Yenilenebilir enerjinin temel prensipleri
Dünyanın yıllık enerji ihtiyacı nüfus artışına paralel olarak hızla artmaktadır Gelişen teknoloji ile birlikte ham petrol ve doğal gaz fiyatlarındaki artışlar, kömür kullanan tesislerin ve nükleer enerjinin çevre üzerindeki 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 çevreyi olumsuz yönde etkilemektedir Özellikle ısıl değerleri düşük, kül ve kükürt içerikleri yüksek olan kalitesiz yerli linyitlerin kullanılması, hava kirliliğini artırmaktadır Bu olumsuz etkiler yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasının önemini artırmaktadır Bugün gelişmiş veya gelişmekte olan ülkeler kendi olanakları içinde değişik enerji kaynaklarının kullanılmasına öncelik vermektedirler Dünyanın bilinen petrol rezervlerinin 2050 yılında, doğal gaz rezervlerinin 2070 yılında ve kömür rezervlerinin 2150 yılında tükeneceği beklenmektedir Bu nedenle Enerji üretiminde 21 yüzyılın başlarında fosil yakıtların kullanılması gerek çevre, gerekse artan fiyatlar nedeniyle ekonomik olmaktan çıkacaktır
Sanayide fosil kökenli enerji kaynaklarının tasarrufunda kısa vadeli önlemler olarak yalıtım ve uygun malzeme seçimi uzun vadeli önlemler olarak ta yenilenebilir enerji kaynaklarının tüketiminin artırılması önerilmektedir Bunun için sanayi dallarında enerji ihtiyacının dağılımı (proses sıcaklıklarının mevsimsel dağılımı gibi) belirlenmeli ve yenilenebilir enerji kaynakları içinde hangisinin daha uygun olduğu saptanmalıdır
Oldukça geniş bir güç bölgesinde (01kW1MW) tasarlanabilecek olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması aşamasında başlıca üç soruya cevap aranır Bunlar: (i) Çevreden ne kadarlık bir enerji sağlanabilir?, (ii) Toplanan enerji nerede ve hangi amaç için kullanılır? (iii) Bu enerjinin maliyeti ve diğer enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında ekonomikliliği nedir? İlk iki sorunun yanıtı her bir yenilenebilir enerji kaynağı incelenirken verilmeye çalışılacaktır Üçüncü soru, uygulama esnasında her zaman sorun olmuştur Twidell, 1990
Dünyada enerji tüketiminin sürekli büyüdüğü gözlenmektedir Ekonomik yönden işletilebilir olup olmadıkları dikkate alınmaksızın teknolojik araçlarla yararlanılabilir duruma getirilebilen doğadaki enerji kaynaklarının tümü ''enerji varlıkları'' olarak belirtilebilir Bu varlıkların bir bölümü, ekonomik yönden işletilebilir durumda ya da ileride ekonomik olarak değerlendirilebileceği bilinen veya beklenen tükenebilir enerji kaynaklarıdır Bunların diğer bir bölümü de, yine ekonomik yönden işletilebilir durumda olan ve sürekli yenilenebilen doğal enerji kaynaklarıdır Tükenebilir enerjilere ''stok enerjiler'', yenilenebilir enerjilere ''akım enerjileri'' de denilmektedir Katı yakıtlar, petrol, doğal gaz ve nükleer enerjiler tükenebilir 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 ihtiyaç duyulan enerjinin büyük bir kısmını karşıladığı için konvansiyonel enerji olarak ta kabul edilmektedir Yücel, 19929 Şekil 11'de yenilenebilir ve tükenebilir enerji sistemlerindeki enerji akış şeması verilmiştir Burada ABC hattı doğal enerji akışını DEF hattı ise faydalanılan enerji akışını göstermektedir Twidell, 1990 Tablo 11'de ise sonlu enerji ile yenilenebilir enerji değişik şekillerde karşılaştırılmıştır
Enerjinin herhangi bir değişim ya da dönüşüm uygulanmamış biçimi ''birincil enerji'' olarak tanımlanır Uluslar arası literatürde birincil kaynaklar aşağıdaki şekilde sınıflara ayrılır: (i)katı yakıtlar (kömür, linyit), (ii) petrol (petrol ürünleri), (iii) doğal gaz, (iv) hidrolik enerji, (v) nükleer enerji, (vi) yeni enerjiler (güneş, rüzgar, jeotermal, biyogaz, dalga ), (vii) ticari olmayan enerjiler, biyoyakıt (odun, odun atığı, şehir çöpleri, bitki ve hayvan atıkları, etanol, biyodizel) Birincil enerjinin dönüştürülmesi sonucu elde edilen enerji çeşidi ikincil enerji olarak tanımlanmaktadır İkincil enerjinin en önemli ve en çok kullanılan türü elektrik enerjisidir Dünyada tükenebilir enerji kaynaklarının artan bir tempoda kullanılması karşısında bir gün biteceği düşünülmektedir Bu konuyla ilgili değişik tahminlerin birleştiği nokta; petrol, doğal gaz ve uranyumun gelecek yüzyılın sonlarına doğru tükeneceği üzerinedir Doğanın bu stokları oluşturmak için milyonlarca yıl geçirmesine karşılık insanoğlu bunları birkaç yüzyılda kullanıp bitirmiş olacaktır Bu durumda geriye kömürün dışında yenilenebilir enerji kaynakları kalacaktırYücel, 1992 Endüstri öncesi toplumların gelişmesi odun, rüzgar ve hayvan gücü gibi geleneksel denilen bazı enerjilere dayanmıştır Bugünün gelişmiş ülkelerinin enerji tüketimlerinin % 80'ninden fazlası 15 yüzyılda odun ile insan ve hayvan enerjisinden oluşuyordu Endüstri devrimi bunların marjinalleşmesine katkıda bulunmuştur Bu tür enerjiler, kalkınmakta olan bazı ülkelerin tüketiminde yine başlıca payı almaktadır ''Yeni'' olarak adlandırılan enerjilerin ortak özelliği, bunların yararlı enerjiye dönüştürdükleri doğal birinci kaynağın ''yenilenebilir'' özellikte olmasıdır
Kullanılabilir enerji başlıca 5 farklı kaynağa dayanır Bunlar: (i) Güneş, (ii) Güneş, ay ve dünyanın hareket ve çekim kuvveti, (iii) Yer yüzündeki kimyasal reaksiyonlar, soğumadan ve radyoaktif parçalanmadan jeotermal enerji, (iv) Dünyadaki nükleer 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 türeyen enerjiler, (ii) Jeotermal, güneş enerjisi ve denizlerin yüzeyi ile dibinin sıcaklık farkından oluşan okyanusların ısıl gücü, (iii) Bir hareket yenilenmesinden türeyen enerjiler, rüzgar enerjisi, hidrolik enerji, gelgit enerjisi, dalgalar ve akıntılar enerjisi, (iv) Bir madde yenilenmesinden türeyen enerjiler, biyo yakıt, yani fotosentez yöntemiyle türeyen bitkisel maddelerden elde edilen enerjiler
Sonlu enerji çok daha kolay bir şekilde merkezi olarak toplanmasına karşılık dağıtım sistemi pahalıdır Buna karşılık yenilenebilir enerjinin geniş bölgelerden toplanması daha kolay olmasına karşılık yoğunlaştırılması zordur Bu nedenle bu enerji kırsal bölgelerde daha fazla uygulama alanı bulmuştur
12 Çevresel enerji
Dünya üzerindeki yenilenebilir enerji kaynaklarına ait akış şeması Şekil 12' de verilmiştir Güneşten gelen radyasyonun yeryüzüne birim zamanda düşen kısmı 12X1017 W'dır Dünya nufusu 4X109 olarak kabul edildiğinde kişi başına düşen güneşten gelen güç miktarı ise yaklaşık 30MW olacaktır Bu güç miktarı ise çok büyük 10 tane dizel jeneratörün gücüne eşit olacaktır Güneşten gelen enerji yoğunluğu ise ortalama 1kWm2'dir Dünyanın her bölgesi aynı oranda yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanamamaktadır Örneğin Danimarka, hidrolik güç bakımından fakir olmasına karşılık rüzgar enerjisi potansiyeli bakımından çok zengindir Norveç ise hidrolik güç potansiyeli bakımından zengindir Tropikal yağmur ormanlarının olduğu bölgelerde biyo yakıt enerjisi daha fazladırTwidell, 1990 Ülkemiz ise yenilenebilir enerji kaynakları açısından oldukça zengin olup; güneş, jeotermal, hidrolik, rüzgar, biyoyakıt enerjisinden faydalanılmaktadır
Dünyanın yıllık enerji ihtiyacı nüfus artışına paralel olarak hızla artmaktadır Gelişen teknoloji ile birlikte ham petrol ve doğal gaz fiyatlarındaki artışlar, kömür kullanan tesislerin ve nükleer enerjinin çevre üzerindeki 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 çevreyi olumsuz yönde etkilemektedir Özellikle ısıl değerleri düşük, kül ve kükürt içerikleri yüksek olan kalitesiz yerli linyitlerin kullanılması, hava kirliliğini artırmaktadır Bu olumsuz etkiler yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasının önemini artırmaktadır Bugün gelişmiş veya gelişmekte olan ülkeler kendi olanakları içinde değişik enerji kaynaklarının kullanılmasına öncelik vermektedirler Dünyanın bilinen petrol rezervlerinin 2050 yılında, doğal gaz rezervlerinin 2070 yılında ve kömür rezervlerinin 2150 yılında tükeneceği beklenmektedir Bu nedenle Enerji üretiminde 21 yüzyılın başlarında fosil yakıtların kullanılması gerek çevre, gerekse artan fiyatlar nedeniyle ekonomik olmaktan çıkacaktır
Sanayide fosil kökenli enerji kaynaklarının tasarrufunda kısa vadeli önlemler olarak yalıtım ve uygun malzeme seçimi uzun vadeli önlemler olarak ta yenilenebilir enerji kaynaklarının tüketiminin artırılması önerilmektedir Bunun için sanayi dallarında enerji ihtiyacının dağılımı (proses sıcaklıklarının mevsimsel dağılımı gibi) belirlenmeli ve yenilenebilir enerji kaynakları içinde hangisinin daha uygun olduğu saptanmalıdır
Oldukça geniş bir güç bölgesinde (01kW1MW) tasarlanabilecek olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması aşamasında başlıca üç soruya cevap aranır Bunlar: (i) Çevreden ne kadarlık bir enerji sağlanabilir?, (ii) Toplanan enerji nerede ve hangi amaç için kullanılır? (iii) Bu enerjinin maliyeti ve diğer enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında ekonomikliliği nedir? İlk iki sorunun yanıtı her bir yenilenebilir enerji kaynağı incelenirken verilmeye çalışılacaktır Üçüncü soru, uygulama esnasında her zaman sorun olmuştur Twidell, 1990
Dünyada enerji tüketiminin sürekli büyüdüğü gözlenmektedir Ekonomik yönden işletilebilir olup olmadıkları dikkate alınmaksızın teknolojik araçlarla yararlanılabilir duruma getirilebilen doğadaki enerji kaynaklarının tümü ''enerji varlıkları'' olarak belirtilebilir Bu varlıkların bir bölümü, ekonomik yönden işletilebilir durumda ya da ileride ekonomik olarak değerlendirilebileceği bilinen veya beklenen tükenebilir enerji kaynaklarıdır Bunların diğer bir bölümü de, yine ekonomik yönden işletilebilir durumda olan ve sürekli yenilenebilen doğal enerji kaynaklarıdır Tükenebilir enerjilere ''stok enerjiler'', yenilenebilir enerjilere ''akım enerjileri'' de denilmektedir Katı yakıtlar, petrol, doğal gaz ve nükleer enerjiler tükenebilir 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 ihtiyaç duyulan enerjinin büyük bir kısmını karşıladığı için konvansiyonel enerji olarak ta kabul edilmektedir Yücel, 19929 Şekil 11'de yenilenebilir ve tükenebilir enerji sistemlerindeki enerji akış şeması verilmiştir Burada ABC hattı doğal enerji akışını DEF hattı ise faydalanılan enerji akışını göstermektedir Twidell, 1990 Tablo 11'de ise sonlu enerji ile yenilenebilir enerji değişik şekillerde karşılaştırılmıştır
Enerjinin herhangi bir değişim ya da dönüşüm uygulanmamış biçimi ''birincil enerji'' olarak tanımlanır Uluslar arası literatürde birincil kaynaklar aşağıdaki şekilde sınıflara ayrılır: (i)katı yakıtlar (kömür, linyit), (ii) petrol (petrol ürünleri), (iii) doğal gaz, (iv) hidrolik enerji, (v) nükleer enerji, (vi) yeni enerjiler (güneş, rüzgar, jeotermal, biyogaz, dalga ), (vii) ticari olmayan enerjiler, biyoyakıt (odun, odun atığı, şehir çöpleri, bitki ve hayvan atıkları, etanol, biyodizel) Birincil enerjinin dönüştürülmesi sonucu elde edilen enerji çeşidi ikincil enerji olarak tanımlanmaktadır İkincil enerjinin en önemli ve en çok kullanılan türü elektrik enerjisidir Dünyada tükenebilir enerji kaynaklarının artan bir tempoda kullanılması karşısında bir gün biteceği düşünülmektedir Bu konuyla ilgili değişik tahminlerin birleştiği nokta; petrol, doğal gaz ve uranyumun gelecek yüzyılın sonlarına doğru tükeneceği üzerinedir Doğanın bu stokları oluşturmak için milyonlarca yıl geçirmesine karşılık insanoğlu bunları birkaç yüzyılda kullanıp bitirmiş olacaktır Bu durumda geriye kömürün dışında yenilenebilir enerji kaynakları kalacaktırYücel, 1992 Endüstri öncesi toplumların gelişmesi odun, rüzgar ve hayvan gücü gibi geleneksel denilen bazı enerjilere dayanmıştır Bugünün gelişmiş ülkelerinin enerji tüketimlerinin % 80'ninden fazlası 15 yüzyılda odun ile insan ve hayvan enerjisinden oluşuyordu Endüstri devrimi bunların marjinalleşmesine katkıda bulunmuştur Bu tür enerjiler, kalkınmakta olan bazı ülkelerin tüketiminde yine başlıca payı almaktadır ''Yeni'' olarak adlandırılan enerjilerin ortak özelliği, bunların yararlı enerjiye dönüştürdükleri doğal birinci kaynağın ''yenilenebilir'' özellikte olmasıdır
Kullanılabilir enerji başlıca 5 farklı kaynağa dayanır Bunlar: (i) Güneş, (ii) Güneş, ay ve dünyanın hareket ve çekim kuvveti, (iii) Yer yüzündeki kimyasal reaksiyonlar, soğumadan ve radyoaktif parçalanmadan jeotermal enerji, (iv) Dünyadaki nükleer 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 türeyen enerjiler, (ii) Jeotermal, güneş enerjisi ve denizlerin yüzeyi ile dibinin sıcaklık farkından oluşan okyanusların ısıl gücü, (iii) Bir hareket yenilenmesinden türeyen enerjiler, rüzgar enerjisi, hidrolik enerji, gelgit enerjisi, dalgalar ve akıntılar enerjisi, (iv) Bir madde yenilenmesinden türeyen enerjiler, biyo yakıt, yani fotosentez yöntemiyle türeyen bitkisel maddelerden elde edilen enerjiler
Sonlu enerji çok daha kolay bir şekilde merkezi olarak toplanmasına karşılık dağıtım sistemi pahalıdır Buna karşılık yenilenebilir enerjinin geniş bölgelerden toplanması daha kolay olmasına karşılık yoğunlaştırılması zordur Bu nedenle bu enerji kırsal bölgelerde daha fazla uygulama alanı bulmuştur
12 Çevresel enerji
Dünya üzerindeki yenilenebilir enerji kaynaklarına ait akış şeması Şekil 12' de verilmiştir Güneşten gelen radyasyonun yeryüzüne birim zamanda düşen kısmı 12X1017 W'dır Dünya nufusu 4X109 olarak kabul edildiğinde kişi başına düşen güneşten gelen güç miktarı ise yaklaşık 30MW olacaktır Bu güç miktarı ise çok büyük 10 tane dizel jeneratörün gücüne eşit olacaktır Güneşten gelen enerji yoğunluğu ise ortalama 1kWm2'dir Dünyanın her bölgesi aynı oranda yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanamamaktadır Örneğin Danimarka, hidrolik güç bakımından fakir olmasına karşılık rüzgar enerjisi potansiyeli bakımından çok zengindir Norveç ise hidrolik güç potansiyeli bakımından zengindir Tropikal yağmur ormanlarının olduğu bölgelerde biyo yakıt enerjisi daha fazladırTwidell, 1990 Ülkemiz ise yenilenebilir enerji kaynakları açısından oldukça zengin olup; güneş, jeotermal, hidrolik, rüzgar, biyoyakıt enerjisinden faydalanılmaktadır