Finlandiya’da güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektriği birkaç ay boyunca depolayan bir ‘kum pili’ geliştirildi ve dünyanın ilk ticari elektrik santralinde uygulanmaya başlandı.
Kum pili, ısı depolama kapasiteli kumun bir siloya konulması ve yaklaşık 500°C’ye ısıtılmasıyla üretilen termal enerji ile yerel binalarda dolaşan suyu ısıtır. Araştırmacılar, güneşli bir günde sahile gittiğinizde ve ayağınızı sıcak kuma soktuğunuzda hissettiğiniz ısıyı temel alan, aynı prensibe göre çalışan kum bataryasını buldular.
Kum piller, rüzgar ve güneş enerjisi gibi kesintili doğal enerji kaynaklarını depolayabildikleri için geleneksel pillerin yerini alacak yeni bir enerji depolama yöntenmi olarak dikkat çekiyor.
Uzun vadede enerji depolayabildiğinden, kışın bile ucuz bir ısı kaynağı sağlayabilecek ve yıl boyunca enerji tedarik sorununa çözüm olması bekleniyor.
Lityum ve diğer toprak minerallerinden yapılan piller de enerji depolama ve tedarik istasyonları olarak kullanılabilir, ancak sınırlı mineral kaynakları ve geri dönüşümdeki toksisitesi ile karşılaştırıldığında, kum piller eşleşemez.
Polar Night Energy kum pil silosu, 500°C’ye kadar yükselen yaklaşık 100 ton kum tutar.
Resim = Polar Night Energy
Finli mühendislerden oluşan bir ekip, yenilenebilir enerjiyi bir seferde birkaç aya kadar bir ısı kaynağı olarak depolayabilen ve kullanabilen, dünyanın ilk tamamen işlevsel ‘kum pilini’ kurdu.
Polar Night Energy tarafından inşa edilen tesis, yaklaşık 100 ton kum tutan uzun silolardan oluşuyor. Finlandiya, Kankanpae’de inşa edilen kum pil tesisi, 500°C kum sıcaklığına, 100kW’lık bir kalorifik değere, 8 megawatt’a (MW) kadar güç üretim kapasitesine ve %99’a varan bir verime sahiptir.
Geleneksel enerji depolama sistemlerinde olduğu gibi, yenilenebilir kaynaklar aracılığıyla ihtiyacın ötesinde fazla güç üretildiğinde, kum pillerinde depolanır. Güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinden gelen enerjinin dirençli ısısı kullanılarak silodaki kum 500°C’ye ısıtılır, sıcak hava üretilir, bu da bir ısı eşanjörü aracılığıyla kuma aktarılır ve silo içinde dolaştırılır.
Bu yeşil enerji, örneğin güneşlenme düşük olduğunda veya enerji fiyatları kışın çok yüksek olduğunda, gerektiğinde serbest bırakılır.
Kum yüzlerce santigrat derecede erir. Bu nedenle kum kulelerin enerji depolama potansiyeli yüksektir. Kum, bu enerjiyi aylarca bir arada depolar ve bu da onu uygun bir uzun vadeli depolama çözümü haline getirir.
Kum pilinin avantajları nelerdir?
Kum, sudan dört kat daha fazla ısı depolar. Ayrıca, madencilik için büyük kaynaklar gerektirmez ve lityum pillerin atılması gibi herhangi bir toksisite yoktur. (Resim = Polar Night Energy)
- Her şeyden önce çevre dostudur.
Kum, suyun enerji depolama kapasitesinin dört katını sağlar ve ucuzdur ayrıca toksik değildir. Öte yandan, cep telefonlarında, elektrikli araçlarda ve dizüstü bilgisayarlarda bulunan lityum iyon piller tükeniyor ve gelecekte toksik atık felaketlerine neden oluyor. Ek olarak, lityum madenciliği çok çeşitli kaynaklar kullanır.
Kum pil enerji depolama sistemleri sadece dirençli ısı kullanır. Yani sistemdeki yenilenebilir bir enerji kaynağından gelen elektrik, bir ısıtma elemanından geçerek içerideki partikülleri titreştirerek ısıtarak sıcak hava oluşturur. Kum piller çevre dostu olmalarının yanı sıra yenilenebilir kaynaklardan sağlanan elektriğin kesintili olması nedeniyle uzun süre saklanabilmeleri açısından çekicidir.
Bir kum pil silosunda ısı üretildiğinde, birkaç ay boyunca devasa bir siloda saklanabilir.
Araştırmacılar, kum pillerinin binaları ısıtmak için yıl boyunca yenilenebilir enerji tedariki sorununu çözebileceğini ve sonunda elektrik üretmek için kullanılabileceğini iddia ediyor. Bu, güneş ışığının ve rüzgarın zayıf olduğu zamanlarda üretilen kesintili enerjinin, güç üretimindeki arz-talep dengesizliğini telafi etmek için burada depolanabileceği anlamına gelir.
Polar Night Energy’nin kurucu ortağı Maku Ilonen, “Yeşil enerjiye geçişin kullanılabilir elektrik üzerinde büyük bir etkisi var ve bu da üretim ile tüketim arasında uyumsuzluğa neden oluyor” dedi. Tutarsızlık bazen büyük olabilir. Elimizde onlarca GW kullanılmamış elektriğimiz olabilir. Termal pillerimiz, yüksek sıcaklıklarda ısı olarak depolanan büyük miktardaki enerji için düşük maliyetli depolama sağlayabilir ve endüstriyel, bölgesel ısıtma veya gelecekteki enerji üretimi için faydalı biçimde tutulabilir. En büyük yararı, depolama için sağlayabileceği ölçeklenebilirliktir. Onlarca GWh enerji, makul bir maliyetle önemli bir performans düşüşü olmadan uzun bir süre sistemde depolanabilir.”
Fin kışları 200 güne kadar sürebilir ve eksi 45°C’ye kadar düşebilir, bu nedenle sakinler için güvenilir bir ısı kaynağı oluşturmak çok önemlidir. Finlandiya’nın NATO’ya yakın zamanda katılımı, Rusya’nın ana elektrik tedarikçisinin ülkeye gaz ve elektrik tedarikini durdurması anlamına geliyor.
Finlandiya, kum pil ısıtmasından 35.000 kişiye fayda sağlıyor
Doğal olarak, bir sonraki soru teknolojinin ölçeklenebilir olup olmadığıdır ve araştırmacılar Polarite Energy şirketinin kurulmasıyla bu soruyu yanıtlamaya çalıştılar.
Şirketin Enerji Komisyonu tarafından finanse edilen iki eski mühendis kurucusu, bölgesel ısıtma şebekesine bağlı olan Kankaanpää’daki Vatajankoski elektrik santraline piller yerleştirdi. Polarite enerji santrali bu yılın başlarında inşa edildi ve bu yılın Mayıs ayında faaliyete geçti.
Elektrik talebi yüksek ancak arz düşük olduğunda, bu kum piller sıcak havayı suyu ısıtabileceği bir ısı eşanjörüne boşaltabilir. Isıtılan su daha sonra 35.000 yerel sakinin binalarına ısıtma sağlamak için pompalanır.
Iyonen, “Kankanpae köyüne giden su yoluna yaklaşık 200 kW ısıtma gücü sağlayabiliriz” dedi. “Rezervuardan gelen sıcak su karışarak kasabayı sıcak tutmak için gereken ısının bir kısmını sağlıyor” diye açıklıyor.
Ancak, “bölgesel ısıtma şebekesinin ısıtma yükü büyük ölçüde ortam sıcaklığına bağlı olduğu için bu oran yılın zamanına göre değişmektedir” dedi.
- Yer: Kankaanpää, Finlandiya
- Kum sıcaklığı: 932°F (500°C)
- Verimlilik: Yüzde 99’a kadar
- Depolama döngüsü: Saatlerden aylara
- Isıtma gücü: 100kW
- Kapasite: 8 MWh’ye kadar
