Yeraltında enerji depolama: Rezervuar termal enerji depolaması umut vadediyor

Yenilenebilir enerjinin yeraltında depolanması: Termal enerji depolama umut vadediyor - Teverra'nın konuk makalesi

Merve Uytun 15 Şub 2025

Yenilenebilir enerjinin yeraltında depolanması potansiyeli üzerine çalışmalar bir süredir devam ediyor. Son birkaç yılda, bu çalışma alanı düşük maliyetli değişken yenilenebilir enerjinin (VRE) (Green vd., 2021) sürekli dağıtımıyla ilişkili olarak ivme kazandı. Araştırma kurumları ve teknoloji şirketleri, yeraltını depolama ortamı olarak güvenli ve ekonomik bir şekilde kullanmanın yollarını inceliyorlar; bu, önümüzdeki yıllarda enerji depolama ve kapasitesinin büyümesini önemli ölçüde hızlandırma potansiyeline sahip (Sharan vd., 2020).

Teverra’nın kaleme aldığı bu konuk makale,  yenilenebilir enerjinin yeraltında depolanmasını değerlendiren çalışmaları özetlemekte ve yeraltı termal enerji depolama potansiyelinin iyileştirilmesine yönelik öneriler sunmaktadır.

Şu anda, elektrik için termal enerji üretimi (depolama değil) hala doğal gaz ve diğer yenilenebilir enerjilerle rekabet edemiyor. Jeotermal enerji, aralıklı sorunları olmayan düşük karbonlu bir enerji kaynağıdır. Ancak, sıcaklıkların elektrik üretimi için yeterince yüksek olduğu derin ve sert kaya oluşumlarında kuyu delmenin getirdiği maliyetler, güç üretimine yönelik diğer teknolojilerle rekabet etmeyi zorlaştırıyor.

Uygun bir sıcaklık gradyanının makul bir derinlikte olduğu alanlar her yerde bulunmadığından teknoloji ABD’nin ve dünyanın bazı kısımlarıyla sınırlıdır (NREL, 2023). Aşağıdaki şekil, her yerde bulunmayan kaynak kullanılabilirliğini ve yerleşim sınırlamasını göstermektedir.

Rezervuar termal enerji depolaması nedir?

Rezervuar termal enerji depolamanın (RTES) genel konsepti basittir. Dünya, güneş ve rüzgar gibi fazla yenilenebilir enerjiyi depolamak için dev bir termal pil görevi görür. Bu VRE kaynaklarıyla eşleştirildiğinde, RTES eksiksiz, güvenilir ve dayanıklı bir yenilenebilir enerji çözümü üretir.

Örneğin, güneş enerjisi üretimi genellikle gün ışığının en uzun olduğu yaz aylarında zirveye ulaşır ve bu da genellikle fazla elektrik üretimine yol açar. Bu fazlalık, yeterli depolama ile eşleştirilirse, günlük elektrik çevrimlerinin ötesinde, 1000+ saate kadar enerji depolaması sağlayabilir. Benzer şekilde, rüzgar desenleri konuma ve mevsime göre değişebilir ve bazı bölgelerde tutarlı mevsimsel rüzgar desenleri yaşanır. Mevsimsel yüksek rüzgar enerjisi üretimi kendi başına değerlidir ancak eşdeğer mevsimsel enerji depolaması, yani RTES ile eşleştirildiğinde tam olarak kullanılabilir ve paraya çevrilebilir.

Güvenilir, dayanıklı 7/24 elektrik şebekesi, RTES’teki araştırma ve geliştirme ve Teverra’nın ResStor gibi geliştirilen benzersiz sistemler sayesinde ticariliğe daha yakın . ResStor, ilk VRE kaynağını tamamlamak üzere optimize edilmiş bir RTES sistemidir. Bu sistem bir termal bataryaya benzer şekilde çalışır ve mevsimsel (1000+ saat) depolama sağlayabilir.

ResStor gibi RTES sistemleri, VRE bilmecesine potansiyel bir çözümdür çünkü bu sistemler temiz elektriğin istikrarlı ve güvenilir bir şekilde tedarik edilmesini sağlar. Yine de, bu sistem zorluklardan uzak değildir. Bugüne kadar, RTES hala araştırma ve geliştirme aşamasındadır ve mevcut ve gelecekteki enerji sisteminin entegre bir parçası haline gelmek için önemli saha gösterileri ve teknoloji ilerlemeleri gerektirmektedir.

Endüstriyel ısı pazarının büyüklüğünü anlamak için, aşağıdaki Şekil ABD’deki ısıtma ve soğutma talebine ilişkin verileri göstermektedir. Orta sıcaklık aralığında (125 – 250 °F / 52 – 121 °C) ısıtma kullanımı için yılda 350+ trilyon BTU’luk bir pazar talebi bulunmaktadır.

Bu makale, yenilenebilir enerjinin güvenilirliği konusunda bir güvence duygusu sağlayarak bu sistemlerin oynayabileceği önemli rolü vurgulamaktadır. Bu sistemleri etkili bir şekilde nasıl tasarlayıp çalıştıracağımızı bilerek, jeotermal enerjinin yenilenebilir kaynaklardan temiz enerji depolamak ve iletmek için kritik olduğu bir geleceğe giden yolu açabiliriz.

Burada, RTES’in nasıl çalıştığını ve uzun vadeli VRE kaynakları için enerji dayanıklılığını nasıl sağladığını, örnek olarak Teverra ResStor sistemini kullanarak açıklıyoruz. Bunun nasıl daha da iyileştirilebileceğini tartışıyoruz ve RTES sistemlerinin uygulanmasının ek faydalarına işaret ediyoruz.

ResStor nasıl çalışır?

ResStor sistemi bir termal enerji pili olarak çalışır. Fazla enerji suyu ısıtmak için kullanılır. Bu sıcak su, stratejik olarak yerleştirilmiş kuyular aracılığıyla geçirgen kaya oluşumlarına yeraltına enjekte edilir. Düşük termal iletkenliğe ve yayılmaya sahip olan Dünya, doğal bir yalıtkan görevi görerek ısıyı kayanın içinde hapseder. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda, sıcak su rezervuardan çıkarılır ve kullanılır. Bu, doğrudan ısı olarak kullanılabilir veya geleneksel bir jeotermal enerji santrali aracılığıyla güç üretmek için kullanılabilir. Yeraltının doğal termal enerji depolama özellikleri nedeniyle, bu sistem enerji depolamaya uzun vadeli bir çözüm sunar. (Porlles ve diğerleri, 2023)

Sistemin optimize edilmesi: Kuyu tasarımı fark yaratır

RTES sistemlerinin gidiş-dönüş termal verimliliği, bu sistemlerin temel değer sürücülerinden biridir. Yine de, 1000+ saatlik enerji depolama için gereken önemli yeraltı alanına erişimle ilişkili zorluklar vardır.

Son çalışmalar, maksimum verimlilik için RTES sistem tasarımlarının optimize edilmesi konusunda önemli içgörüler sağlamıştır. Çalışmalar, esas olarak rezervuar içindeki kuyuların yerleşimi ve yönelimine odaklanarak çeşitli kuyu yapılandırmalarını karşılaştırmıştır.

Bu bulgular önemli bir ağırlığa sahiptir çünkü büyük ölçekli RTES projelerinin ekonomik uygulanabilirliğini önemli ölçüde etkileyebilirler. Isı yakalamayı en üst düzeye çıkaran ve enerji kaybını en aza indiren kuyu tasarımlarını belirleyerek, sondaj ilerlemeleri ve potansiyel olarak daha düşük sondaj maliyetleri elde edilebilir; bu, RTES’in büyük ölçekli yenilenebilir enerji entegrasyonu için daha çekici bir seçenek haline gelmesi anlamına gelir. Kuyu tasarımını optimize etmek, maliyet etkin ve verimli RTES sistemleri için yolu açar ve temiz bir enerji geleceği için temel bir teknoloji olma potansiyellerini hızlandırır.

Verimliliğin ötesinde: RTES’in daha geniş kapsamlı faydaları

RTES’in vaadi, yenilenebilir enerjinin aralıklı zorluğunu ele almanın çok ötesine uzanıyor. Ek faydalar arasında konum esnekliği, şebeke istikrarı ve çevresel faydalar yer alıyor.

Konum esnekliği için, jeolojik olarak aktif alanlarla sınırlı olan geleneksel jeotermal kaynakların aksine, ResStor gibi sistemler uygun yeraltı kaya oluşumlarının olduğu hemen hemen her yerde oluşturulabilir. Bu uyarlanabilirlik, sınırlı jeotermal kaynaklara sahip ancak bol güneş veya rüzgar enerjisi bulunan bölgelerde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması için olanaklar sunar.

Şebeke istikrarı açısından ResStor, elektrik şebekesi için bir tampon görevi görerek, yoğun talep dönemlerinde veya beklenmeyen kesintilerde güvenilir bir güç kaynağı sağlayarak şebekeyi istikrara kavuşturmaya ve fosil yakıtlı yedek jeneratörlere olan bağımlılığı azaltmaya yardımcı olur.

ResStor ve benzeri sistemler, bu ek avantajlar sayesinde iklim değişikliğini hafifletiyor ve fazla yenilenebilir enerjiyi depolayarak ve fosil yakıt üretiminin yerini alarak sera gazı emisyonlarını azaltıyor.

Önümüzdeki yol: Zorluklar ve fırsatlar

RTES sistemlerinin potansiyeli tartışılmaz olsa da, yaygın bir şekilde benimsenmeden önce çeşitli zorlukların üstesinden gelinmesi gerekir. Bu temel zorluklar arasında maliyet azaltma ve çevresel etki yer alır.

ResStor gibi sondaj ve işletim sistemleri hala önemli bir ön yatırım gerektiriyor ve maliyet azaltma, kuyu deliği ve yenilenebilir enerji girdi maliyetiyle kısıtlanıyor. Araştırma ve geliştirme çabaları, sondaj maliyetlerini düşürmek ve sistem tasarımını iyileştirilmiş verimlilik ve maliyet etkinliği için optimize etmek için çok önemlidir. Jeotermal endüstrisi gelen enerji kaynağının maliyetini kontrol etmese de, genel sistem verimliliği iyileştirmeleri, girdi enerjisini enerji birimi başına maliyet bazında daha değerli hale getirir.

Bugüne kadar tamamen ele alınmamış bir endişe, RTES sistemlerinin çevresel etkisidir. Su kirliliği potansiyeli, kuyulardaki artış ve ilişkili enerji sistemi ayak izinin yanı sıra yaygın bir endişedir.

Her iki çevresel endişe de optimize edilmiş sistem tasarımı, özellikle kuyu alanı geliştirme yoluyla hafifletilebilir. Su kirliliği birkaç tasarım parametresi yoluyla hafifletilir. İlk olarak, genel kuyu tasarımı tatlı su akiferlerini daha derin, içilemez akiferlerden hidrolojik olarak ayırmak için yapılır. Bu tasarım yoluyla su kirliliği riskleri hafifletilir. Ek olarak, ResStor içilemez akiferleri hedefler ve tüketici olmayan bir şekilde gerçekleştirilir, bu nedenle tatlı su hiçbir şekilde ResStor sisteminin bir parçası değildir.

Benzer şekilde, kuyular ve kuyu alanı enerji depolama verimliliğini optimize edecek şekilde tasarlanabilir. ResStor tasarım geliştirmenin bir parçası olarak çeşitli kuyu tasarımları ve kuyu yerleştirme tasarımları test edildi ve sayısal simülasyonlar kuyu başına güç yoğunluğunu ve gidiş-dönüş termal verimliliğini optimize etmek için kullanıldı. Kuyu başına optimize edilmiş bir enerji verimliliği üreterek, enerji sistemi için ayak izi de optimize edilebilir, yani birim arazi kullanımı başına en büyük enerji yoğunluğu.

Yeraltı pilleriyle daha parlak bir gelecek

ResStor dahil RTES sistemleri, yenilenebilir enerjiyi depolamak ve güneş ve rüzgar enerjisinin tüm potansiyelini açığa çıkarmak için çığır açan bir çözüm sunar. Bu enerji kaynaklarının aralıklı doğasını ele alarak ve güvenilir, temiz ve konum açısından esnek bir depolama seçeneği sunarak, RTES sistemleri temiz bir enerji geleceğine geçişimizde önemli rol oynayabilir. Yine de, tam potansiyelleri henüz gerçekleşmemiştir (Armstrong, 2022).

Bu enerji depolama sisteminin teknik ve ticari olarak uygulanabilir bir enerji depolama sistemi olduğunu göstermek için bir saha gösterisine ihtiyaç vardır. Ayrıca devam eden zorlukları belirlemek için bir fırsat sağlayacaktır. Özel sektör, kamu desteği, yüksek öğrenim, ulusal laboratuvarlar ve politika yapıcılar arasındaki daha fazla iş birliği, RTES yeteneklerini daha da artırabilir ve bu enerji depolama teknolojisini sürdürülebilir bir enerji geleceği için temel bir teknoloji haline getirebilir.

Referanslar

Armstrong, R. (2022). Enerji Depolamanın Geleceği Disiplinlerarası Bir MIT Çalışması .

Green, S., McLennan, J., Panja, P., Kitz, K., Allis, R. ve Moore, J. (2021). Jeotermal pil enerji depolaması. Yenilenebilir Enerji , 164 , 777–790. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.09.083

NREL. (2023). Kaynak Değerlendirmesi ve Haritalama .

Oh, H. ve Beckers, K. (2023). Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Düşük Sıcaklık Isıtma ve Soğutma Talebinin Coğrafi Karakterizasyonu. 48. Jeotermal Rezervuar Mühendisliği Çalıştayı .

Porlles, J., Batir, J., Gentry, E., Kitz, K. ve Soroush, H. (2023). Sentetik Jeotermal Rezervuarlar: Maliyet Etkin Verimli Enerji için Optimize Edilmiş Sondaj Desenleri. GRC İşlemlerinde (Cilt 47).

Sharan, P., Kitz, K., Wendt, D., McTigue, J., & Zhu, G. (2020). Mevsimsel Depolama ve Esnek Santral İşletimi için Jeolojik Termal Enerji Rezervuarı Oluşturmak İçin Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Kullanımı. Enerji Kaynakları Teknolojisi Dergisi , 143 (1). https://doi.org/10.1115/1.4047970

Soroush, H., Batır, J. ve Porlles, J. (2022). ResStor . Https://Www.Teverra.Com/Res-Stor.

Kaynak: ThinkGeoEnergy