Yoğunlaştırıcı Güneş Enerji Sistemleri

Bu yöntem, güneşten gelen enerjinin aynalar vasıtasıyla yansıtılarak yüksek sıcaklıkta ısı enerjisi elde edilmesi ve bu enerjinin kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemidir. 2 kısımda gerçekleşen bu işlemlerde önce güneş enerjisi toplanır ve ısı enerjisine dönüştürülür, daha sonra da ısı enerjisinden elektrik enerjisi üretilir. Bu yöntemler hem evsel ve endüstriyel uygulamalar için kullanılmakla birlikte, diğer enerji kaynakları ile de hibrid bir güç sistemi oluşturulabilmektedir.

Üç farklı tipte yoğunlaştırma düzeneği vardır. Bunlar parabolik oluk, ayna/motor ve güç kulesi sistemleridir. (www.eie.gov.tr, ET:07.2010)

Güneş enerjisi toplama sistemleri, erişilebilen sıcaklık dereceleri bakımından üç grupta toplanabilir:

* Düşük sıcaklık uygulamaları: 100°C’den az,

* Orta sıcaklık uygulamaları: 100–350°C arası,

* Yüksek sıcaklık uygulamaları: 350°C’den fazla.

100°C’den az olanlarda düz toplayıcılar, 100–350°C arasında odaklı toplayıcılar, 350°C’den yüksek sıcaklık uygulamalarında ise, güneşi izleyen çok sayıda ayna ve güneş kuleleri kullanılmaktadır. (www.nukte.org, ET:07.2010)

a) Parabolik Oluk Sistemleri

Güneş ışınları parabolik oluk şeklindeki eğri yüzeye sahip bir yansıtıcı tarafından yoğunlaştırılır. Bu yüzey üzerinde parabolik eğri boyunca uzanan ve hareket eden yutucu bir boru bulunmaktadır.

Sistemin esası şu şekilde işlemektedir: Güneş’ten gelen enerji ile yutucu boru içindeki sıvı ısıtılır. Isınan sıvı ile üretilen buhar, özel bir sistemden geçirilerek elektrik enerjisi üretimi sağlanmış olur. Bu sistemlerde yoğunlaştırma oranı 10’dan 100’e kadar çıkabilirken, sıcaklık 400 ○C’ye kadar çıkabilmektedir.

Bu sistemlerin kurulumları kuzey-güney olarak tasarlanmakta, güneş enerjisinin gün boyunca doğudan batıya doğru odaklanması sağlanmaktadır. Parabolik oluklardan oluşan bir kolektör tarlası sistemi ile ticari olarak toplam kapasitesi 350 MW’dan daha büyük sistemler oluşturmak mümkündür. (WEC, 2009:29) Parabolik oluk sistemleri evler, ticarethaneler, restoranlar için kullanımı önerilebilen sistemlerdir. Ayrıca bu sistemlerin üzerinde bilimsel araştırmalar sürmekte, İsrail, Almanya ve İspanya merkezli çalışmalar da sürmektedir.

Bu sistemin dünyadaki güzel bir örneği Andalusia-İspanya’da geniş bir vadi olan Marquesado del Zenete bölgesinde kurulu durumdaki “AndaSol” projesidir.

Tablo 3.1 Andalucia-“AndaSol” Sistem Tasarım Özellikleri

Yer Andalucia, İSPANYA

Nominal Elektrik Gücü 49,9 MW

Yıllık tam-yük Çalışma 3,589 saat Alıcı Teknolojisi Parabolik Oluk

Alıcı Geometrisi 510,120 m2

Isı Depolama Teknolojisi Erimiş Tuz Isı Depolama Kapasitesi 7,5 saat

Tesis Alanı 200 ha

Yıllık Elektrik Üretimi 179 GW

Maliyet 14,3 Milyon €

Tesis Haziran 2006’da başlamış ve Haziran 2008’de bitirilmiştir. Andasol 1 projesinin maliyeti 14,3 milyon avro olarak belirlenmiştir. Bu maliyetin 5 milyon avroluk kısmı Avrupa Birliği’nce destek olarak hibe edilmiştir. (V.YEK Sempozyumu 2009:14)

b) Çanak/Motor Sistemleri

Parabolik çanak kolektörler, yüzeylerine gelen güneş radyasyonunu noktasal olarak odaklarında yoğunlaştırırlar. Bu kolektörlerin yüzeyleri de parabolik oluk kolektörlerin yüzeyleri gibi yansıtıcı aynalarla kaplanmıştır. Gelen güneş enerjisi bu aynalar vasıtasıyla ortadaki stirling motoru üzerinde yoğunlaştırılır. Stirling motor ısı enerjisini elektrik jeneratörü için gerekli olan mekanik enerjiye dönüştürür. Elektrik üretiminden başka, bu kolektörler buhar ya da sıcak hava üretimi için de kullanılır. Bu santraller, küçük modüllerden oluştuğu için enerji ihtiyacı duyulan yerlerin yakınında ve ihtiyaç duyulan kapasitede tesis edilebilirler. (www.eie.gov.tr, ET:07.2010)

Bu sistemler, kurulum ve bakım-onarım kolaylığı açısından tercihen düzgün zemin üzerine inşa edilir. Parabolik çanak sistemler boyutlarına göre 10 MW ile 25 MW arasında değerlere sahiptir. Güç şebekesinden bağımsız çalışabilmeleri nedeniyle uzak uygulamalarda kullanılabilirler. Yüksek verimliliği ve modüler yapısıyla bu sistemlerin maliyetlerinde ileriki zamanlarda ciddi düşüşler beklenmektedir. (V.YEK Sempozyumu, 2008:14)

c) Güç Kulesi

Güç Kulesi sisteminde güneşten gelen direkt ışınlar, geniş bir alana yayılmış yüzlerce hatta binlerce ayna (heliostatlar) yardımıyla kule üzerine yoğunlaştırılır. Toplayıcı içerisinden dolaştırılan tuzlu eriyiğin, bu yoğunlaşan enerji yardımıyla sıcaklığı artırılır. Bu tuzlu eriyiğin ısı enerjisi daha sonra elektrik enerjisi üretmek amacıyla geleneksel buhar türbin veya jeneratör sisteminde kullanılır. Tuzlu eriyik ısıyı verimli bir şekilde tutar. Böylece ısı saatlerce ve hatta günlerce elektrik enerjisi üretilmeden muhafaza edilir.

Bu sistemlerde tuzlu eriyik 777 ○C’ye kadar ısınır ve bu ısı ile buhar elde edilir. Bu sıvı daha sonra tekrar toplayıcı tanka pompalanır. Sistem % 65’lik kapasite ile çalışır ve ilave kaynak gereksinimi yoktur. Güç kulesi sistemlerinde yoğunlaştırma oranı 300 ile 1,500 arasında değişir ve sıcaklık 500○C’den 1,500○C’ye kadar çıkarılabilir. Teknolojik olarak 400 MW’a kadar güç kulesi sistemi kurmak mümkündür. (WEC, 2009:32/33)

Güç Kulelerine; 15 MW Kurulu güçteki, erimiş tuz depolama sistemine sahip İspanya’nın Ecija bölgesinde bulunan Solar Tres termal güç kulesi güzel bir örnektir. Bu tesisin yapımı 15,3 milyon avroya tamamlanmış, 5 milyon avroluk kısmı Avrupa Birliği tarafından hibe edilmiştir.

Tablo 3.2 Solar Tres Tasarım Özellikleri

Yer Ecija, İSPANYA

Alıcı Termal Gücü 120 MW

Türbin Elektriksel Gücü 17 MW

Kule Yüksekliği 120 m

Heliostat Sayısı 2,48

Heliostatların Yüzey Alanı 285,200 m2 Heliostatların Çevrelediği Alan 142,31 ha

Depolama Boyutu 15 Saat

Doğal Buharlaştırıcı Termal Kap. 16 MW Yıllık Elektrik Üretimi (Min) 96,400 MWh

Maliyet 15,3 Milyon €

Kaynak: Yoğunlaştırıcılı Güneş Enerji Santralleri ve Ilısu Hes’e Alternatif Olarak Güneydoğu

Anadolu Bölgesine Uygulanabilirliği, Yenilenebilir Enerji Kayn. Sempozyumu,s.13,2009,Diyarbakır

Tablo 3.3 Yoğunlaştırıcılı Isıl Güneş Enerji Teknolojilerinin Karşılaştırılması

Parabolik Oluk

Sistemleri Güç Kulesi Sistemleri

Parabolik Çanak Sistemleri

Uygulamalar _{Şebekeye paralel} yapılar, orta ve yüksek

sıcaklıktaki işlemler

Şebekeye Paralel yapılar, yüksek sıcaklıktaki işlemler

Tekil Sistemler, birlikte kullanılması ile küçük

şebeke sistemleri

Güç Aralığı 30 – 200 MW 30–100 MW 3–50 kW (ünite başına)

Modülerlik + +/- +++

Teknoloji Durumu 20 yıldır ticari olarak _kullanımda

Ticari olarak kullanıma henüz geçildi, uzun

süreli prototip deneyimi mevcut

Ticari olarak kullanıma henüz geçildi, kısa

süreli prototip deneyimi mevcut

Teknoloji Riski Düşük Düşük / Orta Orta/Yüksek Yatırım Maliyeti (€/kW) 2300–4000 2000–5000 5000–8000 İşletme ve Bakım Giderleri 2,5–3,5 2–3,7 4,6 Kademeli Elektrik Giderleri (c€/kWh) 13–20 16–22 25–33 Yoğunlaştırma Oranı 70–80 300–1000 1000–3000 İşletme Sıcaklığı 250–500○_{C 250–1000}○_{C 600–1200}○_C Yıllık Solar Kapasite

Faktörü (Depoya Bağlı Olarak)

%23–50 %25–70 25%

Tepe Verimliliği 21% 23% %30'un üzerinde

Yıllık Solar - Elektrik

Verimliliği %14–16 %15–20 %12–25

Depolama İmkanı Depolama Yapılabilir Depolama Yapılabilir Henüz depolama _yapılamaz

Hibrit Kullanılabilirliği Hibrit Örneği Mevcut Hibrit Kullanıma _uygun (tekil kullanımdan daha Hibrit kullanıma uygun pahalı)

İnşa Alanı

Gereksinimleri 6–8 m2/MWh/yr 8–12 m2/MWh/yr 8–12 m2/MWh/yr (düz arazi için uygundur) Su Gereksinimi 3–5 m2/MWh 3–5 M2/MWh _{gereksinimi yoktur.}Yıkama dışında su

Diğer Avantajları Hızlı tesis edilebilme

Dezavantajları

400 ○_{C sıcaklığında} yağ ısıtmada orta düzeyde buhar elde

edilmektedir. Yıllık performans değerleri ve bakım onarım masrafları düzeltilmeli Dayanıklılığı geliştirilmeli ve hedeflenen maliyet değerlerine ulaşılmalı Kaynak: Yoğunlaştırıcılı Güneş Enerji Santralleri Ve Ilısu Hes’e Alternatif Olarak Güneydoğu

Anadolu Bölgesine Uygulanabilirliği, Yenilenebilir Enerji Kayn. Sempozyumu, s.17, 2009, Diyarbakır