Dünyada harcanan tüm enerjinin güneş enerjisiyle sağlandığını varsayalım. En azından yaklaşık yüz on iki bin kilometrekarelik güneş paneline ihtiyacımız olurdu. Nükleer enerji gibi yüksek maliyetli seçenekler yerine sahra çölünün bir kısmına bu panelleri inşa ederek tüm dünyanın enerjisini sağlayabilirdik. Peki bu dünyanın tüm enerji ihtiyacını bu şekilde karşılayabilir miydik?
Neden Sadece Güneş ve Rüzgar Enerjisi Kullanmıyoruz?
Çünkü, güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynaklara güvenmekle ilgili büyük bir sorun var. Güneş battığında ya da güneş panelleri çevresel etmenlerle zarar gördüğünde enerjinin devamlılığını sağlamamız gerekiyor. Güneş panelleri zamanla tozlanır, kuşların dışkıları nedeniyle enerji verimliliği düşebilir. Ayrıca ihtiyaç duyduğumuz her zaman ve her yerde kullanabilmemiz gerekiyor. Bu yüzden sağlanan enerjiyi kullanılabilir hale getirmek, depolamak ve iletmek için güvenilir yollara ihtiyacımız var.
Elektriği hayatımızın her yerinde kullanmak zorundayız. Uyanıp saate baktığımız andan itibaren gün içinde kullandığımız pek çok cihazın çalışmasını sağlıyor. Elektrik bir enerji taşıyıcısı olarak bu çok yönlülüğü sayesinde hayatımızın vazgeçilmez bir parçası oldu.
Tüm ev ve endüstrilerimiz elektrik kaynaklarına geniş bir elektrik şebekesi ile bağlıdır. Şebekeyi bir kovaya, elektriği de suya benzetebiliriz: Enerji santralleri kovaya su koyarak ışıkları açtığımızda, o su bir hortumdan bulunduğumuz yere doğru akar. Kamu hizmeti şirketleri de kova yöneticileridir. Kovaya giren ve çıkan elektriğin akışını kontrol etmek ve gün boyunca dolu kalmasını sağlamak onların işidir. Fosil yakıtlarda enerji, tüketilen miktar yani talep kadar üretildiği için kovaya bununla orantılı olacak şekilde su pompalanır. Ancak rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir kaynakları kullanırsak bu esnekliğe sahip olmayacağız. Güneşin ne zaman parlayacağı veya rüzgarın ne zaman eseceği bizim elimizde değil. Bol güneşli veya rüzgarlı bir günde kovaya dökülen su, fazla gelip taşabilir ve bu da tüm sisteme zarar verebilir. Bunu önlemek için kamu hizmeti şirketleri güneş panellerini ve rüzgar tribünlerini en üretken oldukları zamanlarda kapatırlar. Eğer oldukça rüzgarlı bir günde güneş panellerinin hiç dönmediğini fark ettiyseniz muhtemelen sebebi budur. Bu enerji kaynaklarını ancak depolayarak doğru bir şekilde dağıtabiliyoruz. Bunu başarabilmek için depolama ve dönüştürme teknolojilerine ihtiyacımız var. Bu teknolojiler henüz yaygınlaşmadığı ve eşit ulaştırma kaynaklarına sahip olamadığımız için bugün yalnızca güneş ve rüzgar enerjisini kullanarak enerji elde edemiyoruz.
Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Dağılımı: Ördek Eğrisi
Bir mahallenin gün içinde kullandığı elektrik miktarı insanların alışkanlıklarına göre değişir. Sabah saatlerinden itibaren insan etkinliğiyle birlikte elektrik şebekesindeki yük kademeli olarak artar. Sonrasında gün içinde aynı miktarda güç çeken cihazlarla çalıştığımızdan sabit kalır. Akşam hava karardığında insan etkinliği yeniden artar ve ışıklar yanar. Böylece şebeke üzerindeki yük günün en yüksek seviyesine ulaşır. Ardından herkes uyudukça elektrik kullanımı günün en düşük seviyelerine iner. Ancak güneş panelleri ile elektrik sağladığımızda bu yükselme, sabit kalma, zirve ve düşüş eğrisi değişir. Paneller elektriğin çoğunu gün içinde üretir. Bu yüzden gün ortasındaki elektrik talebini fazlasıyla karşılayabilir. Dolayısıyla rüzgar ve güneş enerji santrallerinin fazla üretimi önlemek için kapandığı bile olur. Ancak akşam olduğunda güneş enerjisi santralleri yetersiz kalır. Bu grafikte oluşan öğlen saatlerindeki sarkma ve akşam saatlerindeki dik eğimin bir adı vardır: Ördek eğrisi.
Bu eğri elektrik şebekeleri için sorun teşkil eder. Santrallerin devamlı kapanması ve ardından arzı bu kadar hızlı artırması ekonomik değildir ve verimsizliğe sebep olur. Elbette ki bu durum güneş panellerinin ve rüzgar tribünlerinin enerji sağlamak için kötü bir fikir olduğu anlamına gelmez. Bunlar hala karbonsuz yenilenebilir ve faydalı enerjilerdir. Ancak elektriği sağlama şeklimiz onlara uygun olarak henüz tasarlanmadı. Bu durumu aşmanın bir yolu alışkanlıklarımızı değiştirmek olabilir. Buna “yük kaydırma” denir. Temel olarak elektriğimizin çoğunu, üretimin daha ucuz olduğu saatlerde kullanmaya başlayabiliriz. Buna çamaşır makinesini şebekede daha az talebin olduğu gece yarısı çalıştırmak örnek gösterilebilir. Ya da elektrikli ısıtıcıların güneş enerjisinin bol olduğu bir günde çalıştırılması anlamına gelebilir. Bu bireysel değişiklikler uygulanabilir. Ancak herkes gece yarısı çamaşır yıkasa bile bu ördek eğrisini tamamen düzleştirmeye yeterli olmaz. Ayrıca akşam saatlerinde film izlemek veya gece yarısı hastanede ameliyatlar gerçekleştirilmek istendiğinde veya yaşam monitörlerini çalışır durumda tutmak için üretilenden fazla elektriğe ihtiyacımız olursa ne yapabiliriz? Bunun için başka bir çözüm daha var: elektriği depolamak! Fazla üretilen elektriği depolayarak ve ihtiyacımız olduğu zamanlarda dağıtarak ördek eğrisini dengeleyebiliriz. Örneğin, gün içerisinde üretilen fazladan elektrik depolanabilir ve ardından akşamları kullanılabilir. Böylece enerji santralleri çok fazla çalışmak zorunda kalmaz. Aslında enerjiyi depolamanın birden çok yolu vardır.
Yenilenebilir Enerjiyi Nasıl Depolarız ?
İlk olarak, elektriği elektrokimyasal pillerle depolayabiliriz. Piller yüklü parçacıklar içerir. Telefonumuzu fişe taktığımızda bu parçacıklar pilin bir ucundan diğer ucuna gider ve ihtiyaç olana kadar orada asılı kalır. Ardından telefonumuzun fişini çekip mesajlaşmaya başladığınızda parçacıklar pilin diğer tarafına dönerek enerji açığa çıkarır ve bir elektrik akımı üretir. Piller hızlıdır, taşınabilirdir ve nispeten güvenlidirler. Ayrıca enerjilerini çok uzun süre tutabilirler. Sorun şu ki elektrokimyasal pillerde genellikle dünyada nadir bulunan metaller kullanılır. Bu nedenle bütün bir şebeke için elektriği depolamaya yetecek kadar değerli metali bir araya getirmek oldukça maliyetli olacaktır. Bu nadir toprak minerallerini çıkarmak için çevreye zarar verecek büyük madencilik operasyonlarına ihtiyaç duyulur. Bu da amacımıza aykırı olur.
Elektrik enerjisini depolamanın bir başka yolu da kimyasal yöntemlerdir. Elektroliz adı verilen bir süreçte, su moleküllerini oksijen ve hidrojene ayırarak fazladan elektrik üretebiliriz. Elektron akışının bir elektrik akımı oluşturduğu bu yöntemde tek atık ürün sudur. Dolayısıyla elektroliz, dünyanın en bol kaynaklarından birini kullanan ve geri üreten karbonsuz bir seçenektir. Ancak hidrojen hafif bir gazdır ve molekülleri oldukça yer kaplar. Bu yüzden depolama için küçük kaplara sıkıştırılması zordur.
Öyleyse üçüncü bir seçenek olan mekanik enerjiyi kullanmak da enerjiyi depolama çözümü olabilir. Su büyük bir tepenin yukarısına depolanır ve orada bir rezervuarda tutulur. Elektriğe ihtiyaç duyulduğunda türbini döndürmek ve güç üretmek için su salınır. Bu, temelde bir hidroelektrik barajla aynı teknolojidir. Sadece suyu yukarıya pompalayan bir pompa eklenir. Yani diğer yöntemlere nispeten daha kolay gerçekleştirilebilir; ancak yöntemlerin en verimlisi olmayabilir. Çünkü büyük bir depolama alanına ve rezervuar için yüksek bir tepeye ihtiyaç olacaktır.
Son seçenek termal enerjiyi depolamak olabilir. Burada fazla elektrik, erimiş tuz gibi yüksek kaynama noktasına sahip bir malzemeyi ısıtmak için kullanılır. Bazı tuzlar yüksek derecelere ulaşana kadar erimezler. Bu yüzden patates kızartırken tuz konmaz çünkü alev alabilir. Ancak bu tuzlar iyi bir ısı kaynağıdır. Böylece elektriğe olan talep arttığında tuzdan gelen ısı buhar yapmak, türbinleri döndürmek ve ihtiyacımız olan elektriği üretmek için suya aktarılabilir. Mevcut fosil ve yakıt tesisleri termal depolama ve buhar jeneratörlerini içerecek şekilde yeniden kurulabilir. Bununla birlikte erimiş tuzun dokunduğu her şeyi aşındırma gibi kötü bir özelliği vardır. Bu yüzden tuzu sıvı halde kalacak kadar sıcak tutmak maliyetli olacaktır.
Rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynakları, fosil yakıtlara kıyasla yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip değildir. Diğer bir deyişle güneş panelleri kullanan bir santral, fosil yakıtlı elektrik santraliyle aynı miktarda enerjiyi üretmek için 25 ila 2000 kat daha fazla alana ihtiyaç duyulacaktır. Fosil yakıtlarla karşılaştırıldığında tüm bu depolama seçenekleri yüksek maliyetli olabilir. Aslında bir yol daha var: yedek enerjiyi, ona ihtiyacımız olmadığında depolamak yerine o sırada ihtiyacı olan bir yere iletebiliriz. Şebekeleri daha geniş alanlara bağlamak, kamu hizmeti şirketlerinin elektriği daha adil ve verimli bir şekilde dağıtmasına olanak tanır ve yenilenebilir enerjiyle ilgili sınırlamaların üstesinden gelebilir. Örneğin, süper güneşli bir bölge biraz daha bulutlu bir şehre elektrik gönderebilir. Elektriği depolamanın ve iletmenin en iyi yolunu bulmak kolay olmayacaktır ama getirileri oldukça büyük olacaktır. Çünkü yenilenebilir enerji üretmek; ulaşım, endüstri, sanayi gibi karbon salınımına sebep olan farklı sektörleri de etkileyecektir.
