Ülkemizde artan enerji talebine bazı kesimler tarafından çözüm olarak görülen Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Sistemlerini (CSP) yerinde incelemek üzere 2-5 Ekim tarihleri arasında Fas’ın Kazablanka (Casablanca) şehrinde düzenlenen Güneş Enerjisi ve Kimyasal Enerji Sistemleri (Solar Power And Chemical Energy Systems Conference 2018 – SolarPACES) Konferansına katıldık ve akabinde de Fas’ın Varzazat (Ouarzazate) kentinde Sahra Çölüne kurulmuş 177 MW Fotovoltaik, 360 MW Parabolik Oluk ve 150 MW Solar Kule teknolojileri ile toplamda 687 MW’lık Hibrit-CSP Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Santraline Teknik gezide bulunarak çok faydalı bilgiler edindik.
Öncelikle konunun daha kolay anlaşılabilmesi açısından kısaca bu teknolojinin detaylarına girecek olursak:
Direkt Normal Işınım (Direct Normal Irradiance – DNI) doğrudan güneşten gelip birim alana dik olarak düşen ışın demetlerinin toplamıdır. Bu değer özellikle yoğunlaştırma esaslı sistemler için kritik öneme sahiptir. Genellikle orta rakımlı yarı-kurak ve kurak platolarda DNI değerleri daha yüksektir. Dünya Bankası’nın Enerji Sektörü Yönetim Yardım Programı (ESMAP) ile Solar Coğrafik Bilgi Sistemlerinin (SOLARGIS) Direkt Normal Işınım Haritası verileri ışığında Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santralleri’nin (CSP) Dünya üzerinde en verimli olduğu ülkeler 3,000kWh/m2 ve üzeri ışınım değerleri ile Amerika Birleşik Devletleri’nin bazı bölümleri, Şili, Fas, Birleşik Arap Emirlikleri ve Sahra Çölü’nün bazı kısımları, Güney Afrika, Çin’in bazı kesimleri ve Avustralya’dır. Ülkemizde bu değer 2,350kWh/m2 civarındadır.
Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Santralleri (CSP) aynalar ve bu aynalara bağlı güneşi izleme sistemleri vasıtasıyla geniş bir alana düşen güneş ışınlarını tek bir küçük alana odaklar. Yoğunlaştırılmış gün ışığı daha sonra klasik enerji santrallerine gereken ısıyı üretmekte kullanılmış olur. Konsantre güneş enerjisi teknolojileri Parabolik Oluk, Solar Enerji Kulesi, Dish Stirling Motoru, Kompakt Lineer Fresnel Reflektörü gibi örneklerle hayat bulmuştur. Her bir odaklama yöntemi yüksek sıcaklıkların elde edilmesini ve buna paralel olarak yüksek termodinamik verimliliği sağlamaktadır. Ancak, bu yöntemlerin güneşi takip mekanizmaları ve güneş enerjisinden faydalanma biçimleri birbirinden farklıdır.
-Parabolik Oluk (Parabolic Through), parabolik (çukur ayna şeklindeki) yansıtıcıların, yansıtıcıların odak noktasına yerleştirilmiş bir alıcıda güneş ışığını toplamaları ile çalışır. Buradaki alıcı, yansıtıcıların odak noktaları doğrultusunda uzanan ve içinde çevrim akışkanının bulunduğu bir tüpten oluşur. Yansıtıcı, gün boyunca güneşi takip mekanizmaları ile takip eder. Çevrim akışkanı, alıcı içinde ilerletilirken (erimiş tuz vd.) 150-350 °C civarında ısınır. Ardından, ısı enerjisi kaynağı olarak enerji üretim tesisinde kullanılır. Parabolik oluk sistemler, CSP teknolojileri arasında en gelişmiş olanıdır. Parabolik Sistemlerin kurulumu için tam anlamıyla düz ve “0” (sıfır) eğimli araziler gerekmektedir. Bu bakımdan arazinin system kurulumuna hazırlanması uzun ve maliyetli bir iştir. 150 MW gücünde bir Parabolik Oluk Sistemi 1.35 Milyon m2 alan kaplar iken, ilk yatırım maliyeti 1.3 Milyar $’dır.
-Güneş Kulesi (Solar Tower), bir kulenin üzerinde bulunan merkezi bir alıcıdan ve bu alıcıya gün ışığını yansıtan bir dizi çift eksenli yansıtıcılardan (heliostat) oluşur. Kulenin tepesindeki alıcı, genelde deniz suyundan müteşekkil bir çevrim akışkanından bir depo bulundurur. Alıcı içindeki çevrim akışkanı 500-1000 °C seviyelerinde ısıtılır ve ardından enerji santralinde veya enerji depo sistemlerinde ısı enerjisi kaynağı olarak yararlanılır. Enerji kuleleri, parabolik oluk sistemlerden daha az gelişmiştir; ne var ki, daha yüksek bir verimlilik ve daha iyi bir enerji depolama kapasitesi sunmaktadır. 150 MW gücünde bir Kule Sistemi 1.3 Milyon m2 alan kaplar iken, ilk yatırım maliyeti 1.2 Milyar $’dır. Kule sistemleri için de mümkün olduğunca düz araziler seçilmesi gerekirken, arazinin nispeten hafif engebeli olduğu alanlarda, arazi düzeltme maliyetlerinin bertaraf edilebilmesi için Parabolik sistemlerden ziyade Kule Sisyemleri tercih edilmektedir. Kulelerin yükseklikleri 240-250 metre civarındadır, yapılacakları bölgelerde Sivil Havacılığa olası etkileri göz önünde bulundurulmalıdır.
-Dish Stirling (Parabolic Dish Stirling), yada Stirling motoru sistemi, tek başına bir parabolik yansıtıcı ile bu yansıtıcının odak noktasında bulunan bir alıcıdan oluşmaktadır. Yansıtıcı, bu sistemde, güneşi iki eksenden takip eder. Alıcı içerisinden geçen çevrim akışkanı 250-700 °C seviyesinde ısıtılır ve ardından Stirling motorunda enerji üretimi maksadıyla kullanılır. Dish Stirling sistemleri CSP teknolojileri arasında güneş enerjisinden elektrik enerjisine dönüşümde en yüksek verimliliği sağlayan sistemdir. Buna ek olarak, taşınabilir yapısı sistemin ölçeklenirliğini sağlar. Ne var ki en büyüğü 1.5 MW olmak üzere, operasyonel durumda da olmayan, Dünya çapında toplam 2 adet Dish Stirling Modeli CSP Santral kurulumu vardır ve henüz deney aşamasında olan bir teknolojidir.
-Kompakt Lineer Fresnel yansıtıcıları (Linear Fresnel), güneş ışığını parabolik aynalarla yansıtmak yerine çok sayıda ince ayna dizileri kullanarak içinde çevrim akışkanı dolaşan bir çift tüpe yansıtan CSP santralleridir. Bu sistem parabolik sisteme göre düz aynaların parabolik aynalara göre ucuz olmasından ötürü daha az maliyetlidir. Bunun yanı sıra, aynı büyüklükte bir alana parabolik sisteme nazaran daha çok yansıtıcı konulabilir. Bu da, aynı büyüklükte bir alandan daha fazla kullanılabilir gün ışığı toplamak manasına gelmektedir. Yoğunlaştırılmış doğrusal Fresnel yansıtıcıları, Dünya’da toplam 11 noktada kullanılmaktadır, Bunlardan 3 tanesi operasyonel durumda, 6 tanesi henüz inşaa ve geliştirme aşamasında iken, 2 tanesi operasyonel durumda değildir. Henüz olgunlaşmamış Ar-Ge’ye muhtaç bir teknolojidir.
Rakamlarla CSP’yi özetleyecek olursak:
-CSP Santral kurulumları için ihtiyaç duyulan arazi miktarı 8.7-9 m2/kW iken bu Fotovoltaik (PV) Güneş Enerjisi Sistemlerinde 5.6-6 m2/kW’dır. 150 MW gücünde bir Parabolik Oluk / Solar Kule Sistemi ortalama 1,300,000 m2 araziye ihtiyaç duymaktadır.
-CSP Santrallerin 8 saat depolama ile birlikte ortalama ilk yatırım maliyeti 8,500-10,000 $/kW iken bu Fotovoltaik (PV) Güneş Enerjisi Sistemlerinde 900-1,000 $/kW seviyelerindedir.
-CSP Santrallerin Üretim Maliyetleri ortalama 18-20 ¢/kWh (95-106 Kuruş/kWh) iken Teknecik Elektrik Snatralinde mevcut Diesel Santraller ile Üretim Maliyeti 11 ¢/kWh (58 Kuruş/kWh), Buhar Türbinleri için bu rakam 14 ¢/kWh (74 Kuruş/kWh).
-CSP Santrallerin yıllık ortalama bakım-onarım maliyeti 2-4 ¢/kWh’dır.
-CSP Santrallerde her 150 MW gücündeki santral için ihtiyaç duyulan ortalama personel sayısı 60’tır.
-CSP Santrallerde kullanılan depolama kapasiteleri genellikle 5-7 ve 9 saat’tir, depolama kapasitesi arttıkça sistemin ilk yatırım maliyeti de doğru orantılı olarak artmaktadır.
-CSP Santrallerin ilk yatırım ve bakım-onarım maliyetlerinin yüksek olması santrallerin amortisman sürelerini uzatmakta ve bu tip santrallerin enerji temin sözleşmeleri 25 – 35 yıllık periyodlar şeklinde yapılmaktadır.
-CSP Santrallerde karşılaşılan en büyük sorunlar; Kurulum yapılacak arazinin temini, arazi düzeltilmesi, panellerin temizliği, temizlik için ihtiyaç duyulan su miktarının fazlalığı, güneş takip sistemlerinin mekanik bakımları ve yalnız dolu değil rüzgar gibi olumsuz hava şartları sebebiyle de kırılabilen panellerdir.
Sonuç olarak;
Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Sistemlerini (CSP) henüz Fotovoltaik (PV) Güneş Enerjisi Sistemleri gibi belli bir gelişim ve doygunluğa ulaşmış sistemler olmamakla birlikte ilk yatırım maliyeti ve üretim maliyetleriyle birlikte var olan en pahalı elektrik üretim metodlarından biridir. Teorik olarak 24 saate kadar depolama yapılabildiği iddia edilmesine rağmen pratikte 7-10 saat arası değişen depolama kapasiteleri, mevsim ve iklim şartlarından etkilenmeleri ile birlikte baz santral olmaktan henüz çok uzaktırlar.
Elektrik tarife fiyatlarının “Pahalı” olarak nitelendirildiği, “Ucuz” elektrik üretme hedefi ve iddiasında olan bir ülkenin, mevcut üretim maliyetlerinden daha yüksek üretim maliyetlerine sahip bir teknoloji ile ucuzlama sağlayacağı ve mevsim/iklim koşullarına göre değişkenlik gösteren bir teknolojinin Baz Santral olacağı iddiaları en hafif tabiri ile “saflık” olmakla birlikte, oldukça manidardır.
Sözleşmesi 2024’de sona erecek olan AKSA’nın Garantili Alım Sözleşmesinden ve yüksek üretim maliyetlerinden şikayet ederken, mevcut elektrik üretim maliyetlerinin de üzerinde üretim maliyetine sahip, henüz “deneme aşamasındaki bir teknolojiye Milyar Euro seviyesinde” yatırım yaparak, uzun süreli alım garantili bir anlaşma ile de halkı “temiz” adı altında pahalı elektriğe mahkum etmek mantık çerçevesi dışındadır.
Yazar: Yusuf Avcıoğlu
Yazar
