Rüzgâr enerjisi

Bugün sıkça görmeye başladığımız rüzgâr türbinleri ya da birden çok türbinin bir arada olduğu rüzgâr enerjisi santralleri (RES) son 15-20 yılda gelişmiş olsa da rüzgârın enerjisinden yararlanma fikri oldukça eskidir. Yelkenli gemilerden çamaşırların kurutulmasına, yel değirmenlerinden su pompalama sistemlerine kadar birçok yerde rüzgâr enerjisinden yararlanılmıştır (Gürbüz, 2010).

Yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlilerinden olan rüzgâr enerjisi; güneş kaynaklıdır, temiz ve tükenmez özelliklere sahiptir. Güneşten gelen ışınlarının yeryüzüne düşme açılarının farklı olması nedeniyle ortaya çıkan sıcaklık farkından kaynağını alan rüzgâr, sıcaklık farklarından kaynaklanan hava hareketleri ile oluşmaktadır. Isınan hava genleşerek yükselir. Nispeten sıcaklığı düşük olan hava katmanı ise yüksek yoğunluğa sahip olmasından ötürü yeryüzüne doğru hareketlenir. Hava katmanlarının bu devinimleri de rüzgârı meydana getirir. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin çok az bir kısmı rüzgâr enerjisine çevrilmektedir. Havanın çabuk hareket etmesi ve bulunduğu ortamın tamamını kaplaması neticesiyle hızlı bir şekilde yer değiştirmesiyle kinetik enerjiye dönüşür. Bu enerjiyi elektrik üretme amaçlı kullanan sistemler de rüzgâr türbini olarak isimlendirilmektedir. Şekil 2.3.’te bir rüzgâr türbinin çalışma prensibi gösterilmektedir. Rüzgâr türbinlerinin oluşturduğu elektrik üretim tesisine de rüzgâr santrali adı verilmektedir. Bu santral çeşidiile havanın kinetik enerjisi, pervaneleri döndürerek bir jeneratör ile hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Yani bu sistemlerde hava kütlelerinin hareketi ortaya çıkan kinetik enerji ilk olarak mekanik enerjiye ardından da elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. (Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü [YEGM], 2019a).

Rüzgâr enerjisinin etkin kullanımı, belirli bir yerdeki rüzgâr karakteristikleri hakkında ayrıntılı bilgi gerektirmektedir. Rüzgâr hız dağılımı rüzgâr çiftlikleri, enerji üreteçleri ve sulama gibi tarımsal uygulamalar için önemlidir. Şekil 2.4.’te Türkiye’de 100 metre yükseklikte rüzgâr hızları gösterilmektedir. Bir rüzgâr türbini için uygun yer seçmek kolay bir iş değildir, çünkü birçok faktörün dikkate alınması gerekir. En önemli faktörler rüzgâr hızı, rüzgârın enerjisi, jeneratör tipi ve fizibilite çalışmasıdır (Köse, 2004).

Rüzgâr enerjisinin temiz ve yenilenebilir olması bu enerji türünün önemini artırır. Rüzgâr enerjisinden elektrik üretimini hemen her ülke sağlayabilmektedir. Ancak verimlilik rüzgârın hızına ve sürekliliğine bağlı olarak değişebilmektedir. Dünya yüzeyinde çeşitli bölgelerin rüzgâra elverişli bölgeler olması sebebiyle rüzgâr enerjisinin kullanımı büyük avantajlar sağlamaktadır. Rüzgâr enerjisi sayesinde elektrik üretiminin, tüketimi fazlasıyla karşılayabildiği görülmüş ve yıldan yıla rüzgâr enerjisi önem kazanmıştır.

Çizelge 2.6. Rüzgâr enerjisi kaynaklı elektrik üretimine göre dünyanın ilk 10 ülkesi (BP, 2019). Dünyadaki Sırası Ülkeler Üretim (TWh) Üretimdeki Payı

(%) 1 Çin 366 28,8 2 ABD 277,7 21,9 3 Almanya 111,6 8,8 4 Hindistan 60,3 4,7 5 Birleşik Krallık 57,1 4,5 6 İspanya 50,8 4 7 Brezilya 48,5 3,8 8 Kanada 32,2 2,5 9 Fransa 28,2 2,2 10 Türkiye 19,8 1,6 Diğer 218,4 17,2 Toplam: 1270 100

Rüzgâr enerjisi için kurulacak türbinler karada kurulabildiği gibi denizlerde de kurulabilmektedir. Ayrıca deniz üzerinde kurulması karada olduğu gibi alan kiralama maliyeti olmaması açısından avantajlıdır (Ünsal, 2010: 17). Bunun dışında devletlerin teşvik ve çeşitli

vergi muafiyeti gibi kolaylıklar sağlaması türbinlerin yüksek ilk yatırım maliyetini sübvanse ederek bu enerji çeşidinin daha çok tercih edilmesinin önünü açmıştır(Bayraç, 2011).

Rüzgâr enerjisi kaynaklı elektrik üretimi dünya genelinde 1270 TWh seviyelerine ulaşmıştır. Çin bu miktarın %28,8’ini, ABD ise %21,9’unu karşılamaktadır. Bu durumda toplam üretimin yarıdan fazlasını bu iki ülke gerçekleştirmektedir (BP, 2019). Rüzgâr enerjisi kaynaklı elektrik üretimine göre dünyanın ilk 10 ülkesi ve ülkemizin üretim durumu Çizelge 2.6.’da verilmektedir.

Maliyet sorununun çözülebilmesi için rüzgâr türbini parçalarının ithalatının azaltılarak, ülkelerin yerli üretim teşvikleri yapması son derece önemlidir. Buna karşılık rüzgâr enerjisinin dezavantajları da bulunmaktadır. Rüzgâr türbinlerinin, rüzgârın sürekli ve aynı yönde esmediği yerlerde kurulması enerjide verimlilik kaybına neden olmaktadır.

2.2.2. Güneş enerjisi

Yeryüzünden kilometrelerce uzakta olan güneş, dünyaya ve diğer gezegenlere enerji verebilecek devasa güce sahiptir. Gezegenimizin temel yaşam ve enerji kaynağı yıldızımız Güneş’tir. Aynı zamanda Güneş diğer pek çok enerji kaynağının oluşmasının da sebebidir. Çünkü Dünya’da gerçekleşen birçok döngünün tahrik kuvveti ve gerçekleşme sebebi Güneş ve ondan gelen ışınlardır.

Güneş enerjisi esas olarak yıldızımızın merkezinde gerçekleşen füzyon (kaynaşma) hadisesi neticesinde ortaya çıkan enerjinin tezahürüdür. Gezegenimizin atmosferinin en üst tabakasının da ötesinde güneş radyasyonu 1370 W/m² civarındadır. Buna mukabil atmosfer zayıflaması dediğimiz durumun gerçekleşmesi ile bu ışıma kırılma ve yansıma gibi durumlara maruz kalmaktadır ve yaklaşık 0-1100 W/m2 _{değer aralığında yeryüzüne ulaşmaktadır. Bu} zayıflamadan sonra dahi gelen ışıma miktarı toplam enerji talebimizden oldukça fazladır. Son derece yüksek enerji miktarlarına sahip bu enerji kaynağından faydalanma çalışmalarının hızlanma süreci yaklaşık 1970’li yıllarda başlamıştır ve bu çalışmaların neticesinde güneş enerjisinin birim maliyeti düşerken verimde artmalar yaşanmıştır. Ayrıca çevresel etkileri analiz edildiğinde çevreci ve temiz bir kaynak olduğu anlaşılmıştır (EERE, 2002).

Hanelerde, sanayi ve ticarethanelerde, tarımda, sıcak su eldesinde, şebekeden bağımsız sistemlerde, vasıtalarda ve elektrik enerjisi üretiminde güneş enerji, enerji kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Depolanabilir olması ve diğer enerji türlerine dönüştürülebilmesi sayesinde güneş enerjisi; elektrik, mekanik ve ısı gibi formlarda tüketilebilmektedir.

Güneş enerjisinden doğrudan ısı enerjisi üretimi pasif ve aktif yöntemlerle elde edilmektedir. Pasif güneş enerjili ısıtma yöntemi güneş ışınlarından en üst düzeyde yararlanmak için ışınların geldiği yönde saydam bölgeleri artırmak ve söz konusu hacmin ısı ve ışığa kavuşmasını sağlamak, saydam olmayan bölgelerin ise ısıyı emici özelliklerle teçhiz edilmesi ile ısı kaybının azaltılmaya çalışılması amacını gütmektedir. Aktif sistemlerde ise, çeşitli özellik ve geometrilerdeki toplayıcılar vasıtasıyla toplanan güneş ışığını, bir ısı taşıyıcı akışkan ile enerji üretilecek ya da depolanacak birime taşınır ve buradan da dağıtım bağlantıları ile yapının ısıtılacak bölümlerine aktarılır.

Enerjinin ısıtmada kullanılması enerji bütçesi açısından oldukça önemli bir kalemdir. Avrupa’da toplam enerjinin yaklaşık olarak yarısı ısınmada harcanmaktadır. Özellikle yapılarda aydınlatma, iklimlendirme ve ev içi araç gereçlerin kullanımının yaygınlaşması da enerji kullanımında önemli rol oynamaktadır. Bu enerjinin temini konusunda çevresel etkilerin de göz önüne alınması gerektiği bir gerçektir. Enerji üretiminin temininde temiz ve çevreye saygılı enerji üretimi yapılmalıdır. Güneş enerjisi termik düzenekler sayesinde veya fotovoltaik (PV) düzeneklerle elektrik enerjisine dönüştürülebilmektedir.

Termik düzenekler ile elektrik üretiminin sağlanması; toplayıcı yüzeyler ile güneş ışığının yönlendirilmesi, alıcı sistemler ile toplanması ve ısı taşıyıcı akışkana aktarılmasını müteakiben klasik su/buhar güç döngüsünden elektrik üretilmesiyle olmaktadır. Fotovoltaik piller paralel ya da seri bağlanmak suretiyle üzerine düşen güneş ışığını elektrik gerilimine dönüştürürler (Gürsoy, 2004: 123-124).

Şekil 2.5.’te tasarımı görülen PV modülleri havanın açık ya da bulutlar ile kapalı olduğu durumlarda da elektrik üretme kabiliyetine sahip iken CSP sistemleri DNI da denilen direkt ışımaya yani bulutsuz havaya ihtiyaç duymaktadır (Varınca ve Gönüllü, 2006:274). Güneş pilleri, teknolojik anlamda yüksek güvenilirlik sağlamaları ile kentsel bölgelerde en iyi yenilenebilir enerji kaynağı olmaları sebebiyle önem arz etmektedirler. Bu piller oldukça uzun ömürlü, dayanıklı ve çevre kirliliği oluşturmayan pillerdir.

Şekil 2.6. Türkiye’nin DNI değerleri haritası (MED-CSP, 2005).

1970’li yıllarda piyasaya ilk çıktıklarında oldukça yüksek maliyetli olan güneş kaynaklı elektrik üretim sistemlerinde yarı iletken bileşenlerin birim maliyeti zamanla düşme eğilimi göstermiştir. Bakımı oldukça kolay olan silikon ünitelerin yüzeylerinin temiz tutulması gerekmektedir. Çünkü yüzeyin biraz tozlanması ya da kirlenmesi bile elektrik akımının çıkışını azaltarak alınacak verimi düşürmeye yetmektedir.

Ülkemiz güneş enerjisi konusunda zengin ülkelerden biridir. Dünyada Güneş kuşağı olarak adlandırılan bölgede bulunan Türkiye’nin DNI değerleri Şekil 2.6.’da gösterilmiştir.

Çizelge 2.7. Güneş enerjisinden elektrik üretimine göre dünyanın ilk 10 ülkesi (BP, 2019). Dünyadaki Sırası Ülkeler Üretim (TWh) Üretimdeki Payı

(%) 1 Çin 177,5 30,4 2 ABD 97,1 16,6 3 Japonya 71,7 12,3 4 Almanya 46,2 7,9 5 Hindistan 30,7 5,3 6 İtalya 23,2 4 7 Birleşik Krallık 12,9 2,2 8 İspanya 12,5 2,1 9 Tayland 12,3 2,1 10 Avustralya 12,1 2,1 13 Türkiye 7,9 1,4 Diğer 79,8 13,6 Toplam: 584,6 100

BP’nin 2019 Dünya Enerji Görünümü Raporu’na göre güneş enerjisi kaynaklı elektrik üretimi geçen seneye göre yaklaşık %29 artmıştır. Çin özellikle son yıllarda yaptığı yatırımlar ile güneş enerjisi kaynaklı elektrik üretiminin %30’dan fazlasını gerçekleştirirken onu %16,6 ile ABD ve %12,3 ile Japonya takip etmektedir. Oransal kapasite artışında %800 artış gösteren Vietnam ilk sırada yer alırken %558 artış ile Arjantin ikinci sırada ve Mısır %294 artış ile üçüncü sıradadır. Güneş enerjisi kaynaklı elektrik üretiminde dünyanın ilk 10 ülkesi ile Türkiye’nin üretim durumu Çizelge 2.7.’de verilmiştir.

2.2.3. Biyokütle enerjisi

Biyokütle enerjisi; fermantasyon ürünü olan ve havasız ortamlarda oluşan fosil özelliklere sahip olmayan bitkisel ve hayvani atıklar gibi organik materyallerden ve kentsel atıklardan ve orman ürünlerini de içeren tüm organik maddelerden oluşan bir yenilenebilir enerji türüdür. Türkiye’de bitkisel ve hayvansal biyokütle enerjisi en çok ısınma alanında kullanılmaktadır. Biyokütle, bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yardımıyla depolamaları sonucu oluşan sentezleşmeye ve üretilen maddelerin yakılması ile enerji açığa çıkması sırasında oluşan karbondioksitin çevre açısından elimine edilmesine dayalı olarak tanımlanan bir enerjidir.

Bu enerji türü, çevreye olumsuz çıktılar sunmaması ve atmosferde kirlenmeye sebep olmaması özellikleriyle sosyoekonomik alanda son derece önemli rol oynamaktadır. Biyogaz enerjisi ise; tarımsal faaliyetler sonucunda ortaya çıkan bitkisel ve hayvansal atıkların, metan bakterilerinin etkisiyle belirli bir sıcaklıkta havasız ortamda bozunması ile ortaya çıkan ve kayda değer ısıl değerlere sahip yanıcı bir gaz türüdür.

Biyokütle enerjisi ateşin bulunmasından itibaren kullanılmaktadır ve araştırmacıların son dönemlerde ilgisini çekmesi ile birçok çalışmanın konusu haline gelmektedir. Bu kadar geniş süredir kullanılan biyokütle kaynakları iki alt başlıkta toplanmaktadır. İlki klasik biyokütle de denilen ağaç kesimi, odun ve hayvan atıklarının basitçe yakılmasını içerirken; ikinci ise modern biyokütle denilen enerji ormanları ve bitkileri ve ağaç endüstrileri atıklarından elde edilen biyodizel, etanol gibi yakıtları içermektedir (Topal vd., 2008:243).

Çizelge 2.8. Biyoyakıt üretiminde dünyanın ilk 10 ülkesi (BP, 2019).

Dünyadaki Sırası Ülkeler Üretim (mtep) Üretimdeki Payı (%) 1 ABD 38,1 39,9 2 Brezilya 21,4 22,4 3 Endonezya 4,8 5,1 4 Almanya 3,4 3,6 5 Çin 3,1 3,2 6 Fransa 2,7 2,9 7 Arjantin 2,7 2,9 8 Tayland 2,1 2,2 9 İspanya 1,8 1,9 10 Kanada 1,4 1,5 34 Türkiye 0,2 0,2 Diğer 13,5 14,2 Toplam: 95,4 100

Biyokütle yakıtları fosil yakıtlarla birlikte çeşitli oranlarda yakıldıklarında hava kirliliğini azaltıcı etkide bulunurlar. Biyokütle yakıtları atmosferdeki karbon emisyonlarını hızlı bir azaltabilme yeteneğinden dolayı yenilenebilir enerji türü olan biyokütle enerjisinin çevre kirliliğini azaltmaya yardımcı olduğunu gösteren bir özellik olması dikkat çekicidir. Ayrıca

şehirler için sorun olan çöpleri enerji kaynağı olarak kullanmak mümkün olmakla birlikte, Avrupa Birliği üyesi olan ülkeler gibi diğer gelişmiş ülkeler de bilgi ve teknoloji transferleri ile çöpten elektrik enerjisi üreten santraller kurmuşlardır. Bu şekilde insan sağlığı açısından riskli sayılabilecek faktörlerin büyük bir kısmı ortadan kalkmakta ve çevreye daha temiz ve güvenli yaşam alanları kazandırılmaktadır.

Biyokütle enerjisinde üçüncü kuşak kullanımı adı verilen oldukça güncel atılımlar da gözlenmektedir. Tarımsal kökenli nebati atıkların sonucu olarak üretilen biyogazların mikro jeneratörlerde elektrik amacıyla kullanılması üçüncü kuşak kullanımını ifade etmektedir (Gürsoy, 2004: 128).

Biyoyakıt üretimi 2018 yılında önceki seneye göre %10, son 10 yılda ise yaklaşık %93 oranında artmıştır. Üretimde liderliği yaklaşık %40 ile ABD alırken en yakın rakibi olan Brezilya %22,4 oranında dünya üretiminde söz sahibidir. Bu sayılara yakıt olarak kullanılan etanol ve biyodizel dahil değildir (BP, 2019). Biyoyakıt üretiminde dünyanın ilk 10 ülkesi ve ülkemizin durumu Çizelge 2.8.’de verilmiştir.

2.2.4. Hidroelektrik enerji

Hidroenerji olarak da adlandırılan hidroelektrik enerji sistemleri; barajlı ve pompaj depolamalı sistemlerde suyun potansiyel enerjisinin, akarsulu sistemlerde ise kinetik enerjisinin mekanik enerjiye çevrilerek kullanılması fikrine dayanan sistemlerdir. Nehirlerin enerji dönüşümü amacıyla kullanılması gerektiği fikri 20. yüzyılın daha başlarında ortaya atılarak dünya çapında uygulama alanı bulmuştur. Hidroelektrik enerjisinin verimliliği büyük oranda ülkelerin alabileceği yıllık yağışlara bağlıdır. Özellikle Türkiye gibi yarı kurak ülkelerde yağış daha çok önem kazanan faktör olma durumundadır. Yağışların az olduğu zamanlarda barajlardaki doluluk oranlarına bağlı olarak hidroelektrik enerjisi üretiminde rol alan santraller için elektrik enerjisi üretimi de düşmektedir.

Hidroelektrik enerji üretimi için barajlar da çok önemlidir. Genel olarak barajlar ileride anlatılan bazı bölümlerden oluşmaktadır. Mekanik-elektrik dönüşümü yapan jeneratör ve türbin bu bölümlerin başında gelmektedir. Önüne bir set çekilerek, çekilen setin içinde akan suyun birikmesiyle ve yükselmesiyle akarsu hareket edemez hale gelir ve bir tür göl oluşur. Bu setlerde gövdenin içinde suyu nakliye ya da tahliye etmeye yarayan kanallar mevcuttur ve bu kanallar su istendiği takdirde karşı tarafa geçirilerek bu geçiş sırasında türbinlerin döndürülmesiyle birlikte elektrik enerjisi üretilir. Elektrik enerjisi üretiminde hidroelektrik santrallerin (HES) önemli payı vardır. Şekil 2.7.’de barajlı hidroelektrik santralinin bölümleri ifade edilmektedir.

Çizelge 2.9. Hidroelektrik kaynaklı elektrik üretiminde dünyadaki ilk 10 ülke (BP, 2019). Dünyadaki Sırası Ülkeler Üretim (mtep) Üretimdeki Payı

(%) 1 Çin 272,1 28,7 2 Brezilya 87,7 9,2 3 Kanada 87,6 9,2 4 ABD 65,3 6,9 5 Rusya Federasyonu 43 4,5 6 Hindistan 31,6 3,3 7 Norveç 31,3 3,3 8 Japonya 18,3 1,9 9 Vietnam 18,3 1,9 10 Venezuela 16,3 1,7 13 Türkiye 13,5 1,4 Diğer 265,4 28 Toplam: 948,8 100

Hidroelektrik kaynaklı elektrik üretiminde dünyada liderlik Çin’de iken ikinci sırada Brezilya ve onu takiben Kanada sıralanmaktadır. Hidroelektrik konusunda ülkemiz de dünyada söz sahibi konumunda olup on üçüncü sırada yer almaktadır. Çizelge 2.9. hidroelektrik kaynaklı elektrik üretiminde dünyada ilk 10 ülke ve ülkemizin durumunu ifade etmektedir.

Çevreye zararlı olmamaları ve düşük riskli grupta bulunmaları hidroelektrik santralleri için tercih sebebidir. Ayrıca düşük maliyet, yerli üretim, uzun ömürlülük, temiz ve tükenmez olma gibi vasıfları ile elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilmektedir. Oldukça ekonomik ve çevreci olan hidroelektrik santrallerinin elektrik üretimi için uygun coğrafi koşulların sağlanması gerekmektedir. Bu koşullar sağlanırken diğer yandan da jeolojik dengenin bozulmaması ve çevrenin korunması önem arz etmektedir. Örneğin taşkınların oluşmaması için akarsuların rejimleri kontrol altına alınmalıdır.

2.2.5. Jeotermal enerji

Litosferde bulunan ısının zayıf katmanları geçerek yeryüzüne ulaşması şeklinde ortaya çıkan su buharı ya da sıcak su jeotermal enerji olarak tanımlanmaktadır. Şekil 2.8.’de jeotermal enerjinin meydana geliş süreci görselleştirilmiştir. Bu enerji kendiliğinden veya sondaj yöntemiyle ortaya çıkmaktadır. Bu enerji türünün yenilenebilir olarak nitelendirilmesi için çıkarılan suyun re-enjeksiyon yöntemiyle yeniden pompalanması gerekmektedir (Gürsoy, 2004: 132).

En istikrarlı yenilenebilir enerji kaynağı jeotermal enerjidir. Bu nedenle, jeotermal enerji santralleri günde 24 saat çalışacak şekilde tasarlanmıştır ve sistem, hava veya yakıt dağıtımından bağımsızdır. Kolayca elektrik enerjisine dönüştürülebilen jeotermal enerji kaynağı, genellikle yenilenebilir olarak kabul edilmektedir. Bu enerji kaynağının yenilenebilir olması çeşitli yağış şekilleri ve yer altı su haznelerinin devamı ve re-enjeksiyon yönteminin gerçekleştirildiği durumlarda mümkündür. Ayrıca jeotermal enerji kaynakları kısa süren hava olaylarından etkilenmez. Bir jeotermal enerji kaynağının ekonomik ve termodinamik açıdan optimum kullanımı, jeotermal akışkanın özelliklerine büyük ölçüde bağlıdır. Özellikle; sıcaklık, basınç, akışkan bileşimi ve sıvı/buhar oranı, enerji dönüşümü için en iyi yöntem ve koşulları belirlemede önemlidir (Köse, 2007).

Çizelge 2.10. Jeotermal enerji kurulu güç bazında dünyanın ilk 10 ülkesi (IRENA, 2019). Dünyadaki Sırası Ülkeler Kurulu Güç (MW) Toplam İçindeki

Payı (%) 1 ABD 2.546 19,1 2 Endonezya 1.946 14,6 3 Filipinler 1.928 14,5 4 Türkiye 1.283 9,6 5 Yeni Zelanda 996 7,5 6 Meksika 951 7,1 7 İtalya 767 5,8 8 İzlanda 753 5,6 9 Kenya 663 5 10 Japonya 536 4 Diğer 959,7 7,2 Toplam: 13.329 100

Elektrik üretimi, yüksek sıcaklıktaki jeotermal kaynakların en önemli kullanım şeklidir. Sıvı yüzdesinin yüksek olduğu ve düşük sıcaklıklara (85-180 ℃) sahip akışkanlardan ve su ağırlıklı jeotermal alanlarındaki ayırıcılardan gelen atık sıcak sulardan düşük-orta sıcaklıktaki jeotermal akışkanlardan elektrik üretilmesi, ikili akışkan teknolojisinde gelişmeler yapıldığından beri kayda değer bir ilerleme gerçekleştirmiştir. İkili sistemi kullanan santraller, buharlı sistemle karşılaştırıldığında düşük sıcaklıklarda düşük kaynama noktasına ve yüksek buhar basıncına

sahip, genellikle organik bir akışkan olan ikincil bir çalışma akışkanı kullanmaktadır. İkincil akışkan, geleneksel bir Rankine çevrimi vasıtasıyla işletilmektedir: jeotermal sıvı ısısını bu akışkanın ısıtıldığı ve buharlaştığı ısı değiştiricileri yoluyla ikincil sıvıya ısı verir. Üretilen buhar bir buhar türbinine enerjiyi aktarır, daha sonra soğutulur ve yoğuşturulur ve döngü başa döner. Bu çevrime Organik Rankine Çevrimi (ORC) de denir. Tipik olarak, jeotermal su rezervuar seviyesini korumak ve yenilenebilir enerji döngüsünü tamamlamak için toprağa şarj edilmektedir. Jeotermal su ve çalışma sıvısı birbirinden ayrı kapalı çevrimlerle sınırlandırılmıştır, bu nedenle jeotermal akışkandan havaya emisyon olmamaktadır (Köse, 2005).

Jeotermal enerji, fosil yakıtların kullanımı esnasında ortaya çıkan sera etkisi ve asit yağmurları gibi çevresel zararlar oluşturmadığı için çevre konusunda diğer enerji kaynaklarıyla kıyaslandığında oldukça zararsız ve çevre dostu bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Temiz olmasının yanı sıra jeotermal enerji, doğal kaynaklar kullanıldığı için dışa bağımlılık gerektirmemektedir.

Dünyada jeotermal enerji gelecek yıllarda taşıtların motorlarında kullanılmaya başlanarak hidrojen yakıtlı araçların geliştirilmesi yönünde çalışmalar yapılmaktadır. Bunun yanında jeotermal enerjiden en fazla konutların ısıtılmasında, sıcak su ihtiyaçlarının karşılanmasında ve endüstriyel ısı ihtiyaçlarında ve az bir oranda da olsa elektrik üretiminde kullanılmak üzere faydalanılmaktadır.

Kurulu güç bazında jeotermal enerji incelendiğinde ABD zirvede görünmektedir. Endonezya ve Filipinler birbirine çok yakın kapasite değerleri ile ikinci ve üçüncü sıradadır. Son dönemde artan yatırımların katkısıyla ülkemiz dördüncülüğe kadar yükselmiştir (BP, 2019). Türkiye’nin jeotermal arazileri Şekil 2.9.’da verilmektedir. Jeotermal enerjide kurulu güç bazında dünyanın ilk 10 ülkesi ise Çizelge 2.10.’da belirtilmiştir.

2.2.6. Hidrojen enerjisi

Evrendeki kütlenin çoğunluğu hidrojendir ancak yeryüzünde serbest olarak çok az bulunmaktadır. Fakat doğada bileşikler halinde hem gaz hem de sıvı halde bol miktarda bulunmaktadır. Aynı zamanda renksiz, kokusuz ve zehirsiz bir gazdır. Fiziksel özellikleri Çizelge 2.11.’de verilmiştir. Hidrojen değişik hammaddelerden temin edilip değişik maddelere dönüştürülebilmektedir. Karbon içermediğinden çevreye zararı da azdır. Bir enerjinin etkili ve sürekli kullanımı ancak depolanabilir olması, taşınabilir olması, endüstriyel üretimde ve evlerde kullanılabilir olması, temiz ve de yenilenebilir olması ile sağlanabilmektedir. Bu anlamda hidrojen enerjisinin çevreye en saygılı enerji türlerinden biri olduğu bilinmektedir. Elektrik üretiminde, ısınmada ve bunun gibi pek çok alanda ihtiyaçları karşılayabilen hidrojen enerjisi endüstriyel açıdan da önemlidir. Ayrıca hidrojen diğer yakıtlardan farklı olarak kendine has bir depolama sistemi barındırmakla birlikte motorlu taşıtlarda kullanım güvencesi sağlamaktadır. Bu sayede hidrojenin ticari amaçlar için de kullanılabilir bir alternatif olması dikkat çekicidir.

Çizelge 2.11. Hidrojenin fiziksel özellikleri (Şahin, 2006: 21; Şahin, 2010). Fiziksel Özellik Birim

Maddenin hali - Gaz (Oda sıcaklığında)

Yoğunluk kg/m3 _{(0℃ ve 101.325 kPa)}

89,88 x 10-3

Sıvı haldeki yoğunluğu kg/m3 ₂₂₆₇

Ergime noktası Sırasıyla K ve ℃ 14,01 / -259,14 Kaynama noktası Sırasıyla K ve ℃ 20,28 / -252,87

Ergime ısısı kJ/kg (H2) 1,16 x 10-4

Buharlaşma ısısı kJ/kg (H2) 8,97 x 10-4

Isı kapasitesi kJ/kg.K (H2) 28,609 (25 ℃)

Kritik nokta sıcaklığı K 33

Kritik nokta basıncı bar 12,9

Kritik sıcaklıktaki yoğunluk kg/m3 _31,4

Tutuşma sıcaklığı ℃ 560

Hava ile tutuşma bölgesi % 4 ile 77 arası

Hidrojen, kömür veya biyogaz gibi birincil enerji kaynağı değildir; birincil enerji kaynaklarından üretilen bir enerji taşıyıcıdır. Fosil yakıtlardan gazlaştırma ve yeniden oluşturma (reforming) ile hidrojen üretimi teknolojisi yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Örneğin, hidrojen elektroliz ile sudan üretilebilmektedir. Elektroliz için gerekli olan elektrik güneş pilleri, hidrolik ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanabileceği gibi nükleer elektrik de bu amaç için kullanılabilir.

Günümüzde, hidrojen üretmek için farklı yöntemler mevcuttur ve bunlar birincil kaynakları ile karakterize edilir. Birincil kaynaklar arasında kömür, petrol ve doğal gaz gibi