uçları arasında bir gerilim oluşturur. Diyot uçları bir iletkenle birleştirilerek yüklendiğinde ise diyottan akım çekilir.

Güneş pillerine dayalı PV güç sistemleri, akım ve voltaj gereksinimlerine bağlı olarak düzenlenmiş PV modüller, sistemde depolamaya gereksinim varsa aküler ve kontrol alt sistemi ile DC/AC dönüşümünü sağlayan invertörlerden oluşur. Son 20 yılda PV teknolojisindeki gelişmelere ve PV pazarının büyümesine paralel olarak maliyetler düşüş eğilimine girmiştir. Uluslararası Enerji Ajansı'nın 17 ülkeyi içeren değerlendirmesine göre, 1990-1995 döneminde her yıl %25 artışla 53 MWe gücünden 180 MWe gücüne ulaşılmıştır.

Elektronik sanayiinde çok önemli bir rol oynayan silisyum, gelişmiş teknolojisi ile günümüzde güneş pili üretiminde en yaygın kullanılan yan iletkendir. Teknolojik olarak tek kristal-çok kristal (c-kristal) ve incefılm (a-silisyum) olarak üretilen güneş pilleri ile oluşturulan ticari fotovoltaik modüllerde günümüzde sırasıyla %15-17.5, 12-14 ve 5-8 verim elde edilmektedir. Çok katlı (tandem) güneş pillerinde elde edilebilecek teorik verim ise %40 dolaylarındadır.

Değişik yarı iletken malzemeler güneş pili yapımında kullanılmaktadır. Ancak, silisyum kullanılan en yaygın malzeme olmaya devam etmektedir. Güneş pili, tek/çok kristal blok veya tabakadan elde edilerek dilimlenmiş kalın kristal malzemeden veya bir taşıyıcı üzerinde oluşturulmuş çok kristal veya amorf ince film tabakalardan üretilmektedir. Aşağıda günümüzde kullanılan başlıca malzemeler verilmiştir.

a)   Kaim Kristal Malzeme

       a1)   Kristal Silisyum

 

       a2) Galyum Arsenit (GaAs)

 

 

 

b) İnce Film Malzeme

     b1)  Amorf Silisyum

 

     b2)    Kadmiyum Tellürid (CdTe)

 

      b3)   Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)

 

 

 

c) Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler

 

 

 

Uygulamada fotovoltaik elektriğin klasik kullanımı, elektrik dağıtım sisteminin, yani şebekenin, erişemediği yerler ile sınırlıdır. Elektriğin zaten var olduğu yerlerde ise PV akla gelmemektedir; çünkü maliyeti konvansiyonel santrallarda üretilene göre daha yüksek görünmektedirGüneş pili üretimi, yüksek teknoloji gerektiren bir yapım tekniği istemekte, dolayısiyle pahalıya mal olmaktadır. Ancak, gelişen teknoloji ile bu mal oluşlar geçmişte çok hızlı bir düşme göstermiştir ve maliyetlerin azalma eğilimi devam etmektedir. Bu alanda yapılacak Ar-Ge yatırımları, devletlerin bu alandaki çalışmaları desteklemeleri ile geliştirilecek teknikler sonucu, fiyatların daha da düşeceği kesindir. Bugün bu pillerin fiyatları 5-6 $/Wp'e dek düşmüş durum­dadır.

 

Güneş pilleri ticari olarak, yaklaşık 50 cm x 100 cm alan ve 3 cm kalınlıkta olan güneş pili modülleri halinde pazarlanmaktadır. Genelde 36 adet seri bağlı kristal tip Si hücrelerden oluşan bir modül gündüz saatlerinde 3 amper civarında akım ve 16 volt'un üzerinde gerilim verir. Daha yüksek gerilim ve akımlar modüllerin seri ve paralel bağlanmasıyla elde edilir. 5 MW toplam gücü aşan PV jeneratörler tesis edilerek başarıyla çalıştırılmıştır.

PV jeneratörler akümülatör yedekli, dizel ve/veya rüzgar jeneratörü yedekli veya şebekeye bağlı olarak çalıştırılır. Fotovoltaik sistem, vvatt mertebelerinden (küçük elektronik devrelerin beslenmesi) W-kW mertebelerine (katodik koruma, sinyalizasyon, iletişim üniteleri, pompalama ve sulama tesisleri, evler, çiftlikler) ve MW mertebelerine (PV santrallar) kadar uzanmaktadır. Bu sistemler şebekeden bağımsız ve şebekeye bağlı olmak üzere iki grupta ele alınabilir.

Şebekeye bağlı PV elektrik santrallannın güçleri 100 kWe ile onlarca MWe arasında olmaktadır. Yine şebekeye bağlı, ancak dağıtılmış durumda olan bina çatı ve yüzeylerine yerleştirilen sistemler ise 1 kWe ile 50 kWe arasında değişmektedir. Bu sistemlerde iki yönlü sayaç kullanılır. Bu tür dağınık uygulamaların dünya genelindeki toplam gücünün 1995 itibari ile 35 MWe olduğu belirtilmektedir. Avrupa'da bu tür sistemler devlet sübvansiyonları ile yaygınlaştırılmak istenmekte ve dünyanın 1997 yılı PV pazar hacminin 100 MWe dolayında olduğu söylenmek­tedir.

Güneş PV santrallan olarak, 1982'de California'da 1 MW'lık Edison Lugo PV Santralı kurulmuş, bunu Los Angales-San Francisco arasında kurulan 6.5 MW'lık Carissa Plains Santralı izlemiştir. Amerika'nın dışında başka ülkelerde de PV santrallan bulunmakla birlikte, toplam kurulu güçleri güneş termik santrallannın %10'u düzeyini aşmamaktadır. Bunun çeşitli nedenleri olmakla birlikte, PV üreteçlerinin merkezi santraldan çok otoprodüktörler için uygun oluşu, aynca birim kurulu güç maliyetinin termik tiplerden 3.7-5.2 kat daha yüksek bulunuşu başta gelen nedenlerdir.

Fotovoltaik santral olarak adlandırılan yüksek güçteki PV jeneratörlere yeni bir örnek olarak, halen Girit adasında yapımı sürmekte olan 5 MW'lık santral verilebilir. Bu santralın kurulu gücünün 2003 yılına kadar 50 MW'a yükseltilmesi planlanmıştır.

Yıllık güneş pili piyasasının 500 milyon dolan aşkın olduğu kestirilmektedir. Güneş pili üretim kapasitesinin yıllık 50-100 MW olduğu sanılmaktadır. Bu rakamlar, dünyadaki enerji kullanımı göz önüne alındığında denizde bir damla gibi görünse de, gerek bu alandaki teknolojik gelişmeler, gerekse giderek kullanım alanlannın çeşitlenmesi ve ayrıca çevre dostu bir enerji niteliğinde olması, bu alanda hızlı gelişmelerin beklendiğine işaret etmektedir.

Güneş pili sistemlerinin maliyeti, temel olarak iki kısımda incelenebilir. Bunlardan ilki, güneş pili modüllerinin maliyetidir, ikinci kısım ise invertörler, elektronik denetim aygıtları, depolama, kablolama, arazi, altyapı hazırlama gibi sistem destek elemanlarının maliyetidir. Genelde, güneş pillerinin maloluşu, toplam sistemin maloluşunun yaklaşık yansı kadar olmaktadır.

Ancak güneş pili sistemleriyle ilgili maliyet karşılaştırmalarında çevre etkileri dikkate alınma­maktadır. Ulusal enerji kaynaklarının yetersizliği konu olduğunda, şebekeye bağlı münferit PV sistemlerinin genelde önemli bir tasarruf potansiyeli oluşturduğu, bu konuda yapılan çalışmaların sonuçlarından anlaşılmaktadır. Örneğin, Almanya'da yapılan bir çalışmada, bireysel tüketicilerin evlerinin çatılarına koydukları güneş pilleri ile ürettikleri elektriğin üçte birini kendilerinin tükettikleri, geri kalanını ise enterkonnekte sisteme vererek ulusal elektrik enerjisi üretimine katkıda bulundukları saptanmıştır. Sonuç olarak, Almanya şartlarında, binalarda güneş pilleri kullanıldığında üçte bir oranda tasarruf doğmaktadır.

Benzer bir çalışma NREL (National Renevvable Energy Laboratory) tarafından Colorado'da başlatılmıştır. Bu projede, 2 kW'lık bir PV jeneratör karşılığı olan 8000$, gönüllü yatırımcı­lardan nakit olarak veya ayda 100 $ taksitle kredili olarak alınmaktadır. Büyük çapta enerji üretimi sözkonusu olduğunda ise, örneğin, halen Girit Adasında yapımı sürdürülmekte olan PV santral için, birim kW başına yatırım maliyeti ilk 5 MW'lık kısım için 3500 $, toplam 50 MW için ise 2400 $ olarak verilmektedir. Bu maliyet, doğalgaz (680 $/kW), hidrolik (1200 $/kW), ithal kömür (1450 $/kW), linyit kömür (1600 $/kW) ve nükleer (1800-2700 $/kW) santral maliyetleri ile karşılaştırıldığında, PV santral seçildiğinde ilk yatırım için önemli oranda bir fark ödenmesi gerektiği ortaya çıkmaktadır. Ancak, yakıt giderinin olmaması, bakım giderlerinin ise diğerlerine göre çok daha az olması, birim kWh başına enerji maliyetini çok aşağılara çekmektedir. Çevre maliyeti ise, güneş pillerinin üretimi aşamasında gerekli olan dışında sıfır olarak kabul edilebilir.

Güneş pili teknolojileri genç teknolojilerdir ve hızla gelişme eğilimi içindedir. Alışılagelmiş enerji üretim yöntemleri bugün çevre kirliliğinin önemli nedenlerinden biri durumundadır. Ayrıca bu yöntemlerde kullanılan fosil yakıtların da bir süre sonra bitecek olmaları gerçeği bilinmektedir. Bu yönüyle gelecek yüzyıl, güneş ve onun türevleri ile diğer tükenmez ve temiz enerji kaynaklarının kullanımında atılım yapılacağı bir yüzyıl olma görünümündedir.

Türkiye'de Öncelikle Yapılması Gereken Uygulamalar

Türkiye'de genel enerji planlaması kapsamında yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kombine ve entegre kullanımı planlanmalıdır. Jeotermal enerji ve rüzgar enerjisi kaynağın bulunduğu yörelerde kullanılırken, güneş enerjisi Doğu Karadeniz Bölgesi dışında tüm bölgelerimizde geniş ölçüde kullanıma uygundur. Güneş enerjisinin Güneydoğu Anadolu Bölgesinde kullanımına öncelik verilmelidir. Yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklan konusunda hizmet verecek mühendislik, müşavirlik ve müteahitlik firmalarının kurulması ve gelişmesi teşvik edilmelidir.

Türkiye'de güneş enerjisinin tüm kullanım alanları ile yaygınlaştırması gerekmektedir. Güneşli su ısıtıcılann, standart kaliteden aşağı olmayacak tiplerle kullanımlannın yaygınlaştırmaları, bu alanda tüketiciyi koruyacak, üreticiyi teşvik edecek önlemlerin alınması gerekmektedir. Güneş enerjisinin diğer kullanım alanlannın tanıtımına yardımcı olacak pilot uygulamalar ve demon-strasyon çalışmalan yapılmalıdır. Ülkemizde güneş enerjisinin ısıtma ve iklimlendirmede kullanımını geliştirmek ve yaygınlaştırmak için kent planlamasından bina yapımına dek çeşitli yerlerde uygulamaları belirleyecek bir yasal düzenleme yapılması gerekmektedir.

Güneş mimarisi uygulamaları ile güneş evlerinin yaygınlaştırılması gerekmektedir. Güneş mima­risinin etkin bir şekilde başlatılması için, aşağıdaki koşullar gereklidir.

■     Güneş mimarisi için "altyapı" hazırlanması

■     Güneş mimarisi için gerekli "teknoloji" geliştirilmesi

■     Ar-Ge faaliyetlerinin organize edilmesi

■    Güneş mimarisinin yürütülmesi için araştırma ve uygulama kurumlan oluşturulması

■     Güneş mimarisi eğitimi için yeni düzenlemeler getirilmesi

■     Güneş mimarisi uygulama örnekleri gerçekleştirilmesi

■    Güneş mimarisi önündeki yasal engellerin kaldırılması ve yasal mevzuatın düzenlenmesi

■     Güneş mimarisine teşvikler sağlanması, kredi öncelikleri verilmesi

■     Güneş mimarisi için sivil toplum örgütleri kurulması ya da teşvik edilmesi.

Yukarıda belirlenen işlerin yapılabilmesi için. TÜBİTAK, üniversiteler, devlet kurumları, meslek odaları ve halk arasında işbirliği gerekmektedir. Bu işbirliklerinin sağlanması ise örgütlenme modeli ile yakından ilgilidir. TÜBİTAK, ülkenin gelişmesini sağlayacak böyle bir konuda öncülük etme görevi yüklenirse, bu sorumluluğu, yeni bir "örgütlenme modeli" kurarak ya da kurulmasını teşvik ederek yerine getirmelidir.

Ülkemizde bozulabilir tarımsal ürünlerin sağlıklı koşullarda üreticiden son tüketiciye dek ulaştırılmasında gerekli soğutma zincirindeki yetersizliklerin giderilmesi açısından, güneş enerjisiyle soğutma teknolojisinin geliştirilmesi önemlidir. Teknoloji zaman içinde endüstriyel soğutma boyutuna da uzanabilir. Güneşli soğutma teknolojisinin geliştirilmesi ve güneşli soğutucuların yerli teknoloji ile kullanıma sokulmaları için seçilecek sistemlere öncelik verilerek Ar-Ge çalışmaları yürütülmeli, gerekli teknoloji transferleri yapılmalı ve bu tür sistemlerin üretilerek piyasaya çıkarılması teşvik edilmelidir.

Su buharı kompresyonlu güneşli soğutma, hava kompresyonlu güneşli soğutma, katı absorp-siyonlu güneşli soğutma, sıvı absorpsiyonlu güneşli soğutma, adsorpsiyonlu güneşli soğutma, freon veya amonyak buharı kompresyonlu güneşli soğutma, buhar (freon veya amonyak) jet güneşli soğutma sistemleri arasında yapılan karşılaştırma en uygun sistemin sıvı absorpsiyonlu, ikinci derecede uygun sistemin buhar-jet ve üçüncü derecede uygun sistemin buhar kompresonlu (freon veya amonyak) fotovoltaik panel elektrik motoru tahrikli sistem olduğunu ortaya koymuştur. Özellikle sıvı absorpsiyonlu ve buhar jet sistemlerinin yaygın ve ekonomik kullanım için ülke koşullarına uygun olarak geliştirilmeleri gerekir. Ülkemizde yapılan sınırlı çalışmalarda çeşitli sıvı absorpsiyonlu sistemler üzerinde durulmuşsa da, yeterince bir ulusal teknoloji birikimi oluşturulduğu söylenemez. Buhar jet sistemi üzerinde ise hiç durulmamıştır.

Güneş termik elektrik santralları konusunda hızla gelişen teknolojileri takip etmek için kısa dönemde teknoloji transferine, uzun dönemde de yerli teknoloji oluşturulmasına gidilmeli ve bu konuda Ar-Ge çalışmalarının yanı sıra, santral ön fizibilitelerine de başlanmalıdır. Güneş - doğal gaz hibrid termik santrallarınınn Güneydoğu Anadolu'da kurulması uygun olacağından doğal gaz dağıtım hatlarının projelenmesinde bu kriter göz önünde tutulmalıdır.

Bugün güneş pilleri konusunda pek çok ülkede devlet desteği ile gerçekleştirilen uygulamalar Türkiye'de de yapılmalıdır. Bu uygulamalar, enterkonnekte sistemin erişemediği gözetleme istasyonu, fener kulesi, petrol boru hattı ve benzeri alışılmış PV enerji sistemlerinin dışında; balık çiftlikleri, otel ve lokantalar, şebekeye bağlı ev ve sanayi tesisleri ile başlangıçta küçük çaplı PV elektrik santrallannı kapsamalıdır. Devlet bunun tanıtımını yapmalı, bireysel katılımcıları özendirmeli, PV enerji ticaretini ve üretimini teşvik etmelidir. Türkiye, sahip olduğu yüksek güneş enerjisi potansiyeli ile, yalnızca, gelişmiş ülkelerin bir pazarı olarak değil, beyin gücü ve teknolojisi ile bu konuda önemli çalışmalar yapan bir ülke konumunda olmalıdır.

Otoprodüktörler ile ilgili yasa, şirket ve benzeri kuruluşların kendi elektriğini üretmesine ve fazlasını devlete satmasına izin verirken vatandaşın kendi elektriğini üretip fazlasını devlete satmasına elverişli değildir. Güneş pillerinden 1-5 kW gücünde santralların kurulacağı düşünüldüğünde, gündüz üretilen fazla elektriğin devlete satılması sözkonusu olacaktır. Bu konu ile ilgili yasal düzenlemeler zaman geçirilmeden yapılmalıdır.

Güneş pili ile ilgili bilimsel ve teknolojik Ar-Ge çalışmaları devlet ve özel sektörce desteklenmeli, özendirici, isteklendirici önlemler alınmalıdır. Bu konuda gerek ulusal gerekse uluslararası ortak projelerin oluşturulmasına önem verilmeli, bunun için kolaylıklar sağlanma­lıdır. Güneş pillerinin geliştirilmesi ve uygulamalarının yaygınlaştırılmasına ilişkin çalışmalarda yer alınmalı ve bu yöndeki teknolojilerin bir an önce uygulamaya konulması için gerekli özendiricilikler sağlanmalıdır. Ancak, güneş pili teknolojisi hızla gelişen bir teknoloji oldu­ğundan, teknolojiler çabuk eskimekte ve yeni teknolojiler uygulamaya konurken eski teknoloji kullanan üretim makineleri ucuz fiyatla gelişmekte olan ülkelere satılmaktadır. Bu yönüyle, özellikle ülkemiz için yeni olan bu alandaki uygulamalara girerken, eskimiş üretim makinelerini alarak boşuna kaynak israfından ve bu alanda bir hurdalık oluşturmaktan kaçınılması gereklidir.

Konuya ilişkin yasal ve kurumsal düzenlemeler, tanıtım/eğitim ve uygulama ile ilgili olmak üzere, iki boyutta düşünülmelidir. Tanıtım/eğitim ile ilgili görüşlerimiz yukarıda verilmiştir. Uygulama ile ilgili olarak elektrik üretim ve dağıtım şirketlerine (TEAŞ/TEDAŞ) görev düşmektedir. Çatıya veya başka bir serbest alana monte edilecek PV modüllerin bina statiği veya dış görünüm gibi konulara uygunluk sağlayıp sağlamadığı belediyelerce, güneş pilleri ile üretilen ve şebekeye verilen enerjinin frekans ve harmonik yönleriyle uyumu, ayrıca kurulan tesisatın ilgili yönetmeliklere uygunluğu TEAŞ/TEDAŞ tarafından proje üzerinde incelenerek kontrol edilmeli ve izin verilmelidir.

Öncelikli Uygulamalar ile ilgili Eğitim, Öğretim ve Ar-Ge Etkinlikleri

Güneş enerjisi konusunda üniversitelerde çeşitli dersler kapsamında bir ölçüde bilgi verilmektedir. Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü bu alanda eğitim, öğretim ve Ar-Ge etkinliklerinin toplandığı özel bir kurum durumundadır. Ankara Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Hacettepe Üniversitesi, Gazi Üniversitesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Marmara Üniversitesi, Dokuz Eylül Üniverstesi, Çukurova Üniversitesi, Erciyes Üniversitesi güneş enerjisi konusunda araştırma çalışmaları yapan üniversiteler arasında yer almaktadır. Diğer üniversitelerde de sınırlı bazı çalışmaların bulunduğu bilinmektedir. Adı geçen üniversitelerin Fen Bilimleri Enstitüleri kapsa­mında verilen derslerde güneş enerjisi konusu yer almaktadır. Örneğin, Ankara Üniversitesinde Fen Bilimleri Ensititüsü yüksek lisans ve doktora programı kapsamında okutulmak üzere "Güneş Enerjisi" adlı bir ders verilmektedir. Ayrıca, aynı ensititü "Alternatif Enerji Sistemlerinin Tasarımı" kapsamında öğrencilere güneş enerjisi uygulamalarına ilişkin projeler yaptırmaktadır. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nde Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü'nde güneş enerjisi ile ilgili araştırmalar sürdürülmektedir. Elektrik İşleri Etüt İdaresi tarafından da güneş enerjisi konusunda araştırma çalışmaları yürütülmekte, eğitime katkıda bulunmak üzere demonstrasyon çalışmaları yapılmaktadır.

Güneş enerjisi konusunda üniversitelerde yapılan çalışmaların büyük bölümünde ve TÜBİTAK tarafından desteklenen projelerde tarımsal ürünlerin kurutulması, su ve hava ısıtıcı kollektörlerin geliştirilmesi konularına daha fazla ağırlık verildiği görülmüştür. Yapıların ısıtılmasında güneş enerjisinin kullanılmasına ilişkin araştırma projeleri bunların ardından gelmekte ve sınırlı kalmaktadır. Güneş motorları (sıcak hava motorları, güneş-buhar güç çevrimleri) üzerindeki çalışmalar ise çok sınırlıdır. Güneş enerjisi ile çalışan su pompalan konusu da ülkemizde sınırlı biçimde araştırılmıştır. Yine sınırlı kalmış bir araştırma konusu güneşli soğutuculardır. Güneş enerjisinden elektrik üretilmesi, sınırlı biçimde ve güneş pilleri ile çok küçük güçler için araştırma konusu yapılabilmiştir. Gelecek açısından Türkiye için büyük önemi olmasına karşın, güneş-fosil yakıt termik hibrid santrallar konusu üzerinde ise yerli araştırma yapılmamıştır. Güneş enerjisi ile hidrojen üretimi konusu da gerektiği gibi el atılmamış araştırma konulan arasındadır.

 

 

 

Konunun Tanımı, Amaç ve Kapsamı

Deniz kökenli yenilenebilir enerjiler; deniz dalga enerjisi, deniz sıcaklık gradyent enerjisi, deniz akıntıları enerjisi (boğazlarda) ve gel-git (med-cezir) enerjisidir. Ancak, Türkiye'de gel-git enerjisi olanağı yoktur. Ülkemiz için söz konusu enerji grubu içerisinde en önemlisi deniz dalga enerjisidir. Üç tarafı denizlerle çevrili Türkiye'de deniz dalga konvertörleri ile bu enerjiden yararlanılması düşünülmelidir. Ayrıca, denizlerde biyokütle yetiştiriciliği de olanaklıdır.

Deniz dalga enerjisinin kökeninde rüzgar enerjisi yatmaktadır. Türkiye'nin Marmara Denizi dışında açık deniz kıyıları 8210 km'yi bulmaktadır. Türkiye'de dalga rasatları ve bunlara ilişkin ölçüm verileri bulunmamaktadır. Ancak, küçük dalga enerji sistemleri için, birim dalga cephesi başına güç 10-20 kW/m olurken, geliştirilmiş sistemlerde 40 kW/m düzeyinin üzerine çıkmaktadır. Tüm kıyılarda bu tür tesislerin kurulması deniz trafiği, turizm, balıkçılık, kıyı tesisleri vb. nedenlerle olanaklı değildir. Türkiye kıyılarının beşte birinden yararlanılarak sağlanabilecek dalga enerjisi teknik potansiyeli 18.5 TWh/yıl düzeyindedir. Bu kaynağınn değerlendirilmesi için dalga rasatlarından başlanarak, teknik ve ekonomik incelemeler yapılmalıdır.

Sonuç ve Öneriler

■     Deniz kökenli yenilenebilir enerjilerden Türkiye için söz konusu olabilecek olan, geliştirilmiş bir teknolojisi de bulunan deniz dalga enerjisidir. Ayrıca, denizlerimizde biyokütle yetiştiriciliği üzerinde de durulmalıdır.

 

Konunun Tanımı, Amaç ve Kapsamı

21. Yüzyıla girerken, Türkiye'de artan nüfus ve sanayileşmeden kaynaklanan enerji gereksinimi ülkemizin kısıtlı kaynaklarıyla karşılanamamakta, enerji üretimi ve tüketimi arasındaki açık hızla büyümektedir. Bu enerji açığının dış kaynaklarla kapatılabilmesi ülke ekonomisine büyük yük getirmektedir. Bu durum enerji güvenilirliği açısından da kaygılar oluşturmakta ve kendi öz kaynaklarımızdan daha etkin biçimde yararlanmak önem kazanmaktadır. Çevre üzerindeki olumsuz etkileri bilinen fosil yakıtların tüketiminin, çevre konusundaki uluslararası taahhütler nedeni ile azaltılması da beklenmektedir. Fosil yakıtların dışında, kendi öz kaynaklarımızdan olan yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra toprak, yüzey ve yeraltı sulan ile havada doğal olarak bulunan ısıl enerji, ayrıca sanayideki atık ısı değerlendirilmelidir. Bu tür kaynakların elde olunması ve kullanımı arasındaki zaman farkı depolama ile kapatılabilmektedir.

Isı enerjisi yeraltında geniş bir hacimde, uzun süreli (mevsimlik) ve kısa süreli (haftalık) depolanabilir. Bu kapsamda yeraltında ısı enerjisi depolaması ısıtma amaçlı depolama, soğutma amaçlı depolama, hem ısıtma ve hem de soğutma amaçlı depolama olarak ayırt edilmektedir. Söz konusu teknolojiden ülkemizde de yararlanılmalıdır. Bu bölümde ısıl enerji depolama tekniklerinin tanıtımı, dünyadaki durum ve Türkiye'de uygulanabilirliği için yapılması gerekenler tartışılmaktadır.

Dünya Teknolojisinde Ulaşılan Düzey

Isı enerjisinin yeraltında mevsimlik depolanması üç ayı aşkın süreyi kapsamaktadır. Kısa süreli depolama ise bir haftadan az bir zaman içindir. Mevsimlik depolamada, güneş enerjisi, iklimden kaynaklanan doğal ısıl enerji (yüksek sıcaklıklı ve soğuk kökenli alçak sıcaklıklı) ve herhangi bir işlemden atılan atık ısı depolanabilmektedir. Kısa süreli depolamada ise kullanılan kaynaklar, güneş enerjisi, çok tarifeli elektrik sisteminde puant yük dışında ucuz tarifeli elektrikle kazanılan ısı ve sanayi atık ısısı olmaktadır. Isıl depolama, fosil yakıt yakımı ile sağlanacak ısıdan tasarruf oluşturduğundan, yanma emisyonlarının ortaya koyacağı kirliliği önleme avantajı da taşımaktadır. Böylece CO2, SO2 ve NOx emisyonlarının sınırlanmasına katkıda bulunur. Soğutma amaçlı ısıl depolama, elektrik enerjisinden sağlanan tasarrufun yanı sıra ozon tabakasına zarar veren kloroflorokarbon gazlarının kullanımınının sınırlanmasına da katkıda bulunur.

1970'li yıllardan beri yeraltında ısı depolama çalışmaları sürdürülmektedir. Bu çalışmalar, üç yılda bir düzenlenen ve yedincisi 1997'de Japonya'da yapılan Uluslararası Isıl Enerji Depolama Konferanslarına sunulmaktadır. Yeraltında ısı depolama teknikleri üç grupta ele alınmaktadır:

■     Tank, çukur ve kaya oyuklarında depolama

■    Akiferde (doğal yeraltı suyu havzası) depolama

■   Kanallarda depolama

Yeraltında tank, çukur ve kaya oyuklarında güneş enerjisi ve/veya sanayideki atık ısılar depolanabilir. Bu amaçla su veya su-antifriz karışımının duyulur ısı kapasitesinden yararlanılır. Depodan kaçakları önlemek için iyi bir yalıtım gerekmektedir. Bu ise maliyeti artırıp, sistem ekonomisini olumsuz etkilemektedir.

Akiferde ısıl enerjinin depolanması prensip olarak çok basittir. Soğuk depolamada, yeraltı suyu açılan depodan kışın çekilip soğutulur ve tekrar kuyuya geri verilir. Soğutma için dış ortamın soğukluğundan, yüzey buz ve sularından yararlanılır. Bu amaçla ısı eşanjörleri de kullanılmaktadır. Yazın soğutma gereksinimi olduğunda, yeraltındaki soğuk su çekilerek kullanılır. Bu kullanım yine ısı eşanjörü yardımıyla ve soğutma sisteminden ısı aktarımıyla gerçekleştirilir. Hem soğutma ve hem de ısıtma amaçlı sistemlerde, kullanım sonucu ısınan yeraltı suyu akiferde başka bir kuyu aracılığıyla tekrar depolanabilir. Bu yöntemde biri sıcak ve diğeri soğuk olmak üzere aralarında etkileşim bulunmayacak uzaklıkta iki kuyuya gereksinim vardır. Akiferde yüksek sıcaklıklı ısıl enerjinin depolanması, yine çekilen suyun ısıtılıp geri gönderilmesiyle gerçekleştirilir.

Yeraltı suyu bulunmayan yerlerde, yeraltına düşey olarak yerleştirilen, birbiri ile bağlantılı özel kanallar kullanılır. Bu yönteme kanallarda ısıl enerji depolama denilmektedir. Bu kanallar, akışkan ile toprak arasında ısı aktarımını sağlayan yeraltı ısı eşanjörleri görevini yaparlar. Bu teknikle hem ısıtma ve hem de soğutma amaçlı depolama yapılabilmektedir.

Yeraltında ısıl enerji depolama tekniklerinden kanallarda ve akiferde depolama, Avrupa, Kuzey Amerika, Japonya ve Çin’deki birçok uygulama ile ekonomik ve ticari olarak kendini kanıtlamıştır. Hollanda'da 980 yılından bu yana yapılan 40 adet akiferde depolama projesinin %80'i konut sektöründe (hastaneler ve alışveriş merkezleri dahil), kalanı da sanayide uygulanmıştır. İsveç'de yapılan akiferde depolamaya ilişkin 23 projeden elde olunan sonuçlara göre, soğutma amaçlı depolamada %90-95, hem ısıtma ve hem de soğutma amaçlı depolamada %80-85, yalnızca ısıtma amaçlı depolamada %60-75 enerji tasarrufu sağlanmıştır. Kanal depolama ise daha çok Amerika Birleşik Devletleri, Almanya ve İsveç'de uygulanmaktadır. Japonya ve İsveç'de yeraltında depolanan ısı, kış aylarında yolların buzlanmasını önlemek için kullanılmaktadır. Belçika, komşusu Hollanda'nın da desteği ile akiferde ısı depolama teknolojisini enerji pazarına hızla sokmuştur. Hollanda, bu amaçla bir özendirme yasası da çıkarmıştır.

Dünyadaki en büyük kanal depolama sistemi ABD’de New Jersey Richard Stockton College’da yapılmıştır. Burada her biri 130 m derinliğinde 400 adet kanal bulunmaktadır. Bu sistemin toplam soğutma kapasitesi 5.6 MW'dır. Burada sağlanan enerji tasarrufunun karşılığı olarak emisyonlardaki yıllık azalma, C02 için 459, SO2 için 3395 ve NOx için 186 otomobilin yarattığı emisyona eşdeğerdir. ABD Başkanı Bili Clinton 6 Ekim 1997 günü Amerikan Kongresinde iklim değişiklği konusunda yaptığı konuşmada, ABD'de kanal depolama sistemleriyle konutlarda geleneksel sistemlerden daha ucuza ve hem de sera etkisi yaratan gazlan %40 azaltarak ısıtma ve soğutmanın yapılabileceğini söylemiştir.

Öncelikli Uygulamalar ile Eğitim, Öğretim ve Ar-Ge Etkinlikleri

Türkiye'de bu konudaki ilk çalışmalar Çukurova Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü'nde başlatılmıştır. 1995 yılında, Uluslararası Enerji Ajansı ile Türkiye adına Çukurova Üniversitesi Rektörlüğü "Enerji Depolamasıyla Enerji Tasarrufunun Araştırılması" Uygulama Anlaşması'nı imzalamıştır. Bu anlaşma kapsamında Annex 8 "Yeraltında Isıl Enerji depolama Sisitemlerinin Uygulamaları" konusunda, ABD, Almanya, Belçika, Hollanda, İsveç, Kanada ve Japonya'dan uzmanlarla birlikte çalışmalar yapılmaktadır. Türkiye'de akiferde ısı depolaması konusundaki ilk çalışma da yine Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Balcalı Hastanesi'nin ısıtma ve soğutması için yapılmaktadır. Diğer üniversitelerimizde konuya el atılmış değildir. Bu konuda henüz eğitim de verilmemektedir.

Türkiye'de yeraltında ısı depolama potansiyelini belirleme çalışmaları sürdürülmektedir. Türkiye'de yeraltında ısıl enerjinin depolanabileceği alanlara ilişkin bir harita çalışması da yapılmış bulunmaktadır. Ülkemizde enerji tüketiminde ilk iki sırayı paylaşan yapı ve sanayi sektöründe yeraltında ısıl enerjinin depolanmasına uygun alanların çok geniş olduğu tahmin edilmektedir. Bu teknolojinin, özellikle güney illerimizde seracılık tarımının en önemli enerji girdisi olan ısı enerjisi için de kullanılması planlanmaktadır. Ayrıca, yaygınlaştırılacak uygulamalarla büyük binalarda ısıtma ve iklimlendirmede bu teknolojiden yararlanılması, klasik enerji kaynaklarından tasarruf sağlayacaktır.

Türkiye'nin yeni ve yenilenebilir enerji politikaları kapsamında "Yeraltında Isıl Enerji Depolama Programı" oluşturulması yararlı olacaktır. Ayrıca, uygulamaya yönelik Ar-Ge çalışmalarının desteklenerek geliştirilmesi gerekmektedir.

Uluslararası Enerji Ajansı ile Türkiye adına Çukurova Üniversitesinin imzaladığı "Enerji Depolanmasıyla Enerji Tasarrufunun Artırılması" Uygulama Anlaşması kapsamında Çukurova Üniversitesinde, yeraltında ısıl enerjinin depolanması ve faz değiştiren maddelerde depolama çalışmaları yürütülmektedir

Yeni ve yenilenebilir enerjilerle ilgili çıkarılması gereken yasal mevzuat kapsamında, ısıl enerji depolaması konusuna da yer verilmesi zorunluluğu vardır. Uygulamalarda bazı mevzuat sorunları ile karşılaşılacağı beklenmelidir. Uygulamalar mali açıdan, yasal mevzuattan dayanak alacak sübvansiyonlarla desteklenmelidir. Bu kapsamda gerek sistem kurucularına ve gerekse bu tür sistem kullanıcılarına verilecek teşvikler de gündeme gelmelidir.

■   Yeraltında ısıl enerji depolama sistemleri, elektrik ve fosil yakıt kullanımına tasarruf getirmekte, güneş enerjisi, doğal enerji olanakları (toprak, yüzey ve yeraltı sulan ile havada doğal olarak bulunan ısıl enerji) ve sanayideki atık ısıları değerlendirerek, enerjinin etkin kullanımını sağlamakta, sera etkisi yaratan ve asit yağmurları oluşturan gazların çevreye daha az yayılmasına neden olmaktadır. Enerjide dış bağımlılığı azaltmaya yönelik olarak, öz kaynakların daha verimli kullanılmasına da katkıda bulunmaktadır.

■    Bu depolama sistemleri, yenilenebilir kaynaklardan enerji elde edilmesiyle kullanımı arasındaki zaman farkını (güneş enerjisinde gece-gündüz ve yaz-kış farkı gibi) kapatarak, yenilenebilir enerji kaynaklarından sürekli yararlanabilme olanağı sağlamaktadır. Dolayısıyla yenilenebilir kaynakların etkin kullanımı açısından büyük önem taşımaktadır.

■    Yeraltında ısıl depolama, tank, çukur ve kaya oyuklarında, akiferde ve kanallarda depolama teknikleri ile gerçekleştirilmektedir. Özellikle akiferde depolama önemlidir. Bazı sanayi kuruluşları halen yeraltı suyunu soğutma amaçlı olarak kullanmakta, sonra dışa atarak su rezervinin azalmasına ve çevre kirliliğine neden olmaktadırlar. Akiferde ısıl depolama sistemlerinde yeraltı suyu kapalı devre bir sistemde başka hiçbir su ile karışmadan kullanılıp, tekrar yeraltındaki ayni akifere beslenmektedir. Böylece, çevre kirlenmesi oluşmadığı gibi, yeraltı akiferi de korunmuş olmaktadır.

■    Dünyada birçok başarılı uygulaması bulunan akiferde ve kanallarda depolama sistemlerinin Türkiye'de de kullanılmaya başlanması, toplam birincil enerji kaynağı tüketiminde tahminen % 10-20 arasında bir kazanım sağlayabilecektir. Yeraltında ısıl depolama sisteminin uygulanabileceği yerler, yapılar (konutlar, hastaneler, okullar, hava alanları, ticaret ve iş merkezleri), sanayi, tarım (seracılık, kurutma, balık üretim çiftlikleri, tarımsal ürün depoları) biçiminde sıralanmaktadır.

■    Yeraltında ısıl depolama tekniğinin Türkiye'de uygulanması için, konu enerji politikası kapsamına alınmalı, başta Uluslararası Enerji Ajansı, Avrupa Birliği Enerji Programlan ve Dünya Bankası Enerji Programlan olmak üzere uluslararası programlara katılınmalı, devlet tarafından mali olarak desteklenmelidir. Üniversitelerin eğitim programlannda yer verilmeli, kamuoyuna tanıtılmalı, Ar-Ge çalışmaları geliştirilmeli, yerli teknolojinin yeterli olmadığı alanlarda bilinçli teknoloji transferleri yapılmalıdır. Uygulamalar için yasal mevzuat düzenlenmelidir.