Yenilenebilir Enerji Nedir? Türleri, Avantajları ve Gelecekteki Rolü

Yenilenebilir enerji, sürekli yenilenen doğal kaynaklardan veya süreçlerden oluşur.

“Yenilenebilir” terimi genellikle, ortak özelliği tükenmeyen veya doğal olarak yenilenebilen enerji kaynakları ve teknolojileri için kullanılır. Genellikle temiz enerji olarak adlandırılan yenilenebilir enerji, sürekli yenilenen doğal kaynaklardan veya süreçlerden oluşur.

“Yenilenebilirler” olarak da bilinen yenilenebilir enerji kaynakları hiç tükenmeyecek olan enerji kaynaklarıdır. Yenilenebilir ya da temiz enerji teknolojileri ise bu kaynakları elektriğe veya hareket gücüne dönüştürerek güç, ısı veya mekanik enerji üretir.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının ortak özellikleri ise; işletme aşamasında kirletici emisyonlar üretmemeleridir. Bu sayede sera etkisi ve küresel ısınma ile mücadeleye yardımcı olurlar.

Başlıca Yenilenebilir Enerji Kaynakları Nelerdir?

Günümüzde başlıca yenilenebilir enerji kaynakları şöyledir:

Güneş enerjisi

Rüzgâr Enerjisi

Hidrolik (hidroelektrik) Enerjisi

Hidrojen Enerjisi,

Jeotermal Enerji

Okyanus Enerjisi

Biyokütle Enerjisi

Güneş Enerjisi Nedir?

Güneş enerjisi, güneşi harekete geçiren nükleer füzyon reaksiyonlarından gelir.

Güneş enerjisi, güneşten gelen radyasyonla yayılan enerjidir. Radyo dalgalarından gama ışınlarına ve görünür ışığa kadar tüm bu radyasyon, ışığın temel yapı taşları ve güneş enerjisinin taşıyıcıları olan fotonlardan oluşur. Güneş enerjisi, güneşi harekete geçiren nükleer füzyon reaksiyonlarından gelir.

Uzantı olarak, “güneş enerjisi” ifadesi, genellikle güneş radyasyonu olan birincil enerji kaynağından elde edilen elektrik veya termal enerjiyi belirtmek için kullanılır.

Günümüzde güneş enerjisinden yararlanmanın iki ana yolu bulunuyor.

Yarı iletken hücrelerden oluşan paneller vasıtasıyla güneş ışığını elektriğe dönüştüren güneş fotovoltaik (PV);

Radyasyonu doğrudan ısıya dönüştüren termal güneş enerjisi.

Güneş fotovoltaik (PV) Enerjisi

“Fotovoltaik” terimini 1839 yılında Alexandre Edmond Becquerel keşfetti. Fotovoltaik (PV) güneş enerjisi, güneş radyasyonunun bir kısmının bir fotovoltaik hücrede dönüştürülmesiyle üretilen elektriktir. PV hücreler, çok yüksek saflıkta bir ham maddeden üretilen silikon gibi yarı iletken malzemelerden yapılır. Bu malzemeler ışığın etkisine maruz kaldıklarında elektron yayarlar. Diğer yandan bunlar malzemeden dışarı atılır ve kapalı bir devrede dolaşarak elektrik üretirler. Bu işlem herhangi bir ara termodinamik döngü gerektirmez yani radyasyon, ara ısı kullanımı olmadan ( termodinamik güneşten farklı olarak ) doğrudan elektriğe dönüştürülür .

Termal Güneş Enerjisi

Güneş radyasyonunun ısısının kullanılmasıyla termal güneş enerjisi oluşur. Termal veya termodinamik bir güneş enerjisi sisteminde, bir sıvıyı ısıtmak için güneş radyasyonu kullanılır. Örneğin bazı ev tipi su ısıtıcılarında olduğu gibi.

Rüzgar Enerjisi Nedir?

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan Rüzgar enerjisi; dünya etrafında hareket eden hava kütlelerinin kinetik enerjisidir. Hava kütleleri hareket etmeye ve kinetik enerji biriktirmeye başlar. Bu enerji dönüştürülebilir ve çeşitli amaçlar için kullanılabilir:

Rüzgar Türbini Nedir, Nasıl Çalışır?

Rüzgar türbini, rüzgarın kinetik enerjisini rüzgar türbinleri aracılığı ile mekanik enerjisine dönüştüren bir makinedir.

Bununla beraber rüzgar enerjisinin çalışma prensibi nispeten basittir: Rüzgar, rüzgar türbininin jeneratörünü döndüren kanatları döndürür; Jeneratör ise rüzgarın mekanik enerjisini rüzgar türbini tipi elektrik enerjisine dönüştürür. Rüzgar gücü, elektrik şebekesine veya rüzgar enerjisi depolama pillerine yönlendirilir.

Bu mekanik rüzgar enerjisi çağlar boyunca su pompalamak veya tahıl öğütmek için kullanıldı.

Rüzgar Türbininde Karşılaşılan Başlıca Terimler ve Anlamları

Rotor: Rüzgâr türbininin dönen kısmı, kuvvetli ve düzenli rüzgarları yakalamak için yükseğe yerleştirilir.

Nasel: Çeşitli mekanik elemanları barındıran direk tarafından desteklenen bir yapıdır.

Kule: Direk, elektrik kontrol sistemi ve transformatörden oluşur.

Temel: Genellikle daireseldir ve genel yapıyı koruyan karadaki rüzgar türbinleri durumunda betonarme yapılır.

Rotor ve dişli dizisinden oluşan düzeneğe türbin denir.

Hidrolik (Hidroelektrik) Enerji Nedir?

Günümüzde barajlarda hidroelektrik yoluyla elektrik üretilmektedir

Dünyada yaygın olarak kullanılan hidroelektrik enerjide akarsu, nehir gibi su akışlarını engelleyerek, bir su rezervuarı oluşturulması ve biriken suyun potansiyel enerjisinin kullanılması esastır. Su akımının kinetik enerjisi, bir türbin tarafından mekanik enerjiye, daha sonra bir alternatör tarafından elektrik enerjisine dönüştürülür. BP World Energy İstatistiksel İncelemesi -Haziran 2019) verilerine göre hidroelektrik, dünyadaki elektrik üretiminde ilk yenilenebilir kaynak ve tüm sektörler birleştiğinde üçüncü kaynaktır. Günümüzde barajlarda hidroelektrik yoluyla elektrik üretilmektedir.

Hidrojen Enerjisi Nedir?

Hidrojen (H), Mendeleiev’in tablosunda ilk sırada yer alıyor.

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan Hidrojen; H 2 molekülü, iki hidrojen atomundan oluşur. Evrendeki en bol kimyasal element olan hidrojen (H), Mendeleiev’in tablosunda ilk sırada yer alıyor. Bu nedenle hidrojen, kömür veya petrol gibi doğrudan mevcut bir enerji kaynağı değil, elektrik veya ısı gibi bir enerji taşıyıcısıdır. Bir başka deyişle hidrojen doğada serbest halde bulunmadığı ve sadece diğer enerji kaynaklarından üretildiği için enerji taşıyıcısı olarak bilinir.

Saf hidrojeni geri kazanmak için kimyasal bir işlemle izole edilmesi gerekir.

Doğrudan fosil yakıtlardan veya biyokütleden yapılabilen hidrojen; elektriğin sudan geçirilmesiyle, suyu hidrojen ve oksijeni oluşturan bileşenlerine ayırarak da üretilebilir.

Hidrojen Kullanmanın Avantajları Nelerdir?

Hidrojenin yanması büyük miktarda enerji üretir. Bu, ısı veya elektrik üretmek için kullanılabilir;
Hidrojen, yeşil ve yenilenebilir enerjilerden (rüzgar, güneş, hidrolik vb.) hidroliz yoluyla üretilebilir. Bununla beraber bu da sera gazı emisyonlarını azaltmayı ve yerel döngülerde geri kazanımını desteklemeyi mümkün kılar;
Hidrojenin yanması tamamen karbonsuzdur. Bu da onu çok fazla CO2 yayan fosil yakıtlara bir alternatif yapar;
Hidrojen silindirleri çok kolay depolanabilir ve hidrojen verimli bir enerji depolama çözümüdür.

Hidrojen Nasıl Kullanılır?
Bir enerji taşıyıcısı olarak hidrojen, elektrik, ısı veya kinetik enerjiye dönüştürülebilir. Bu bağlamda hidrojen şu şekillerde kullanılabilir:

Binalarda elektrik ve/veya ısı üretimi yoluyla sabit uygulamalar için (kojenerasyon prensibi).
Kimyasal bileşik olarak hidrojen kullanan endüstriyel uygulamalar için
Mobil uygulamalar için, itici güç olarak hidrojen kullanmak.

Yeşil, Gri ve Mavi Hidrojen Nedir?

Yeşil hidrojen: Yalnızca yenilenebilir enerjiden gelen elektrikten suyun elektrolizi ile üretilir.

Gri hidrojen: Ham madde olarak fosil kaynaklarla (kömür veya doğal gaz) termokimyasal işlemlerle üretilir.

Mavi hidrojen: Üretim sırasında yayılan CO₂‘nin yeniden kullanım veya depolama için yakalanması dışında, gri hidrojenle aynı şekilde yapılır.

Diğer yandan daha çok Fransa’ya özgü olan sarı hidrojen iseyeşil hidrojen gibi elektroliz yoluyla üretilir, ancak elektrik esas olarak nükleer enerjiden gelir.

Günümüzde Hidrojen Nasıl Kullanılıyor?

Halihazırda hidrojenin iki kullanımı bulunuyor. Bu bağlamda bir yandan amonyak (gübre) ve metanol üretimi için temel bir malzeme olarak hizmet eder.

Diğer yandan da ham petrolün petrol ürünlerine, yakıtlara ve biyoyakıtlara rafine edilmesi süreçlerinde reaktif olarak kullanılır.

Jeotermal Enerjisi Nedir?

Jeotermal enerji, yerin altından gelen ısı olarak bilinir.

Yunanca Geo (toprak) ve Therme (ısı) kelimelerinden gelen jeotermal enerji, yerin altından gelen ısı olarak bilinir. Su ve/veya buhar, jeotermal enerjiyi Dünya yüzeyine taşır. Özelliklerine bağlı olarak jeotermal enerji, ısıtma ve soğutma amacıyla veya temiz elektrik üretmek için kullanılabilir. Ancak elektrik üretimi için genellikle tektonik olarak aktif bölgelere yakın konumlanmış yüksek veya orta sıcaklıklı kaynaklara ihtiyaç duyulur.

Jeotermal enerjinin başlıca avantajları hava koşullarına bağlı olmaması ve kapasite faktörlerinin çok yüksek olmasıdır. Bu nedenlerle, jeotermal enerji santralleri baz yük elektrik sağlamanın yanı sıra bazı durumlarda kısa ve uzun vadeli esneklik için yan hizmetler sağlama yeteneğine sahiptir.

Diğer yandan farklı olgunluk seviyelerine sahip farklı jeotermal teknolojiler vardır. Bölgesel ısıtma, jeotermal ısı pompaları, seralar ve diğer uygulamalar gibi doğrudan kullanımlar için teknolojiler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Okyanus (Deniz) Enerjisi Nedir?

Gezegenin %70’inden fazlası okyanuslar ve denizlerle kaplıdır.

Hidrokinetik enerjisi olarak da adlandırılan okyanus (deniz) enerjisi, denizlerde oluşan dalgalardan, gelgit olaylarından veya deniz rüzgarlarından faydalanarak üretilen enerjidir.

Bilindiği üzere gezegenin %70’inden fazlası okyanuslar ve denizlerle kaplıdır. Günümüzde toplam enerji ihtiyacının % 20’ sini karşılayabilecek potansiyele sahip, denizin bir enerji kaynağı olarak kullanılmasını mümkün kılan çeşitli teknolojiler vardır.

Bunların hepsi aynı gelişme aşamasında değildir. Bunlara kısaca göz atalım:

Gelgitlerden Gelen Gelgit Enerjisi

Eski gelgit değirmenleri ve gelgit enerji santralleri, gelgitin potansiyel enerjisinden yararlanır. Bu, iki su kütlesi arasındaki seviye farkına ve indüklenen akımlara bağlı enerjiye karşılık gelir.

Örneğin 1966 yılında açılışı yapılan Fransa’daki Rance gelgit santrali, 240 MW kurulu güç için ortalama 500 GWh/yıl üretime sahiptir.

Akıntılardan Gelen Gelgit Enerjisi

Rüzgar için rüzgar türbinleri gibi gelgit türbinleri de gelgit akımlarının enerjisini kullanır. Bu bağlamda suyun yoğunluğu, makinelerin boyutunu belirlerken dikkate alınması gereken önemli bir faktördür. Bu nedenle, eş değer kurulu güç için bir gelgit türbini, bir rüzgar türbininden çok daha küçüktür.

Örneğin Fransız şirketi Sabella, 10 metre çapında ve 500 kW gücünde bir yatay eksenli türbin gelgit türbini geliştirdi.

Dalga Enerjisi

Rüzgarın denizlerin ve okyanusların yüzeyinde oluşturduğu dalgalar kinetik enerji taşır. Yüzen veya kıyıdaki bir engele ulaştıklarında, bu enerjinin elektrik akımına dönüştürülebilen bir kısmından vazgeçerler. Daha derin ve açık denizlerde bulunan dalgalar daha büyük enerjiye sahip olacaktır. Günümüzde bu dalgaların enerjisini kullanabilecek birçok tasarım bulunuyor.

Okyanusların Sıcaklığından Denizlerin Termal Enerjisi

Bu süreç, elektrik üretmek için okyanusun dibi ve yüzeyi arasındaki sıcaklık farkından yararlanmayı amaçlıyor. Örneğin Hawaii’deki Lockheed Martin fabrika projesi.

Tuzluluktan Gelen Osmotik Enerji

Deniz suyu ile tatlı su arasındaki tuzluluk farkı, kullanılabilecek ve elektriğe dönüştürülebilecek bir basınç farkı oluşturur. Bir deniz suyu bölmesi ve bir tatlı su bölmesi yarı geçirgen bir zar aracılığıyla temas ettirilirse, su doğal olarak bu zarı tuzlu su bölmesine doğru geçerek orada bir aşırı basınç oluşturur. Su akışı daha sonra bir elektrik jeneratörünü besler.

Norveçli şirket Statkraft, 2009 yılında Tofte’de bir ozmotik güç istasyonunun ilk prototipini açtı.

Biyokütle Enerjisi Nedir?

Biyokütle enerjisi veya “biyoenerji” enerjiye dönüştürülebilen tüm organik maddeleri ifade eder.

Temiz enerji kaynaklarından biri olan Biyokütle enerjisi veya “biyoenerji” enerjiye dönüştürülebilen tüm organik maddeleri ifade eder. Burada organik madde ile hem bitki kökenli maddeler (gıda artıkları, odun, yapraklar) hem de hayvansal kökenli maddeler (ölü hayvanlar, topraktaki canlılar) kastediliyor.

Çok farklı fiziksel özelliklere sahip üç çeşit biyokütle vardır: