2050 Yılı İçin Büyük Enerji Planı; Fosil yakıtlarının yerini güneş enerjisi alacak

ABD, enerji politikalarında radikal değişikliklere gidiyor. Kömür, petrol, doğalgaz ve nükleer santralardan kömür enerjisine geçerek, 2050 yılına kadar ülkenin elektrik enerjisinin %69'unu ve toplam enerjisinin %35'ini güneş enerjisi santralarından karşılamayı hedefliyor. Bu değişiklik, ayrıca, sera gazı emisyonunu büyük ölçüde frenleyecek.

ABD uzun süredir enerji faturasını azaltmanın yollarını arıyor. Pek çok siyaset bilimcisine göre Ortadoğu'da sürmekte olan savaşın gerçek nedenlerinden biri, ABD'nin küresel fosil yakıt pastasından en büyük paya sahip olmak istemesi. Çin, Hindistan ve diğer ulusların fosil yakıt talepleri arttıkça enerji savaşlarının giderek şiddetleneceğine kesin gözüyle bakılıyor. Bu arada kömür, petrol ve doğalgaz ile çalışan enerji santralleri ve modern yaşamın ayrılmaz parçası olan benzinli araçlar atmosfere milyonlarca ton sera gazı ve zararlı parçacıklar yayarken, insanlar küresel ısınma ile nasıl baş edeceklerini düşünüyor.

İyi niyetli bilim adamları, mühendisler, ekonomistler ve politikacılar, fosil yakıt tüketimini ve emisyonunu az da olsa azaltacak çeşitli çözümler üretme çabasında. Ancak bu çözümlerden hiçbiri bu devasa sorunu çözebilecek potansiyele sahip değil. Fosil yakıt kıskacından kendilerini kurtarmak için köklü değişikliklere gereksinim duyan ABD yönetimi, en akılcı çözümün güneş enerjisine geçmek olduğuna inanıyor.

GÜNEŞ ENERJİSİNİN POTANSİYELİ

Güneş enerjisinin potansiyeli henüz tam olarak bilinmiyor. Yeryüzüne 40 dakika süresince çarpan güneş ışığının içerdiği enerji, küresel enerji tüketim toplamına eşit. ABD ise bu konuda çok şanslı, çünkü ülkenin büyük bir bölümü güneş ışığından nasibini alıyor. Örneğin yalnızca güneybatıda 650.000 kilometre karelik bir alan güneş enerjisi ile çalışacak santrallerin kurulması için uygun. Bu bölge 4.500 katrilyon Btu (British thermal units) güneş ışını alıyor. Bu ışının % 2.5'luk bir oranı elektriğe dönüştürülebilseydi, ülkenin 2006 yılındaki toplam enerji tüketimini karşılayabilirdi.

ABD'nin güneş enerjisine geçmesi için çok geniş bir toprak parçasının fotovoltaik (FV) panellerle ve güneş ışığını odaklayan aynalarla kaplanması gerekiyor. Ayrıca enerjinin ülkenin dört bir yanına taşınması için doğru akım (DC) nakil ana hatlarının kurulması da gerekli.

Aslında bütün bunlar için teknoloji hazır. Uygulamaya geçmek için hazırlanan "Büyük Plan"ın yürürlüğe girmesi durumunda ABD'nin elektrik tüketiminin %65'i ve toplam enerjisinin %35'i 2050 yılına kadar güneş enerjisi ile karşılanacak. Bilim adamları bu enerjinin tüketiciye satış fiyatının bugünkü konvansiyonel enerji kaynaklarına eşit olacağını öngörüyor. Bu da elektriğin kilovat saatinin yaklaşık 5 sent olması anlamına geliyor. Eğer rüzgâr, biyo-kütle ve jeotermal enerji de aynı anda devreye girerse, yenilenebilir enerji 2100 yılına kadar ülkenin elektrik gereksiniminin %100'ünü ve toplam enerji gereksiniminin %90'nını karşılayabilir.

Federal hükümetin 2050 yılında tamamlanması düşünülen planın finansmanı için yaklaşık 400 milyar dolara ihtiyacı var. Bu çok büyük bir yatırım olarak düşünülse de kısa zamanda daha büyük bir miktarda getiri sağlayacak. Bir kere güneş santralleri çok az fosil yakıt tüketir veya hiç tüketmez. Bu da her yıl milyarlarca doların tasarruf edileceği anlamına geliyor. Altyapının kurulmasıyla, kömürle çalışan yaklaşık 300 santral, doğalgaz ile çalışan daha büyük 300 santral ve bunların tükettiği yakıt devre dışı kalacak. Plan, kısaca, ithal petrole olan bağımlılığı tümüyle ortadan kaldırırken, ABD'nin dış ticaret açığını azaltacak ve Ortadoğu'daki siyasi tansiyonu hafifletecek. Bu arada güneş teknolojisi kirlilik yaratmadığı için de plan, enerji santrallerinden 1.7 milyar ton, benzinli taşıtlardan 1.9 milyar ton sera gazı emisyonunu ortadan kaldıracak. 2050 yılında ABD'nin karbon dioksit emisyonu 2005 yılındaki emisyonun %65 altına inecek. Bunun da küresel ısınmanın frenlenmesi açısından önemli bir gelişme olması bekleniyor.

A) FOVOLTAİK ÇİFTLİKLER

Son yıllarda fotovoltaik (FV) pil ve modüllerin üretim maliyeti büyük ölçüde düşerek geniş ölçekli kullanımın yolu açıldı. Çeşitli pil çeşitleri bulunmasına karşın, bugün bunların en ucuzu ince kadmiyum telürid tabakalarından yapılanlardır. 2020 yılına kadar kilovat saat başına elektriği 6 sente mal etmek için kadmiyum telürid modüllerinin elektriği %14 verimlilikle dönüştürmesi gerekir. Şu andaki modüllerin verimliliği %10 civarında seyrediyor. Verimliliğin artırılması çalışmaları devam ederken, teknolojik gelişmeler de bu süreci hızlandırıyor. Bugün ticari verimlilik son 12 ayda %9'dan %10'a çıktı. Ayrıca modüller geliştirildikçe damlara yerleştirilen FV pillerinin ev sahipleri için giderek ucuzlayacağı da bir gerçek.

Büyük enerji planı dahilinde 2050 yılına kadar fotovoltaik teknolojisinin 3.000 gigavat (veya milyarlarca vat) enerji sağlaması amaçlanıyor. Bunun için 78.000 kilometre kare alana fotovoltaik modüllerin sırayla yerleştirilmesi gerekiyor. Bu, çok geniş bir alan gibi görünmekle birlikte, kömürle işleyen bir enerji santralının ihtiyacı olan alandan çok daha küçük.

2050 yılına kadar planın amaçlanan sonuçları vermesi için modüllerin veriminin %14'e çıkartılması gerekiyor. Ticari modüllerin verimliliği laboratuvarlarda üretilen güneş pillerinin verimliliğine erişmeyecek olsa da, Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'nda geliştirilen kadmiyum telürid pilleri bugün %16.5 verimliliğe ulaşmış durumda. Bugün Ohio'daki First Solar adındaki üretici şirket ilk kez modül verimliliğini 2005'teki %10'dan 2007'de %10'a çıkartmayı başardı.

B) BASINÇLI MAĞARALAR

Güneş enerjisini kısıtlayan en önemli etmen, güneş ışığının olmadığı bulutlu günlerde ve güneş battığında elektrik üretmenin mümkün olmaması. Bu nedenle güneşin bol olduğu saatlerde ihtiyacın üzerinde enerji üretilmesi ve bunun da depolanması gerekiyor. Pil gibi enerji depolayan sistemler hem pahalı hem de verimsiz olduğu için kullanımları sınırlıdır. Bu durumda basınçlı-hava enerji depolama sistemi umut vaat eden bir seçenek olarak karşımıza çıkıyor. Bu sistemlerde fotovoltaik tesislerden elde edilen elektrik havayı sıkıştırır ve yeraltındaki boş duran mağaralara, terk edilmiş madenlere, tükenmiş doğalgaz kuyularına pompalar. Basınçlı hava istenildiği zaman elektrik üreten bir türbini döndürür. Türbin ise az miktarda doğalgaz ile çalışır.

Kaliforniya Palo Alto'daki Elektrik Enerjisi Araştırma Enstitüsü'nde yapılan araştırmaya göre sıkıştırılmış-hava depolama sisteminin maliyeti kurşun-asit pillerinin yaklaşık yarısı kadar. Buna bağlı olarak 2020 yılında kilovat saat başına enerji maliyetinin 8-9 sent civarında olabileceği hesaplanıyor.

C) SICAK TUZ

Büyük plan dahilinde güneş enerjisinin beşte biri, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi olarak bilinen teknolojiden yararlanarak sağlanacak. Bu tasarımda uzun, metalik aynalar güneş ışığını, içi sıvı dolu borulara odaklanır. Burada ısınan sıvı bir ısı eşanjörünün içinden geçer ve sonucunda bir türbini çalıştıracak oranda buhar üretir.

Enerjinin depolanması sırasında borular içi erimiş tuz ile dolu, izole edilmiş, büyük tanklara bağlanır. Erimiş tuz ısıyı büyük bir verimlilikle muhafaza eder. Geceleri ısı buradan alınır ve buhar haline getirilir.

ABD'de uzun yıllardır toplam kapasitesi 354 megavat olan 9 adet güneş enerjisi tesisi güvenilir bir şekilde elektrik üretiyor. Nevada'da 64 MV gücünde yeni bir tesis Mart 2007'de devreye alındı. Ne var ki bu tesislerin ısıyı depolama özelliği bulunmuyor. Büyük Plan'ın tasarlandığı gibi yürümesi için 16 saatlik bir depolama sistemi gerekiyor. Ancak bu sistem ile birlikte 24 saat elektrik üretmek mümkün olabilecek.

Şu anda varolan tesisler incelendiğinde yoğunlaştırılmış güneş enerjisinin uygulama açısından kolaylıklar içerdiği görülüyor. Ancak burada da maliyet konusu öne çıkıyor. 2006'da hazırlanan bir rapora göre 2015 yılında, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi kilovat saat başına 10 sente elektrik üretebilecek.

ALTYAPI SORUNU

Bugün kömür, petrol, doğalgaz ve nükleer enerji santraları enerjinin gerekli olduğu bölgelerin yakınlarına kuruludur. Oysa ABD'nin güneş enerjisi üretim tesislerinin güneybatı bölgesinde toplanması bekleniyor. Şu anda varolan alternatif akım (AC) enerji hatları enerjiyi bu tesislerden alıp tüketicilere taşıyacak miktarda ve nitelikte değil. Ayrıca uzun mesafelerde enerji kayıplarının çok fazla olacağından kaygı duyuluyor. Bu bağlamda yeni, yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) enerji nakil hatlarının kurulması gerekiyor.

Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda yürütülen bir çalışmaya göre uzun mesafe HVDC hatları AC hatlarından daha az enerji kaybı yaşayacak. Nakil hatlarının oluşturacağı altyapı plana göre güney batıdan çıkarak ABD sınırları boyunca ilerleyecek. Hatlar, enerjinin AC'ye dönüştürüldüğü konverter istasyonlarında sonlanacak

Resim 1: Tucson Electric Power Company'nin Arizona'da kurduğu 4.6 megavat gücündeki tesis binlerce fotovoltaik pilden oluşuyor. Piller bir araya gelerek modülleri, kablolarla birbirine bağlanan modüller ise dizileri oluşturuyor.

Resim 2: Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi tesisleri güneybatıda fotovoltaik çiftlikleri tamamlayacak. Kaliforniya'daki Mojave Çölü'nde kurulan Kramer Junction tesisi, İsrail'den aldığı teknoloji ile 1989 yılından beri çalışmakta.

Alıntı: Cumhuriyet Bilim Teknoloji Dergisi, 8 Şubat 2008, Sayı 1090, syf. 8-9
Derleyen: Reyhan Oksay
Kaynak: www.SciAm.com , www.eere.energy.gov/solar/solar_america , www.clca.columbia.edu

Arama önerileri: güneş enerjisi, güneş çiftlikleri, enerji sorunu, enerji santralleri, güneş panelleri, güneş pilleri, fotovoltaik pil, fotovoltaik çiftlikleri, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi, solar cell,

© 2000-2008
ilker Fıçıcılar
F.U.E.L
Bilim
www . Bilim Bilmek . com