Enerji Depolama Yöntemleri Nelerdir?

Enerji depolama, elektrokimyasal enerjinin depolanmasına yönelik, sabit bir kurulum (mobil sistemler dahil) olarak tasarlanmış bir veya daha fazla birbirine bağlı depolama pili, kapasitör, invertör ile diğer elektrikli ekipmandan oluşan şarj edilebilir bir sistemdir. Sabit bir enerji depolama sistemi tipik olarak elektrik gücü sağlamak için kullanılır.

Peki enerji depolamanın ne gibi yöntemleri vardır? Faydaları neler? Gelin birlikte inceleyelim.

Enerji Depolama Ne Anlama Gelmektedir?

Tıpkı buzdolaplarının yiyecekleri günlerce, haftalarca bozulmadan saklaması gibi, enerji depolama da bireylerin ve toplulukların en çok ihtiyaç duydukları anda, örneğin kesinti veya güneş ışığının olmadığı zamanlarda elektriğe erişimlerini sağlar. Buradan yola çıkarak, enerji depolama sisteminin, enerjinin daha sonra ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilmesi için belirli ekipman veya sistemlerde biriktirilmesi işlemi olduğunu söylemek açık bir tanımlama olur.

Biraz daha derinlemesine incelendiğinde ise enerji depolama işleminin şirketler ile kurum ve kuruluşların ya da işletmelerin enerji tasarrufu yapmasına, talep arttığında veya şebeke kesintileri meydana geldiğinde depolanan enerjiyi kullanmalarına yardımcı olduğu görülmektedir.

Enerji Depolamanın Faydaları Nelerdir?

Enerji depolamanın en çok bilinen avantajlarından biri tüketicinin piyasada değişen arz-talep dengesinden etkilenmemesini sağlamak olur. Çünkü sistem, tutarsız güç ya da ani fiyat artışları gibi zorlukların önüne geçer.

Diğer yandan enerji depolama yöntemlerinin, çeşitli sektörlerde sürdürülebilir operasyonların gerçekleştirilebilmesi için giderek daha önemli hale geldiği görülür. Bunun nedeni, enerji depolamanın şirketlerin güneş, rüzgar ve diğer yenilenebilir enerji türlerini biriktirerek ihtiyaç duyulduğunda kullanmalarına yardımcı olmasıdır.

Enerji depolamanın farklı sektörler arasında çeşitli faydaları bulunur. Bütün yöntemler kurumların operasyonlarında daha sürdürülebilir bir yaşam döngüsüne doğru ilerlemelerine olanak tanır. 

Enerji depolamanın temel faydaları şöyle sıralanır:

Uzun Süreli Güvenlik Sağlar

İmalat ve telekomünikasyon gibi sektörlerin tutarlı bir güç kaynağına ihtiyacı olduğu bilinir. Herhangi bir arıza veya elektrik kesintisi, şirketler ile müşterilerinin veri / zaman kaybına neden olabilir. Enerji depolama sistemleri bu sorunları önlemek için hazır yedek güç sunarak performanslarını sürekli izleyerek sistemlerin güvenilirliğini koruyabilir.

Maliyet Optimizasyonu Sağlar

Enerji ve elektriğin maliyetinin giderek arttığı bilinen bir gerçektir. Farklı koşullarda, örneğin iklimsel etkilerde ya da depolama kapasitesinin büyüklüğünde sistemler de değişken olarak çalışır. Dolayısıyla maliyetlerin büyük oranda dalgalanmasına neden olur.

Enerji depolama sistemleri, ana veya yedek güç kaynağı olacak şekilde optimize edilebilir. Yöntem, yakıta ve jeneratörlere olan bağımlılık ile karbon emisyonlarını azaltır. Beraberinde minimuma indirilmiş bağımlılık sayesinde jeneratörün ömrünü uzatır.

Esneklik Sağlar

Enerji depolama sistemleri, şirketlerin enerji arz - talebi konusunda daha esnek olmalarına yardımcı olabilir. Örneğin elektriğe olan talebin aniden artması durumunda enerji depolama sistemleri gerek esneklik gerekse sürdürülebilirlik bakımından fayda sağlayabilir.

Bunların yanı sıra enerji depolama büyük oranda enerji tasarrufuna yardımcı olur. Esneklik, şirketlerin çevresel etkilerini azaltmalarını destekler. Toplanan fazla enerjinin daha sonra kullanılmak üzere depolanması, yenilenebilir enerjinin kullanımını çok daha verimli ve uygun maliyetli hale getirir.

Yaygın Kullanılan Enerji Depolama Yöntemleri Nelerdir?

Enerji sektöründe kullanım için farklı türlerde enerji depolama seçenekleri bulunur. Sektörlerde enerji depolama ihtiyacı arttıkça, talepler daha spesifik hale geldikçe ve en son teknolojilerden yararlanılan yenilikler geliştirildikçe mevcut çözüm alternatifleri de artar.

Sektörlerdeki enerji depolama ihtiyacının artması, taleplerin daha spesifik hale gelmesi ve en son teknolojilerden faydalanarak geliştirilen yeniliklerle birlikte, çözüm alternatifleri de günden güne artmaktadır. 

Yaygın olarak kullanılan enerji depolama yöntemleri şöyle sıralanır:

Hidrojen (Kimyasal) Depolama Yöntemi

Bu yöntem çeşitli enerji depolama uygulamalarında kullanılmak üzere fosil, yenilenebilir enerji gibi kaynaklardan üretilen hidrojeni ve hidrojen açısından zengin diğer kimyasal enerji taşıyıcılarını içerir. Hidrojen, yüksek basınçlı tanklarda veya yeraltı mağaralarında gaz olarak, kriyojenik (sıvılaştırılmış gazlar) tanklarda sıvı ve katı hidritler olarak depolanabilir.

Hidroelektrik Pompalama Yöntemi

Hidroelektrik pompalama yöntemi, hareketli suyun enerjisini elektriğe dönüştürür. Bu tür sistemlerin çalışma prensibi oldukça anlaşılır ve kolaydır. Depolama mekanizmasındaki su, alt rezervuara bırakıldığında serbest kalan, üst rezervuarda bulunan sudaki enerji depolaması sayesinde farklı seviyelerdeki iki rezervuar arasında su döngüsünün oluşması olarak tanımlanır.

Termal Depolama Yöntemi

Termal depolama özünde katı, sıvı ve gaz maddelerde veya havada oluşan ısı değişiminin biriktirilmesini içeren bir sistemdir. Potansiyel olarak depolama ortamının durumundaki değişiklikleri (Örneğin, gazdan sıvıya veya katıdan sıvıya veya tam tersi) içerir.

Termal enerji depolama teknolojisinde erimiş tuz ve sıvı, hava ile enerji depolamayı veya kriyojenik (Sıfır altı derecede) depolamayı içerir. Örneğin; erimiş tuz, güneş ışığı olmadığında kullanılmak üzere güneş enerjisi ile üretilen ısıyı depolar. Bir diğer örnekte ise binalardaki klima kullanımında kompresör ihtiyacını azaltan buz depolama yöntemi olur.

Mekanik Depolama Yöntemi

Mekanik depolama, enerjiyi depolamak için dönme ya da yerçekiminin kinetik kuvvetlerinden yararlanan tartışmasız en basit sistem olarak düşünülebilir. Ancak, günümüzde yaygın olan mekanik depolama yöntemleri, güncellenmiş fizibiliteye ihtiyaç duyar, bu da en son teknolojilerin mekanik depolama yöntemlerine uygulanmasını gerektirir.

Mekanik depolama yöntemlerinde ana seçenekler volanlar ve basınçlı hava sistemleri ile enerji depolama olur. Yerçekimi enerjisi ise geliştirilmekte olan çeşitli seçeneklerle birlikte henüz oldukça yeni bir teknolojiyi kapsar.

Elektrokimyasal Depolama Yöntemi

Elektrokimyasal depolama, çeşitli türde pil enerji depolama sistemlerini içerir. Bu depolama sistemlerinin daha anlaşılır olması için pilin çalışma mantığı bilinmelidir.

Peki pil nasıl çalışır? Piller kimyasal enerjiyi elektriğe dönüştürür. Pillerin güçleri ihtiyaca göre birkaç watt'tan yüzlerce kilowatt’a kadar değişir. Depolamanın en eski ve yaygın olarak erişilebilir şekli olan piller, katot adı verilen pozitif terminal ile negatif terminal veya anot içeren bir veya daha fazla hücreden oluşan elektrokimyasal bir teknolojidir.

Elektrik Enerjisi Depolama Yöntemi

Elektromanyetik depolama enerjiyi depolamak için kapasitörler, süper kapasitörler, süper iletken mıknatıslar gibi ekipmanların elektrik ve manyetik özelliklerinin kullanılmasını içerir.

Bir elektrik enerjisi depolama sistemi, elektriği süper iletken bobinler (Kritik sıcaklık noktasının altına kadar soğutulmuş) boyunca oluşan akım akışı sayesinde ortaya çıkan manyetik bir alan olarak depolar. Ardından bobinleri boşaltarak enerjiyi serbest bırakır.

Bahsi geçen enerji depolama yöntemi elektromanyetik alanın bakımının kolay olması avantajıyla birlikte anında deşarj yapma kapasitesine sahiptir. Birçok farklı yöntemden söz etmek mümkün olur. 

Elektrik enerjisi depolama yöntemi yaygın olarak iki farklı biçimde kullanılır:

• Kapasitörler: Bir kapasitör iki plaka ile ortada bulunan bir yalıtkandan oluşur. Mekanizma, enerjiyi elektrostatik yük şeklinde depolar. Genellikle bir şarj devresine bağlanır. Bağlantı kesildiğinde enerjiyi depolar, pil değişiminde kullanılabilir. Böylece pil değişimi sırasında güç kaynağının korunması için elektrik sağlanmasına yardımcı olur.
• Süper Kapasitörler: Bir süper kapasitör, kapasitörler ile şarj edilebilir piller arasındaki boşluğu doldurur. Kapasitörlere göre daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Şarj - deşarj döngüleri için daha kısa bir süreye sahiptir.

Elektrik Enerjisi Nasıl Depolanır? 

Elektrik enerjisi, bir iletken içerisinde hareket eden elektronların sürekli akışıdır. Örneğin; rüzgarı bu biçimde depolamak istemek çok da gerçekçi olmaz. Çünkü rüzgardan elde edilecek olan elektriği başka bir forma (Örneğin pil gibi kimyasal maddeye) dönüştürmeniz ve ihtiyacınız olduğunda tekrar elektriğe çevirmeniz gerekir. Elektrik nasıl üretilir? sorusunun yanıtı için içeriğimize göz atabilirsiniz.

Yukarında bahsedildiği gibi elektrik enerjisini depolamanın birden fazla yöntemi bulunur. Genel olarak gruplandırmak gerekirse:

• Kimyasal enerji şeklinde elektrik depolama
• Potansiyel enerji biçiminde elektrik depolama
• Kinetik enerji şeklinde elektrik depolama
• Isı enerjisi şeklinde elektrik depolama olarak tarif edilebilir.

Fosil, kömür, petrol gibi biyoenerji ve nükleer yakıtlarda da çok etkili enerji depolaması sağlanır. Ancak dünyada bulunan enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ve biyoenerji ile ortaya çıkan çevresel zararlar, üreticileri bu depolama yöntemleri yerine yenilenebilir enerji sistemlerine yöneltir.

Elektrik enerjisi depolama yöntemine örnek olarak cep telefonları verilebilir. Bir cep telefonunu çalıştırmak için kolayca elektriğe dönüştürülebilen, kimyasal enerjiyi depolayan şarj edilebilir piller kullanılır. Bir diğer örnekte ise hidroelektrik depolama yöntemi olarak barajlar verilebilir. Su, ihtiyacın az olduğu zamanlarda rezervuarda biriktirilir, talep oluştuğunda serbest bırakılır.

Elektrik enerjisi depolama yönteminin belki de en kolay anlaşılabilen tarifi çatılara yerleştirilen güneş panelleri olur. Sistem, termal depolama yöntemi olarak ısıyı, yani güneş enerjisini öğle saatlerinde maksimum üretim kapasitesi ile biriktirerek talebin büyük kısmının gerçekleştiği akşam saatlerinde kullanmak biçiminde çalışır.

Dikkat çeken noktalardan biri de elektrik enerjisinin depolanması yöntemleri arasında yer alan rüzgar ve güneş enerjisi üretiminin yerel hava durumuna bağlı olması nedeniyle, kısa zaman aralıklarında değişkenlik meydana gelmesi ya da üretim sürelerinin talebe karşılık gelmeme ihtimali olur. Bu nedenle, enerji depolama sistemleri ve güneş enerjisi sistemleri gibi akıllı enerji çözümleri, enerjiyi verimli bir şekilde kullanmak ve bu tür değişikliklere uyum sağlamak için önemli bir rol oynar.

İlginizi Çekebilir

Elektrik Nasıl Üretilir? Elektrik Üretiminin Çeşitleri

Enerji Depolama Maliyetleri

Enerji depolamanın maliyeti genellikle depolama kapasitesinin kilovatsaati (kWh) başına para birimi cinsinden ölçülür. Ancak, maliyetin belirli projeye bağlı olarak değişebildiğini unutmamak gerekir. Örneğin, daha büyük ölçekli projeler ölçek ekonomileri ile kWh başına daha düşük maliyetlerden yararlanabilir.

Uzak veya şebekeden bağımsız konumlardaki enerji depolama projeleri, nakliye, kurulum giderleri nedeniyle ek maliyetlere neden olabilir. Enerji depolama sistemlerinin maliyetini etkileyebilecek diğer faktörler arasında kullanılan pil teknolojisinin türü ile projenin konumu yer alır. Örneğin, bazı pil kimyasalları diğerlerinden daha pahalı olabilir, enerji talebinin yüksek olduğu veya enerji arzının değişken olduğu bölgelerdeki projeler daha büyük, karmaşık sistemler gerektirebilir. Belirtilen nedenler genel maliyeti artırabilir. 

Maliyet hesabı pil teknolojisinin türü, projenin yeri gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Resmi kaynaklara göre Lityum-iyon piller şu anda ticari enerji depolama sistemlerinde kullanılan en popüler pil enerji depolama teknolojisini içerir.

Lityum iyon pillerin maliyeti son yıllarda istikrarlı bir şekilde düştüğü için depolama sistemlerini hem işletmeler hem de tüketiciler için daha erişilebilir hale getirir. Bloomberg NEF'in yakın tarihli bir raporuna göre, lityum iyon pillerin maliyetinin 2010'dan bu yana %89 oranında düştüğü görülür.

Ticari veya şebeke ölçekli projeler için enerji depolama maliyetlerini hesaplamanın ilk adımı, kullanılacak sistemin ne yapmasını beklediğinizi tanımlamak olur. Enerji depolama maliyeti hakkında fikir sahibi olmak için pil teknolojisi incelenebilir.

Maliyet hesaplaması için pil aracılığı ile sağlanan enerji depolama örneğinde dikkate alınması gereken başlıca faktörler şöyle sıralanır:

• Görev döngüsü, pil maliyetlerinizin ilk önemli etkenidir. Yalnızca pilin çalışma profilini anlayarak performans gereksinimlerini karşılayabilecek bir pil depolama sistemi seçtiğinizden emin olabilirsiniz. Kullanım ömrü boyunca, pilinizden ek maliyetlere katlanmadan ne kadar fazla enerji şarj edebilir ve boşaltabilirseniz, ana maliyet hesabınız o kadar düşük olacaktır.
• Pil maliyetleri, pil daha çalışmaya başlamadan önceki toplam ön harcamalarınızın yanı sıra pilin devam eden işletme ve bakım maliyetlerini de yansıtır. Lityum-iyon, geniş çapta benimsenen bir teknoloji olarak genellikle MWh başına düşük bir sermaye maliyetine sahip olur; ancak elektrikli araçlara yönelik olan talebin artması hem kullanılabilirliği sınırlandırır hem de fiyatları artırır. Maliyetler ayrıca gerekirse yangın söndürme, iklimlendirme, performans izleme gibi yardımcı sistemleri de içerir.
• Varlık ömrü, pilin yapabileceği iş miktarını sınırlar. 25 yıl boyunca 20.000 kez döngü yapabilen bir pil, her döngüde daha az enerji iletilerek 7 yıl boyunca 5.000 kez döngü yapan bir pilden çok daha fazla enerji çıkışı sağlar. Birinci senaryoda birim enerji başına maliyetleriniz çok daha düşük olur.
• Pil zamanla kapasitesini kaybettiğinde bozulma meydana gelir. Bazı yaygın şebeke depolama pilleri, hizmetin ilk on yılında kapasitelerinin yaklaşık %20’sini kaybeder. Buna bağlı olarak verimlilik de düşer. Tıpkı cep telefonunuzun pilinin eskimesi gibi, deşarj başına daha az kapasite, verimin azalması, dolayısıyla ana maliyetin artması anlamına gelir.
• Gidiş-dönüş verimliliği yüzde olarak ifade edilen, pili şarj etmek için kullanılan enerjiye karşı iletilen enerjinin bir ölçüsüdür. Bu verimlilik ne kadar yüksek olursa pilin maliyeti o kadar düşük olur.
• Şarj fiyatı, pili şarj edebileceğiniz fiyattır. Kendi güneş panelinizden şarj etmek, bir perakendeciden veya toptan satış pazarından enerji satın almaktan daha ekonomik olur.

Gelecekte Oluşabilecek Enerji Depolama Problemleri Nelerdir?

Yenilenebilir enerji kaynaklarının (Güneş ve rüzgar enerjisi) kesintili olması, iklim değişikliğine karşı yarışta temel zorluklardan birini oluşturur. Elektrik arzı ile talebi arasındaki dengenin her zaman korunması gerektiğinden, gelecekte küresel enerji sektörünün karbondan arındırılmasında kritik bir adım, kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarını telafi edecek şekilde enerji depolama kapasitesinin artırılması olur.

Stockholm Geçiş Ekonomisi Enstitüsü tarafından düzenlenen yıllık Enerji Konuşması gelecekte oluşabilecek enerji depolama problemlerine dikkat çekmektedir.

Yenilenebilir enerjiye geçiş, yeşil teknolojilerin benimsenmesi, enerji depolamanın geliştirilmesi, gelişmekte olan ekonomiler için özellikle zor olabilir. Bazı ülkeler ekonomik ilerleme pahasına karbon yoğunluklu enerji sektörünü temizlemek zorunda kalabilir.

Günümüzün baskın pil teknolojisi olan lityum iyon piller, birkaç saat veya gün boyunca saklanmak üzere iyi çalışır ancak bu tür piller zamanla kendiliğinden boşaldığı için daha uzun süre saklanmaz. Dolayısıyla, gelecekte yeterli uzun süreli depolamayı sağlamak için daha fazla pile ihtiyaç duyulacağı öngörülmektedir. 

Diğer yandan teknolojik maliyetler hala yüksek olduğundan mevcut ekonomik ortamın gelecekte verimli depolamayı teşvik edip etmeyeceği belirsiz olarak görülebilir.

Enerji depolama temelde şebeke kesintileri veya acil durumlarda yedek güç sağlar. Hastaneler, veri merkezleri, telekomünikasyon altyapısı gibi, elektrikteki kısa bir kesintinin bile ciddi sonuçlara yol açabileceği kritik tesislere kesintisiz güç beslemesi için destek olur.

Birçok avantajı bulunan enerji depolama sistemleri üzerine geliştirilecek teknolojiler sayesinde kaynakların daha verimli kullanılması, çevresel zararlı etkenlerin azaltılması mümkün olabilir.

İlginizi Çekebilir

İklim Değişikliği Nedir? İklim Değişikliğinin Etkileri ve Alınabilecek Önlemler

Siz de bu yazıyı sevdiklerinizle paylaşarak enerji depolamanın geleceğimiz için ne kadar önemli olduğunu vurgulayabilir, yorum ve görüşlerinizi bize bildirebilirsiniz.