Merhaba! Bir önceki bültende nükleer enerjinin geleceğini detaylı bir şekilde ele aldıktan sonra, bu hafta konuya bir de yenilenebilir enerji perspektifinden bakıyoruz: Yenilenebilir enerjiye yönelik arz değişkenliği, depolama gereksiniminin maliyet boyutu gibi problemler çözülebilir mi? Bunlar gerçek endişeler mi, yoksa biraz abartılan bir durum mu var karşımızda? Çoğu yerde dile getirilen yenilenebilir kaynaklarla baz yükün karşılayamayacağı argümanı sağlam temellere dayanıyor mu? Bunlar iyi analiz gerektiren, önemli sorular.

Lafı fazla uzatmadan başlayalım!

---

Öne çıkan dosyalar

💰 Depolama, yenilenebilir enerji maliyetlerini nasıl etkiler?

Bu haftanın ana gündem konusunda yer vereceğimiz depolama, yenilenebilir enerjinin doğasında olan arz kesintisi ve dengesizliği nedeniyle, yenilenebilir enerjinin bir gerekliliği olarak karşımıza çıkıyor. Güneş ve rüzgar gibi kaynakların üretimindeki değişkenlikler, arz-talep dengesini bozarak fiyatlarda da volatiliteye neden olabiliyor. Bu dengesizliklerin minimize edilmesi için üretilen fazladan elektriğin depolanabilmesi ve talep yoğunluğu olduğunda arz edilebilmesi, hem arz güvenliği hem de fiyat stabilitesi açısından önemli bir gereklilik. Üstelik yenilenebilir enerjinin kesintili doğasının bu şekilde telafi edilmesi ve şebeke stabilitesinin sağlanması, fosil yakıtlı yedek santrallere ya da nükleer gibi kaynaklara duyulan ihtiyacın azaltılabilmesi için de önemli.

Tabii bunun bir de maliyet tarafı var: Birazdan bahsedeceğimiz batarya depolama, termal ya da mekanik depolama gibi yöntemler farklı bağlamlarda farklı avantajlar sunabilir. Ancak büyük kapasiteli ve uzun süreli enerji depolama için kullanılan çoğu teknoloji ciddi bir sermaye gerektiriyor. Birazdan bahsedeceğimiz bu teknolojilerin gelişip yaygınlaşmaları neticesinde maliyetlerin düşeceğini öngörebiliriz; ama bugünkü durum bu.

Peki, depolamayı da işin içine kattığımızda, yenilenebilir enerji için nasıl bir fiyat beklemeliyiz? Bu kolay bir değerlendirme değil. Ancak gerek 2019 senesinde yapılan [1], gerekse geçtiğimiz sene yapılan [2] ve yayımlanan değerlendirmeler, 150 USD/MWh düzeyinde fiyatlamaların gerçekçi olacağını, eğer talep esnekliği de yaratılabilirse, yani elektrik tüketiminin arz ve fiyat değişimlerine göre esnek bir şekilde ayarlanması da sağlanabilirse, elektrik talebinin %100 yenilenebilir kaynaklardan sağlanması durumunda bile 100 USD/MWh düzeyinde fiyatların dahi gerçekçi olabileceğini gösteriyor.

Bu yüksek bir fiyat mı? Hayır değil. Kıyaslamak için aşağıdaki grafikte 13.01.2025 tarihi için verilen Avrupa’daki piyasa takas fiyatlarına baktığımızda, bunun makul bir fiyat olduğunu ve %100 yenilenebilir kaynaklara dayalı bir geleceğin gerçeklerden uzak bir senaryo olmadığını görebiliriz.

Not: Metinde bahsi geçen kaynaklar aşağıdadır. Makalelerin detaylarını kaynaklar sayfasında bulabilirsiniz.

1. M.S. Ziegler et al. Joule, 3(5) 2019, p. 2134.
2. S. Mulder, S. Klein. Energies, 17(5) 2024, p. 1084.

⚡ Baz yük kavramı, yenilenebilir kaynaklar için de geçerli mi?

Baz yük (base load) kavramı, elektrik şebekelerinde kesintisiz ve sürekli bir şekilde karşılanması gereken asgari enerji talebini ifade ediyor. Bunu günün her saati ve yılın her günü devam eden minimum elektrik talebi olarak da düşünebilirsiniz. Sanayi tesisleri, hastaneler, veri merkezleri gibi kritik altyapılardan tutun, mesken elektrik tüketimine kadar sürekli çalışan bütün sistemlerin ihtiyaç duyduğu ve şebekede kesintisiz bir şekilde temin edilebiliyor olması gereken bu yükün karşılanabiliyor olması, arz güvenliği açısından önem taşıyor.

Peki gelelim yazının başlığındaki soruya. Bu soruya iki açıdan yaklaşarak cevap verelim: 1. Bir baz yük gerekliliği varsa, bu yenilenebilir kaynaklarla karşılanabilir mi? Sonra bir de daha önemli bir soruya: 2. Yenilenebilir enerjide baz yük kavramı geçerliliğini koruyor mu? sorusuna bakalım.

İlk soru için öncelikle bazı rakamsal değerleri ortaya dökmemiz lazım. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı verilerine göre, Türkiye’nin elektrik tüketimi yaklaşık 330 TWh/yıl düzeyinde gerçekleşiyor. Bunun %40-%50 gibi bir kısmı baz yük olarak kabul edilirse, Türkiye’nin yıllık baz yük ihtiyacı yıllık yaklaşık 130-165 TWh düzeyinde hesaplanabilir. (Kolaylık sağlaması için güç değil, elektrik tüketimi üzerinden hesaplıyorum.) Mevsimsel değişiklikler nedeniyle baz yükü yıllık tüketim üzerinden hesaplamanın çok doğru olmadığının farkındayım; sadece yenilenebilir kaynakların potansiyelini değerlendirmek için basit bir hesap yapmak amacıyla bu şekilde yaklaşıyorum.

130-165 TWh baz yük ihtiyacını karşılamak için:

• Güneş için ortalama kapasite faktörü %20 kabul edilirse, 75-95 GW güneş kurulu gücü;
• Rüzgar için ortalama kapasite faktörü %35 kabul edilirse, 45-55 GW rüzgar kurulu gücü;
• Güneş ve rüzgarın %50-%50 dengelendiği bir senaryoda, 60 GW güneş ve 30 GW rüzgar kurulu gücü

yeterli olur görünüyor.

Peki ne kadarlık bir depolama ihtiyacımız var? Yukarıda bulduğumuz yıllık baz yük ihtiyacındaki üst sınırı, yani 165 TWh değerini dikkate alalım. 165 TWh yıllık baz yük ihtiyacı, günlük yaklaşık 450 GWh (165.000 GWh / 365 gün) baz yük ihtiyacına karşılık geliyor (Basitleştirmek adına mevsimsel ve dönemsel değişkenlikleri göz ardı ediyorum.) Değişkenlikleri tolere etmek için bunun %30 – %40 gibi bir kısmının bataryalarla desteklenmesi gerektiğini söylesek, 150 – 180 GWh’lik kısmı destekleyecek bataryalar ile, baz yük ihtiyacının tamamen yenilenebilir kaynaklardan karşılanabileceğini görebiliriz.

Elbette mevsimsel ya da gün içindeki değişkenlikler ile, talebin yüksek olduğu dönemlerde bunun yetersiz kalacağı zamanlar olabilir. Ama bu (basitleştirilmiş) hesabı, %100 güneş ve rüzgar üzerine kurulu bir geleceğin gerçeklikten çok da uzak olmadığını vurgulamak için yapıyorum. Türkiye’de halihazırda faaliyette olan HES’leri de dikkate aldığımızda, baz yük gereksiniminin daha düşük depolama ihtiyacı ile çözülebileceği de anlaşılabilir.

Şimdi gelelim ikinci soruya: Yenilenebilir enerjide baz yük kavramı geçerliliğini koruyor mu? Konuyla ilgisi olanlar biliyordur, enerji uzmanları uzun bir süredir yenilenebilir kaynaklarla beslenen şebekelerde baz yük düşüncesinin geleneksel anlamda önemini yitirdiğini dile getiriyor. Güneş ve rüzgar gibi kaynakların kuvvetli bir şekilde elektrik sağladığı saatlerde, aşağıda sağda görülebileceği gibi, yenilenebilir kaynaklar toplam güç talebi eğrisinde derin çukurlar oluşturuyor: Yani baz yük ihtiyacını ciddi şekilde eritiyorlar. Sağdaki grafikte yenilenebilir kaynakların açtığı derin çukurlara dikkat ederseniz, bu senaryoda gerçek anlamda bir baz yük gereksiniminden bahsedilemeyeceğini görebilirsiniz.

Yenilenebilir kaynaklar söz konusu olduğunda ve bu kaynaklar kurulu gücün büyük bir kısmını temsil etmeye başladığında, baz yük kavramı geleneksel anlamda önemini yitiriyor ve daha çok esneklik ön plana çıkıyor diyebiliriz. Yukarıda sağdaki grafik incelendiğinde, çoğu kişi konvansiyonel kaynakların devrede olması gereken gri alanlara bakıp, nükleer gibi kaynaklara bu kısım nedeniyle ihtiyaç olduğunu düşünebiliyor. Ancak nükleer santraller ihtiyaca göre çok hızlı bir şekilde devreye girebilen teknolojiler değiller. Bu değerlendirme, yenilenebilir kaynakların kurulu güç içindeki payının arttığı bir senaryoda, nükleer enerji gibi esnek olmayan kaynakların optimal bir yatırım olmayabileceğini; yukarıda bahsettiğim şekilde bu açığın hem daha esnek ve çeşitli bir yenilenebilir portföyü ile, hem de depolama çözümleriyle kapatılmasının daha doğru olduğunu ortaya koyuyor diye düşünüyorum.

Not: Baz yük kavramı teknik olarak güç (MW veya GW) birimiyle ifade edilir, çünkü sürekli sağlanması gereken anlık enerji ihtiyacını temsil eder. Ancak bu yazıda yıllık enerji tüketimi (TWh) üzerinden bir değerlendirme yapmayı, daha pratik ve anlaşılır olması nedeniyle tercih ettim. Konunun uzmanlarına bunu belirtmeye gerek yok; ancak bu analizin sadece yenilenebilir kaynakların potansiyelini vurgulamak amacıyla yapılmış, basitleştirilmiş bir yaklaşım olduğunu belirtmekte fayda var.

---

Gündemden kısa notlar

🚅 Dünyanın ilk karbon fiber treni

Çin, geleneksel trenlere göre çok daha hafif ve enerji açısından daha verimli bir malzeme olan karbon fiberden yapılmış yolcu trenini hizmete soktu. Dünyanın ilk karbon fiber treni olan ve Qingdao Metro Hattı 1’de çalışmaya başlayan CETROVO 1.0, çevre dostu tasarımı ve yüksek enerji verimliliği ile dikkat çekiyor.

Bu haber, önceki bültenlerde yer alan plastik üretimine kısıtlama getirilmesi yönünde süren müzakereler açısından önemli diye düşünüyorum. Karbon fiberin bir alternatif olarak bazı plastiklerin yerini alması sağlanırsa, bu plastiklerin üretiminin kısıtlanması mümkün olabilir (*). Üstelik bu karbon bir de atmosferdeki CO2’den elde edilirse? Ne dersiniz, mümkün olabilir mi? Donanım Haber / 14.01.2025

(*) Karbon fiberin ucuzlaması belki bazı uygulamalardaki nitelikli plastiklerin yerini almasını sağlayabilir. Ancak bu durumun genel plastik atık ve mikroplastik problemine bir çözüm olmasını ve tek kullanımlık plastik problemini çözmesini beklemek çok gerçekçi olmayacaktır.

🔗 Karbon fiber, atmosferdeki CO2’den üretilebilir mi?

Her ne kadar süresi geçmiş bir haber olsa da, yukarıdaki haberin ardından bunu da sunmanın yerinde olacağını düşündüm. Çünkü zor bir proses olsa da, hayal değil: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı (BNL) ve Columbia Üniversitesi araştırmacıları, bunu mümkün kılmanın yolunu buldular. CO2’yi nanofiberlere dönüştürme işlemi daha önce de denenmişti; ancak 1.000° C’nin üzerinde yüksek sıcaklıklar gerektirmesi prosesi zorlaştırıyordu. BNL ve CU araştırmacıları, dönüşüm sürecini farklı işlemlerle birden fazla aşamaya bölerek bu gereksinimi aşmışlar görünüyor. Bu proseslerin ticari uygulamalarını görmeye başladığımızda plastiğe güçlü bir alternatif olması yanında, beton içindeki çimento kullanımını azaltmak gibi birçok uygulamaya çevre dostu katkıları olabilir. Nature Catalysis / 11.01.2024

🔥 Los Angeles orman yangınları ve “iklim kırbacı” etkisi

Hızlıca kesin sonuçlara varıp, “evet bu yüzden oldu” demek doğru değil elbette. Yangınların kaynağı araştırılıyor ve henüz net bir açıklama, en azından bu haberin yazıldığı dakikalarda yapılmadı. Ancak bu yangınların vesile olduğu haber ve uzman görüşü paylaşımlarında dikkat çeken bir detay oldu: İklim kırbacı etkisinin (climate whiplash) bu yangınların sıklığını arttırabileceğini öğrendik. Kısa zaman dilimlerinde aşırı hava koşulları arasında ani ve keskin geçişleri ifade eden bu etki, iklim değişikliğinin etkileriyle daha sık ve şiddetli hale gelen, zıt hava koşullarının (aşırı kuraklık ve aşırı yağış gibi) art arda ve hızlı şekilde yaşanmasıyla ortaya çıkıyor.

İklim kırbacı perspektifinden değerlendirdiğimizde, Los Angeles’ta önceki yıllarda görülen yoğun yağışların bölgedeki bitki örtüsünü arttırdığı, ardından gelen uzun kuraklık döneminde ise bu bitki örtüsün kuru ve yanıcı hale geldiği şeklinde bir yorum yapılabilir. Şiddetli sıcak hava dalgaları ve rüzgarlarla da birleşince orman yangınları kaçınılmaz bir hale geliyor. Carbon Brief / 13.01.2025 – BBC Türkçe / 14.01.2025 – Vox / 10.01.2025

---

Haftanın ana konusu: Yenilenebilir enerji için depolama yöntemleri

Yenilenebilir enerji, ne yazık ki ihtiyaca bağlı olarak devreye alınabilen kaynaklara dayanmıyor. Akşam güneş parlamıyor, rüzgar da her zaman esmiyor. O nedenle enerjinin üretimi ve tüketimi arasındaki farkları dengeleyebilmek için, depolama sistemlerine ihtiyaç duyuyoruz. Enerji depolama için kimyasal, termal ve mekanik yöntemleri kullanabiliyoruz. Bu yazıda kısaca bu depolama yöntemlerini sizlere aktarmak ve güncel durumları hakkında biraz bilgi vermek istiyorum.

Güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynakların maliyetleri düştükçe, depolamanın öneminin artmasını bekliyoruz. Bu kaynaklar günün belli saatlerinde ve belli hava koşullarında enerji üretebildikleri için, enerji tedarikinin sürekliliğini sağlamak adına üretilen enerjinin depolanabilmesini gerekiyor. Sadece bu yeterli değil: Depolama teknolojilerinin dağıtık üretim (distributed power) sistemlerindeki dalgalanmaları dengeleyebilmeleri yanında; güç akışı, gerilim kontrolü ve dağıtım şebekesinin kendi kendine toparlanma yetenekleri gibi konularda da çözüm sunabiliyor olmaları gerekiyor.

Batarya elektrik depolama

Sürdürülebilir enerjinin geleceği açısından batarya (pil) elektrik depolama teknolojileri büyük önem taşıyor. Bu sistemler, frekans yanıtı, yedek kapasite, siyah başlangıç (black start) kabiliyeti ve diğer şebeke hizmetlerinden tutun; elektrikli araçlarda güç depolamaya, mini şebekelerin iyileştirilmesine ve çatı üstü GES uygulamalarına kadar geniş bir yelpazede hizmet verebiliyor.

Batarya sistemleri kısa süreli depolama için uygun bir çözüm. Genellikle birkaç dakika ile birkaç saat arasında değişen deşarj süreleri için ideal bir opsiyon olarak öne çıkıyorlar. Örneğin gün içinde güneş enerjisiyle üretilen fazladan elektriği birkaç saatliğine depolayıp akşam saatlerinde kullanmak için uygun olduklarını söyleyebiliriz.

Hızlı yanıt süreleri de, batarya sistemlerinin bir diğer artı yönü. Bataryalar, enerjiyi hızlı bir şekilde şebekeye iletip, şebekeden çekebiliyorlar. Bu becerileri, frekans regülasyonu, ani güç dalgalanmalarının dengelenmesi ve kısa süreli yedek güç sağlama gibi uygulamalarda büyük bir avantaj sağlıyor.

Bataryaların eksi yönü ise kapasitelerinin kısıtlı olması. O nedenle uzun süreli enerji depolama için uygun bir alternatif olarak kabul edilmiyorlar. Büyük miktarlarda enerjiyi günler veya haftalarca depolamak için gereken kapasiteyi sağlamak, mevcut batarya teknolojileriyle ekonomik görünmüyor.

Termal enerji depolama

Termal enerji depolama (TED) sistemleri, günler, haftalar hatta aylar boyunca süren, uzun süreli depolama imkanı sunabiliyor. Bu sistemler, ısı enerjisini daha sonra kullanmak üzere depolayabiliyorlar. Enerji depolamaya ek olarak sanayi ve binalarda sürdürülebilirliği artırmak ve enerji sistemlerinin esnekliğini geliştirmek için de kullanılabiliyorlar. Enerji üretimi ile enerji tüketimi arasındaki zaman farklarını dengeleyebilen bu sistemler, güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynakların üretim kısıtlamalarına bir çözüm sunmuş oluyor.

Erimiş tuzlar, sıcak su ve buhar tankları, göletler ve kaya oyukları gibi çözümler yanında, erimiş alüminyum veya silisyum gibi alternatifler de TED sistemlerinde kullanılabiliyor. Bu alanda yeni teknolojileri deneyen girişimler de görüyoruz: Yukarıdaki fotoğrafta, geri dönüştürülmüş seramiklere dayalı bir teknoloji üzerinde çalışan Storenergy’nin bir pilot uygulaması gösteriliyor. IRENA’nın (Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı) öngörülerine göre, TED pazarının 2030’a kadar ciddi oranda büyüyeceği öngörülüyor. Hem büyük ölçekli sanayi tesislerinde hem de küçük ölçekli bina uygulamalarında TED’in geniş bir kullanım alanı bulması bekleniyor. Bu da yatırımcıların ve politika yapıcıların TED’e ilgisini artırıyor.

Mekanik enerji depolama

Enerjiyi mekanik hareket veya kuvvet biçimde depolayıp, ihtiyaç duyulduğunda elektriğe dönüştürebiliyoruz. Enerji depolama ve geri dönüştürme sürecinde fiziksel kuvvetleri veya hareketleri kullanan bu sistemler, enerjiyi kısa veya uzun süre depolayabiliyorlar.

Bu kapsamda dünya genelinde en yaygın kullanılan yöntem, pompajlı hidroelektrik depolama (pumped-storage hydroelectricity) olarak öne çıkıyor. Bu sistemde üretilen fazladan elektrik, alçak su rezervuarında bulunan suyu daha yüksekte bulunan bir rezervuara pompalamak için kullanılıyor. Enerji ihtiyacı ortaya çıktığında depolanan su aşağı bırakılıyor ve türbinler aracılığı ile elektrik üretilmesi sağlanıyor. Büyük enerji kapasitesine sahip bu sistemler, uzun süreli depolama için uygun bir çözüm olarak değerlendiriliyor.

Bu kapsamda ele alabileceğimiz bir diğer yöntem ise volan enerji depolama (flywheel energy storage, FES). Bu sistemler, enerjiyi çok yüksek devirde dönen masif bir volan (disk gibi gözünüzde canlandırabilirsiniz) ile depolamaya çalışıyor. Üretilen fazladan enerji, bu diski hızlandırmak için kullanılıyor ve dönme enerjisi (rotational energy) formunda depolanması sağlanıyor. Enerji ihtiyacı oluştuğunda, diski döndürmek için kullanılan motor bir jeneratör görevi görerek, diskin dönme enerjisini elektriğe dönüştürüyor. Hızlı tepki verebilen bir sistem olması nedeniyle frekans regülasyonu ve anlık enerji ihtiyacı için ideal bir çözüm olsa da, sadece kısa süreli depolama için uygun olduğunu da belirtelim.

Bir diğer kullanılan yöntem ise hava sıkıştırmalı enerji depolama (compressed air energy storage, CAES). Bu yöntemde üretilen fazladan enerji, havanın özel tanklar veya yeraltı mağaraları gibi alanlar içine sıkıştırılmasıyla depolanabiliyor. Enerji ihtiyacı ortaya çıktığında, sıkıştırılan hava serbest bırakılıyor ve türbinler aracılığıyla elektrik üretilmesi sağlanıyor. Büyük miktarda enerjiyi uzun süreli depolama imkanı sunan bu yöntem, enerji geri kazanımı sırasındaki ısı kayıpları nedeniyle düşük bir verim sunabiliyor.

Son olarak bir de yerçekimi ile enerji depolama (gravity storage) üzerinde durmak istiyorum. Aslında temelinde pompajlı hidroelektrik depolama ile benzer bir yöntemden bahsediyoruz. Bu yöntemde üretilen enerji, suyun yukarı taşınması için değil, katı formdaki ağırlıkların kaldırılması için kullanılıyor. Yani her iki yöntemde de potansiyel enerji formunda depolama yapılıyor. Ağırlıklar aşağı bırakıldığında oluşan hareket bir jeneratörü çalıştırıyor ve böylece elektrik üretilmesi sağlanıyor.

Özetle mekanik depolama yöntemleri (FES haricinde) büyük miktarda enerjiyi uzun süreli depolamak için tercih ediliyor diyebiliriz. Ancak bu yöntemlerin geniş çaplı uygulanabilmesinin karşısında, bazı coğrafi kısıtlamalar bulunuyor. Örneğin pompajlı hidroelektrik depolama için coğrafi olarak uygun alanlara ihtiyaç duyuluyor; çünkü yüksek ve düşük rezervuarlar arasındaki yükseklik farkı, sistemin verimli çalışması açısından önem taşıyor. Yeraltı mağaralarında sıkıştırılmış hava ile enerji depolanabilmesi için de, büyük hacme sahip uygun mağaraların bulunabilmesi gerekiyor.

Enerji depolama yenilenebilir enerjiye geçiş sürecinde gerçekten önemli bir konu. Ancak bu yazıda göstermeyi ümit ettiğim şey, kısa ya da uzun süreli olsun, küçük ya da büyük çaplı olsun, çeşitli yöntemlerin geliştirilmiş olması. Çoğunun karşısında maliyet ya da verimlilik gibi problemler olsa da, zamanla bu problemlerin aşılarak sistemlerin daha yaygın kullanıldığını göreceğimizi düşünüyorum.

---

Önümüzdeki Pazar görüşmek üzere!

+ bir buçuk‘un on birinci Pazar bülteni burada sona eriyor. Umarım bu bültenler, yeşil dönüşümün şimdiye dek tecrübe etmediğimiz ölçekte kapsamlı ve titiz bir planlama gerektirdiğini ve teknoloji darboğazının, problemin merkezindeki meselelerden biri olduğunu gösterebiliyordur.

Her türlü öneri, eleştiri ve yorumunuz için ister aşağıdaki kutuya yorum bırakarak, isterseniz buradaki iletişim formu aracılığıyla bana ulaşabilirsiniz.

Bültenleri e-posta üzerinden de okuyabileceğinizi tekrar hatırlatarak, herkese iyi Pazarlar diliyorum.

Not: İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesini burada görebilirsiniz.