Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’ndan (NREL) bilim insanları, yeni malzemelerin evinizde, ofisinizde veya başka bir binada talep üzerine ısıyı depolama veya salma potansiyelini binanın enerji kullanımını daha verimli bir şekilde yönetecek şekilde daha iyi değerlendirmek için basit bir yol geliştirdi.
Nature Energy’de yer alan çalışmaları, binaları ısıtma ve soğutma sürecini daha yönetilebilir, daha ucuz, daha verimli ve her zaman enerji sağlamayan yenilenebilir enerji kaynaklarından gelen gücü esnek bir şekilde yönetmek için daha hazırlıklı hale getirebilecek yeni bir tasarım yöntemi önerdi.
“Rate Capability and Ragone Plots for Phase Change Thermal Energy Storage” adlı makale, NREL’den Jason Woods, ortak yazarlar Allison Mahvi, Anurag Goyal, Eric Kozubal, Wale Odukomaiya ve Roderick Jackson tarafından yazıldı. Kağıt, piller için kullanılan bir fikri yansıtan termal depolama cihazlarını optimize etmenin yeni bir yolunu açıklayarak, binalar için hangi yeni termal depolama malzemelerine ihtiyaç duyulduğunu ve cihazların bu malzemelerle nasıl tasarlanması gerektiğini bildirmeye yardımcı oluyor.
Termal enerji depolama, binaların termal enerjiyi daha sonra kullanılıncaya kadar yeni malzemelerde depolayarak büyük bir pil gibi çalışmasını sağlıyor. Bir örnek, bir ısı pompasıdır. Isıyı oluşturmak ve depolamak için başlangıçta elektriğe ihtiyaç duyulurken, ısı daha sonra ek elektrik kullanılmadan kullanılıyor.
Başka bir örnekte, bir katıdan sıvıya geçebilen buz gibi bazı malzemeler faz değiştirme yeteneğine sahip. Buz eridikçe, enerjiyi emer ve bir çalışma sıvısını soğutur, bu daha sonra bir bina alanını soğutmak için kullanılabilir. Faz değişimi neredeyse sabit bir sıcaklıkta meydana geldiğinden, yararlı enerji sabit bir sıcaklıkta daha uzun bir süre için sağlanabilir veya depolanabilir.
Yazarlar, genellikle pilleri karakterize etmek için kullanılan bir Ragone planının, çeşitli termal depolama cihazı adaylarının potansiyel etkinliğini tanımlamak için de iyi çalıştığını keşfettiler. Bir Ragone grafiği, bir cihazın ne kadar enerji depolayabileceği ile deşarj gücü veya cihazın enerjiyi ne kadar hızlı serbest bırakabileceği arasındaki dengeyi gösterir. Bu temel yaklaşım, farklı termal depolama malzemeleri veya cihaz iyileştirmeleri arasındaki karşılaştırmaları değerlendirmeyi kolaylaştırır. Hedefleri tanımlamak için bir başlangıç noktası olarak hizmet eder ve yeni, alternatif enerji depolama seçenekleri olarak hizmet edebilecek yeni termal depolama malzemeleri ve cihazları geliştirmek için kullanışlı bir tasarım aracıdır.
NREL’de kıdemli araştırma mühendisi ve yeni yayınlanan makalenin baş yazarı Jason Woods, “Bu Ragone çerçevesi, belirli bir uygulamanın güç ve enerji gereksinimlerine bağlı olarak termal depolama malzemeleri ve cihazlarının uygun maliyetli tasarımını sağlar” dedi.
NREL’de doktora sonrası araştırmacı olan Mahvi, bir başka avantajın da şebekedeki kesintileri azaltabilecek teknolojileri mümkün kılmak olduğunu söyledi. “En yüksek elektrik talebinin çoğu, özellikle de elektrik kesintilerinin görülebileceği yaz aylarında, klimadan kaynaklanıyor. Bu talebi günün başka bir zamanına taşıyabilirseniz, ızgaranın çalışır durumda kalmasını sağlayarak ızgaranın üzerindeki baskıyı hafifletmeye yardımcı olabilir ve aynı zamanda insanları içeride rahat tutabilirsiniz.”
Woods, “Yerinde güç üretimi, elektrikli araç şarjı ve termal depolamanın pillerle kombinasyonunun eklenmesiyle termal enerji depolama sistemlerinin daha esnek ve uyarlanabilir hale gelmesi gerekecek” dedi. “Bu esnekliğin bir kısmı daha yüksek güç gerektiriyor – ancak bu yayında vurgulandığı üzere, bu daha yüksek güç mevcut enerji maliyetiyle geliyor.”
Termal enerji depolamanın kullanım şekli performansını etkileyecektir. Bilim insanlarının, depolanan enerjinin bina sakinlerini rahat ettirmek için veya elektronik ekipmanı güvenli bir sıcaklıkta tutmak gibi farklı uygulamalar için en iyi şekilde nasıl kullanılabileceği hakkındaki soruları dikkate almaları gerekiyor.
“Hangisi benim için en iyi şekilde çalışır ve uygulamam, gereksinimlerin ne olduğuna bağlı olacaktır. Ne kadar depolamalıyım ve ne kadar hızlı boşaltmam gerekiyor? ” Mahvi dedi. “Bu çerçeve, mevcut kapasitenin mümkün olduğunca çoğuna erişmeye devam ederken güç yoğunluğunu artırmak için malzemeden bileşen ölçeğine kadar termal depolama sistemlerini optimize etmemize olanak tanıyacak. Bu, çok çeşitli uygulamalar için kullanılabilecek daha verimli cihazlarla sonuçlanacak.”
Araştırmacılar, yüksek güç (enerjiyi hızlı bir şekilde serbest bırakma) ve düşük güç (enerjiyi yavaşça serbest bırakma) gerektirenler de dahil olmak üzere, bu termal depolama cihazlarıyla çeşitli tasarım ödünleşimlerini anlamak için bir bilgisayar modeli geliştirdiler. Ayrıca, pratikte bu güç-enerji alışverişini gösteren prototip faz değişimli termal depolama cihazı yaptı.
ABD Enerji Bakanlığı’nın Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi’ndeki Bina Teknolojileri Ofisi bu araştırmayı finanse etti.
NREL, ABD Enerji Bakanlığı’nın yenilenebilir enerji ve enerji verimliliği araştırma ve geliştirme alanındaki birincil ulusal laboratuvarıdır. NREL, Alliance for Sustainable Energy, LLC tarafından Enerji Departmanı adına işletiliyor.
California kentinin elektrik ve temiz su alt yapısının şehirde herhangi bir altyapı çalışması yapılmadan bir çözüme ihtiyacı vardı.
“Land Art Generator Initiative” yarışması finalistlerinden olan “Pipe” adlı tasarım sağlıklı ve estetik bir şekilde kentin temiz su ihtiyacını karşılamak için tasarlanmıştır.
Santa Monica Limanına yerleştirilmiş boru şeklindeki tasarım, güneş enerjisi yardımı ile deniz suyunu elektromanyetik filtreleme sistemi ile tuzdan arındırarak temiz içme suyu elde edilmesini sağlıyor.
Kanadalı firma Khalili Engineers “Pipe” projesini tasarlarken su üretimi, enerji verimliliğinin yanında insanların görüntü olarak insanların gözünü okşayan bir tasarım yapmaya çalışmışlar.
Tasarım ekibinin sloganı ise “Pipe sadece mimari ve teknolojik bir tasarım değil, aynı zamanda sakinleştiren ve okyanusun seyredilebileceği bir yer”
Avustralya, Tesla’nın lityum iyon piller teknolojisini kullanarak dünyanın en büyük pillerinden birini, Victorian Big Battery Megapack projesiyle üretmeye hazırlanıyor. Futbol sahası büyüklüğündeki pil, sıcaklıkların rekor kırdığı Avustralya’da, hızla artan güç kullanımı için enerji taleplerini karşılamaya çalışan bu ülkede 300 megawatt’a kadar güç çıkışı ve 450 megawat’a saatlik depolama sağlayacak. Geçen yıl Aralık ayında Avustralya 121 Fahrenheit’i aşan sıcaklıklarla şimdiye kadarki en sıcak ve kurak yılını yaşadı.
Victorian Big Battery Megapack isimli bu batarya, Avustralya’nın en kalabalık ikinci bölgesi olan Victoria eyaletinde kullanılması planlanıyor. Modernize edilmiş bu güç jeneratörüne ve depolama sistemine geçiş, son zamanlarda çok sayıda elektrik kesintisi yaşayan ve çok eski güç şebekelerine sahip olan bu ülkenin artan güç talebini karşılamak için oldukça kritik bir hamle olarak görülüyor.
Victoria eyaletinde güç beslemesini kömürle çalışan santraller karşılıyor. Fakat Avustralya hükümeti, kömürle çalışan bu eski tip santral sistemi yerine, artık yenilenebilir güç kaynağına dönüşüm sağlamayı planlıyor. Önümüzdeki on yıl içerisinde kömürle çalışan santrallerden yenilenebilir enerji olan bu güç kaynağına % 50 civarında bir dönüşüm sağlanarak, bölgenin enerji ihtiyacının büyük bir kısmını bu yeni teknoloji üzerinden elde etmeyi planlıyor.
Victoria’nın enerji, çevre ve iklim değişikliği bakanı Lily D’Ambrosio, ” Victoria bölgesi, kömürle çalışan santrallerden, yenilenebilir enerjiye geçiş için kararlı bir adım atıyor. Her zamankinden daha fazla yenilenebilir enerjinin kilidini açacak yeni teknolojileri önemsiyor ve bu yönde yatırım yapıyoruz ” dedi.
Victorian Big Battery Megapack Projesini, Fransız şirketi Neoen SA ve Tesla üstlenecek. Neoen şirketi, Güney Avustralya’nın Orta Kuzey bölgesinde yer alan Hornsdale bölgesine daha önce 99 rüzgâr türbini içeren ve 315 megawatt’lık bir güç sağlayan tesisi inşa etmişti. Bu tesis, Dünyanın en büyük bataryası ünvanına sahipti. Victoria bölgesine kurulacak olan yeni güç tesisi ise Neoen’in, Hornsdale bölgesine kurduğu güç tesisinin üç katı büyüklüğünde olacak.
Avustralya’nın son zamanlarda, sık yaşadığı kesintiler nedeniyle artan güç ihtiyacı, yeni tesislerle daha istikrarlı bir enerji akışı sağlayacak. Bu tesisler sayesinde hem güç ihtiyacını bölgeler bazında başlatıp, ülke geneline yayarak, artan güç ihtiyacına kesin bir sağlanmış olacak hem de eski tip kömürle çalışan santral sistemi terk edilerek doğa dostu temiz bir hava oluşturulmuş olacak.
D’Ambrosio; ” Özellikle yaz aylarının çok daha sıcak, uzun sürdüğünü biliyoruz. Yüksek sıcaklıkların uzun süre sürmesi termal jeneratörlerinde artan bir yüke neden oluyor.” dedi. ” Güvenlik ve uygun fiyatlı güç; yeni kuracağımız bu yenilenebilir teknoloji sayesinde mümkün olacaktır. Bu planımızın en önemli parçası.” dedi.
Pilin bir saat boyunca yarım milyon eve enerji güç sağlama kapasitesine sahip olması bekleniyor. Devlet, elektrik şebekesi için Neoen firmasına, 84 milyon dolar para ödeyecek.
Proje, rüzgâr çiftlikleri ve güneş enerjisi tesisleriyle aynı kısımda bulunan bir bölgede ideal bir konuma kurulması planlanıyor. Elektrik şebekesi, sürekli bilgisayar analizleri yaparak, hangi bölgelerin ek güce ihtiyaç duyduğunu, ne kadar bir güç gerekli olduğunu ve bunu ne zaman sağlayacağını belirleyecek.
Tesla Başkanı Robyn Denholm, ” Bu projeyi gören Dünya’nın dört bir yanındaki enerji operatörü, fosil yakıtlı türbinleri yenilemek yerine, yeni teknoloji bu ürün sayesinde enerjiyi depolayarak, yenilenebilir enerjiden yararlanmak istiyorlar. Ayrıca, projenin başarısı sayesinde, dünyanın her yerindeki ülkelerin bu teknolojiyi tercih etmeye başlayacağını ve büyük ölçekli pil depolama tesisleriyle daha yakından ilgilenmeleri için ilham verecektir “ dedi.
Tesla Başkanı Robyn Denholm, bu sözlerine ek olarak “ İnsanlar Tesla’yı sadece otomobil üreten ve daha muhteşem otomobiller üretmek için çalışan bir firma olarak düşünüyor. Ancak şirket olarak asıl misyonumuz, dünyanın yenilenebilir enerjiye geçişini hızlandırmak. ” dedi.
Victorian Big Battery Megapack fabrikasının önümüzdeki yaz açılması bekleniyor.
Kaynak: https://techxplore.com/news/2020-11-australia-giant-megawatt-battery.html
