Karanlık dönemde: Elektrik nasıl depolanabilir?

Az güneş ve neredeyse hiç rüzgar olmadığı zamanlarda Almanya'da karanlık durgunluk hakim oluyor. Bu kış, güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinin mevsim ve hava durumu nedeniyle neredeyse hiç elektrik üretmediği bu dönemlerden birkaç tane yaşandı. Geçtiğimiz günlerde de yenilenebilir enerjilerin payı kötü görünüyordu. 

O zaman elektrik başka yerden gelmeli, şu anda bu özellikle kontrol edilebilir kömür ve doğalgaz santrallerinden sağlanıyor. Gelecekte bu santrallerin kapatılması planlanıyor. Peki ya sonra? 

Çoğunlukla güneş ve rüzgara dayanan, 2030 yılına kadar hatta yüzde 80'e kadar çıkması öngörülen bir elektrik sistemi, güvenli bir arz için dengeleme mekanizmalarına ihtiyaç duyar. Bir yandan, gelecekte tüketim mevcut elektrik miktarına daha fazla uyarlanabilir. Sınır ötesi elektrik ticareti ve ağ genişlemesi de önemlidir. Ayrıca, diğer üreticilerin devreye girmesi gerekiyor - burada bir dizi seçenek söz konusu olabilir.

Lityum-İyon Pilleri: şu anda piyasaya hakim

Pil depolama sistemleri, ağı kısa bir süre, yani ağı dengelemek için birkaç saniye veya gece boyunca birkaç saat destekleyebilir. Elektrikli araçlardaki bataryalara benzer lityum-iyon akülerden yapılan büyük depolar, fazla elektriği hızla ağdan alabilir ve daha sonra tekrar depolayabilir. Jülich Araştırma Merkezi’ne göre, bu depolamanın ve yeniden elektrik üretiminin verimliliği %80 ila %90 arasındadır. 

Bu depolama ve yeniden elektrik üretimi giderek yaygınlaşıyor, birçok yerde lityum-iyon akülerden depolar kuruluyor. Diğer batarya depolama türleri ise henüz pek bir rol oynamıyor. Son yıllarda lityum-iyon aküler sadece daha hafif ve daha küçük olmakla kalmadı, aynı zamanda çok daha ucuz hale geldi.

«Ayrıca çok dayanıklılar, neredeyse fosil yakıtlı santraller gibi - bu, cep telefonundaki gibi değil,» diyor Martin Winter, Münster Üniversitesi MEET Batarya Araştırma Merkezi ve Jülich Araştırma Merkezi dış şubesi olan Helmholtz Enstitüsü Münster müdürü.

Almanya'nın büyük kapasiteler ihtiyacı var. Fraunhofer Soler Enerji Sistemleri Enstitüsü ISE, 2045 yılına kadar merkezî ve yerel elektrik depolamalarında toplam 180 Gigawatt saat (GWh) kapasiteye ihtiyaç duyulacağını öngörüyor. Ülke ise bu noktadan oldukça uzak: RWTH Aachen’ın Battery Charts verilerine göre şu anda depoların 17,8 GWh kapasitesi var. 

Sodyum-İyon Piller: daha düşük enerji yoğunluğu

Lityum hammaddesi sonsuz ve her yerde bulunmadığı için diğer batarya türleri araştırılmakta ve denenmekte. Helmholtz Enstitüsü Ulm’den Maximilian Fichtner'a göre, lityum giderek sodyum ile değiştirilecek - bu da sodyum klorürün, yani sofra tuzunun bir bileşeni olarak bilinir.

Bu malzeme çevre dostu, uygun maliyetli ve dünyanın her yerinde mevcut - lityum gibi sadece birkaç ülkeden gelmediği ve bu nedenle bağımlılık oluşturmadığı için, Fichtner üniversitesinde yaptığı bir konuşmada söyledi. Artık sodyum-iyon aküler pazar olgunluğuna erişmiş durumda ve örneğin küçük elektrikli otomobil prototiplerinde kullanılıyor.

Bununla birlikte, sodyum-iyon aküler daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptir, bu nedenle lityum-iyon akülerden daha ağır ve daha büyüktürler.

«Her zaman daha fazlasına ihtiyaç vardır, aşırı durumlarda üç kata kadar,» diye uyarıyor Winter. Bu şu anlama geliyor: «Üç kat daha fazla malzeme, hücre muhafazası, ince kimyasallar, üç kat daha fazla fırın, taşımacılık için kamyon ve alan.»

Hidrojen: uzun vadeli depolama için

Birkaç gün süren uzun rüzgar durgunlukları batarya depolarıyla kapatılamaz, bunun için güçlü bir genişleme olsa bile kapasite yeterli olmayacaktır.

«Bu durumda kimya alanına yönelmemiz gerekiyor, yani yanabilecek yeşil enerji ile moleküller üretmeliyiz» diyor Winter. 

Elektrik yardımıyla - ideal olarak gelecekte yenilenebilir kaynaklardan - su, hidrojen ve oksijene bölünebilir. Hidrojen daha sonra yakıt hücrelerinde veya elektrik santrallerinde kullanılacaktır - bunun bir kısmı eski gaz santrallerinde gerçekleşmelidir. Veya hidrojen, sentetik yakıtlar elde etmek için kullanılabilir.

«Maalesef bunların hepsi çok verimsiz» diyor Winter.

Ancak hidrojen başka yerlerde - örneğin güneşi bol olan ülkelerde - üretilebilir ve gemiler ya da boru hatlarıyla Almanya'ya getirilebilir. Gelecekte, hidrojen ile mevsimsel depolar da oluşturmak düşünülebilir.

Nükleer füzyon: hala uzak bir gelecek

Ana çekirdekleri enerji elde etmek için bilinçli bir şekilde birleştirmek mümkün ancak doğru füzyon santralleri muhtemelen birkaç onyıl sonra devreye girecek. Ayrıca, yeterli miktarda hammadde trityum elde etmek de zordur, Alman Federal Meclisi Teknoloji Değerlendirme Bürosu'nun yakın zamanda bir raporunda açıkladığı gibi.

Bu santrallerin aslında sürekli yüksek performansla çalışması gerektiğini, aksi takdirde yatırımın değmeyeceğini belirtiyor Jülich Araştırma Merkezi'nden füzyon araştırmacısı Christian Linsmeier. Yani birkaç günlük bir karanlık durgunlukta devreye girmeleri mümkün değil. Bunun yerine belki hidrojen üretimi düşünülebilir.