Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’ndeki (DLR) güneş araştırmacıları, bir termik güneş enerjisi santralinin fazla fotovoltaik ve rüzgar enerjisini ısıya dönüştürmesinin ve depolamasının ekonomik olup olmadığını araştırdı. Isı, elektriğe göre daha uygun maliyetle depolanabilmekte ve elektrik üretimi için ihtiyaç duyulduğunda tekrar depodan alınabilmektedir.
Yenilenebilir enerji kaynakları olan güneş ve rüzgarın doğasında yoğunlukları dalgalanmaktadır. Bu dalgalı enerji arzını telafi edecek akıllı güç şebekeleri ve enerji depolama, yenilenebilir enerjilerden güvenli bir güç kaynağı için gereklidir.
Bir yandan, dengeleme gücü ihtiyacını karşılamak için depolama çözümlerine ihtiyaç vardır. Bu, elektrik tedarikçilerinin en yüksek talebi karşılamak için sağlamak zorunda olduğu güç anlamına gelir. Depolamanın ikinci önemli işlevi, şebeke geriliminin dengelenmesidir. Elektrik şebekeleri elektrik gücünü depolayamadığı için, çekilen güç her zaman tam olarak beslenen güç miktarı kadar yüksek olmalıdır. Şebekeye gerekenden daha fazla elektrik beslenirse veya beslenenden daha fazla elektrik çekilirse, şebeke voltajını stabilize etmek için telafi önlemleri gerekir.
Güç üretimi için bir rezerv olarak ısı depolama
Fazla elektriğin pille depolanması bu olası önlemlerden biridir. Bununla birlikte, şu anda fotovoltaik ve rüzgar sistemlerinden elde edilen fazla elektriği düşük maliyetle depolayabilecek yeterince büyük piller bulunmamaktadır. Fotovoltaik ve rüzgar sistemlerinin işletmecileri, elektrik arz ve talebini dengede tutabilmek için, güneş ve rüzgarın yüksek olduğu zamanlarda talep eşleşmezse elektrik üretimini azaltırlar. Böylece mevcut enerji potansiyelinin bir kısmı kullanılmadan kalır.
Termik güneş enerjisi santralleri, fotovoltaik ve rüzgar sistemlerinin aksine doğrudan güneş ışınımından elektrik üretmezler, ancak önce gelen güneş ışınımını ısıya dönüştürmek için özel güneş aynaları ile yoğunlaştırırlar. Bir güneş kulesi elektrik santralinde 1.000 santigrat dereceye varan sıcaklıklar meydana gelir. Santralin sadece santral kısmında türbin ve jeneratör vasıtasıyla ısı elektrik enerjisine dönüştürülür.
Santrale bir termal depolama sistemi entegre edilirse, güneş enerjisi sistemi tarafından üretilen yüksek sıcaklıktaki ısının bir kısmını elektrik üretimi için 18 saate kadar depolayabilir. Termik güneş enerjisi santrali, yenilenebilir enerji kaynağının mevcudiyetine bağlı olarak gecikmeli elektrik talebini de karşılayabilir veya elektrik şebekesindeki güç dalgalanmalarını telafi etmek için ısıyı kontrol enerjisi olarak kullanılabilir durumda tutabilir. Dalgalı güneş radyasyonu ve dalgalı elektrik talebi nedeniyle, güneş enerjisi santrallerinin ısı depolamasından tam olarak yararlanılamamaktadır.
Isı akümülatöründeki boş kapasiteleri kullanın
Termik güneş enerjisi santrallerinin bulunduğu yerlerde genellikle fotovoltaik veya rüzgar sistemleri için de çok iyi koşullar vardır. DLR güneş enerjisi araştırmacıları şu bariz soruya bir cevap arıyorlardı: Bir termik güneş enerjisi santralinin mevcut termal depolama sistemlerindeki boş kapasiteleri aşırı PV ve rüzgar gücünden elde edilen termal enerjiyle şarj etmesi teknik ve ekonomik açıdan mantıklı mı?
Bunu yapmak için bilim adamları, fazla elektriği ısıya dönüştürmek için entegre bir tuz depolama tesisi ve bağlı elektrikli ısıtıcılar ile çeşitli enerji santrali senaryolarını simüle ettiler. Güneş enerjisi alanı boyutundaki, depolama kapasitesindeki ve kullanılan ısıtıcı sayısındaki değişimin sistem yerleşimini ve bunun sonucunda ortaya çıkan elektrik üretim maliyetlerini farklı boyutlarda etkilediği gösterilmiştir.
Termik güneş enerjisi santralleri için yüzde 25’e varan maliyet tasarrufu mümkün
Her şeyin buna değip değmeyeceği, büyük ölçüde güneş kulesi elektrik santralinin fazla elektriği elde edebileceği maliyetlere bağlıdır. Kilovat saat başına 3,5 euro cent’ten daha ucuzsa, güneş enerjisi santralinin ortalama elektrik üretim maliyetleri, tuz depolama tesisindeki “elektrikten ısıya” emilimin bir sonucu olarak düşer. Ücretsiz olarak mevcut olsa bile, güneş kulesi elektrik santrali elektriği elektrik şebekesine “elektrikten ısıdan elektriğe” bileşeni olmayan karşılaştırılabilir bir elektrik santralinden yüzde 25’e kadar daha ucuza besleyebilir.
Bu teknolojiyle ilgili ilginç olan şey, örneğin İspanya’daki yüksek sıcaklık depolamalı mevcut termik güneş enerjisi santrallerinin yönetilebilir bir çabayla elektriğin ısıdan elektriğe dönüştürülmesi için uyarlanabilmesidir. Gelecekteki bir termik güneş enerjisi santrali planlanırken, teknoloji genişlemesi baştan entegre edilebilir ve santrale uyacak şekilde optimize edilebilir.
Tekno-ekonomik çalışma, Ocak 2017’de başlayan DLR strateji projesi IsEn’in bir parçası olarak oluşturuldu. IsEn projesi, DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü tarafından koordine ediliyor. Teknik termodinamik, tahrik teknolojisi, güneş enerjisi araştırması ve uçuş sistemleri teknolojisi için DLR enstitülerinden sistem proses mühendisliği, elektrokimyasal enerji teknolojisi ve termal proses teknolojisi disiplinlerinden bilim adamları yer almaktadır. Çeşitli alt projelerde “Power-to-X-to-Power depolama” denen şeyi araştırıyorlar. Bunlar elektrik enerjisini termal, mekanik veya kimyasal enerjiye dönüştürür ve zaman gecikmesiyle tekrar elektrik enerjisine dönüştürebilir. Enerji dönüşümü sırasında enerji kayıplarının en aza indirilmesi araştırmacıların temel amaçlarından biridir.
Yenilenebilir enerji kaynakları olan güneş ve rüzgarın doğasında yoğunlukları dalgalanmaktadır. Bu dalgalı enerji arzını telafi edecek akıllı güç şebekeleri ve enerji depolama, yenilenebilir enerjilerden güvenli bir güç kaynağı için gereklidir.
Bir yandan, dengeleme gücü ihtiyacını karşılamak için depolama çözümlerine ihtiyaç vardır. Bu, elektrik tedarikçilerinin en yüksek talebi karşılamak için sağlamak zorunda olduğu güç anlamına gelir. Depolamanın ikinci önemli işlevi, şebeke geriliminin dengelenmesidir. Elektrik şebekeleri elektrik gücünü depolayamadığı için, çekilen güç her zaman tam olarak beslenen güç miktarı kadar yüksek olmalıdır. Şebekeye gerekenden daha fazla elektrik beslenirse veya beslenenden daha fazla elektrik çekilirse, şebeke voltajını stabilize etmek için telafi önlemleri gerekir.
Güç üretimi için bir rezerv olarak ısı depolama
Fazla elektriğin pille depolanması bu olası önlemlerden biridir. Bununla birlikte, şu anda fotovoltaik ve rüzgar sistemlerinden elde edilen fazla elektriği düşük maliyetle depolayabilecek yeterince büyük piller bulunmamaktadır. Fotovoltaik ve rüzgar sistemlerinin işletmecileri, elektrik arz ve talebini dengede tutabilmek için, güneş ve rüzgarın yüksek olduğu zamanlarda talep eşleşmezse elektrik üretimini azaltırlar. Böylece mevcut enerji potansiyelinin bir kısmı kullanılmadan kalır.
Termik güneş enerjisi santralleri, fotovoltaik ve rüzgar sistemlerinin aksine doğrudan güneş ışınımından elektrik üretmezler, ancak önce gelen güneş ışınımını ısıya dönüştürmek için özel güneş aynaları ile yoğunlaştırırlar. Bir güneş kulesi elektrik santralinde 1.000 santigrat dereceye varan sıcaklıklar meydana gelir. Santralin sadece santral kısmında türbin ve jeneratör vasıtasıyla ısı elektrik enerjisine dönüştürülür.
Santrale bir termal depolama sistemi entegre edilirse, güneş enerjisi sistemi tarafından üretilen yüksek sıcaklıktaki ısının bir kısmını elektrik üretimi için 18 saate kadar depolayabilir. Termik güneş enerjisi santrali, yenilenebilir enerji kaynağının mevcudiyetine bağlı olarak gecikmeli elektrik talebini de karşılayabilir veya elektrik şebekesindeki güç dalgalanmalarını telafi etmek için ısıyı kontrol enerjisi olarak kullanılabilir durumda tutabilir. Dalgalı güneş radyasyonu ve dalgalı elektrik talebi nedeniyle, güneş enerjisi santrallerinin ısı depolamasından tam olarak yararlanılamamaktadır.
Isı akümülatöründeki boş kapasiteleri kullanın
Termik güneş enerjisi santrallerinin bulunduğu yerlerde genellikle fotovoltaik veya rüzgar sistemleri için de çok iyi koşullar vardır. DLR güneş enerjisi araştırmacıları şu bariz soruya bir cevap arıyorlardı: Bir termik güneş enerjisi santralinin mevcut termal depolama sistemlerindeki boş kapasiteleri aşırı PV ve rüzgar gücünden elde edilen termal enerjiyle şarj etmesi teknik ve ekonomik açıdan mantıklı mı?
Bunu yapmak için bilim adamları, fazla elektriği ısıya dönüştürmek için entegre bir tuz depolama tesisi ve bağlı elektrikli ısıtıcılar ile çeşitli enerji santrali senaryolarını simüle ettiler. Güneş enerjisi alanı boyutundaki, depolama kapasitesindeki ve kullanılan ısıtıcı sayısındaki değişimin sistem yerleşimini ve bunun sonucunda ortaya çıkan elektrik üretim maliyetlerini farklı boyutlarda etkilediği gösterilmiştir.
Termik güneş enerjisi santralleri için yüzde 25’e varan maliyet tasarrufu mümkün
Her şeyin buna değip değmeyeceği, büyük ölçüde güneş kulesi elektrik santralinin fazla elektriği elde edebileceği maliyetlere bağlıdır. Kilovat saat başına 3,5 euro cent’ten daha ucuzsa, güneş enerjisi santralinin ortalama elektrik üretim maliyetleri, tuz depolama tesisindeki “elektrikten ısıya” emilimin bir sonucu olarak düşer. Ücretsiz olarak mevcut olsa bile, güneş kulesi elektrik santrali elektriği elektrik şebekesine “elektrikten ısıdan elektriğe” bileşeni olmayan karşılaştırılabilir bir elektrik santralinden yüzde 25’e kadar daha ucuza besleyebilir.
Bu teknolojiyle ilgili ilginç olan şey, örneğin İspanya’daki yüksek sıcaklık depolamalı mevcut termik güneş enerjisi santrallerinin yönetilebilir bir çabayla elektriğin ısıdan elektriğe dönüştürülmesi için uyarlanabilmesidir. Gelecekteki bir termik güneş enerjisi santrali planlanırken, teknoloji genişlemesi baştan entegre edilebilir ve santrale uyacak şekilde optimize edilebilir.
Tekno-ekonomik çalışma, Ocak 2017’de başlayan DLR strateji projesi IsEn’in bir parçası olarak oluşturuldu. IsEn projesi, DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü tarafından koordine ediliyor. Teknik termodinamik, tahrik teknolojisi, güneş enerjisi araştırması ve uçuş sistemleri teknolojisi için DLR enstitülerinden sistem proses mühendisliği, elektrokimyasal enerji teknolojisi ve termal proses teknolojisi disiplinlerinden bilim adamları yer almaktadır. Çeşitli alt projelerde “Power-to-X-to-Power depolama” denen şeyi araştırıyorlar. Bunlar elektrik enerjisini termal, mekanik veya kimyasal enerjiye dönüştürür ve zaman gecikmesiyle tekrar elektrik enerjisine dönüştürebilir. Enerji dönüşümü sırasında enerji kayıplarının en aza indirilmesi araştırmacıların temel amaçlarından biridir.