Doğal gaz ve çeşitli zararlı atıkları depolama için ilk gelişen, oldukça kontrollü bir biçim eşliğinde tuz oyuklarının ‘eritmeli madencilik’ teknolojisi, sağlam tesis edilir ve büyük depolama hacimleri için çok ucuz bir hafriyat yöntemi sağlar. Şuanda Avrupa ve Amerika’da benzin, petrol ve diğer maddeleri depolama için kullanılıyor olan hatırı sayılır tuz oyukları (Şekil 3.1) deneyimi vardır. Tuz özelliklerine ek olarak mağara büyüklüğü, derinliği ve çalışma basıncının, temel mağara tasarımı üzerine etkisi sağlam tesis edilir.
Şekil 3.1: Bir yeraltı tuz birikintisi içindeki bir hava havzası için süzme işleminin şematik diyagramı (ENERGY STORAGE FOR POWER SYSTEMS)
1 su, 2 tuzlu su, 3 koruyucu gaz
Tuz mağaraları hemen hemen sızdırmaz-sıkılıktadır: Huntorf SHED’da kaçak kayıplarının günde 10–5 ve 10–6 arasında olduğu tahmin edilir. Tuz mağaralarının merkezi depolar olarak kullanımı özellikle çekicidir; ancak, tuz oyuklarını yaratmanın ve kullanmanın birçok olası problemleri- şöyle ki tuzlu su yok olması, mağara fare delikleri, sünme ve türbin kirlenmesi- vardır.
49
Tatlı suyun tuzu eritmesi ve onunla doymuş hale gelmesi üstüne kurulu eritmeli- madencilik teknolojisi, Şekil 3.1’de şematik olarak gösterildiği üzere, bir tuz mağarası içine bir delik delmeyi; üst tarafını, etrafını saran kayaya yapıştırmayı; suyu merkezi bir delikten aşağıya fışkırtmayı ve daha sonra tuzlu suyu uzaklaştırmayı içerir. Tuzlu suyun çevresel olarak uygun bir bölge üzerinde bir yere verilmesi zorunludur; kimyasal sanayi tercih edilebilir çözümdür.
Gelişen mağara ultrasonik radar tarafından gözlenir ve arzu edilen bir çap başarıldığında tuzlu sudan daha düşük özgül ağırlıklı bir kaplama gazının, tuz ile tepkime vermeyen, çözeltinin aşağıya doğru ilerlemesini sağlamak üzere içeri pompalanması zorunludur. Mağaranın ideal biçimi 6/1’lik en/boy oranı ile bir dikey silindir olur. Çözünürlük içinde, anhidritli tabakalar şeklinde veya yüksek çözünürlüklü potasyum veya magnezyum tuzu varlığında belirli değişimlerle karşılaşıldığı ifade edilir. Yüksek çözünürlüklü potasyum veya magnezyum tuzu varlığı fare deliklerine neden olur. En kötü durumda, tasarlanan mağara yüzeyini bir komşu mağaraya genişletsek bile anhidritli tabakalar gelişen mağara içerisine çıkıntı yapan plaketler gibi kalırlar. Böylesi problemlerden, toplam sermaye maliyetini tabi ki artıran deney delikleri delerek ve çözünme süresince tuzlu suyu tahlil ederek sakınılır.
Sünme veya tavan çökmesi de bir SHED’lı merkezi depolamanın zamansız kapanması için nedenler olur. Tuzun taşınabilir riski de türbin tasarımında problemler yaratır. Huntorf-Almanya ve McIntosh-ABD’deki deneyim, yılda 1000 çevrimde çalışma yıllarından sonra, gelecekte SHED öngörüleri için çok cesaret verici olan ya tuzun taşınabilirliğinden dolayı türbin kirlenmesi ya da duvarların sünmesi problemlerinin hiçbirinin fark edilmediğini gösterir.
Depolama tesisine ihtiyaç duyulduğu yerde uygun bir şekilde iskan edilen doğru kalınlıkta ve doğru derinlikteki tuz tabakaları Avrupa ve Kuzey Amerika’ya özgü yer yapısı içinde epeyce yaygındır, ama bu öyle dünya çapında değildir, örneğin Japonya gibi. Diğer olasılıklar mevcuttur, ancak yeraltı mağaralarının meydana getirilişi
50
içindir. Doğal gaz depolama için meşhur olan uygun kubbe şeklindeki tıkaç kayanın var olduğu aküferli bölgelerde akla uygun düşük-maliyetli teknoloji kullanılır.
Gözenekli kaya ortamının geçirgenliğine bağlı olarak kapatılmış suyun yerini değiştirecek olan bir hava kabarcığı geliştirmek üzere aküfer bölgesi içerisine birtakım kuyuların delinmesi zorunludur. Bu işlem oldukça yavaştır, ancak bir hava kabarcığının meydana getirilişinden sonra, hava sudan çok daha düşük viskoziteye sahip olduğundan bir güç sistemi içinde SHED işi için gerekli, arzu edilen doldurma ve boşaltma oranlarını başarmak mümkündür. Bir doldurma-boşaltma çevrimi üzerinden toplam basınç kayıplarını 10 ila 20 bar civarında tutmak için, yüzey bağlantıları ile birlikte esasen düşük maliyetli aküferli hava depolama kavramının en pahalı kısmı olacak olan, Şekil 3.2’de gösterilen, 50’den daha az olmayan püskürtme kuyularına ihtiyaç duyulabildiği bilinir.
Şekil 3.2: Aküferli hava depolamanın şematik diyagramı (ENERGY STORAGE FOR POWER SYSTEMS)
Yeraltı hava depolamasına bir üçüncü yaklaşım sert kaya içinde mineralli oyukların kullanımıdır. Maden kazma etkinliğine ve yeraltındaki düzeni çok büyük bir ölçekte bozmaya gereksinim duyduğundan bu yaklaşım oldukça pahalıdır. Yine de yüksek maliyet, sabit basınçta çalışmanın olanağı ile dengede tutulur. Bu durumda, bir su dengeleme bacağı kullanarak başarılabilen serbest hacmi değiştirmeye ihtiyaç
51
duyulur. Kaçak suyun bir problem oluşturmasından sakınmak üzere akla uygun nitelikte kayaya sahip olmak arzu edilir. Şematik bir düzen Şekil 3.3’te gösterilir. Su temininin ve havzalar içindeki su düzeyini zemin düzeyinde değiştirmenin çevresel etkilerinin hesaba katılması zorunludur.
Şekil 3.3: Bir sabit basınç havzalı hava depolamalı gaz türbini elektrik santrali (ENERGY STORAGE FOR POWER SYSTEMS)
Olası bir tehlike, şimdiye kadar tam olarak niceliği belirtilmeyen, sözde şampanya etkisidir. Boşaltma dönemi süresince kısmen doldurulmuş bir mağara içindeki hava, dengeleme suyu içinde çözündürülür. Belirli bir zaman sonra su doymuş olur ve sonraki doldurma dönemi süresince yukarıya, dengeleme bacağına doğru hareket ettirildiğinden kabarcıklar salınır. Depolama tesisi çalışma çevriminin iyi yönetimi ve uygun tasarımı ile bunun çözülebildiğinin gösterilmesine rağmen bu, düşünce olarak tehlikelidir.
Ne yazık ki sızdırmaz sıkılıkta kaya bulmak zordur bu nedenle kaçak kayıpları genellikle olur. Şekil 3.3’te gösterildiği gibi bir su perdesinin kullanımı, kaçağı
52
oldukça azaltma yeteneğinden ötürü gelecek vaat eden bir yaklaşımdır. Su perdesi, mağara astarlaması veya diğerleri gibi çarelere ihtiyaç duymasına rağmen sert-kayalı havalı depolamanın toplam maliyeti tuz oyukları veya aküferler için olandan muhtemelen çok daha yüksek olmaz. Problem, SHED’nın bu türlerinin tasarım ve işletmesinde uygulanabilir deneyimin olmamasıdır.
Hava depolamalı oyuklar için yer yapısını uygun iskan etmek, SHED yerleşimi için özel bir gereksinimdir. Çevresel kaygılar, görsel etki ve gürültü gibi; teknik problemler, soğutma suyu gereci, iletim hatlarına yakınlık ve yakıt gereci gibi, bir güç sistemi içinde herhangi bir elektrik santrali için sorunlardır. Bunlar, bu hususların her birine göre çok yüksek standartlar eşliğinde zaten tasarlanan geleneksel gaz türbini kurulumları için olandan çok daha fazla ciddi olmaz.
SHED düşünce olarak yararlı, verimli ve düşük özgül sermaye maliyetli bir depolama aracıdır, ama gelecekteki yaygın uygulama, yakıt maliyetlerinin büyümesini ve hazır bulunma ölçütünü tatmin etmek üzere gelişme gücü ile ilişkili göreli ekonomik yararlara ve yerleşim fırsatlarına bağlıdır. SHED’nın değeri ve performansı, sadece (yakıt artı doldurma) enerji maliyetli ve sermaye maliyetli bir karşılaştırma üzerine diğer depolama teknolojileri ile karşılaştırılır.
ABD’de uygulanan birtakım çalışmalar, SHED’nın yaygın uygulamasına karşı teknik sınırlamaların olmadığını gösterir, ancak büyük hacimlerde havanın depolanması zorunlu olduğundan geleneksel tanklar tamamen kullanışsızdır ve tuz, sert kaya veya diğer geçirimsiz yeryüzü tabakaları içinde yeraltı hava depolaması gereklidir. Bu yöntemler pahalıdır ve bu nedenle gerekli hacmin, en yüksek uygulanabilir depolama basıncını seçerek bu yüzden mümkün olduğu kadar azaltılması zorunludur. Bugünkü türbin ve kompresör tasarım sınırlamaları ve yeraltı oyuk maliyetleri, en fazla maliyet-tesirli olmak için 70–80 barlık olası depolama basınçları sağlar.
53