Sadece sıcak havadan çok daha fazlası

Bazı fırtınalarda muhteşem şeyler yapma potansiyeli vardır. Örneğin 1 Aralık 2016 tarihinde Theresa adında bir alçak basınç dalgası Almanya genelinde şebekenin geçici olarak beslenilmesinde kullanılabilecek 31 bin megawat’tan fazla bir rüzgar enerjisi yaratmıştı ki bu, ortalama bir günle kıyaslandığında devasa bir enerji artışıydı. Ancak ne yazık ki bu, enerjinin büyük bir kısmından muhtemelen hiç faydalanılamadı, çünkü ortada kullanılabilecek herhangi bir enerji depolama sistemi yoktu. Ancak bu moral bozucu tablo artık değişmek üzere. Siemens bugünlerde Hamburg Teknoloji Üniversitesi ve altyapı hizmetleri şirketi Hamburg Energie ile birlikte Geleceğin Enerji Çözümü (FES) adında yeni bir enerji depolama sistemi geliştiriyor. Hamburg’da kurulu olan ve rüzgar parklarında üretilen enerjiyi birkaç saat veya hatta tam bir gün boyunca depolamayı vadeden bu sistem, Almanya’nın Ekonomik İlişkiler Bakanlığı tarafından fonlanan Geleceğin Enerji Sistemleri projesinin bir parçası olarak geliştiriliyor. Bu yaklaşım aslında rüzgar türbinleriyle üretilen enerjinin şebekece ihtiyaç duyulmadığı veya potansiyel aşırı yük yüzünden nakledilemediği zamanlar nasıl makul bir şekilde depolanabileceği sorununun çözümüne yardımcı olmak üzere tasarlanmış.

Basit bir depolama tekniği

Küçük bir prototip tesis olan Hamburg sistemi aslında bir yalınlık örneği, yalıtılmış bir kayalar yığınının içine aktarılmak üzere ihtiyaç fazlası enerjiyi ısıya dönüştürüyor. Bu kayalar sıcaklıkları 600 derecenin üzerine çıkıncaya kadar ısıtılıyor. Depolanan enerji için talep olduğunda ise bu kayalar ısılarıyla bir buhar döngüsünü çalıştıran bir hava akımı yaratıyor ve bu süreçte yeni elektrik üretiyorlar. Doğal kayalardan faydalanan bu dolambaçsız tasarım hem uygun maliyetli hem de mevcut depolama sistemlerini potansiyel anlamda desteklemek için kullanılabiliyor. Siemens Kurumsal Teknolojiler (CT), FES’in genel kavramının optimize edilmesine yönelik çabalarda çok önemli bir rol oynuyor. CT, 2016 yılından bu yana uzmanların ısının kaplar içindeki taşlara nasıl transfer edildiğini inceledikleri Erlangen’deki bir Siemens yerleşkesinde konuşlanmış bir sınama tesisini çalıştırıyor. CT Proje Müdürü Vladimir Danov, “Bu termal depolama sistemi Hamburg tesisinin göz bebeği. Depolama sistemi içindeki ısı aktarım fenomeninin bizim onun genel verimliliğini artırmak ve tam ölçekli bir elektrik santrali kurmak anlamına geldiğini kavramamız çok önemli” diyor. Danov ve ekibi, ısının ve akışların dağıtılmasının yanı sıra dalgalanmalar ve enerji depolama kayıplarıyla da ilgileniyor. Bu fenomeni ne kadar iyi anlayabilirlerse ısı biriktiricisi de bu tesisin gereksinimlerine bir bütün olarak o kadar iyi ayarlanabilecek. 

Basitleştirilmiş ölçümler 

Hamburg tesisi yaklaşık 5 metre uzunluğunda bir konteynerin içine yerleştirilmiş durumda. İçinde ise taşlar yerine takriben 13 bin seramik top var. Danov, “Burada seramik toplar kullanmanın avantajı, hepsinin aynı boyutta ve şekilde olmalarında yatıyor ki bu sayede bu top yığını içindeki ısı aktarımını ve süreçleri hesaplamak çok daha kolay oluyor. Ancak biz bu seramik topları sadece mevcut test aşamasında kullanacağız. Bir sonraki adımda depolama sistemini doğal kayalarla dolduracağız ki rastgele şekiller ve çeşitli türden malzemelerin ısı aktarımını nasıl etkilediğini araştırabilelim” diyor. Seramik toplar büyük ölçekli bir tesiste kullanılamaz, çünkü oldukça pahalıya patlarlar. Araştırmacılar şu anda kullanılabilecek en iyi taş türlerini araştırıyor ve daha şimdiden en uygun birkaçını tespit ettiler bile. Net bir şekilde söylemek gerekirse kayaların termal istikrarı ne kadar yüksek olursa, bu depolama sistemi o kadar dayanıklı ve verimli olacaktır. 

Devreye sensörler giriyor 

İster toplar ister kayalar kullanılıyor olsun, burada en büyük meydan okuma konteyner içindeki ısı aktarım sürecinin nasıl ölçüleceğinde yatıyor. Araştırmacılar mümkün olduğunca ayrıntılı bulgulara ulaşmak için bu depolama sisteminin içine yaklaşık 50 ısı ölçer yerleştirdi. Bu sensörler konteyner içinde farklı noktalardaki sıcaklıkları ölçmenin yanı sıra hava akımı hacimlerini ve basınç değişimlerini de kaydediyor. CT’de Dağıtık Enerji Sistemleri ve Isı Dönüşümü Araştırmaları Grubu Başkanı Jochen Schäfer, “Bizim bulgularımızla gelecekte bu tesisin ölçeğini büyütmek çok daha kolaylaşacak” diyor. 

Eksiksiz bir tesisin 2018 başlarına yetişmesi planlanıyor 

Ancak FES konseptinin kapsamının genişletilmesinden önce araştırmacılar içinde ısıyı tekrar elektriğe çeviren teknolojinin de olduğu eksiksiz bir tesis kurmak istiyor. Hamburg ve Erlangen’deki prototiplerde bu teknoloji yok, çünkü bugüne kadar sadece ısının taşlar arasında nasıl aktığının incelenilmesine odaklanılmıştı. İçinde bir depolama sisteminin ve ısıyı yeniden elektriğe dönüştüren bir teknolojinin olduğu eksiksiz bir tesisin Hamburg’da 2018 yılı başlarına kadar kurulması planlanıyor. Bu ilk tesisin yüzde 25 verimlilik oranına sahip olması bekleniyor. Ancak 100 megawat’tan fazla bir çıktıya sahip büyük ölçekli bir tesisin verimliliği yüzde 50 kadar yüksek olabilir. Bu depolama sistemi işte ancak o zaman Almanya’nın enerji dönüşümünde kilit bir rol oynayabilecek ve “Geleceğin Enerji Çözümü” unvanını tam anlamıyla hak edebilecek.