Yenilenebilir enerjinin temel prensipleri

Dunyanın yıllık enerji ihtiyacı nufus artışına paralel olarak hızla artmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte ham petrol ve doğal gaz fiyatlarındaki artışlar, komur kullanan tesislerin ve nukleer enerjinin cevre uzerindeki olumsuz etkileri yenilenebilir enerji kaynaklarının daha etkin kullanılmasını zorunlu hale getirmiştir. Fosil yakıtların yanması sonucu oluşan ve atmosfere verilen, SOx, NOx, ve toz gibi kirletici emisyonlarla beraber sera etkisi yaratarak iklim değişikliğine neden olan CO2 emisyonları cevreyi olumsuz yonde etkilemektedir. Ozellikle ısıl değerleri duşuk, kul ve kukurt icerikleri yuksek olan kalitesiz yerli linyitlerin kullanılması, hava kirliliğini artırmaktadır. Bu olumsuz etkiler yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasının onemini artırmaktadır. Bugun gelişmiş veya gelişmekte olan ulkeler kendi olanakları icinde değişik enerji kaynaklarının kullanılmasına oncelik vermektedirler. Dunyanın bilinen petrol rezervlerinin 2050 yılında, doğal gaz rezervlerinin 2070 yılında ve komur rezervlerinin 2150 yılında tukeneceği beklenmektedir. Bu nedenle Enerji uretiminde 21. yuzyılın başlarında fosil yakıtların kullanılması gerek cevre, gerekse artan fiyatlar nedeniyle ekonomik olmaktan cıkacaktır.

Sanayide fosil kokenli enerji kaynaklarının tasarrufunda kısa vadeli onlemler olarak yalıtım ve uygun malzeme secimi uzun vadeli onlemler olarak ta yenilenebilir enerji kaynaklarının tuketiminin artırılması onerilmektedir. Bunun icin sanayi dallarında enerji ihtiyacının dağılımı (proses sıcaklıklarının mevsimsel dağılımı gibi) belirlenmeli ve yenilenebilir enerji kaynakları icinde hangisinin daha uygun olduğu saptanmalıdır.

Oldukca geniş bir guc bolgesinde (0.1kW-1MW) tasarlanabilecek olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması aşamasında başlıca uc soruya cevap aranır. Bunlar: (i) Cevreden ne kadarlık bir enerji sağlanabilir?, (ii) Toplanan enerji nerede ve hangi amac icin kullanılır? (iii) Bu enerjinin maliyeti ve diğer enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında ekonomikliliği nedir? İlk iki sorunun yanıtı her bir yenilenebilir enerji kaynağı incelenirken verilmeye calışılacaktır. Ucuncu soru, uygulama esnasında her zaman sorun olmuştur [Twidell, 1990].

Dunyada enerji tuketiminin surekli buyuduğu gozlenmektedir. Ekonomik yonden işletilebilir olup olmadıkları dikkate alınmaksızın teknolojik araclarla yararlanılabilir duruma getirilebilen doğadaki enerji kaynaklarının tumu ''enerji varlıkları'' olarak belirtilebilir. Bu varlıkların bir bolumu, ekonomik yonden işletilebilir durumda ya da ileride ekonomik olarak değerlendirilebileceği bilinen veya beklenen tukenebilir enerji kaynaklarıdır. Bunların diğer bir bolumu de, yine ekonomik yonden işletilebilir durumda olan ve surekli yenilenebilen doğal enerji kaynaklarıdır. Tukenebilir enerjilere ''stok enerjiler'', yenilenebilir enerjilere ''akım enerjileri'' de denilmektedir. Katı yakıtlar, petrol, doğal gaz ve nukleer enerjiler tukenebilir enerjileri oluştururlar. Hidrolik enerji, yeni enerjiler ve ticari olmayan enerjilerin tamamı yenilenebilir enerjileri oluştururlar. Bunlardan hidrolik ve yeni enerjilerin oluşturduğu gruba modern enerjiler de denmektedir. Hidrolik enerji, uzun yıllardan beri ihtiyac duyulan enerjinin buyuk bir kısmını karşıladığı icin konvansiyonel enerji olarak ta kabul edilmektedir [Yucel, 19929]. Şekil 1.1'de yenilenebilir ve tukenebilir enerji sistemlerindeki enerji akış şeması verilmiştir. Burada ABC hattı doğal enerji akışını DEF hattı ise faydalanılan enerji akışını gostermektedir [Twidell, 1990]. Tablo 1.1'de ise sonlu enerji ile yenilenebilir enerji değişik şekillerde karşılaştırılmıştır.


Enerjinin herhangi bir değişim ya da donuşum uygulanmamış bicimi ''birincil enerji'' olarak tanımlanır. Uluslar arası literaturde birincil kaynaklar aşağıdaki şekilde sınıflara ayrılır: (i)katı yakıtlar (komur, linyit...), (ii) petrol (petrol urunleri), (iii) doğal gaz, (iv) hidrolik enerji, (v) nukleer enerji, (vi) yeni enerjiler (guneş, ruzgar, jeotermal, biyogaz, dalga ...), (vii) ticari olmayan enerjiler, biyoyakıt (odun, odun atığı, şehir copleri, bitki ve hayvan atıkları, etanol, biyodizel). Birincil enerjinin donuşturulmesi sonucu elde edilen enerji ceşidi ikincil enerji olarak tanımlanmaktadır. İkincil enerjinin en onemli ve en cok kullanılan turu elektrik enerjisidir. Dunyada tukenebilir enerji kaynaklarının artan bir tempoda kullanılması karşısında bir gun biteceği duşunulmektedir. Bu konuyla ilgili değişik tahminlerin birleştiği nokta; petrol, doğal gaz ve uranyumun gelecek yuzyılın sonlarına doğru tukeneceği uzerinedir. Doğanın bu stokları oluşturmak icin milyonlarca yıl gecirmesine karşılık insanoğlu bunları birkac yuzyılda kullanıp bitirmiş olacaktır. Bu durumda geriye komurun dışında yenilenebilir enerji kaynakları kalacaktır[Yucel, 1992]. Endustri oncesi toplumların gelişmesi odun, ruzgar ve hayvan gucu gibi geleneksel denilen bazı enerjilere dayanmıştır. Bugunun gelişmiş ulkelerinin enerji tuketimlerinin % 80'ninden fazlası 15. yuzyılda odun ile insan ve hayvan enerjisinden oluşuyordu. Endustri devrimi bunların marjinalleşmesine katkıda bulunmuştur. Bu tur enerjiler, kalkınmakta olan bazı ulkelerin tuketiminde yine başlıca payı almaktadır. ''Yeni'' olarak adlandırılan enerjilerin ortak ozelliği, bunların yararlı enerjiye donuşturdukleri doğal birinci kaynağın ''yenilenebilir'' ozellikte olmasıdır.

Kullanılabilir enerji başlıca 5 farklı kaynağa dayanır. Bunlar: (i) Guneş, (ii) Guneş, ay ve dunyanın hareket ve cekim kuvveti, (iii) Yer yuzundeki kimyasal reaksiyonlar, soğumadan ve radyoaktif parcalanmadan jeotermal enerji, (iv) Dunyadaki nukleer reaksiyonlardan, (v) Mineral kaynaklardaki kimyasal reaksiyonlardan. Yenilenebilir enerji i,ii,iii nolu kaynaklardan, sonlu enerji ise i (fosil yakıtlar), iii (sıcak kayalar), iv ve v nolu kaynaklardan sağlanır. Ayrıca şu şekilde de bir sınıflandırmaya gidilebilir: (i) Bir ısı yenilenmesinden tureyen enerjiler, (ii) Jeotermal, guneş enerjisi ve denizlerin yuzeyi ile dibinin sıcaklık farkından oluşan okyanusların ısıl gucu, (iii) Bir hareket yenilenmesinden tureyen enerjiler, ruzgar enerjisi, hidrolik enerji, gelgit enerjisi, dalgalar ve akıntılar enerjisi, (iv) Bir madde yenilenmesinden tureyen enerjiler, biyo yakıt, yani fotosentez yontemiyle tureyen bitkisel maddelerden elde edilen enerjiler.

Sonlu enerji cok daha kolay bir şekilde merkezi olarak toplanmasına karşılık dağıtım sistemi pahalıdır. Buna karşılık yenilenebilir enerjinin geniş bolgelerden toplanması daha kolay olmasına karşılık yoğunlaştırılması zordur. Bu nedenle bu enerji kırsal bolgelerde daha fazla uygulama alanı bulmuştur.

1.2 Cevresel enerji

Dunya uzerindeki yenilenebilir enerji kaynaklarına ait akış şeması Şekil 1.2.' de verilmiştir. Guneşten gelen radyasyonun yeryuzune birim zamanda duşen kısmı 1.2X1017 W'dır. Dunya nufusu 4X109 olarak kabul edildiğinde kişi başına duşen guneşten gelen guc miktarı ise yaklaşık 30MW olacaktır. Bu guc miktarı ise cok buyuk 10 tane dizel jeneratorun gucune eşit olacaktır. Guneşten gelen enerji yoğunluğu ise ortalama 1kW/m2'dir. Dunyanın her bolgesi aynı oranda yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanamamaktadır. Orneğin Danimarka, hidrolik guc bakımından fakir olmasına karşılık ruzgar enerjisi potansiyeli bakımından cok zengindir. Norvec ise hidrolik guc potansiyeli bakımından zengindir. Tropikal yağmur ormanlarının olduğu bolgelerde biyo yakıt enerjisi daha fazladır[Twidell, 1990]. Ulkemiz ise yenilenebilir enerji kaynakları acısından oldukca zengin olup; guneş, jeotermal, hidrolik, ruzgar, biyoyakıt enerjisinden faydalanılmaktadır.

__________________