Geleceğin Pil Teknolojileri-2 : Enerji Deposu Olarak Şehrin Tümü

Şunu biliyoruz ki büyük şehirlerde bulunan herkes bir şeyleri kendi usulünce halleder. Bu enerji temini açısından da böyle . Bazıları çatıda bir fotovoltaik sistem kurup işletir, diğerinin garajda hiçbir işe yaramadan atıl duran bir bataryasıyla elektrikli arabası vardır ve yan tarafta bir kamu kurumu kendi kullanımı için kojenerasyon tesisini çalıştırmaktadır. Neden tüm bu sistemler ve daha fazlası devasa bir elektrik bataryası ile birleştirilerek merkezi olarak yönetilmesin? Bunun işe yarayıp yaramadığı, araştırmacıların Ruhr bölgesinde iki şehir için bir yıllık saha denemesinde 2017 yılında simüle edildi ve daha sonra pratik olarak test edildi. Bir yazılım, elektriği kimin sağlayabileceğine bir enerji deposunun hala doldurulması gerekip gerekmediğine ya da ek olarak bir kombine ısı ve enerji santralini devreye almaya gerek olup olmadığına karar verdi.

Gelecekte Tüm Bir  Şehir Enerji Depolamada Büyük Bir Pil Olarak Kullanılabilecek.

Böyle bir "Büyük Şehir Elektrik Bataryası", böyle küçük sistemlerin esnekliğinden yararlanır ve büyük yatırımlar yapmadan oluşturulabilir. Çünkü enerji üreteçleri ve depoları zaten mevcut ve şebekeye bağlılar. Amaç, güç tüketimindeki dalgalanmaların etkilerini asgariye indirebilmek. Buna uygun olarak, büyük akü sistemlerine lere ve yeni güç hatlarına olan talep azalmaktadır. 

TU Dortmund yönetimindeki ekibin araştırmalarına göre, Ruhr bölgesinde bulunan iki şehrin toplam depolama kapasitesi üç ila beş megawatt.saat dolaylarında. Almanya ölçeğinde hesaplandığında, mevcut pompaj depolamalı hidroelektrik tesislerinin kapasitesini aşan bir potansiyelin söz konusu olduğu ortaya çıkmıştır. 

Elektrik Şebekeleri Düşündüğünde

Teknik olarak,  böyle şebekeler mümkün ama model bölgeler, akıllı şebeke ve sayaçlar için sınırlı bir potansiyele sahiptir. Müşteriler veri casusluğundan korkuyor, hiç kimse faturayı ödemek zorunda kalmak istemiyor.

Güneş ve rüzgar deyim yerindeyse canları istedikleri zaman kendilerini gösterirler. Bu durum, bu kaynaklardan elektrik üretiminin oldukça güvenilmez bir oynaklıkta olmasına neden olur ve kamu hizmetleri ile şebeke operatörleri için yeni sorunlar yaratır: Güç şebekesi ile özel tüketicilerin ve sanayinin enerji tedariğinin sağlanması için sistem nasıl kararlı halde tutulabilir ? Bunu yapmanın üç olası yolu vardır: Güç şebekesini yüksek güçlü ve ve en iyi durumda sınırlar arası geçişkenliğe sahip olan bir enterkonnekte şebeke sistemine dönüştürmek, elektrik enerjisini ara depolama yoluyla kontrol etmek ve elektrik enerjisi arz ve talebini akıllı diye tabir edilen yöntemlerle kontrol etmek yani, "akıllı bir şebeke" olarak tasarlamak. BITKOM Bilgi Teknolojileri Dernekleri Federasyonu BITKOM’un uzun yıllardır başkanı olan August-Wilhelm Scheer,– kendisi ayrıca bir girişimci, iş bilgi uzmanı ve üç çocuğun babasıdır.- konferanslarında dinleyicileri : "İlke olarak her şey zaten çözülmüş, tıpkı bir çocuğun yetiştirilmesinde olduğu gibi! ” diyerek şaka yollu bir şekilde temin etmeyi seviyor olsa da bu görevleri başarılı bir şekilde yönetmek teknik açıdan oldukça zorlu bir iştir.

Akıllı Şebekeler Gelecekte Nerede Olacaklar? 

Ancak şeytan ayrıntılarda ve uygulama safhasında gizlidir. Enerji tedarikçileri bu arada, müşterilerin hemen elektriğe ihtiyaç duydukları ve aynı zamanda güneşin gülümseyip, taze bir esintinin kendini gösterdiği dönemlerde özellikle mutlu oluyorlar ki böyle bir hava durumu Almanya'da oldukça nadir görülür. Çünkü o zaman fotovoltaik sistemler ve rüzgar türbinleri büyük miktarlarda elektrik üretiyorlar: 60 gigawatt'ın üzerinde kurulu bir elektrik gücü sayesinde, rüzgar enerjisi ve güneş pilleri, mevsime ve günün saatine bağlı olarak Almanya'nın halihazırda 30 ila 80 GW arasında seyreden güç ihtiyacını uygun koşullarda aritmetik olarak karşılayabiliyor. Almanyada elektrik üretiminin fazlalığından dolayı giderek daha fazla bir arz fazlalığı yaşanmakta. 

Bunun sonucunda, bulutsuz ya da rüzgarlı günlerde, Leipzig elektrik borsalarındaki fiyatlar düzgün bir şekilde düşer ve bu durumu özel müşteriler ne farkederler ne de bundan zarar görürler. Alman elektrik şebekesi işletmecileri bu günlerde fazlalık elektriği ne yapacaklarını bilemiyorlar ve bu elektriğin büyük bir kısmını komşu ülkelere, genellikle maliyet fiyatına ve hatta üstüne para ödeyerek ihraç ediyorlar. Öyle zamanlar oluyor ki örneğin, Hollanda, Almanya’dan kendisinin işine yarayacak uygunluktaki rüzgar gücünü alarak para bile kazanmış oluyor. Çünkü, yeteri kadar güçlü tüketici olmadan üretilen fazlalık enerji şebekenin aşırı yüklenmesine sebep olur. AC voltajının tepe değeri ve bununla birlikte frekans da artar. Bununla birlikte, hassas tüketiciler genellikle çok dar bir gerilim veya frekans aralığını tolere etmektedirler. Almanya'da AC voltajı polariteyi saniyede 49.8’kereden daha az ve 50.2 kereden daha fazla değiştirmemelidir. - aksi takdirde elektrikli ekipmanın zarar görme riski vardır. 

Gerekirse, şebeke operatörleri şebekeyi kararlı hale getirmek için fazlalık güç kaynaklarını devreden çıkarabilirler. Uzun sürelerde devreye alınıp, devreden çıkarılan fosil ve nükleer santrallerin yüksek ataletlerinden dolayı bu durum rüzgar türbinlerini etkiler. Çünkü bu merkezi olmayan enerji üreticilerinin tümü, "reaktif güç" üretebilen modern invertörlerle donatılmamıştır. Yalnızca kısa mesafelerde taşınabilirler ki bu da onların merkezi olmayan üretimini gerektirir. Reaktif güç olmadan, elektriksel ve manyetik alanlar oluşturulamaz, bunun için şebeke üzerinde herhangi bir etkisi yoktur ve bu nedenle şebeke kararlılığına katkıda bulunurlar.

Dağıtık Veri Kaynakları

“Akıllı şebekeler” ile birlikte alçak gerilim seviyesinde de, gelecekte bu tür zorlukların üstesinden gelinmesinde yardımcı olması beklenmektedir. Günümüzün şebeke kontrol sistemleri neredeyse tamamen yüksek ve kimi zaman da orta gerilim seviyesinin izlenmesi ve kontrol edilmesi ile sınırlıdır. Bununla birlikte, Fraunhofer Rüzgar Enerjisi ve Enerji Sistem Teknolojisi Enstitüsü tarafından Almanya'da kurulu olan fotovoltaik gücün üçte ikisinden fazlasının, alçak gerilim şebekesi üzerinden ve düzensiz bir şekilde sisteme aktarıldığı tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, şebeke işletmecileri genellikle bu sistemlerin yüklenme seviyeleri hakkında yeterince bilgi sahibi değildir.

Konut ve işletmelerdeki dijital sayaçlar bu nedenle veri kaynakları olarak kullanılabilirler. En azından mühendislerin beklentisi bu yönde. Bu sayaçlar anlık güç ihtiyacını gerçek zamanlı olarak belirleyecek ve ayrıca tüketicileri şebekedeki elektrik arzının ne fazla olduğu durumda bilgilendirecektir. Böylelikle, konutlar, işletlemler ve sanayi tesisleri kullanımlarını bu dönemlere kaydırma yoluna gidecektir. Tüm bu süreç, uzaktan yönetilebilir cihazlarla otomatize edilebili olup yine daha uygun ücretlendirmeye sahip bir elektrik tarifesi ile bu durum daha çekici hale getirilebilir.

Elektoteknik ve Elektronik Bilişim Teknolojileri Derneği (VDE) 'na göre, bir günlük süre içerisinde kullanılabilecek potansiyel teknik olarak şu anda sadece dokuz gigawatt altında. Bu yaklaşık dört milyon hanenin ihtiyaçlarına karşılık geliyor. Ve Fraunhofer Sistem ve İnovasyon Araştırmaları Enstitüsü, akıllı şebekelerin Alman ekonomisine yönelik makroekonomik etkilerini yılda yaklaşık 56 milyar avro olarak tahmin ediyor.

Federal Bakanlıklar tarafından sürdürülen Çevre ve Ekonomi için “E-Enerji” finansman programının bir parçası olarak, altı farklı model bölge, geleceğin enerji şebekesinin nasıl görünebileceğini araştırdı: Karlsruhe / Göppingen, Mannheim, Cuxhaven, Aachen, Harz ve Ren-Ruhr bölgeleri ayrıca son dört yılda, akıllı bir güç şebekesinin temel unsurlarını da geliştirdiler ve bu şebekelerin çalışmalarıyla ilgili deneyim kazandılar. Önemli bir bulgu, ticari işletmelerin, en yüksek güç tüketim taleplerini yüzde yirmiye, özel hane halkının ise yüzde onuna kadar olan bir kısmını, zaman aralığı olarak kaydırabildikleri idi. Uzmanlar ayrıca yaklaşık yüzde üç oranında bir enerji tasarrufu hakkında konuşuyorlar. Ne var ki yıllık tüketimi yaklaşık 4,000 kilovat saat olan standart bir hane için, bu, ayda sadece beş avrodan daha düşük bir mali rahatlama sağlayacaktır.

Yüksek Harcamaya Karşılık Elde edilen Fayda Yetersiz mi ?

Bu sayılar müşterileri veya enerji sağlayıcılarını coşturmaya yetmiyor.. Açıkça, birçok eylemin zaman olarak planlanması meselesinin hafife alındığı anlaşılıyor. Kim gece yarısı ütülemek veya elektrikli fırında yemek pişirmek ister ya da hangi hangi fırıncı öğleden sonra ekmek pişirme planı yapar? Dahası, tüm bölgelerde, yerel olarak üretilen elektriğin en iyi şekilde yine yerel/bölgesel olarak tüketileceğine dair içgörüyle karşılaşmak şaşırtıcı değildi. Böylece, Cuxhaven bölge modeli aynı zamanda birkaç yüz testi hane, iki büyük yerel soğutma tesisi, belediye yüzme havuzu ve arıtma tesisini testlerine dahil etti. Özellikle, büyük ticari müşteriler, offshore rüzgar türbinleri tarafından bolca üretildiği zaman rüzgar enerjisini kullanarak şebekeden çektikleri akımı düşürdüler.. Bir tampon görevi görerek, iletim nakil şebekelerini rahatlattılar.

"Model Şehir Mannheim" da ayrıca kendi kendine örgütlenmeye ağırlık verdi. Durumu "Şimdi ye kadar elektrik hatları merkezi olarak kontrol edildi" diyerek açıklıyor Mannheim MVV Energie AG ‘de İnovasyon Yöneticisi olarak görev alan Robert Thomann açıklıyor: "Biz enerji sistemini aşağıdan yukarıya doğru optimize ediyoruz." Mannheim’liler enerji sistemini organizmanın bir türü olarak kabul ederek bir ağaçla karşılaştırıyorlar: Merkezi sistemler gövdeyi, birkaç düzine yapı, dağıtım şebekesi hücreleri olarak dalları , en küçük nesneler olan haneler ise yaprakları oluşturmaktadır.

Her birinde enerji sorumlusu diye tabir edilen kontrol mekanizmaları etken olmaktadır. Tüketimi sürekli olarak gözetim altında tutamayan ve gerekirse elektrik fiyatlarının düştüğü saatlerde özellikle de gece saatlerinde cihazları açıp kapatamayan tüketiciler adına elektrik sisteminin güç yönetimini devralırlar. Mannheim modelindeki her dağıtım şebekesi hücresinde ayrıca, her ikisi de bir otomatizasyon cihazı olan bir şebeke ve bir piyasa moderatörü bulunur. Birincisi, hücrenin fiziksel ve lojistik olarak düzgün şekilde çalıştığını gözetler. Cihaz aynı zamanda komşu hücreler ile gerçekleştirilen otomatik akım dengeleme ile ilgilenir. Müşterilerin kendi ürettikleri elektriği bir güç alışverişinde elektrik pazarına satabilecekleri “ piyasa moderatörü “ tarafından desteklenmektedir.

Hücresel konseptleri sayesinde, Mannheimlılar ayrıca insanların ayrıca korkuları olan bir duruma karşı önlem alabiliyorlar: Birçok kişi yerel enerji tedarikçilerinin hane halklarının kullanım alışkanlıklarını, güç tüketimlerinin saniyeler mertebesinde doğru olarak ölçülmesi sayesinde gizlice öğrenmek istemesinden korkuyor, bu nedenle bu akıllı cihazlara karşı genele yaygın bir kızgınlık var. Belki de bunun sebebi bazı saha testlerinde müşterileri konu ile ilgili olarak harekete geçirmenin zor olmasıydı.. Müşterilerden bazıları ise yeni teknolojiyi doğru kullanmada veya yeni ürün ve hizmetleri anlamada problem yaşıyor.
Buna ek olarak, bir Forsa (Almanların TUİK’i) araştırmasına göre, hanelerin sadece yaklaşık yüzde 4’ü akıllı şebeke kontrolü tabanlı yeni bir dijital sayaç için para ödemeye hazır. Enerji tedarikçileri ve şebeke operatörleri bunu duymaktan hoşlanmıyorlar; eski siyah Ferrari sayacı değiştirmek için yüz Euro talep edip aynı zamanda daha yüksek aylık kira ücreti talep ediyorlar. Forsa araştırmasına göre, tüketicilerin yüzde 70'inden fazlasının, elektrik tedarikçisinin elektrik birim fiyatlarını artırmak için şebekeyi yenilemek istediğine inanması hiç de şaşırtıcı değil.

Genel olarak, elektrik tedarikçileri ve şebeke işletmecileri, uzun bir süre kabul görme ve ekonomik problemlerle boğuşmaları gerekti. Özellikle, uzun süredir artan yenilenebilir enerji üretimi nedeniyle elektrik üretim maliyetleri düşmekte ve bunun için tedarikçiler tüm vergiler, harçlar ve yenilenebilir enerji kesinti ücretleri aynı kalmış olsa bile maliyetleri çok daha az miktarda düşürebiliyorlar , Yeni teknolojiye yapılan yatırımların kendini amorti edebilmesi için uzun yıllar geçmesi gerekiyor.

Geleceğin Pil Teknolojileri 1: Ravent Suyundan Pil

Ravent suyundan Pil

Bu tür piller enerji devriminin gizli yıldızları arasında kabul edilmekte. Redox akış pilleri,  hemen hemen her boyutta üretilebilmektedir, çünkü elektriği bir elektrolit sıvısı yardımıyla depolarlar. Daha fazla sıvı aynı zamanda daha fazla depolanmış enerji anlamına gelmektedir ve işte bu yüzden yer altı mağaralarının çok geçmeden devasa pil tanklarına dönüştürülmesi beklenmektedir.

Ravent Bitkisiyle Redoks Akış  Pilleri Geleceğin Pil Teknolojilerinde Önemli Bir Yer  Bulabilir.

Akış pilleri teknolojisindeki temel sorundan bahsedelim: Şimdiye kadar, pahalı vanadyum tuzları maliyetleri bir hayli artırmaya devam etti ve hala da devam etmekte. Bu yüzden Harvard Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan Michael Aziz tarafından yönetilen ve alternatif arayışında olan bir ekip, yaklaşık 10.000 organik molekül verisi içeren bir kütüphaneyi taramayı sürdürüyor.  Araştırmacılar, bitkisel  tıp alanında müshil olarak kullanılan antrakinon madde sınıfında aradıkları şeyi buldular. Ekip bu maddenin elektrolit olarak vanadyum görevini göreceğini düşünüyor. Aziz, ayrıca “çok ucuzlar” diyor. Test ettikleri bu madde, ravent bitkisinde de çok benzer bir formda bulunabilmekte ve ayrıca  bitkilerden de elde edilebilir özellikte.

Aziz'e göre, kilovat-saat başına 20 € 'luk bir depolama kapasitesinin tesisi, normal maliyetlerin sadece üçte birine denk düşecek. 

Vanadyum Tuzları ile Ravent Bitkisi Enerji Yoğunluğu ve Maliyet Karşılaştırması

Bununla birlikte çalışma ekibinin halen mevcut bulunan bir zayıflığı ortadan kaldırması gerekiyor.

Ravent-kinon,   vanadyum metal tuzları kadar kararlı değildir. Şimdiye kadar, bilim adamları herhangi bir ölçülebilir bozulma olmaksızın 100 şarj döngüsünü ispatlayabildiler ise de ticari bir versiyon için 10.000 civarında bir döngü kapasitesi öngörülüyor.