Enerji Depolama Sistemleri Nelerdir?
Enerji Depolama Sistemleri
Bu yazımızda bazı enerji depolama sistemlerinin neler olduğunu açıklayarak, kullanım alanlarını yazacağız. Enerji depolama işlemleri, bir enerjiyi üretmek kadar önemli bir kavramdır. Dünya üzerinde gelişen elektrikli araba teknolojisi ile en zorlu sürecin bu enerjiyi depolayıp kullanmak olduğu görülmektedir. Alt tarafta görebileceğiniz gibi çeşitli türde enerji depolama sistemleri vardır;
- Volan enerjisi ile depolama
- Sıkıştırılmış hava
- Süper-iletken manyetik enerji depolama
- Batarya teknolojileri
Volan Enerji Depolama Sistemi
Volan sistemi enerjisini, (Volan Nedir? tıklayınız) yüksek devir sayısı ile dönen bir rotorun sağladığı atalet ile depolar. Sistemden enerji alındığında, enerjinin korunumu kanununa göre devir sayısı azalır. Tersi olarak da sisteme enerji verildiğinde devir sayısı artar. Devir sayısı yaklaşık 75.000 devir/dakika’yı bulabilir.
Volan çarkı, çelik yerine kompozit malzemeden yapılır çünkü kompozit malzemeler dönme kuvvetlerine karşı daha dayanıklıdır. Volan, hava sürtünmesini düşürmek için havası alınmış vakum ortamında bulunan bir kapalı hacimde bulunur. Volan çarkına gömülmüş olan mıknatıslar, dönüş sırasında bobinlerin üzerinden geçerler. Volanın üzerindeki bu mıknatıslar, dönüş sırasında bobinlerin üzerinde gerilim endükler. Böylece volanın dönüş enerjisi, elektrik enerjisine çevrilmiş olur.
Önerilen Yazı: Güneş Enerji Sistemi Nedir? Nasıl Çalışır? Ne İşe Yarar?
1950’lerde İsveç Yverdon’da volan enerji depolama sistemi kullanan ve ismine gyrobus (jirobüs olarak Türkçeleştirilebilir) araçlar kullanılmıştır. 1990’larda Rosen Motor firması 55.000 devirli bir volanın kullanıldığı gaz türbinli hibrid bir otomobil geliştirmiştir. Bu otomobil aynı zamanda rejeneratif frenleme de yapıyordu. 1997 yılında bu araç test edilmesine rağmen seri üretime geçmemiştir. 2010 yılında İngiltere’de volan enerji depolama sistemini kullanan ‘Flybus’ isimli bir otobüs geliştirilmiştir. Akülü hibrid sistemlere alternatif olarak geliştirlen bu otobüs, şehir için kullanımında %20 daha az yakıt kullanımı sağlamıştır. Bunun dışında elektrikli lokmotiflerde de kullanılan volan sistemi aynı zamanda demir yollarının elektrikifasyonunun sağlanmasından da kullanılmıştır.
Volan sistemi aynı zamanda kesintsiz güç kaynaklarında akülerin yerine de kullanılmaktadır. Akülere nazaran oldukça önemli bir yer kazancı sağlayan volan depolama sistemi, düşük bakım gerektiren ve hatta yeni sistemlerde hiç bakım gerektirmeyen) yapısı ile maliyetlerde önemli bir kazanç sağlamaktadır. Volan sistemlerini daha ucuz, daha hafif, daha yüksek kapasiteli ve daha küçük yapmak için çalışmalar devam etmektedir. İlerleyen yıllarda volan sisteminin, araçlardaki kimyasal akülerin yerlerini alacağı düşünülmektedir.
Sıkıştırılmış Hava ile Enerji Depolama
İsminden de anlaşılacağı gibi sıkıştırılmış hava ile enerji depolama sistemi, elektrik üretimi için kullanılmak üzere yer altı rezervuarlarında sıkıştırılmış havanın depolanması esasına dayanır. Elektrik üretimi yapılacağı zaman, sıcak gaz veya yağ ile ısıtılan havanın basıncı artar ve türbinlere iletilerek elektrik üretecek olan generatör tahrik edilir. Sıkıştırılmış havanın depolanabileceği birkaç çeşit yer altı yapısı bulunur. Bunlar mağaralar, akiferler (yeraltı suyunu tutan ve ileten kayaç ortamı) ve boşalmış doğalgaz alanlarıdır.
Tipik olarak sıkıştırılmış hava kullanımı ile üretilen elektrik, konvansiyonel olarak üretilen elektriğin üçte biri kadar daha ucuzdur. Almanya’da 290 MW’lık sıkıştırlmış hava ile elektrik üretimi tesisi 1980’lerden beri faaliyet göstermektedir. ABD’de Alabama Elektrik Şirketi’nin işlettiği sıkıştırılmış hava tesisi, 558 milyon litrelik hava depolama kapasitesine sahip bir mağarada bulunan basınçlı hava ile 110 MW’lık bir tesis işletmektedir. Tesis 26 saat süre ile elektrik üretebilmektedir.
Süper İletken Manyetik Enerji Depolama
Süper-iletken manyetik enerji depolama sistemlerinde enerji, halka şeklinde sarılmış süper-iletken tellerden oluşan bir bobinden oluşur. Bu bobinin çapı 1000 metre çapında olabilir, yerin altına kurulmuştur ve soğutma sistemi ile süper-iletkenliğin sağlanacağı bir sıcaklık seviyesinde tutulur. Üretilen fazla elektrik bu bobine verilir ve her an kullanıma hazır olarak depolanır. Enerji, manyetik alan olarak depolanır. Depolanan enerji deşarj edilerek sisteme her an geri verilebilir. Çıkışta bir DC-AC dönüştürücü ile tekrar AC güç elde edilir.
Önerilen Yazı: Rüzgar Türbini Nedir? Nasıl Çalışır? Ne İşe Yarar?
Ticari olarak uygulanabilir bir süper-iletken manyetik depolama sistemi kurabilmek için baı zorluklarla mücadele etmek gerekir. Süper-iletkenlik seviyesinde soğutma için kullanılan sıvı helyum, 1000 MW’lık bir tesis için ekonomik olabilir. Buna rağmen tesis maliyeti kilowatt başına birkaç bin dolar olabilir. Yüksek sıcaklıkta süper-iletkenlik seviyesine erişebilen seramik malzemeler sıvı helyumdan daha ucuz olan sıvı nitrojen kullanırlar. Bu nedenle yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu sayede daha küçük ölçekli süper-iletken enerji depolama sistemleri yapılabilecektir.
Akü (Batarya) Sistemi
Akülerin uzun senelerdir kullanılmasına ve en eski enerji depolama sistemi olmasına rağmen bu alandaki yeni teknojiler ilgiyi üzerlerine çekmiştir. Özellikle elektrikli araçların yaygınlaşması ile akü teknojileri konusunda yeni teknikler ilgi çekmektedir. Akü sistemleri sessizdir ve ve çevreyi kirletmez. Yük merkezlerinin yanına kuruluabilir ve taşınabilir. Verimlilikleri yüksektir ve yük değişimlerine anlık sürede tepki verebilir.
Elektrikli araçların gelişmesi ile akü teknolojilerinde yeni gelişmlelerin önü açılmıştır. Elektrikli araçlarda kullanılacak olan akü teknolojilerini geliştirmek amacıyla 1991 yılında General Motors, Ford, Chrysler, Elektrik Güç Araştırmaları Enstitüsü bazı Amerikan elektrik kuruluşları ve ABD Enerji Departmanı’nın katılımı ile ABD İleri Bateri Konsorsiyumu (U.S. Advanced Battery Concortium – USABC) kurulmuştur.
Kaynak: Advanced Energy Technologies, Saifur Rahman
