YENİLENEBİLİR ENERJİLER ve TEKNOLOJİLERİ PDF
Preview YENİLENEBİLİR ENERJİLER ve TEKNOLOJİLERİ
YENİLENEBİLİR ENERJİLER ve TEKNOLOJİLERİ Tuğrul GÖRGÜN 2009 İhracatı Geliştirme Etüd Merkezi İçindekiler İçindekiler.............................................................................................................................ii Kısaltmalar............................................................................................................................iv 1. Giriş...................................................................................................................................1 2. Yenilenebilir Enerji Sektörü: Tanım ve Ürünler..................................................................1 a. Güneş Enerjisi.................................................................................................................1 i. Termal (Termodinamik) Sistemler...............................................................................2 ii. Güneş Pili Sistemleri (Fotovoltaik Sistemler)..............................................................4 b. Rüzgar Enerjisi...............................................................................................................7 c. Jeotermal Enerji..............................................................................................................8 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi..............................................................................................9 e. Dalga Enerjisi...............................................................................................................11 f. Biyokütle Enerjisi.........................................................................................................12 3. Yenilenebilir Enerjiler Ürün ve Teknolojileri Dış Ticaret Sınıflandırılması ve Dünya Ticareti.................................................................................................................................14 a. Dış Ticaret Sınıflandırması............................................................................................14 b. Dünya Ticareti..............................................................................................................15 i. Güneş Enerjisi...........................................................................................................15 ii. Rüzgar Enerjisi.........................................................................................................19 iii. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi.......................................................................................21 4. Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Sektörü...........................................................................23 a. Rüzgar Enerjisi.............................................................................................................24 b. Güneş Enerjisi..............................................................................................................27 c. Jeotermal Enerji............................................................................................................35 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi............................................................................................36 e. Dalga Enerjisi...............................................................................................................39 f. Biyokütle Enerjisi..........................................................................................................39 5. Almanya’da Yenilenebilir Enerjiler Sektörü.....................................................................42 a. Almanya’da Yenilenebilir Enerjiler Temel Veriler........................................................42 b. Rüzgar Enerjisi.............................................................................................................45 c. Güneş Enerjisi...............................................................................................................46 i. Güneş Pilleri– Fotovoltaik (PV) Sistemler ................................................................46 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:.............................................................................50 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi............................................................................................51 e. Biyokütle......................................................................................................................52 f. Jeotermal Enerji............................................................................................................54 6. Fransa’da Yenilenebilir Enerji Sektörü.............................................................................55 a. Fransa’da Yenilenebilir Enerjilerin Temel Verileri........................................................55 b. Rüzgar Enerjisi.............................................................................................................57 c. Güneş Enerjisi...............................................................................................................58 i. Güneş Pilleri– Fotovoltaik (PV) Sistemler ................................................................58 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:.............................................................................62 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjsii............................................................................................63 e. Biyokütle......................................................................................................................65 f. Jeotermal Enerji...........................................................................................................66 5. İspanya’da Yenilenebilir Enerji Sektörü............................................................................67 a. İspanya’da Yenilenebilir Enerjilerin Temel Verileri......................................................67 ii b. Rüzgar Enerjisi:............................................................................................................69 c. Güneş Enerjisi...............................................................................................................70 i. Güneş Pilleri– Fotovoltaik (PV) Sistemler ................................................................70 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:.............................................................................74 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi............................................................................................75 e. Biyokütle......................................................................................................................77 f. Jeotermal Enerji...........................................................................................................78 6. İtalya’da Yenilenebilir Enerjiler Sektörü...........................................................................79 a. İtalya’da Yenilenebilir Enerjilerin Temel Verileri.........................................................79 b. Rüzgar Enerjisi:............................................................................................................81 c. Güneş Enerjisi...............................................................................................................82 i. Güneş Pilleri– Fotovoltaik (PV) Sistemler ................................................................82 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:.............................................................................86 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi............................................................................................88 e. Biyokütle......................................................................................................................89 f. Jeotermal Enerji...........................................................................................................90 7. Sonuç ve Değerlendirme...................................................................................................91 Kaynakça.............................................................................................................................93 Yararlı Adresler....................................................................................................................96 Ek........................................................................................................................................97 iii Kısaltmalar AA: Alternatif Akım (AC) CO Karbondioksit (Carbon dioxide) 2: DA: Doğru Akım (DC) GW: Gigawatts GWs: Gigawattsaat IEA: UluslararasıEnerji Ajansı (International Energy Agency) kW: Kilowatt kWs: Kilowattsaat MW: Megawatt MWe: Megawattelektrik MWs: Megawattssaat MWt: Megawatttermal PV: Fotovoltaik (Photovoltaic) TEP: Ton Eşdeğer Petrol TW: Terawatts TWs: Terawattsaat YE: Yenilenebilir Enerjiler iv 1. Giriş Fosil yakıtlarda meydan gelen maliyet artışları ve çevreye verdiği zararlar nedeniyle Yenilenebilir Enerjilerin (YE) kullanımının ekonomik avantajları sürdürülebilirlik prensibi çerçevesinde gündeme oturmuştur. Başta Avrupa Birliği olmak üzere, ülkeler YE kullanımına ve bu alanda geliştirilecek teknolojilere çok büyük önem vermektedirler. Günümüzde tüm yenilenebilir ve alternatif enerji kaynakları enerji talebinin % 2,5'lık bölümünü karşılamaktadır. Uluslararası Enerji Ajansı’ı2015 yılında YE kaynaklarının toplam talebin % 3,3’ünü karşılamasını öngörmektedir. 1 2003 yılında dünya genelinde elektrik üretim sektörüne 150 milyar doların 2 üzerinde yatırım yapılırken güç üretimi için yenilenebilir kaynaklara yapılan toplam yatırım 33 milyar dolar düzeyinde gerçekleşmiştir. Uluslararası Enerji Ajansı'nın projeksiyonuna göre 20012030 yılları arasındaki dönemde yenilenebilir enerji kaynaklarına 10 trilyon dolarlık yatırım gerçekleşecektir. OECD ülkeleri arasında da yenilenebilir kaynakların enerji üretimindeki payının % 25'e ulaşması hedeflenmektedir. 3 Bu çalışmanın kapsamı çerçevesinde gelecekte önemli ekonomik ve ticari değere ulaşacak olan YE kaynakları olan güneş, rüzgar, jeotermal, hidrolik, dalga ve biyokütle enerjileri incelenecektir. Dış pazarlar açısından da YE kaynaklarından enerji kullanımını öncelikli hedefleri arasına koymuş Almanya, Fransa, İspanya ve İtalya gibi Kıta Avrupası’nın büyük pazarlarının genel bir analizi yapılacaktır. 2. Yenilenebilir Enerji Sektörü: Tanım ve Ürünler a. Güneş Enerjisi Güneş enerjisi yeni ve yenilenebilir bir enerji kaynağı oluşu yanında, dünyanın eko sistemi için önemli bir sorun olan çevreyi kirletici atıkların bulunmayışı, yerel olarak 1 Ayrıntılı bilgi için bkz.International Energy Agency (IEA),<www.iea.org> 2 Metnin tümünde “dolar” olarak belirtilen para birimi “ABD doları”dır. 3 Renewables in Global Energy Supply, International Energy Agency (IEA),2007. 1 uygulanabilmesi ve karmaşık bir teknoloji gerektirmemesi gibi üstünlükleri sebebiyle son yıllarda üzerinde yoğun çalışmaların yapıldığı bir konu olmuştur. Binaların ısıtılması, soğutulması, bitkilerin kurutulması ve elektrik üretimi güneş enerjisinin yaygın olarak kullanıldığı alanlardır. Sürekli bir füzyon reaktörü olan güneşin enerji kaynağı, 4 Hidrojen atomunun 1 Helyum atomuna dönüşmesinde gizlidir. 4 hidrojen atomu 4,032 birim ağırlıktadır, 1 Helyum atomu ise 4,003 birim ağırlıktadır. Bu olay sonucu 0,029 birim ağırlık Einstein’ın madde enerji bağıntısı sonucu enerjiye dönüşmektedir. Bunun anlamı ise; güneşte her saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüşmekte olduğu ve kaybolan 4 milyon ton kütle karşılığı 3,86x10 26 J enerji açığa çıkarak ışınım şeklinde uzaya yayıldığıdır. 4 Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Güneşten gelen güç insanlığın yıllık ticari gereksiniminin 16 bin katından çoktur. Dünyadaki tüm elektrik santrallerinin toplam gücü; güneşten gelen gücün 61 bin'de birinden azdır ve güneşten gelen güç dünyadaki tüm nükleer santrallerin ürettiği toplam gücün 527 binkatıdır. 5 Güneş enerjisi geniş bir coğrafi dağılıma sahip bir enerji kaynağıdır. Coğrafi olarak 3642° kuzey enlemleri arasında bulunan Türkiye, güneş kuşağı içindedir. Şu an için güneş enerjisinin kullanımı oldukça azdır, ancak geleceğin dünyasının enerji gereksiniminin karşılanmasında, geleneksel enerji kaynaklarının yanında en önemli seçeneklerden biri olacağı düşünülmektedir. Farklı gelişme aşamalarında, çeşitli güneş enerjisi elde etme teknikleri mevcuttur. Her teknolojinin kullanım ve uygulamalarına bağlı olarak avantaj ve dezavantajları vardır. Güneş enerjisi sistemlerinin başlıca tipleri şunlardır: a Termal (Termodinamik) sistemler, b Güneş Pili (Fotovoltaik) sistemleri. i. Termal (Termodinamik) Sistemler Termodinamik sistemler de kendi içinde pasif güneş toplama sistemleri ve aktif güneş toplama sistemleri olarak ikiye ayrılmaktadır. 4 Kamil B. Varınca ve M. Talha Gönüllü,Türkiye’de Günes Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlıgı Üzerine Bir Arastırma,UGHEK’2006: I. Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi,Eskişehir,2123 Haziran 2006. 5 Güneş Enerjisi,Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem ve Araştırma Enstitüsü. <http://web.boun.edu.tr/meteoroloji/yenerji.php> 2 Pasif güneş sistemleri, güneş enerjisi kullanımı için geliştirilen en eski sistemlerden biridir. Başlıca, binaların ısıtma ve soğutması için dizayn ve mimarisinde kullanılmaktadır. Güneş mimarisinde, güneş enerjisi yoğunluk ve süresinin ısı, ışık ve sağlığa yararlı, istenilen etkilerini elde edebilmek, buna karşın yüksek sıcaklık, aşırı aydınlık ve kişilere ve malzemelere zarar verecek, istenmeyen etkilerinden ise korunulacak şekilde kontrol edilmesi ve kullanılması çok önemlidir. Binaların, kışın ısıtılmasında, yazın ise ısınmayı önleyecek koşulların sağlanması, seraların ısıtılması, zirai ürünlerin kurutulması, pasif güneş sistemlerinin başlıca kullanıldığı yerlerdir. Güneş enerjisi binalarda, herhangi bir elektromekanik gereç kullanılmadan (normal olarak) ısıya dönüştürülür. Isı transferi ve sıcak akışkanın çevrimi doğal yolla olur. Pasif güneş ısı sistemleri, pencereler gibi enerji kolektör elemanları veya bina duvarları gibi depolama elemanlarını da içermektedir. Pasif güneş sistemlerinin etkili bir şekilde kullanılabilmesi için, global güneş radyasyonu, uzun dalga “terrestrial” ve atmosferik radyasyon, güneşlenme süresi ve hareketli güneş datası (polar data) gibi bilgilere, sistemin optimizasyonunun ve performansının hesaplanabilmesi için gereksinimleri vardır. Bunların yanında, sıcaklık, rüzgar yönü ve şiddeti, nem ve buharlaşmasının da bilinmesini gerekmektedir. Aktif sistemler ise, ısıtma, soğutma ve elektrik üretimi gibi amaçlarla kullanılabilir. Güneş radyasyonunu ısıya dönüştüren aktif sistemler çok çeşitlidir. En basit güneş kollektörleri ile bir kaç yüz watt, güneş güç istasyonlarıyla birkaç yüz megawatt'a kadar enerji elde edilebilir. Aktif termal sistemler, stasyoner veya suntracking (güneş tarayıcı) sistemler olabilir. Termal stasyoner sistemler güneş enerjisini stasyoner bir toplayıcı (kollektör) ile toplar, daha sonra ısıya dönüştürülerek bir akışkana transfer eder. Bunlar kollektör tiplerine göre sınıflandırılır; 6 Düz plakalı kollektörler (flatplate kolektör), Boru şeklindeki kollektörler (tubular kolektör) Konsantre kolektör, Güneş havuzları(solar ponds) 6 Ibid., <http://web.boun.edu.tr/meteoroloji/yenerji.php> 3 Bunların arasında düz plakalı kollektörler: çok yaygın olarak kullanılan ve teknik olarak da en gelişmiş olanlardır, aynı zamanda güneş enerjisi kullanımının en eski teknolojilerinden birisidir. ii. Güneş Pili Sistemleri (Fotovoltaik Sistemler) Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2 0,4 mm arasındadır. Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç watt'tan mega watt'lara kadar sistem oluşturulur. 7 Güneş pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır: Kristal Silisyum: “Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen tekkristal silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında % 24, ticari modüllerde ise % 15'in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Çokkristalli Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır. Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında % 25 ve % 28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde % 30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır. Amorf Silisyum: Kristal yapı özelliği göstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modüllerde ise %5–7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük 7 Güneş Enerjisi,Elektrik İşleri Etüd İdaresi (EİE), <www.eie.gov.tr> 4 elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum güneş pilinin bir başka önemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir. Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çokkristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde % 16, ticari tip modüllerde ise % 7 civarında verim elde edilmektedir. Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu çokkristal pilde laboratuvar şartlarında % 17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise % 10,2 verim elde edilmiştir. Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler: Gelen ışığı 10500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araçlarla modül verimi % 17'nin, pil verimi ise % 30'un üzerine çıkılabilmektedir. Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır.”8 Güneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi, diğer bir deyişle fotovoltaik sistem oluştururlar. Bu sistemler, özellikle yerleşim yerlerinden uzak, elektrik şebekesi olmayan yörelerde, jeneratöre yakıt taşımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar. Bunun dışında dizel jeneratörler ya da başka güç sistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mümkündür. Bu sistemlerde yeterli sayıda güneş pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzere genellikle sistemde akümülatör bulundurulur. Güneş pili modülleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerji akümülatörden alınır. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için kullanılan denetim birimi ise akünün durumuna göre, ya güneş pillerinden gelen akımı ya da yükün çektiği akımı keser. Şebeke uyumlu alternatif akım (AA) elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir invertör eklenerek akümülatördekidoğru akım (DA) gerilim, 220 V, 50 Hz.lik sinüs dalgasına dönüştürülür. 9 8 Ibid., <www.eie.gov.tr> 9 Ibid. 5 Benzer şekilde, uygulamanın şekline göre çeşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir. Bazı sistemlerde, güneş pillerinin maksimum güç noktasında çalışmasını sağlayan maksimum güç noktası izleyici cihazı bulunur. Şebeke bağlantılı güneş pili sistemleri yüksek güçtesantral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibi daha çok görülen uygulaması binalarda küçük güçlü kullanım şeklindedir. Bu sistemlerde örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken, üretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılır, yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen DA elektriğin, AAelektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir. Güneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (standalone) olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır; 10 Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri, Petrol boru hatlarının katodik koruması, Metal yapıların (köprüler, kuleler vb) korozyondan koruması, Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, hava gözlem istasyonları, Bina içi ya da dışı aydınlatma, Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması, Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı, Orman gözetleme kuleleri, Deniz fenerleri, İlkyardım, alarm ve güvenlik sistemleri, Deprem ve hava gözlem istasyonları, İlaç ve aşı soğutma. Güneş enerjisi temiz, yenilenebilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi ile çalışan sistemler, kolayca taşınıp kurulabilen gerektiğinde enerji ihtiyacına bağlı olarak basitçe değiştirilebilen sistemlerdir. Ancak günümüzdeki teknolojiler çerçevesinde düşük verimlidir (%15); başlangıç maliyeti çok yüksektir, piller gibi depolama malzemeleri için 10 Ibid. 6
Description:The list of books you might like
