9.1 Konunun Tanımı, Amaç ve Kapsamı

21. Yüzyıla girerken, Türkiye’de artan nüfus ve sanayileşmeden kaynaklanan enerji gereksinimi ülkemizin kısıtlı kaynaklarıyla karşılanamamakta, enerji üretimi ve tüketimi arasındaki açık hızla büyümektedir. Bu enerji açığının dış kaynaklarla kapatılabilmesi ülke ekonomisine büyük yük getirmektedir. Bu durum enerji güvenilirliği açısından da kaygılar oluşturmakta ve kendi öz kaynaklarımızdan daha etkin biçimde yararlanmak önem kazanmaktadır. Çevre üzerindeki olumsuz etkileri bilinen fosil yakıtların tüketiminin, çevre konusundaki uluslararası taahhütler nedeni ile azaltılması da beklenmektedir. Fosil yakıtların dışında, kendi öz kaynaklarımızdan olan yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra toprak, yüzey ve yeraltı sulan ile havada doğal olarak bulunan ısıl enerji, ayrıca sanayideki atık ısı değerlendirilmelidir. Bu tür kaynakların elde olunması ve kullanımı arasındaki zaman farkı depolama ile kapatılabilmektedir.

Isı enerjisi yeraltında geniş bir hacimde, uzun süreli (mevsimlik) ve kısa süreli (haftalık) depolanabilir. Bu kapsamda yeraltında ısı enerjisi depolaması ısıtma amaçlı depolama, soğutma amaçlı depolama, hem ısıtma ve hem de soğutma amaçlı depolama olarak ayırt edilmektedir. Söz konusu teknolojiden ülkemizde de yararlanılmalıdır. Bu bölümde ısıl enerji depolama tekniklerinin tanıtımı, dünyadaki durum ve Türkiye’de uygulanabilirliği için yapılması gerekenler tartışılmaktadır.

9.2 Dünya Teknolojisinde Ulaşılan Düzey

Isı enerjisinin yeraltında mevsimlik depolanması üç ayı aşkın süreyi kapsamaktadır. Kısa süreli depolama ise bir haftadan az bir zaman içindir. Mevsimlik depolamada, güneş enerjisi, iklimden kaynaklanan doğal ısıl enerji (yüksek sıcaklıklı ve soğuk kökenli alçak sıcaklıklı) ve herhangi bir işlemden atılan atık ısı depolanabilmektedir. Kısa süreli depolamada ise kullanılan kaynaklar, güneş enerjisi, çok tarifeli elektrik sisteminde puant yük dışında ucuz tarifeli elektrikle kazanılan ısı ve sanayi atık ısısı olmaktadır. Isıl depolama, fosil yakıt yakımı ile sağlanacak ısıdan tasarruf oluşturduğundan, yanma emisyonlarının ortaya koyacağı kirliliği önleme avantajı da taşımaktadır. Böylece CO2, SO2 ve NOx emisyonlarının sınırlanmasına katkıda bulunur. Soğutma amaçlı ısıl depolama, elektrik enerjisinden sağlanan tasarrufun yanı sıra ozon tabakasına zarar veren kloroflorokarbon gazlarının kullanımınının sınırlanmasına da katkıda bulunur.

1970′li yıllardan beri yeraltında ısı depolama çalışmaları sürdürülmektedir. Bu çalışmalar, üç yılda bir düzenlenen ve yedincisi 1997′de Japonya’da yapılan Uluslararası Isıl Enerji Depolama Konferanslarına sunulmaktadır. Yeraltında ısı depolama teknikleri üç grupta ele alınmaktadır:

? Tank, çukur ve kaya oyuklarında depolama

? Akiferde (doğal yeraltı suyu havzası) depolama

? Kanallarda depolama

Yeraltında tank, çukur ve kaya oyuklarında güneş enerjisi ve/veya sanayideki atık ısılar depolanabilir. Bu amaçla su veya su-antifriz karışımının duyulur ısı kapasitesinden yararlanılır. Depodan kaçakları önlemek için iyi bir yalıtım gerekmektedir. Bu ise maliyeti artırıp, sistem ekonomisini olumsuz etkilemektedir.

Akiferde ısıl enerjinin depolanması prensip olarak çok basittir. Soğuk depolamada, yeraltı suyu açılan depodan kışın çekilip soğutulur ve tekrar kuyuya geri verilir. Soğutma için dış ortamın soğukluğundan, yüzey buz ve sularından yararlanılır. Bu amaçla ısı eşanjörleri de kullanılmaktadır. Yazın soğutma gereksinimi olduğunda, yeraltındaki soğuk su çekilerek kullanılır. Bu kullanım yine ısı eşanjörü yardımıyla ve soğutma sisteminden ısı aktarımıyla gerçekleştirilir. Hem soğutma ve hem de ısıtma amaçlı sistemlerde, kullanım sonucu ısınan yeraltı suyu akiferde başka bir kuyu aracılığıyla tekrar depolanabilir. Bu yöntemde biri sıcak ve diğeri soğuk olmak üzere aralarında etkileşim bulunmayacak uzaklıkta iki kuyuya gereksinim vardır. Akiferde yüksek sıcaklıklı ısıl enerjinin depolanması, yine çekilen suyun ısıtılıp geri gönderilmesiyle gerçekleştirilir.

Yeraltı suyu bulunmayan yerlerde, yeraltına düşey olarak yerleştirilen, birbiri ile bağlantılı özel kanallar kullanılır. Bu yönteme kanallarda ısıl enerji depolama denilmektedir. Bu kanallar, akışkan ile toprak arasında ısı aktarımını sağlayan yeraltı ısı eşanjörleri görevini yaparlar. Bu teknikle hem ısıtma ve hem de soğutma amaçlı depolama yapılabilmektedir.

Yeraltında ısıl enerji depolama tekniklerinden kanallarda ve akiferde depolama, Avrupa, Kuzey Amerika, Japonya ve Çin?deki birçok uygulama ile ekonomik ve ticari olarak kendini kanıtlamıştır. Hollanda’da 980 yılından bu yana yapılan 40 adet akiferde depolama projesinin %80′i konut sektöründe (hastaneler ve alışveriş merkezleri dahil), kalanı da sanayide uygulanmıştır. İsveç’de yapılan akiferde depolamaya ilişkin 23 projeden elde olunan sonuçlara göre, soğutma amaçlı depolamada %90-95, hem ısıtma ve hem de soğutma amaçlı depolamada %80-85, yalnızca ısıtma amaçlı depolamada %60-75 enerji tasarrufu sağlanmıştır. Kanal depolama ise daha çok Amerika Birleşik Devletleri, Almanya ve İsveç’de uygulanmaktadır. Japonya ve İsveç’de yeraltında depolanan ısı, kış aylarında yolların buzlanmasını önlemek için kullanılmaktadır. Belçika, komşusu Hollanda’nın da desteği ile akiferde ısı depolama teknolojisini enerji pazarına hızla sokmuştur. Hollanda, bu amaçla bir özendirme yasası da çıkarmıştır.

Dünyadaki en büyük kanal depolama sistemi ABD?de New Jersey Richard Stockton College?da yapılmıştır. Burada her biri 130 m derinliğinde 400 adet kanal bulunmaktadır. Bu sistemin toplam soğutma kapasitesi 5.6 MW’dır. Burada sağlanan enerji tasarrufunun karşılığı olarak emisyonlardaki yıllık azalma, C02 için 459, SO2 için 3395 ve NOx için 186 otomobilin yarattığı emisyona eşdeğerdir. ABD Başkanı Bili Clinton 6 Ekim 1997 günü Amerikan Kongresinde iklim değişiklği konusunda yaptığı konuşmada, ABD’de kanal depolama sistemleriyle konutlarda geleneksel sistemlerden daha ucuza ve hem de sera etkisi yaratan gazlan %40 azaltarak ısıtma ve soğutmanın yapılabileceğini söylemiştir.

9.3 Öncelikli Uygulamalar ile Eğitim, Öğretim ve Ar-Ge Etkinlikleri

Türkiye’de bu konudaki ilk çalışmalar Çukurova Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü’nde başlatılmıştır. 1995 yılında, Uluslararası Enerji Ajansı ile Türkiye adına Çukurova Üniversitesi Rektörlüğü “Enerji Depolamasıyla Enerji Tasarrufunun Araştırılması” Uygulama Anlaşması’nı imzalamıştır. Bu anlaşma kapsamında Annex 8 “Yeraltında Isıl Enerji depolama Sisitemlerinin Uygulamaları” konusunda, ABD, Almanya, Belçika, Hollanda, İsveç, Kanada ve Japonya’dan uzmanlarla birlikte çalışmalar yapılmaktadır. Türkiye’de akiferde ısı depolaması konusundaki ilk çalışma da yine Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Balcalı Hastanesi’nin ısıtma ve soğutması için yapılmaktadır. Diğer üniversitelerimizde konuya el atılmış değildir. Bu konuda henüz eğitim de verilmemektedir.

Türkiye’de yeraltında ısı depolama potansiyelini belirleme çalışmaları sürdürülmektedir. Türkiye’de yeraltında ısıl enerjinin depolanabileceği alanlara ilişkin bir harita çalışması da yapılmış bulunmaktadır. Ülkemizde enerji tüketiminde ilk iki sırayı paylaşan yapı ve sanayi sektöründe yeraltında ısıl enerjinin depolanmasına uygun alanların çok geniş olduğu tahmin edilmektedir. Bu teknolojinin, özellikle güney illerimizde seracılık tarımının en önemli enerji girdisi olan ısı enerjisi için de kullanılması planlanmaktadır. Ayrıca, yaygınlaştırılacak uygulamalarla büyük binalarda ısıtma ve iklimlendirmede bu teknolojiden yararlanılması, klasik enerji kaynaklarından tasarruf sağlayacaktır.

Türkiye’nin yeni ve yenilenebilir enerji politikaları kapsamında “Yeraltında Isıl Enerji Depolama Programı” oluşturulması yararlı olacaktır. Ayrıca, uygulamaya yönelik Ar-Ge çalışmalarının desteklenerek geliştirilmesi gerekmektedir.

Uluslararası Enerji Ajansı ile Türkiye adına Çukurova Üniversitesinin imzaladığı “Enerji Depolanmasıyla Enerji Tasarrufunun Artırılması” Uygulama Anlaşması kapsamında Çukurova Üniversitesinde, yeraltında ısıl enerjinin depolanması ve faz değiştiren maddelerde depolama çalışmaları yürütülmektedir

Yeni ve yenilenebilir enerjilerle ilgili çıkarılması gereken yasal mevzuat kapsamında, ısıl enerji depolaması konusuna da yer verilmesi zorunluluğu vardır. Uygulamalarda bazı mevzuat sorunları ile karşılaşılacağı beklenmelidir. Uygulamalar mali açıdan, yasal mevzuattan dayanak alacak sübvansiyonlarla desteklenmelidir. Bu kapsamda gerek sistem kurucularına ve gerekse bu tür sistem kullanıcılarına verilecek teşvikler de gündeme gelmelidir.

9.4 Sonuç ve Öneriler

? Yeraltında ısıl enerji depolama sistemleri, elektrik ve fosil yakıt kullanımına tasarruf getirmekte, güneş enerjisi, doğal enerji olanakları (toprak, yüzey ve yeraltı sulan ile havada doğal olarak bulunan ısıl enerji) ve sanayideki atık ısıları değerlendirerek, enerjinin etkin kullanımını sağlamakta, sera etkisi yaratan ve asit yağmurları oluşturan gazların çevreye daha az yayılmasına neden olmaktadır. Enerjide dış bağımlılığı azaltmaya yönelik olarak, öz kaynakların daha verimli kullanılmasına da katkıda bulunmaktadır.

? Bu depolama sistemleri, yenilenebilir kaynaklardan enerji elde edilmesiyle kullanımı arasındaki zaman farkını (güneş enerjisinde gece-gündüz ve yaz-kış farkı gibi) kapatarak, yenilenebilir enerji kaynaklarından sürekli yararlanabilme olanağı sağlamaktadır. Dolayısıyla yenilenebilir kaynakların etkin kullanımı açısından büyük önem taşımaktadır.

? Yeraltında ısıl depolama, tank, çukur ve kaya oyuklarında, akiferde ve kanallarda depolama teknikleri ile gerçekleştirilmektedir. Özellikle akiferde depolama önemlidir. Bazı sanayi

kuruluşları halen yeraltı suyunu soğutma amaçlı olarak kullanmakta, sonra dışa atarak su rezervinin azalmasına ve çevre kirliliğine neden olmaktadırlar. Akiferde ısıl depolama sistemlerinde yeraltı suyu kapalı devre bir sistemde başka hiçbir su ile karışmadan kullanılıp, tekrar yeraltındaki ayni akifere beslenmektedir. Böylece, çevre kirlenmesi oluşmadığı gibi, yeraltı akiferi de korunmuş olmaktadır.

? Dünyada birçok başarılı uygulaması bulunan akiferde ve kanallarda depolama sistemlerinin Türkiye’de de kullanılmaya başlanması, toplam birincil enerji kaynağı tüketiminde tahminen % 10-20 arasında bir kazanım sağlayabilecektir. Yeraltında ısıl depolama sisteminin uygulanabileceği yerler, yapılar (konutlar, hastaneler, okullar, hava alanları, ticaret ve iş merkezleri), sanayi, tarım (seracılık, kurutma, balık üretim çiftlikleri, tarımsal ürün depoları) biçiminde sıralanmaktadır.

? Yeraltında ısıl depolama tekniğinin Türkiye’de uygulanması için, konu enerji politikası kapsamına alınmalı, başta Uluslararası Enerji Ajansı, Avrupa Birliği Enerji Programlan ve Dünya Bankası Enerji Programlan olmak üzere uluslararası programlara katılınmalı, devlet tarafından mali olarak desteklenmelidir. Üniversitelerin eğitim programlannda yer verilmeli, kamuoyuna tanıtılmalı, Ar-Ge çalışmaları geliştirilmeli, yerli teknolojinin yeterli olmadığı alanlarda bilinçli teknoloji transferleri yapılmalıdır. Uygulamalar için yasal mevzuat düzenlenmelidir.