UMUT ENERJİSİ GÜNEŞ

Hüseyin ÖZDEN

ÖZET

Dünyanın her bir yerinde ekonomik, sürekli, çevre dostu yeni enerji kaynakları arayışları sürdürülmektedir. Düne kadar pek önemsenmeyen güneş ve rüzgar enerjileri günümüzde büyük önem kazanmış, yaygın kullanım alanı bulmuştur. Güneş enerjisi gelişmekte olan ülkeler için bir umut enerjisi olmuştur.

Bu çalışmada güneş ve rüzgar enerjisinden bazı pratik faydalanma teknikleri üzerinde durulacaktır. Örneğin: - Kısa süreler için elektrik tüketiminin yoğun olduğu gün ve saatlerde devreye girebilen takviye, destek enerji teknikleri, - Güneşe uyumlu karma bina taslakları, - toplu konutlar ve çok daireli binalar için sıcak su hazırlanması ve depolanması, - H-gaz yakıtı, - ve enerji tasarrufu üzerinde durulmaktadır,

GİRİŞ

Enerji, sanayileşmenin, kalkınmanın insanlık medeniyetinin temel taşlarından biridir. Günümüzde sınırlı fosil bazlı enerji kaynakları, kömür, petrol, doğal gaz hızlı ve sorumsuzca bilhassa Batılı zengin ülkelerce tüketilmektedir. Bu yakıtların çevreye olan zararları her geçen gün artmaktadır, ozon tabakasının delinmesi, yayılması gibi. Artan Dünya nüfus ve III. Dünya ülkelerinde sanayileşmenin, refah düzeyinin gelişmesi ile birlikte yakın gelecekte enerji sarfiyatında artış, kaynaklarında ise azalma beklenilmektedir. Dolayısıyla enerji tüketim fiyatlarında yüksek artışların olacağı hesaplanmaktadır.

Dünyada önemli enerji kaynakları:

- Yakıtlar: (katı, kömür; sıvı, petrol; gaz, doğal gaz, …)

- Doğa kuvvetleri: (rüzgar, güneş ışınları, su,… )

- Nükleer: (uran, plotonium hidrojen; hafif su reaktörleri, …)

Günümüzde Dünya enerji tüketiminin % 85 fosil bazlı yakıtlardan sağlanmaktadır ( % 24 doğal gaz, % 38 petrol, % 23 kömür.) .[1-4,6] Türkiye'de ise enerji, miktarının yaklaşık % 55'ni petrol ve doğal gazdan temin edilmektedir. Yakıtın büyük çoğunluğu, %95 ithal edilmektedir ve ihracattan elde edilen dövizin tamamına bedel olmaktadır. Petrol, kömür ve doğal gaz enerji kaynakların yakın gelecekte hissedilir şekilde azalacağı, maliyet fiyatlarının yükseleceği hesaplanmaktadır. 2100 yılında tamamen tüketilecekleri olasılığı büyüktür. Şekil 1.

Diğer yandan bu yakıtların doğaya olan zararları her geçen gün artmaktadır, örneğin atmosfere karışan baca, ekzos duman gazları, kükürt, karbon, azot bazlı gazlar, tozlar ve ocak artıkları,… Şu sıralar nükleer enerji santrallerine insanlık yaşamı için riskli oluşları nedeniyle pek sıcak bakılmıyor. Bazı ülkelerde yenilerinin yapımı durdurularak, faaliyette olanlarında zamanla kapatılması yönünde politik kararlar alınıyor. Dünya elektrik üretiminin % 17 nükleer santrallerden karşılanmaktadır.[1,2] Hidroelektrik santrallerinden enerji elde edilmesi de ortama bağlı, yağış yıllarına göre sınırlı kalmaktadır. Nükleer santraller gibi hidroelektrik santrallerin yapım maliyetleri çok yüksek ve inşa süreleri uzun sürmektedir. Verimli işletme ömürleri ise 25-30 yıl kadardır. Sürekli çoğalan Dünya nüfusu ve bu nüfusun gelir düzeyindeki artış beklentileri enerji sarfiyatının tahmin edilenden daha erken tüketileceği yönündedir. Dünya nüfusu 2020 yıllarında 5 milyardan, 8 milyar kadar çoğalacağı tahmin edilmektedir. Şekil 2. Enerji tüketimi her sene % 5 oranında artacağı ve 2020 yılında dünya enerji sarfiyatında günümüz sarfiyata kıyasla dört misli artış olacağı hesaplanmaktadır. Şekil 3. [1-6]

İnsanlık ekonomik, sürekli ve çevre dostu yeni enerji kaynakları, takviye enerji kaynakları yanında verimi artırma ve enerji tasarrufları arayışlarına girmiştir. 1970 yıllarına kadar pek önemsenmeyen, genelde sıcak su hazırlanmasında kullanım alanı bulan güneş enerjisi günümüzde hayli önem kazanmış, kullanım alanları her geçen gün genişlemiştir. Devlet destekli bilimsel çalışmalar güneşten daha verimli, büyük kapasiteli daha ekonomik enerji üretimi için yoğunlaşmaktadır. Bu çalışmalar sayesinde günümüzde prototip mahiyetinde güneş enerji santralleri, güneş enerjisi ile hareket eden taşıtlar yapılıp denenmektedirler. Kimya sanayinde bazı ameliyeler güneş enerjisi ile yapılmaktadır. (Örneğin denizlerden tatlı su elde edilmesi, konutların ısıtılması, elektrik üretimi, tarımsal ürünlerin kurutulması, seracılıkta vb.. güneş enerjisi ile uçan planörler, hareket eden otomobiller) Güneş ışınlarından farklı yöntemler, sistemler uygulanarak elde edilen enerjinin pratikte bazı kullanım yerleri: Şekil 4 ve Şekil 5 şematik şekilde gösterilmektedir. Güneş enerjisinin kullanım alanları hakkında çok sayıda çalışmalar yürütülmüştür ve ilgili yayınlar mevcuttur. [1-4] Verimlilik, teknik-ekonomik değerin yükseltilmesi acısından mevcut sistemler geliştirilmiş, uygulama alanları biraz daha genişletilmiştir. Türkiye de güneş enerjisinden çatılarda kurulan kolektörler vasıtasıyla sıcak su hazırlanmasında yaygın şekilde kullanılmaktadır, Binaların, konutların ısıtılması ile ilgili proje çalışmaları yürütülmektedir.

Rüzgar enerjisinden yel değirmenleri vasıtasıyla elektrik enerjisi üretimi de değer kazanmıştır. Dünya kapasitesi 1000 MW ulaşmıştır. Şekil 6 Yel değirmenlerinin kapasitesi 1-2 MW enerji üreten enerji santrallerine ulaşmaktadır.[5] Üç yıl evvellisine kadar Berlin Hamburg arasındaki oto yolda bir iki yel değirmeni dikkati çekerken bugün neredeyse her adım başı birden fazla yel değirmenin elektrik enerjisi ürettiği görülmektedir. Kıyılarımızda kurulacak yel değirmenleri ile küçümsenmeyecek miktarda takviye enerji elde edilecektir…

Bu gelişmeler Türkiye gibi güneşin yoğun ve sürekli yansıdığı cografik bölgelerde bulunan III. Dünya ülkeleri için güneş umut enerjisi olmaktadır. Örneğin Almanya gibi sanayileşmiş kalkınmış bir ülkede toplam enerji tüketiminin yarıya yakını (%50) 100 C altında su ısıtılmasında kullanıldığı düşünülürse güneş enerjisinin III. Dünya ülkeleri için önemi daha iyi gözler önüne serilmiş olur. Enerji tüketim miktarı, dağılımı ve birim fiyatı ülkelerin gelişme ve sanayileşme düzeyinin bir göstergesidir. Kaliteli üretim, (bilgi, ürün, hizmet) enerji üretimi ile artı orantılıdır. Örneğin gelişmekte olan ülkelerde yani gelir düzeyleri düşük olan ülkelerde kişi başına düşen yıllık enerji tüketimi 500 kW ile 1000 kW arasında seyrederken, ABD , BRD , Japonya gibi sanayileşmiş zengin ülkelerde enerji tüketimi kişi başına 10 000 kW ile 15 000 kW arasında olup on kat fazladır.

Kısaca Türkiye'nin zenginleşmesi, yaşam standarttın yükseltilmesi, Türk mal ve hizmetlerin Dünya pazarlarında rekabeti içinde ucuz, sürekli, ve çevreye az zararlı çok daha fazla enerjiye ihtiyacı vardır,

POTANSİYEL ENERJİ OLARAK DEPOLANMASI

Güneş ve rüzgar enerjilerinin yoğun olduğu zamanlarda depolanarak daha sonra kullanımları zorunlu olmaktadır. Örneğin derin su kuyularından suyun güneş, rüzgar enerjilerin yardımıyla daha yüksekte bulunan bir havuza pompalanması, daha sonra arazinin sulamasında kullanılması gibi. Güneş, rüzgar enerjilerin yoğun ve kuvvetli olduğu zamanlarda suyun alçak seviyelerden daha üst seviyelere bulunan tabii veya yapay göletlere pompalanarak potansiyel enerji olarak depolanması, gerekli zamanlarda elektrik enerjisine çevrilip tekrar kullanılması prensip olarak aynıdır. Şekil 7. şematik şekilde yöntem gösterilmektedir. Bu farklı depolama ülkemizin uygun kıyılarında, su havzalarında, barajlar etrafında uygulama alanı bulabilir. Haftanın belli gün ve saatlerinde enerji sarfiyatında büyük artışlar olurken, (voltaj düşüklüğü) diğer ölü saatlerde ise düşük enerji tüketimi, (voltaj yüksekliği) olmaktadır. Bu durumlarda enerji santrallerini söndürmek, soğutmak yerine fazla enerjinin örneğin Krümmel-Hamburg'ta, (Almanya) olduğu gibi yüksekte bulunan bir göllete nehirden su pompalanarak potansiyel enerjiye dönüştürülmesi ve daha sonra günün elektrik tüketimin yoğun olduğu saatlerde türbinler vasıtasıyla elektrik enerjisine çevrilip hatlara verilmesi daha randımanlı olmaktadır. Güneş ve Rüzgar enerjisi burada da faydalı bir kullanım sahası bulabilir. Bu yöntem barajlardan elektrik üretimi için salınan suyun tekrar barajlara pompalanmasında da düşünülebilinir. Sistemin verimliliği ve Teknik ekonomik yönü diğer bir çalışmada değerlendirilecektir.

BİNALARDA ENERJİ TASARRUFLARI

Günümüzde Binalar, (Konutlar, İş-hizmet merkezleri, fabrikalar, alışveriş merkezleri, sanayi siteleri, otel gibi turistik tesisler, özellikle kamu binaları,…) güneş ışınları yardımıyla yeterli aydınlatılmaya, ısıtılmaya, ısı yalıtımına, havalandırmaya ve sıcak su hazırlanmasına uygun şekilde tasarlanmadıkları görülmektedir, Şekil 9. Çatılara, teraslara gelişi, güzel sonradan monte edilen kolektörler binaların estetiğini bozmaktalar. Güneş ışınlarına uygunluk faktörleri dikkate alınarak yeni bina tasarımlarında, gerekse de eski binalarda uygulanacak bazı basit kontsrüktif müdahalelerle, yalıtım teknikleri ile büyük enerji tasarrufları elde edileceği şüphesizdir. [7] Örneğin, büyük alışveriş merkezlerinin geniş yayılı bir alana sahip, haftanın her günü 10-15 saat arasında acık olduklarını herkes biliyordur. Fakat gündüz bile aydınlatmanın binlerce kilometre kablo ve elektrik lambası kullanılarak yapıldığını, penceresiz duvarlarla ve çatılarla sınırlandığını çoğumuz farkında değildir. Büyük alışveriş merkezlerinde sadece aydınlatma ve havalandırma için kullanılan elektrik enerji tüketimi takriben 10 000 konutun elektrik tüketiminden fazla olacağıdır. Halbuki pencereli duvarlarla, çatılarla elde edilecek tasarruf alışveriş merkezinin rekabet şansını artıracaktır. Benzeri durum Fabrika, sanayi sitelerinde, iş-hizmet merkezleri penceresiz binalarında da gözlenmektedir. Çoğu binaların içi ısıtılmağa çalışılırken sokaklar boşuna ısıtılıyor. Binalarda kullanılan enerjini % 60 yakını kapı, duvar aralıklardan ve yalıtımsız duvarlardan ve pencere camlarından kaybolmaktadır. Şekil 10 Mesela takılacak havasız çift çamlı pencereler, düşük emisyonlu çamlar bina içindeki ısının kaybolmasını büyük ölçüde önleyecektir. Bu malzemelerin fiyatı sürüm ve rekabet artıkça, yeni üretim teknikleri geliştirildikçe düşecektir.

GÜNEŞ ENERJİSİNE UYUMLU, RÜZGAR VE YER SARSINTILARINA MUKAVİM

BİNA TASLAK TASARIMLARI; CAMLI METAL-ÇELİK YAPILAR

Binaların tasarımlarında günümüzün teknolojileri, yeni yapı yalıtım malzemeleri değerlendirilerek güneş ışınlarından azami faydalanma yoluna gidilmelidir. Bu tür yapımlar devlet tarafından teşvik edilmesinde yarar vardır. Güneş enerjisine uyumlu bazı binaların şematik tasarımları Şekil 11, 12 verilmektedir. Binaların özellikleri; - Dış cephelerin ve çatıların metal çıtalarla tutturulan güneş camları veya havası alınmış çift camlarla kaplanmış olmaları, - ileride, isteme bağlı, güneşe bakan cephelerde voltaik elementlerle kaplanması mümkün olmaktadır, - bina kesitleri dairesel, çokgen, V-, Y, X ve T şeklinde olup taleplere, parsel ölçülerine ve kullanım amacına göre değişmektedir, - kesitler tek halka şeklinde olduğu gibi iç içe geçmiş iki, üç halkadan müteşekkil olabilir, - Genelde merkez daire güneş bacası olarak çatıya kadar uzanmaktadır, -en üst kat, çatı katı sabit veya döner kule çok amaçlı kullanım alanı olarak düşünülmektedir, - çatının tavanı tam veya kısmi camlı, ve otomattık klimalandırmağa uygun bir çok kapaktan düşünülmektedirler. Çatının bir kısmında aynalı sıcak su havuzu kurulabilir. Şekil 8 .- Zemin katı da çok amaçlı ortak kullanım alanı olarak öngörülmektedir, - bu yapı tarzındaki binaların kare veya dikdörtgen kesitli tek sütün şeklindeki bina yapımlarına nazaran yer sarsıntılarına depremlere karşın daha dayanıklı olmaları,.. [7,8] Bina birimleri:

A-Birimi,Alanı, konut-birimidir. Binanın büyüklüğüne ve kullanım amacına göre değişmektedir, örneğin büro, otel odası, dükkan, ev gibi.

B-Birimi, Alanı ortak kullanım alanıdır koridor, salon olarak öngörülmektedir,

C-Birimi, alanı merdivenler,..

D-Birim alanı Güneş bacası, ilk iki kat için çok amaçlı salon, alışveriş merkezi, kahve, çay bahçesi veya toplantı salonu olarak düşünülebilinir. Diğer katların aydınlatılması, havalandırılması ve ısıtılması için güneş bacası olarak düşünülmüştür,

E-Birim alanı sayıları binanın büyüklüğüne ve kullanan insan sayısına göre sayıları değişen asansörlerdir. Döner merdivenlerdir. Şekil 11. bina birimleri şematik şekilde gösterilmektedir

Binaların kullanım alanları:

Otel gibi turistik tesisler, iş merkezleri, karma bürolar, bankalar, firma merkez binaları, öğrenci yurtları, çok katlı alışveriş merkezleri, elektronik gibi hafif sanayi merkezleri, okul, Üniversite, hastahane gibi çok amaçlı olabilmektedir. Yapımları kolaylaştırmak için dairesel veya elipsel kesit yerine çokgen de olabilmektedir. Binanın ve çevrenin estetiğini bozmayacak şekilde uygun çokgen sayısı seçilmelidir.

Yüksek, çok katlı bina yapımlarına uygunluk, rüzgar ve ısı farklılıklarından ortaya çıkan zorlamalara karşın daha mukavim olmaları bu bina yapımlarının diğer önemli özelliklerindendir: Karesel veya dikdörtgen kesitli çok katlı mono yapılı binalar rüzgar ve yer sarsıntılarından ve ısı farklılıklarından ortaya çıkan aperiyodik ani değişken zorlamalara karşın dirençleri örneğin poli yapılı (yığınsal) binalara, dairesel kesitli binalara nazaran düşüktür. Metal-çelik konstrüksiyonlarında dikkat edilmesi gereken temel kaidelerden biri; - Kuvvet akımı çizgilerinin ani sapmalar yer vermeyecek bir şekilde, ilerlemelerini temin etmek, böylece gerilme yığılmalarını önlemektir. Diğer bir kaide esneklik payı bırakmak ve esneklik payını takviyelerle sınırlı tutabilmektir.[8] Bu konu hakkında daha detaylı bilgı kaynak.7 verilmektedir.

KAÇAK ENERJİ KULLANIMIN ÖNLENMESİYLE ENERJİ TASARRUFU

Yeni enerji santralleri kurulurken, yeni enerji kaynakları üzerinde bilimsel çalışmalar sürdürülürken, yalıtım malzemeleri ile enerji tasarruflarına gidilirken, kaçak enerji kullanımı göz ardı edilmemelidir. Enerji tüketiminde Türkiye için geçerli farklı bir tasarruf olanağı ise kaçak elektrik kullanımının önlenmesiyle mümkündür. Konut ve iş yerlerinde kullanılan kaçak elektrik enerjisi bedava olduğundan maximum değerlerde tüketilmektedir. Sadece aydınlatmada değil, yemek pişirme, sıcak su hazırlanmasından tutun kış günlerinde konutun, işyerinin ısıtılmasına, cihazların, makinelerin çalıştırılmasına kadar kaçak elektrik kullanılmaktadır. Türkiye'de Elektrik üretimi ile tüketimi arasında çok büyük kayıp enerji olduğu bilinmektedir. Bu kayıp, iletim-dağıtım kaybı genelde tek rakamlı % 5 ve altında olması gerekirken Türkiye de bu oran çift rakamlı sayıya, % 20 lere kadar varmaktadır, aralık1997 de enerji kayıp oranı % 16.8 olarak belirlenmiştir. [6] Bunun %10-15 kaçak elektrik kullanımlarından kaynaklandığı tahmin edilmektedir. Bazı bölgelerde kaçak elektrik tüketiminin % 50 vardığı kamuoyunda da haber konusu olmaktadır. Kaçak elektrik enerjisi tüketimine karşın caydırıcı cezaların çıkartılıp uygulanması gerekir. Ağır para cezaları yanında tekrarında hapis cezaları, kaçak tüketicinin belli bir süre elektrikleri kesilmesi. Bunun paralelinde kaçak kullanıma imkan vermeyen dağıtım şebekeleri, elektrik saatlerin takılması, rasgele geçe ve gündüz mühür, kaçak kanca kontrolleri gibi önlemler düşünülebilir. Ayrıca kaçak elektrik kullanımlarına karşın halkın bilinçlendirilmesi, vukuatın düpedüz hırsızlık ve haksızlık olduğu, burada ihbarın ispiyonculukla ilgisinin olmadığı, tam aksine iyi bir vatandaşlık görevi ve dindarlık örneği olduğu bilinmelidir. Türkiye'de kaçak elektrik kullanımı o kadar yaygınlaşmış ki kaçak kullanmayanlar enayilikle suçlanmaktadırlar. !

CAMLI GÜNEŞ HAVUZU

Güneş enerjisinin doğrudan depolanması; su, sıcak su ve enerji depolayıcı olarak kullanılması Şekil 8. şematik, basit şekilde gösterilmektedir. 0.5m ile 3 m derinliğinde, çapı 5m ile 30 m arasında değişebilen dairesel veya dikdörtgen, kare kesitli zeminden ve havadan yalıtılmış bir havuz. Havuzun üst kısmı düz veya kubbe şeklinde bölgeye göre değişebilen camlama örtüsü ışınların ısı yalıtkanlığı yüksek olan bir metale geçirmektedir. Güneşle ısınan dalgalı metal örneğin bakır levha havuzdaki suyu ısıtmakta ısınan su ısının bir kısmını havuz içinde ve altında bulunan duvarlara vermektedir. Isıyı uzun zaman depolayıp ağır ağır veren duvar depolarının içi örneğin kum, tuz, cam. maden parçalarından oluşan ucuz bir karışım da olabilir. Dip duvar bir yalıtım malzemeleri ile zeminden sınırlandırılmaktadır. Suyun üzerinde bulunan dalgalı metal levhanın görevi gelen güneş ışınlarını daha fazla yutmak ortaya çıkan enerjiyi suya aktarmak yanında buharın cam örtüyü kaplamasının önüne geçilmesi diğer bir amacı ise geceleri ısı yalıtıma katkı sağlamaktır. Günlük 250 m 45 C sıcak su sarfiyatı olan her 500 -1000 konuta teorik olarak yetebilmektedir. Bu tip su ısıtıcılar binaların en üst, çatı katlarında çevrenin ve binanın estetiğini bozmayacak şekilde kurulabilir olması ve aynı zamanda su deposu, sıcak su ve konut ısıtılmasında takviye olarak değerlendirilmesi mümkündür, düşünülmesi, tartışılması gereken diğer bir öneri.

SONUÇ

· İnsanlık yaşamı, ülkenin zenginleşmesi, var olması için ekonomik, sürekli, güvenirli enerjiye ihtiyaç vardır. Ülkenin ekonomik büyüklüğü, zenginliği tüketilen enerji miktarı ile kıyaslanmaktadır. Zengin sanayi ülkeleri dünya enerji tüketiminin % 75 'ni sorumsuzca harcamaktadırlar.

· Yakın gelecekte dünyada oldugu gibi Türkiyede de enerji kaynaklarında bir azalma ve maliyet fiyatlarında bir artış beklenmektedir. Güneş ve rüzgar enerjileri takviye enerji kaynakları olarak değerlendirilmektedir. Fakat bu enerjiler teknik ve ekonomik yönden şu sıralar konvansiyonel enerjilerinin yerini dolduramamaktalar.

· Günümüzde güneş enerjisi geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Yeni tekniklerle faydalanma oranında büyük artışlar beklenilmektedir. Bilhassa güneş enerjisinden H-yakıtı ve elektrik enerji üretimin de randımanının artırılmasıyla III. Dünya ülkelerinin kalkınmasında önemli rol oynayacaktır.

· Bazı konstruktif müdahalelerle, Güneş enerjisine uyumlu yeni bina tasarımları, (akonvansiyonel bina yapımları), enerji depolama ile ve kaçak elektrik kullanımlarının önlenmesiyle Türkiye'ye orta büyüklükteki birkaç termik santral kazandırılmış olacaktır.

· Türkiye'd,e bu alandaki bilimsel çalışmalar güneş, ve nükleer enerjisinden Hidrojen yakıtı elde edilmesi, üzerinde uygulamalı olarak yoğunlaştırılmalıdır. Türkiye'de yeni fikirler, öneriler teşvik edilmelidir, ciddiye alınıp değerlendirilmelidir.

LİTERATÜR

1. N.N. "Energie im 21 Jahrhundert - Betrachtung zur Entwicklung des Welt-Energieverbaruchs" Deutsche Shell AG

2. Vahrenholt F. " Globale marktpotantıale für erneubare energien"

Deusche Shell AG

3. Bokris J.O.M. " Hidrogeneconomi in the future" ıntern. Journal of Hidrojen energi 24, 1999 s. 1-15

4. Uyarel A.Y, Öz S.E. "Güneş Enerjisi ve Uygulamaları" Kasım 1987, Birsen yayın evi-İstanbul

5. Allnoch N. " Zur Entwicklung der Deutschen und Europaischen Wind Energienutzung 1998 " Sonnen Energie&Warmetechnik, 2. 1999, s.24-26

6. TÜBİTAK, 21 Yüzyılın Energie Teknolojisi" TÜBİTAK. BTP 99-01, mayıs 1999

7 Özden H. "Güneş Enerjisine Uyumlu, Rüzgar ve Yersarsıntılarına Mukavim

Camlı Metal-Çelik Bina Yapımları " İntern. Uşak Müh. Fak., Mak. Müh. Böl. Uşak.

8 Özden H. " Metal-Çelik Yapılar" yük. lisans ders notları, Uşak Müh. Fak., Mak. Müh. Böl. Uşak

9 Özden H. "Mobil Nükleer Enerji Santralleri…." İntern. Uşak Müh. Fak. Mak. Müh.