YENİLENEBİLİR ENERJİLER ve TEKNOLOJİLERİ

Transkript

1 YENİLENEBİLİR ENERJİLER ve TEKNOLOJİLERİ Tuğrul GÖRGÜN 2009 İhracatı Geliştirme Etüd Merkezi

2 İçindekiler İçindekiler... ii Kısaltmalar...iv 1. Giriş Yenilenebilir Enerji Sektörü: Tanım ve Ürünler...1 a. Güneş Enerjisi...1 i. Termal (Termodinamik) Sistemler...2 ii. Güneş Pili Sistemleri (Fotovoltaik Sistemler)...4 b. Rüzgar Enerjisi...7 c. Jeotermal Enerji...8 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi...9 e. Dalga Enerjisi...11 f. Biyokütle Enerjisi Yenilenebilir Enerjiler Ürün ve Teknolojileri Dış Ticaret Sınıflandırılması ve Dünya Ticareti...14 a. Dış Ticaret Sınıflandırması...14 b. Dünya Ticareti...15 i. Güneş Enerjisi...15 ii. Rüzgar Enerjisi...19 iii. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi Türkiye de Yenilenebilir Enerji Sektörü...23 a. Rüzgar Enerjisi...24 b. Güneş Enerjisi...27 c. Jeotermal Enerji...35 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi...36 e. Dalga Enerjisi...39 f. Biyokütle Enerjisi Almanya da Yenilenebilir Enerjiler Sektörü...42 a. Almanya da Yenilenebilir Enerjiler Temel Veriler...42 b. Rüzgar Enerjisi...45 c. Güneş Enerjisi...46 i. Güneş Pilleri Fotovoltaik (PV) Sistemler...46 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:...50 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi...51 e. Biyokütle...52 f. Jeotermal Enerji Fransa da Yenilenebilir Enerji Sektörü...55 a. Fransa da Yenilenebilir Enerjilerin Temel Verileri...55 b. Rüzgar Enerjisi...57 c. Güneş Enerjisi...58 i. Güneş Pilleri Fotovoltaik (PV) Sistemler...58 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:...62 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjsii...63 e. Biyokütle...65 f. Jeo termal Enerji İspanya da Yenilenebilir Enerji Sektörü...67 a. İspanya da Yenilenebilir Enerjilerin Temel Verileri...67 ii

3 b. Rüzgar Enerjisi:...69 c. Güneş Enerjisi...70 i. Güneş Pilleri Fotovoltaik (PV) Sistemler...70 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:...74 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi...75 e. Biyokütle...77 f. Jeo termal Enerji İtalya da Yenilenebilir Enerjiler Sektörü...79 a. İtalya da Yenilenebilir Enerjilerin Temel Verileri...79 b. Rüzgar Enerjisi:...81 c. Güneş Enerjisi...82 i. Güneş Pilleri Fotovoltaik (PV) Sistemler...82 ii. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri:...86 d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi...88 e. Biyokütle...89 f. Jeo termal Enerji Sonuç ve Değerlendirme...91 Kaynakça...93 Yararlı Adresler...96 Ek...97 iii

4 Kısaltmalar AA: CO2: DA: GW: GWs: IEA: kw: kws: MW: MWe: MWs: MWt: PV: TEP: TW: TWs: YE: Alternatif Akım (AC) Karbondioksit (Carbon dioxide) Doğru Akım (DC) Gigawatts Gigawatt saat Uluslararası Enerji Ajansı (International Energy Agency) Kilowatt Kilowatt saat Megawatt Megawatt elektrik Megawatts saat Megawatt termal Fotovoltaik (Photovoltaic) Ton Eşdeğer Petrol Terawatts Terawatt saat Yenilenebilir Enerjiler iv

5 1. Giriş Fosil yakıtlarda meydan gelen maliyet artışları ve çevreye verdiği zararlar nedeniyle Yenilenebilir Enerjilerin (YE) kullanımının ekonomik avantajları sürdürülebilirlik prensibi çerçevesinde gündeme oturmuştur. Başta Avrupa Birliği olmak üzere, ülkeler YE kullanımına ve bu alanda geliştirilecek teknolojilere çok büyük önem vermektedirler. Günümüzde tüm yenilenebilir ve alternatif enerji kaynakları enerji talebinin % 2,5'lık bölümünü karşılamaktadır. Uluslararası Enerji Ajansı ı 2015 yılında YE kaynaklarının toplam talebin % 3,3 ünü karşılamasını öngörmektedir yılında dünya genelinde elektrik üretim sektörüne 150 milyar doların 2 üzerinde yatırım yapılırken güç üretimi için yenilenebilir kaynaklara yapılan toplam yatırım 33 milyar dolar düzeyinde gerçekleşmiştir. Uluslararası Enerji Ajansı'nın projeksiyonuna göre yılları arasındaki dönemde yenilenebilir enerji kaynaklarına 10 trilyon dolarlık yatırım gerçekleşecektir. OECD ülkeleri arasında da yenilenebilir kaynakların enerji üretimindeki payının % 25'e ulaşması hedeflenmektedir. 3 Bu çalışmanın kapsamı çerçevesinde gelecekte önemli ekonomik ve ticari değere ulaşacak olan YE kaynakları olan güneş, rüzgar, jeotermal, hidrolik, dalga ve biyokütle enerjileri incelenecektir. Dış pazarlar açısından da YE kaynaklarından enerji kullanımını öncelikli hedefleri arasına koymuş Almanya, Fransa, İspanya ve İtalya gibi Kıta Avrupası nın büyük pazarlarının genel bir analizi yapılacaktır. 2. Yenilenebilir Enerji Sektörü: Tanım ve Ürünler a. Güneş Enerjisi Güneş enerjisi yeni ve yenilenebilir bir enerji kaynağı oluşu yanında, dünyanın eko sistemi için önemli bir sorun olan çevreyi kirletici atıkların bulunmayışı, yerel olarak 1 Ayrıntılı bilgi için bkz. International Energy Agency (IEA), < 2 Metnin tümünde dolar olarak belirtilen para birimi ABD doları dır. 3 Renewables in Global Ener gy Supply, International Energy Agency (IEA),

6 uygulanabilmesi ve karmaşık bir teknoloji gerektirmemesi gibi üstünlükleri sebebiyle son yıllarda üzerinde yoğun çalışmaların yapıldığı bir konu olmuştur. Binaların ısıtılması, soğutulması, bitkilerin kurutulması ve elektrik üretimi güneş enerjisinin yaygın olarak kullanıldığı alanlardır. Sürekli bir füzyon reaktörü olan güneşin enerji kaynağı, 4 Hidrojen atomunun 1 Helyum atomuna dönüşmesinde gizlidir. 4 hidrojen atomu 4,032 birim ağırlıktadır, 1 Helyum atomu ise 4,003 birim ağırlıktadır. Bu olay sonucu 0,029 birim ağırlık Einstein ın maddeenerji bağıntısı sonucu enerjiye dönüşmektedir. Bunun anlamı ise; güneşte her saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüşmekte olduğu ve kaybolan 4 milyon ton kütle karşılığı 3,86x10 26 J enerji açığa çıkarak ışınım şeklinde uzaya yayıldığıdır. 4 Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Güneşten gelen güç insanlığın yıllık ticari gereksiniminin 16 bin katından çoktur. Dünyadaki tüm elektrik santrallerinin toplam gücü; güneşten gelen gücün 61 bin'de birinden azdır ve güneşten gelen güç dünyadaki tüm nükleer santrallerin ürettiği toplam gücün 527 bin katıdır. 5 Güneş enerjisi geniş bir coğrafi dağılıma sahip bir enerji kaynağıdır. Coğrafi olarak kuzey enlemleri arasında bulunan Türkiye, güneş kuşağı içindedir. Şu an için güneş enerjisinin kullanımı oldukça azdır, ancak geleceğin dünyasının enerji gereksiniminin karşılanmasında, geleneksel enerji kaynaklarının yanında en önemli seçeneklerden biri olacağı düşünülmektedir. Farklı gelişme aşamalarında, çeşitli güneş enerjisi elde etme teknikleri mevcuttur. Her teknolojinin kullanım ve uygulamalarına bağlı olarak avantaj ve dezavantajları vardır. Güneş enerjisi sistemlerinin başlıca tipleri şunlardır: a Termal (Termodinamik) sistemler, b Güneş Pili (Fotovoltaik) sistemleri. i. Termal (Termodinamik) Sistemler Termodinamik sistemler de kendi içinde pasif güneş toplama sistemleri ve aktif güneş toplama sistemleri olarak ikiye ayrılmaktadır. 4 Kamil B. Varınca ve M. Talha Gönüllü, Türkiye de Günes Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlıgı Üzerine Bir Arastırma, UGHEK 2006: I. Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi, Eskişehir, Haziran Güneş Enerjisi, Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem ve Araştırma Enstitüsü. < 2

7 Pasif güneş sistemleri, güneş enerjisi kullanımı için geliştirilen en eski sistemlerden biridir. Başlıca, binaların ısıtma ve soğutması için dizayn ve mimarisinde kullanılmaktadır. Güneş mimarisinde, güneş enerjisi yoğunluk ve süresinin ısı, ışık ve sağlığa yararlı, istenilen etkilerini elde edebilmek, buna karşın yüksek sıcaklık, aşırı aydınlık ve kişilere ve malzemelere zarar verecek, istenmeyen etkilerinden ise korunulacak şekilde kontrol edilmesi ve kullanılması çok önemlidir. Binaların, kışın ısıtılmasında, yazın ise ısınmayı önleyecek koşulların sağlanması, seraların ısıtılması, zirai ürünlerin kurutulması, pasif güneş sistemlerinin başlıca kullanıldığı yerlerdir. Güneş enerjisi binalarda, herhangi bir elektromekanik gereç kullanılmadan (normal olarak) ısıya dönüştürülür. Isı transferi ve sıcak akışkanın çevrimi doğal yolla olur. Pasif güneş ısı sistemleri, pencereler gibi enerji kolektör elemanları veya bina duvarları gibi depolama elemanlarını da içermektedir. Pasif güneş sistemlerinin etkili bir şekilde kullanılabilmesi için, global güneş radyasyonu, uzun dalga terrestrial ve atmosferik radyasyon, güneşlenme süresi ve hareketli güneş datası (polar data) gibi bilgilere, sistemin optimizasyonunun ve performansının hesaplanabilmesi için gereksinimleri vardır. Bunların yanında, sıcaklık, rüzgar yönü ve şiddeti, nem ve buharlaşmasının da bilinmesini gerekmektedir. Aktif sistemler ise, ısıtma, soğutma ve elektrik üretimi gibi amaçlarla kullanılabilir. Güneş radyasyonunu ısıya dönüştüren aktif sistemler çok çeşitlidir. En basit güneş kollektörleri ile bir kaç yüz watt, güneş güç istasyonlarıyla birkaç yüz megawatt'a kadar enerji elde edilebilir. Aktif termal sistemler, stasyoner veya sun tracking (güneş tarayıcı) sistemler olabilir. Termal stasyoner sistemler güneş enerjisini stasyoner bir toplayıcı (kollektör) ile toplar, daha sonra ısıya dönüştürülerek bir akışkana transfer eder. Bunlar kollektör tiplerine göre sınıflandırılır; 6 Düz plakalı kollektörler (flat plate kolektör), Boru şeklindeki kollektörler (tubular kolektör) Konsantre kolektör, Güneş havuzları (solar ponds) 6 Ibid., < 3

8 Bunların arasında düz plakalı kollektörler: çok yaygın olarak kullanılan ve teknik olarak da en gelişmiş olanlardır, aynı zamanda güneş enerjisi kullanımının en eski teknolojilerinden birisidir. ii. Güneş Pili Sistemleri (Fotovoltaik Sistemler) Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2 0,4 mm arasındadır. Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç watt'tan mega watt'lara kadar sistem oluşturulur. 7 Güneş pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır: Kristal Silisyum: Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen tekkristal silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında % 24, ticari modüllerde ise % 15'in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Çokkristalli Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır. Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında % 25 ve % 28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde % 30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır. Amorf Silisyum: Kristal yapı özelliği göstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modüllerde ise %5 7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük 7 Güneş Enerjisi, Elektrik İşleri Etüd İdaresi (EİE), < 4

9 elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum güneş pilinin bir başka önemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir. Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çokkristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde % 16, ticari tip modüllerde ise % 7 civarında verim elde edilmektedir. Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu çokkristal pilde laboratuvar şartlarında % 17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise % 10,2 verim elde edilmiştir. Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler: Gelen ışığı kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araçlarla modül verimi % 17'nin, pil verimi ise % 30'un üzerine çıkılabilmektedir. Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır. 8 Güneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi, diğer bir deyişle fotovoltaik sistem oluştururlar. Bu sistemler, özellikle yerleşim yerlerinden uzak, elektrik şebekesi olmayan yörelerde, jeneratöre yakıt taşımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar. Bunun dışında dizel jeneratörler ya da başka güç sistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mümkündür. Bu sistemlerde yeterli sayıda güneş pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzere genellikle sistemde akümülatör bulundurulur. Güneş pili modülleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerji akümülatörden alınır. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için kullanılan denetim birimi ise akünün durumuna göre, ya güneş pillerinden gelen akımı ya da yükün çektiği akımı keser. Şebeke uyumlu alternatif akım (AA) elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir invertör eklenerek akümülatördeki doğru akım (DA) gerilim, 220 V, 50 Hz.lik sinüs dalgasına dönüştürülür. 9 8 Ibid., < 9 Ibid. 5

10 Benzer şekilde, uygulamanın şekline göre çeşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir. Bazı sistemlerde, güneş pillerinin maksimum güç noktasında çalışmasını sağlayan maksimum güç noktası izleyici cihazı bulunur. Şebeke bağlantılı güneş pili sistemleri yüksek güçte santral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibi daha çok görülen uygulaması binalarda küçük güçlü kullanım şeklindedir. Bu sistemlerde örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken, üretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılır, yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen DA elektriğin, AA elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir. Güneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (stand alone) olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır; 10 Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri, Petrol boru hatlarının katodik koruması, Metal yapıların (köprüler, kuleler vb) korozyondan koruması, Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, hava gözlem istasyonları, Bina içi ya da dışı aydınlatma, Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması, Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı, Orman gözetleme kuleleri, Deniz fenerleri, İlkyardım, alarm ve güvenlik sistemleri, Deprem ve hava gözlem istasyonları, İlaç ve aşı soğutma. Güneş enerjisi temiz, yenilenebilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi ile çalışan sistemler, kolayca taşınıp kurulabilen gerektiğinde enerji ihtiyacına bağlı olarak basitçe değiştirilebilen sistemlerdir. Ancak günümüzdeki teknolojiler çerçevesinde düşük verimlidir (%15); başlangıç maliyeti çok yüksektir, piller gibi depolama malzemeleri için 10 Ibid. 6

11 uygun değildir. 11 Tüketiciler için maliyeti şimdilik yüksek olmasına rağmen; endüstriye bakıldığında, 4 10 yıllık bir dönemde teknolojik gelişmeler çerçevesinde güneş enerjisinden elektrik üretim maliyetleri düşerek rekabetçi konuma gelebilecektir. Güneşten elektrik üretiminin 5 10 yıl içerisinde güney ülkelerinin liberal enerji piyasalarında ekonomik olmaya başlayacağı düşünülmektedir. Kuzey ülkelerinde ise bu noktaya ulaşabilmenin bir 10 yıl daha süreceği tahmin edilmektedir. 12 b. Rüzgar Enerjisi Rüzgar enerjisi aslında, güneş enerjisinin dolaylı bir şeklidir. Çünkü güneş enerjisinin karaları, denizleri ve atmosferi her yerde aynı ısıtamaması nedeniyle oluşan sıcaklık ve basınç farkları rüzgarı ortaya çıkarmaktadır. Geçmişte, gemilerin yelkenlerini şişirerek coğrafi keşiflerin yapılmasını sağlayan, tarımsal ürünleri öğütmek ve su pompalamak gibi amaçlarla kullanılan rüzgar günümüzde elektrik üretimi sağlayan modern rüzgar santrallerinin kurulmasını sağlamaktadır. Yıllar önce kullanılan yel değirmenlerinde, rüzgar estikçe dönen pek çok kanat bulunmaktaydı, bugünün rüzgar türbinlerinde ise yalnızca iki veya üç kanat bulunmaktadır. Bu kanatlar, yel değirmenlerinde görüldüğünden çok daha uzun ( 25 m.'ye kadar) olabilmektedir. Kanatlar, buhar türbinlerine çok benzer olarak, elektriği üreten jeneratörü çalıştırır. Kanatların daha uzun olması ve rüzgar şiddetinin artması türbinin elektrik üretimini artırır. Rüzgar türbinleri çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule üzerine yerleştirilirler. Zira rüzgar hızı hem yükseklikle artmakta, hem de daha az değişken olmaktadır. Daha çok elektrik üretmek için türbinlerin rüzgar hızının sabit olduğu alanlarda kurulması uygundur ve bu nedenle de dünyada pek çok yer elverişli değildir. Rüzgar şiddeti 7 sınıfa ayrılmaktadır. Bunlardan 7. sınıfdaki rüzgarlar son derece kuvvetli, 2. sınıfdakiler ise esinti şeklindedir. Elektrik üreten türbinler için ise 4. sınıfdaki rüzgarların (yıllık ortalama rüzgar şiddetinin 19.2 km/saat) uygun olduğu kabul edilmektedir Güneş Enerjisi, Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem ve Araştırma Enstitüsü. < Avrupa Fotovoltaik Güneş Enerjisi Konferansı ve Fuarı Termodinamik, Ekim 2006, s Rüzgar Enerjisi, Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem ve Araştırma Enstitüsü. < 7

12 Rüzgar enerjisi üretiminde, 1600 megawattan daha fazla bir kapasiteye sahip Amerika, dünyada lider durumundadır. Ancak Batı Avrupa'da bu farkı çok hızlı bir şekilde kapatmaktadır. Amerika her yıl 3 milyon kw/saat elektrik üretmektedir ki bu yaklaşık 1 milyon kişinin senelik ihtiyacına cevap vermektedir. Bu miktarın % 90'ından daha fazlası üç büyük rüzgar çiftliğinde üretilmektedir. Rüzgar enerjisinde elektrik üretiminin en önemli aracı rüzgar türbinleridir. Bu türbinlerde bir rotor, bir güç şaftı ve rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine çevirecek bir jeneratör kullanılır. Rüzgar rotordan geçerken, aerodinamik bir kaldırma gücü oluşturur ve rotoru döndürür. Bu dönel hareket jeneratörü hareket ettirir ve elektrik üretir. Türbinlerde ayrıca, dönme oranını ayarlayacak ve kanatların hareketini durduracak bir rotor kontrolü bulunur. Rüzgar şiddeti yükseklikle arttığı için rüzgar türbinleri kule tepelerine yerleştirilir. Yatay ve düşey eksen sistemleri olmak üzere iki tür rüzgar türbini bulunmaktadır. Rüzgar enerjisi kirlilik yaratmayan ve çevreye çok az zarar veren yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Yeryüzünde % 95 gibi bir alanda rüzgar enerjisi elde edilebilir ve bu alanlarda aynı zamanda ziraat, ormancılık gibi faaliyetler de sürdürülebilir. Evsel kullanım için de iyi bir alternatif enerji kaynağıdır. Tüm bu önemli avantajlarının yanı sıra, bazı ufak dezavantajları da olmaktadır. Türbinlerin sesli çalışmaları, yakın çevrelerinde yaşayan insanlar için rahatsız edicidir. Bu nedenle yerleşim merkezlerinden ve hassas vahşi yaşam alanlarından uzakta kurulmaları gerekmektedir. Bölgesel olarak değişmekle birlikte, genelde düşük verimlidir (% 30). 14 c. Jeotermal Enerji Jeotermal kelimesi yer anlamına gelen jeo ve ısı anlamına gelen termal kelimelerinin birleşiminden oluşmuştur. Jeotermal enerji yerin derinliklerindeki sıcak bölgeden yeryüzüne doğru yayılan yerküre iç ısısı olarak tariflenir. Jeotermal modelin üç önemli unsuru vardır: ısı kaynağı, ısıyı yeraltından yüzeye taşıyan akışkan ve bu akışkanın dolaşımını sağlayacak ölçüde geçirimli kayaçlardır. 15 Bu enerji yer kabuğunun kilometrelerce derinliğindeki erimiş kayalardan oluşan mağmanın ısısından oluşur. Mağmadan yükselen ısı ile, jeotermal 14 Ibid., < 15 Aktif Tektoniğin İkramı: Sıfır Zararlı Jeotermal Enerji, Bilim ve Teknik, Temmuz 2006, Tübitak Yayınları, s

13 rezervuarlar olarak bilinen yeraltı su havuzları ısınır. Hatta bazen su kaynayarak buhar oluşturabilir. Bunlar yeryüzüne çıkacak bir yer bulduğunda su veya kaynar bir şekilde gayzerlerden dışarıya çıkarlar. Bunlar kaplıcalar olarak bilinirler. Yüzyıllardır insanlar bu suları banyo yapmak için veya mutfaklarında kullanmaktadırlar. Ancak bugünkü teknoloji ile artık bunların kendiliğinden yeryüzüne çıkmalarını beklemek yerine jeotermal rezervuarların oldukları yerlere sondaj yaparak enerji açığa çıkarılabilmektedir. Bu jeotermal enerjinin direkt kullanımıdır. Aynı zamanda jeotermal enerji elektrik üretiminde de kullanılır. Güneş enerjisinden elektrik üretimine benzer olarak, jeotermal kaynaklardaki sıcak suyun oluşturduğu buhar ile çalışan türbinler sayesinde elektrik üretilir. Çok yüksek verimlidir ve direkt olarak elde edilebildiği için maliyeti düşük iyi bir güç kaynağıdır. Ancak yeraltından çıkarılarak tüketilen kısmın, aynı oranda, kısa süreçte tekrar oluşması mümkün olmamaktadır. Ayrıca bu kaynaklarda elde edilen su genellikle aşındırıcı ve kirlilik yaratıcı minareller de içermektedir. d. Hidrolik (Su) Güç Enerjisi Nehirler ve akarsulardaki sular tutularak, hidroelektrik güç olarak da adlandırılan su enerjisine dönüştürülebilir. Buna en iyi örnek barajlardır. Su toplama havzalarında bırakılan su akar ve türbinleri döndürür, bu türbinlere bağlı olan jenaratörler ile elektrik üretir. Elektrik üretimi amaçlı kullanımı son 100 yılda gerçekleşmesine rağmen, asırlardan bu yana suyun gücünden bir enerji kaynağı olarak yararlanılmaktadır. Bugünlerde ise, hem Avrupa hem de dünyada kapasite ve enerji verimliliği açısından, önde gelen elektrik üreten yenilenebilir enerji teknolojisi konumundadır. Hidroelektrik santraller iki ana grupta toplanabilir: büyük ölçekli 16 ve küçük ölçekli. Büyük ölçekli yapılar, büyük elektrik üreticileri tarafından geliştirilip işletilmektedir ve kapasite olarak yüzlerce megawatt gücündedir. Bu tür tertibatlarda bir set bulunmaktadır ve su bir depoda biriktirilir. Küçük ölçekli hidroelektrik yapılar ise genellikle özel girişimler, mülk 16 Genel olarak büyük ölçekli hidrolektrik santraller için üretilen türbinler Yenilenebilir Enerjiler çerçevesinde değerlendirilmemektedir, ayrıca büyük ölçekli türbin sistemi jeneratörünün ticaret hacmi görece düşüktür. Bu nedenlerden dolayı hidrolik enerji çerçevesinde Dünya ve ülke istatistiklerinde, YE kaynakları açısından önemli olan küçük ölçekli hidrolik türbin sistemi jeneratörünün istatistiki bilgileri verilmiştir. 9

14 sahipleri, küçük firmalar ve elektrik ve hidro firmaları tarafında işletilmekte olup kapasiteleri 20 MW ı aşmamaktadır, hatta tipik bir küçük ölçekli hidroelektrik tertibatlar 10 MW civarındadır. Kapasiteleri 10 lu kilowattlarla belirtilen sistemler mikro hidro olarak anılırlar ve genelde bir şebekeye bağlı değillerdir. Küçük ölçekli ve büyük ölçekli hidroelektrik tertibatların çalışma prensibi aynıdır. Küçük çaplı bir tertibat aşağıdakilerden oluşmaktadır: Uygun bir yağmur havzası, Hidrolik kafa, Çitin üzerine veya setin arkasına yerleştirilen su girişi, Boru veya çark gibi suyu girişten türbine nakleden bir araç, Suyu düzenlemek için gereken valf cihazı ve enerji üretim ekipmanı içeren türbin odası, Suyu doğal akıntısına çevirmek için dalga yaratan cihaz, Depolanacak şarja mekanik veya elektronik bir bağlantı. 17 Büyük ölçekli tertibatlar da aynı işletim prensiplerini takip etmektedir, fakat farklı olarak elektrik üretimini talebe göre ayarlamak için günlük ve mevsimlik su birikimini sağlayan depoları bulunmaktadır. Yüksek hidrolik kafası bulunan bir sistemde, suyu türbinlere aktaracak bir boru bulunmaktadır. Eğer bu boru gömülürse, sistemin en fazla görünebilecek bölümü enerji üretim odasıdır. 100 kw lik bir tertibat için transformer de dahil olmak üzere türbin odasının bulunduğu zemin 20m² olmak zorundadır. Geleceğe yönelik gelişim açısından, daha ekonomik oldukları için genelde yüksek hidrolik kafalar tercih edilmektedir. Düşük hidrolik kafalı tesisatlar, türbinler daha geniş çaplı ve akan su miktarı daha fazla olduğu için diğerine oranla daha görünürdür. Mevcut su üretim sanayinin altyapısı üzerine inşa edilen hidroelektrik sistemler, genelde mevcut binaları kullandıkları için önemsenecek kadar görsel ve çevresel fazlalık oluşturmazlar. Hidroelektrik sistemlerin işletim ömürleri oldukça uzundur. İnşaat mühendisliği tarafından inşa edilen bir küçük veya büyük ölçekli tesis uygun bir yönetimle onlarca yıl 17 Yenilenebilir Enerji: Hidro Enerji, Türkiye Teknoloji Geliştirme Vakfı TTGV, < s

15 çalışmaya devam edebilir. Mekanik ve elektrik sistemlerinin ömrü yıl arasında değişmektedir. 18 Hidroelektrik santraller büyük bir başlangıç sermayesi gerektirmektedir. Ancak uzun tesis ömrü, yüksek güvenilirlik ve kullanılışlılık, düşük işletme maliyetleri, yıllık yakıt masrafının olmayışı başlangıç maliyetindeki olumsuzluğu azaltmaktadır. Yüksek verimlidir (% 80), genel anlamda ekolojik sisteme fazla zarar vermeyen bir enerji üretim biçimidir. Ancak kısmi bazı zararları da (örneğin somon balıklarının üremesine neden olan nehir yolculuğunu engellemek, ayrıca nehrin ortalama ısısında değişikliklere neden olarak canlılar üzerinde olumsuz etki yaratmak gibi) olmaktadır. e. Dalga Enerjisi Dalga enerjisi de gerçekte bir güneş enerjisidir, çünkü dalgaları oluşturan rüzgar atmosferdeki basınç farklılıklarından meydana gelmektedir. Dalgalar bu enerjiyi binlerce kilometre çok az bir kayıpla taşımaktadır. Dalga boyutu da; rüzgarın hızı, ne kadar süreyle ve ne mesafede estiği ile orantılıdır. Dünya çapında tüm kıyı şeritlerinde dalgaların türettiği enerji 2 3 milyon MW olarak tahmin edilmekte, yani binlerce elektrik santralinin ürettiği enerjiye eş değerdedir. Bu güç dünyanın elektrik ihtiyacının % 13 ünü karşılayacak düzeydedir. Okyanuslar, denizler birer enerji santrali olarak değerlendirilebilmektedir. Bu yapı ile dalga gücü ve gelgitten elde edilen enerji elektriğe dönüştürülmektedir. Dalgalardan enerji üretiminin tarihçesi aslında iki yüzyıl gerilere kadar gitmektedir. Birçok mucit okyanus dalgalarına gem vurmanın hayalini kurmuştur. İlk örnekleri 1799 da, dalgalar hareket ettirdikçe kıyıdaki pompaları, değirmenleri ve bıçkıları çalıştıracak manivelayı yüzen bir gemiye monte edilerek yapılmıştır. Ancak buhar gücünün keşfi ile dalga gücü sadece çizimlerde kalmıştır. İki yüzyıl sonra petrol ambargoları ile dalga gücü bir kez daha gündeme gelse de, petrol fiyatlarının düşmesi ile bir kez daha rafa kaldırılmıştır. Ancak şimdilerde yine yükselişe geçen fiyatlar, bilim adamlarını düşük maliyetli, yeni ve tükenmeyecek enerji arayışlarına itmektedir. 18 Ibid., s

16 Dalga teknolojisi, rüzgar ve güneş enerjisi teknolojilerine göre başlangıç aşamasındadır. İlk birkaç yüz MW daha yüksek maliyette olsa da, bu miktarın üstünde üretime geçilince maliyetler düşmektedir. Rüzgar çoğunlukla batıdan esmekte ve ekvatordan uzaklaştıkça kuvvetlenmektedir. Açık denizlere kıyısı olan yerlerde dalga çiftlikleri kurmak mümkündür. Batı Avrupa ve Kuzey Batı Pasifik kıyılarındaki her bir dalga kw lık enerji üretebilirken, Asya, Afrika, Avustralya ve Amerika nın doğu kıyılarında kw lık enerji söz konusu olmaktadır. Portekiz; Batı Avrupa kıyılarındaki konumunu değerlendirerek ilk dalga çiftliğini kurmuştur. Bu dalga çiftliğinde, eve yetecek 2,25 MW lık enerji üretebilmektedir. Pelamis adı verilen bu sistemde bir yandaki yatay bağlantı noktası suyun yukarı aşağı hareketini yakalarken, diğer taraftaki dikey bağlantı noktası sağdan sola hareket eden dalgayı yakalamaktadır. Bu hareket Pelamis in parçalarını bağlayan pistonları hidrolik kanallarda ileri geri itmekte, toprakta çözünebilir sıvıyı akümülatörden geçirmekte ve hidrolik motoru döndürerek, bu devir jeneratörleri çalıştırarak elektrik üretilebilmektedir. Dalga enerjisinden enerji üretimi için herhangi bir yakıta ihtiyaç yoktur ve enerji üretim aşamasında kirlilik yaratmamaktadır. İşletme ve bakım masrafları ise çok düşük maliyetlerle yapılabilmektedir. Rüzgar daha yüksek hızlara ulaştığı halde, dalgalar rüzgardan daha konsantre ve suyun gücü yoğunluğu ile orantılı olarak daha fazladır. Rüzgar gücünü birkaç dakika içinde kaybedebilmekte, dalgalar ise binlerce mil katedebilmektedir. Her şeyden önemlisi yenilenebilir, tükenmeyecek bir enerji kaynağını meydana çıkarabilmektedir. 19 Ancak bu önemli avantajlarının yanı sıra bazı dezavantajlar da yok değildir; sürekli dalgalı denizlerin dışında dalgalara bağlı olarak bazen enerji üretimi mümkün olmayabilir. Ayrıca bu mekanizmaların zor hava koşullarına dayanıklı olması gerekmektedir ve gürültü önleyici tasarımlar çevre açısından önemlidir. f. Biyokütle Enerjisi 19 Metin Çokan Naturalist Wave Power Plant Projesi, ayrıca ayrıntılı bilgi için bkz

17 Yukarıda belirtilen enerji kaynaklarının dışında doğadaki bitkilerden ve hayvanlardan yararlanılarak enerji üretilmesi de mümkündür. Fotosentez sırasında atmosferden aldıkları karbondioksitin karbonunu bünyelerinde biriktirerek biyokütleyi oluşturan bitkilerin yakılmasıyla biyokütle enerjisi elde edilebilmektedir. Hızlı büyüyen bitkilerle enerji ormanları oluşturup, bir yandan yetiştirip diğer yandan yakarak elde edilecek buhardan elektrik üretimi yapılabilmektdir. Hayvansal ve bitkisel atıkların çürütülmesiyle üretilen metan gazının yakılarak enerji elde edilmesi de biyogaz yöntemi olarak anılmaktadır. 20 Pilot çalışmalar olsa da bu kaynakların kullanımı henüz yaygın değildir. Türkiye'de de sadece bazı belediyeler çöp alanlarında açığa çıkan metan gazından elektrik üretebilmektedir. Biyokütle enerjinin kökeninde fotosentezle kazanılan enerji yatmaktadır. Biyokütle enerjinin materyalleri bitkisel ve hayvansal ürünlerdir. Ancak, hayvansal üretim bitkisel üretimin yoğunlaştırılmasıyla elde olunmaktadır. Bu nedenle, 1 J değerindeki hayvansal üretim için 7 J değerinde bitkisel üretime gerek vardır Matthew L. Wald, Is Ethanol for The Long Haul, Scientific American, Ocak 2007, s Mustafa Özcan Ültanır, 21. Yüzyıla Girerken Türkiye'nin Enerji Stratejisinin Değerlendirilmesi, TÜSİAD raporu, Aralık 1998, s

18 3. Yenilenebilir Enerjiler Ürün ve Teknolojileri Dış Ticaret Sınıflandırılması ve Dünya Ticareti a. Dış Ticaret Sınıflandırması Dünya Gümrük Örgütünün (WCO World Customs Organization), 6 lı bazda YE ürünleri için belirlediği Armonize Sistem kodları ve bu kodların altında ülkemix Gümrük Tarife istatistik Pozisyonu (GTİP) numaraları aşağıda tabloda gösterilmektedir. Çalışmada da bu kodlar çerçevesinde istatistiki bilgiler verilecektir. Ancak jeotermal, dalga ve bazı biyoenerji sistemleri alanında bir kod sistemi mevcut değildir. Bunları kapsayan ancak farklı alanlarda da kullanılabilen ürünler sektör hakkında yanlış bilgilendirmeye yol açmaması için bu çalışmada istatistiklere yer verilmemiştir. Dünya Gümrük Örgütü (WCO) Sistemi Çerçevesinde YE Kodları 22 Güneş Enerjisi Termal (Termodinamik) sistemler Güneş Pili (Fotovoltaik PV) sistemi Işık yayan diyodlar Güneş pili Fotodiyodlar, fototransistörler, optik bağlaçlar Varaktörler Fotovoltaik jeneratörler DA, >37,5 W, <750W Fotovoltaik jeneratörler AA, >37,5 W, <750W 22 Kaynak: World Custom Organization WCO, < 14

19 Rüzgar enerjisi Rüzgar jeneratörleri Hidrolik enerji , Hidrolik türbin Biokütle Biodizel b. Dünya Ticareti i. Güneş Enerjisi Termal güneş enerjisi sistemlerinde Dünya ihracatı 2006 yılı verileriyle 1,3 milyar doları aşmıştır. Meksika, Almanya, Fransa ve Avusturya 100 milyon doları aşan rakamlarla bu alandaki en önemli ihracatçı ülkeler konumundadır. Termal Güneş Enerjisi Sistemleri (841919) Dünya İhracatı (000 ABD $) 23 İhracatçı Ülkeler Meksika Almanya Fransa Avusturya ABD Polonya İngiltere İtalya Hollanda Çin Belçika İsviçre Yunanistan Danimarka Dünya toplamı Termal güneş enerjisi sistemlerinin dünya ithalatında ise Almanya ve ABD 300 milyon doları aşan rakamlarla en önemli iki ithalatçı konumundadır. Fransa, Avusturya, İtalya, İspanya ve İngiltere de önemli ithalatçı ülkelerdendir. 23 Kaynak: Trademap. 15

20 Termal Güneş Enerjisi Sistemleri (841919) Dünya İthalatı (000 ABD $) 24 İthalatçı Ülkeler Almanya ABD Fransa Avusturya İtalya İspanya İngiltere İsviçre Kanada Rusya F Belçika Polonya Meksika Tayland Çek Cumhuriyeti Dünya toplamı İthalat ve İhracat yapan ülkelerin çoğunlukla benzer olması özellikle (Almanya ve ABD) iç pazarların ihtiyaçlarını karşılayamadığını göstermektedir. (ABD 200 milyon doların üzerinde dış ticaret açığı vermektedir). Fotovoltaik sistemlerde Dünya toplam ihracatı 20 milyar dolara yaklaşmaktadır. Bu alandaki en önemli ihracatçı ülkeler ise Japonya, Çin, Almanya, ABD ve Tayvan dır. Çin in ihracatı son yılarda önemli bir ivme kazanmıştır. Son 5 yıldaki artış 10 katı aşmıştır. Hong Kong ve Malezya da 1 milyar doları aşan bir değerle hızla yükselmektedirler. Güneş Pili (Fotovoltaik) Sistemleri (854140) Dünya İhracatı (000 ABD $) İhracatçı Ülkeler Japonya Çin Almanya ABD Tayvan Hong Kong Malezya İngiltere Singapur Belçika Kore Dünya toplamı Fotovoltaik ithalatında ise Almanya 4 milyar dolara yaklaşan değerle en önemli ithalatçı ülke konumundadır. Almanya yı 3 milyar dolar ile Çin izlemektedir. ABD, Hong 24 Kaynak: Trademap. 16