Yenilenebilir Enerjinin Potansiyeli Nasıl Artırılır?

30 Nisan 2019

Bilen bilir, Amerika’daki büyük düzlükler oldukça rüzgârlıdır. 1930’lardaki Büyük Buhran sırasında, devasa toz bulutları mahsulleri mahvetti ve John Steinbeck’in Gazap Üzümleri eserine de ilham veren büyük göçlere neden oldu. Fakat bugün, aynı inatçı ve güçlü rüzgârlar yenilenebilir enerji çiftlikleri için ilham oluyor. Teksas’taki “Roscoe” ve “Horse Hollow” adlı iki bölgenin her birinde 700 megavatlık elektrik enerjisi üretebiliyor ve bu bölgelerin etrafında da birçok potansiyel çiftlik alanı mevcut. Yine de rüzgârın kilidini tamamen açmak için mühendislerin hâlâ birkaç zorluğu aşmaları gerekiyor.

En büyük zorluk, elektriğin uzak bölgelere minimum hasarla verimli bir biçimde taşınması. Yani kırsal alandan yoğun nüfuslu kentlerin ortasına taşımak. Öne çıkan bir çözüm yolu, alternatif akım hatlarından daha uzun mesafelerde daha verimli olan ve daha fazla güçle başa çıkabilen yüksek ve orta voltajlı doğru akım (DC) iletim hatlarının bir kombinasyonunu içeriyor. Aslında birçok planlamacı, elektrik enerjisine artan talebin karşılanması için mevcut AC elektrik şebekesinin ana ve ikincil hatlarının doğru akıma dönüştürülmesi gerektiğine inanıyor. Ancak bu dönüşüm, doğru akım gücünü idare edebilecek devre kesiciler gibi  yeni tasarımlar gerektiriyor.

Bu geleceği oluşturmaya başlamak için, Enerji Departmanı ARPA-E, yakın zamanda süper hızlı orta gerilim doğru akım (MVDC) devre kesici geliştirmek için GE Küresel Araştırma Merkezi’nden bir mühendis ekibine 5,8 milyon dolar hibede bulundu. GE mühendisleri, süper hızlı bir anahtar oluşturmak için gaz-plazma teknolojisini kullanmayı planlıyor.

Hızlı devre kesiciler, herhangi bir doğru akım elektrik şebekesinin temel bileşenlerini oluşturuyor. Bir ağaç bir iletim hattına yakalanır ve yere düşerse, yoğun kesintilere neden olmadan önce akımın hemen kapatılması gerekiyor. DC şebekesi, bir şehre güç sağlayan yüksek voltajlı iletim hatlarında ve şehirdeki mahallelere giden orta voltajlı dağıtım hatlarında devre kesicilere ihtiyaç duyuyor. Bu nedenle büyük bir şehir için bir düzine veya daha fazla MVDC hattı gerekiyor.

GE’nin mevcut teknolojisi, Almanya’nın Kuzey Denizi’ndeki Merkur rüzgar çiftliği tarafından üretilen elektrikle evlere güç vermesine yardımcı oluyor. GE Research’ün dahil olduğu yeni proje, verimli DC iletimini daha yaygın hale getirebilir.

Yüksek gerilim noktadan noktaya iletim hatları için geliştirilen mevcut DC kesici prototipleri, bir MVDC dağıtım şebekesinde kullanmak için genellikle çok büyük, pahalı ve yavaş kalıyor. Ayrıca 5 milyon ila 10 milyon dolar arasında bir maliyet söz konusu. Bu kadar hantal olmalarının nedeni hibrit cihazlar olmaları. Yarı iletken anahtarlardan oluşan geçici bir devre kesici akımı birkaç milisaniyede kapatıyor ve bu da açılmasında ana mekanik devre kesiciye zaman ayırıyor. Böyle bir konfigürasyon, bir MVDC ızgarası için konuşlandırılmayacak kadar pahalı olması anlamına geliyor.

Bir MVDC devre kesici tasarlamadaki en büyük zorluk, AC’den farklı olarak sinüs dalgası boyunca artı ile eksi arasında değişen sabit akım akışını yönetmek. DC’nin bu kadar zor olmasının nedeni, akımda asla sıfır voltaj geçişi olmaması. AC’de temas noktalarını ayırabilirsiniz. Bir ark oluşturabilirsiniz, ancak yarım döngü içinde akım sıfıra gider ve ark tamamlanır. DC ile bir ark oluşturursanız, asla durmaz.

ARPA-E’den ekipler, iki elektrot arasındaki akımı açmak ve kapatmak için yüklü bir gaz veya plazma kullanan bir kesici tasarlıyor. Düğmeyi açmak ve kapatmak için iki elektrot arasına yerleştirilmiş bir tel örgüden geçen daha küçük bir akım kullanılıyor. Önümüzdeki üç yıldaki amaçları, orta ve yüksek voltajlı DC arasındaki sınır olarak kabul edilen 100.000 voltluk bir voltajı kaldırabilecek bir örnek devre kesici oluşturmak.

Plazma anahtarların başka bir avantajı ise daha küçük boyutta olması. Yarı iletken anahtarlar da hızlı şekilde çalışabilir, ancak serin kalmak için aralıklı olmaları gerekiyor. Sonuç olarak, ekipman oldukça büyüyebilir. Plazma anahtarları çok daha yüksek sıcaklıklarda çalışabildiğinden, birbirlerine daha yakın çalışabilir ve daha küçük bir alana sığabiliyor.

GE, programın bir parçası olarak, 100 amperde çalışan, şebekeye hazır bir devre kesici için kullanılması gerekenin yaklaşık onda biri kadar olan örnek bir devre kesici inşa edecek. Günümüzde hiç kimse yeni kablolar, kuleler ve diğer altyapıları yerleştirmek için şehirlerde buldozerler çalıştırmak istemiyor. Bir DC hattıyla, AC hatlar için var olan alanı yeniden kullanabilir ve onları geliştirebiliriz.

Yorumlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir