Hawaii’nin son kömür santralinin yerini alan dev batarya
(canarymedia.com)- Oahu elektrik şebekesi, 1 Eylül 2022’de son kömür santralinin kapanmasıyla 180 MW’lık fosil yakıt baz yük gücünü kaybetti ve Plus Power’ın Kapolei Energy Storage tesisi bu boşluğun temel şebeke işlevlerini üstlenmeye başladı
- Kapolei, 158 adet Tesla Megapack’ten oluşan 185 MW’lık bir batarya tesisi ve kömür santraline benzer anlık çıkış ölçeğini 250 milisaniyelik tepki süresiyle sağlayabiliyor
- 565 MWh depolama kapasitesi, kömür santralinin toplam üretimini doğrudan ikame etmeye yetmese de fazla yenilenebilir enerjiyi depolayıp akşam talep saatlerinde vererek kısıntıyı azaltıyor
- Hawaiian Electric ve Plus Power, sentetik atalet, hızlı frekans tepkisi ve black start işlevlerini ekleyerek elektrik kesintisi sonrası yeniden devreye alma sürecini de destekleyecek şekilde tasarladı
- Kapolei, Oahu’nun pik kapasitesinin yaklaşık %17’sini oluşturuyor ve fosil yakıt santrallerinin sağladığı temel şebeke hizmetlerinin temiz kaynaklara taşınmasına dair gerçek bir örnek sunuyor
Kömür santralinin kapanmasıyla oluşan şebeke boşluğu
- Hawaii, 1 Eylül 2022’de son kömür santralini kapatarak Oahu elektrik şebekesinden 180 MW ölçeğinde fosil yakıt baz yük gücünü çıkardı
- Bu, Hawaii’nin 2045’e kadar elektrik üretiminde fosil yakıt yakımını durdurma hedefi yönünde atılmış bir adımdı
- Geriye kalan zorluk, hava durumuna göre üretimi değişen büyük ve küçük ölçekli bir yenilenebilir enerji portföyüne geçerken şebeke güvenilirliğini korumaktı
Kapolei Energy Storage’ın yapısı ve işletimi
- Plus Power tarafından geliştirilen ve sahip olunan Kapolei Energy Storage, Oahu’nun batısındaki sanayi bölgesinde Noel öncesinde ticari işletmeye başladı
- Tesis, Hawaiian Electric’in sinyallerine göre şarj ve deşarj yapıyor
- 158 adet Tesla Megapack’ten oluşuyor
- Anlık deşarj kapasitesi 185 MW ve eski kömür santralinin şebekeye verebildiği çıkışla yarışıyor
- Tepki süresi 250 milisaniye; bu da geleneksel fosil yakıt santrallerinden çok daha hızlı olduğu anlamına geliyor
- Batarya yeni elektrik üretmiyor; şebekeden çektiği elektriği ihtiyaç olduğunda geri veriyor
- İdeal olan, yenilenebilir enerji üretiminin bol olduğu saatlerde şarj edilmesi
- Akşam gibi elektriğin kritik olduğu zamanlarda ucuz ve temiz elektriği geri sağlayabiliyor
Geciken inşaat ve kömürün yerine geçecek proje
- Kapolei bataryasının aslında kömür santrali devreden çıkmadan önce faaliyete geçmesi planlanıyordu
- COVID-19, şebeke bataryası sektörünün genelinde teslimatları aksattı; Kapolei’nin Pasifik’in ortasındaki uzak konumu da zorlukları artırdı
- 2021 yazında Plus Power, 2022 sonuna kadar tamamlanmasını bekliyordu ancak fiili tamamlanma bir yıl daha sürdü
- Buna rağmen Kapolei, kömür santralinin üretimini temiz elektrikle ikame etmek için planlanan diğer büyük güneş ve batarya projelerinden önce şebekeye bağlandı
Bataryanın doğrudan üstlendiği şebeke işlevleri
- Eski kömür santralinin Oahu’ya sağladığı temel değer üç başlıkta toplanıyordu
- Enerji: elektrik miktarının kendisi
- Kapasite: gerektiğinde anında sağlanabilecek çıkış
- Şebeke hizmetleri: şebekeyi kararlı tutan işlevler
- Kapolei bunlardan kapasiteyi ve şebeke hizmetlerini doğrudan ikame ediyor
- Kömür santralinin azami çıkışıyla aynı düzeyde nominal kapasite sağlıyor
- Şebekenin belirlenen frekans aralığında çalışmasını sağlayacak hizmetleri verecek şekilde programlanmış durumda
- Başka bir santral aniden durursa ya da güneş üretimi tüketimi aşarsa şebeke frekansı aralığın dışına çıkabiliyor
- Kapolei, ilk savunma hattı olan sentetik atalet ile gerçek zamanlı sapmalara yanıt veriyor
- Durum belirlenen eşiklerin ötesine kötüleşirse hızlı frekans tepkisi ikinci savunma hattı olarak devreye giriyor
Enerji üretimi güneşle birlikte tamamlanıyor
- Kapolei’nin depolama kapasitesi 565 MWh; bu, kömür santralinin enerji üretimini doğrudan ikame etmek için yeterli değil
- Bunun yerine Oahu’nun güçlü güneş enerjisi sektörüyle birlikte çalışarak kömür santralinin üstlendiği enerji rolünü tamamlıyor
- Hawaiian Electric’in modellemesine göre Kapolei Energy Storage, ilk 5 yılda yenilenebilir enerji kısıntısını yaklaşık %69 azaltabilir
- Kısıntıdaki azalma: {p:69}
- Böylece boşa gidebilecek fazla temiz elektrik şebekeye alınabilir
Black start ve yeniden devreye alma rolü
- Hawaiian Electric, Kapolei için black start işlevi de talep etti
- Siklon ya da deprem gibi afetlerde şebeke tamamen çökerse, sistemi yeniden başlatacak bir güç kaynağı gerekir
- Kapolei bataryası bu amaçla enerjisinin bir bölümünü yedekte tutacak şekilde programlandı
- Plus Power tesisi, üç farklı santrale bağlı bir trafo merkezinin yakınına konuşlandırdı
- Bu yerleşim, bataryanın diğer santralleri “jump start” etmesini mümkün kılıyor
Hawaii’nin bataryalara verdiği daha büyük sorumluluk
- Hawaii, büyük ölçekli konut tipi güneş enerjisi yaygınlaşması ve Kauai’deki ilk utility-scale güneş-batarya santrali gibi örneklerle enerji dönüşümünde öncü uygulamalar ortaya koydu
- Yenilenebilir enerjinin artışı ve fosil yakıt santrallerinin devreden çıkışı belli bir seviyeyi aştığında yalnızca rüzgar, güneş ve batarya eklemek yeterli olmuyor
- Dijital kontrollü inverterlerle çalışan temiz teknolojilerin sadece elektrik sağlamakla kalmayıp şebekeyi ayakta tutma görevini de üstlenmesi gerekiyor
- Başka bölgelerde de frekans hizmeti veren bataryalar var ve bazılarının kapasitesi Kapolei’den daha büyük
- Ancak Kapolei gibi pik kapasite, frekans tepkisi, sentetik atalet ve şebekeyi yeniden başlatma işlevlerini tek bir büyük batarya tesisinde birleştiren örnekler nadir
- Kapolei tek başına Oahu’nun pik kapasitesinin yaklaşık %17’sini oluşturuyor
- California’daki şebeke bataryası tesisleri 5.000 MW’ı aşmış olsa da bu, eyalet genelindeki nominal şebeke kapasitesinin yaklaşık %7,6’sına denk geliyor
Sentetik atalet neden önemli?
- Geleneksel santraller, türbinlerin dönel kütlesi sayesinde şebeke frekansını dengeleyen ataleti pasif olarak sağlıyordu
- Geçmişte santraller çalıştırıldığında atalet zaten sağlandığı için bunu ayrı bir hizmet olarak tanımlayıp ayrıca ücretlendirmeye gerek duyulmuyordu
- Günümüz şebekeleri, yenilenebilir enerji mevcut olduğunda ucuz yenilenebilir kaynakları azamiye çıkaran ve yetersiz kaldığında yakıt yakan bir modele doğru ilerliyor
- Termik santrallerin atalet sağlayabilmesi için dönmeye devam etmesi gerekiyor
- ABD ana karasında, bu tür şebeke hizmetleri için eski kömür santrallerini çalışır tutmak amacıyla yenilenebilir üretimin kısıldığı durumlar yaşanıyor
- Gelişmiş bataryalar, inverter programlaması yoluyla ataletin sentetik bir versiyonunu sağlayabiliyor
- Gereksiz karbon emisyonlarından kaçınırken daha ekonomik bir alternatif olabilir
- Daha hızlı ve hassas tepki vererek yenilenebilir üretim dalgalanmasının büyüdüğü şebekelere iyi uyum sağlıyor
Temiz şebekeye geçişteki yeri
- ABD’nin uzun vadeli iklim hedefleri, fosil yakıtların elektrik şebekesinden kademeli olarak çıkarılmasını gerektiriyor
- Hidroelektrik ve nükleer enerji karbon salımı olmadan faydalı şebeke ataleti sağlasa da büyüme eğiliminde değiller
- Kapolei, fosil yakıt santrallerinin üstlendiği kritik şebeke işlevlerini temiz enerji tesislerine aktaran ilk somut örneklerden biri
- Kapolei’nin sağladığı türden şebeke hizmetlerinin uzun vadede ABD genelinde yaygınlaşması gerekecek
1 yorum
Hacker News yorumları
İlginç bir bilgi: Bu eski santralin egzoz soğutma boruları denize uzanıyordu; su sıcaklığının yüksek, deniz canlılarının bol olduğu bir ortam yaratarak burayı dalış ve şnorkelle yüzme için de ünlü bir nokta hâline getirmişti. Hatta buraya Electric Beach deniyor: https://www.snorkeling-report.com/spot/snorkeling-electric-b...
Orada birkaç yıl yaşayıp şnorkelle yüzmeyi denedim ama su altındaki yapay yapılara yönelik fobim yüzünden suya birkaç fitten fazla giremedim. Büyük ve ürkütücü boruları görünce gerçekten korktum
https://www.reddit.com/media?url=https%3A%2F%2Fi.redd.it%2Fe...
Yazıda biraz arada kalmış ilginç rakamları bağlam için toparlarsak: depolama kapasitesi 565 MWh, anlık çıkış gücü 185 MW, proje finansmanı tutarı 219 milyon dolar
Hawaii’de konut elektriği fiyatı kWh başına yaklaşık 0,415 dolar; ABD ortalaması ise yaklaşık 0,162 dolar düzeyinde
https://www.energy-storage.news/global-bess-deployments-to-e...
Elektriğin pahalı olduğu ya da termik jeneratörlerin elde ettiği geliri bataryaların üstlenebileceği yerlerden başlanırsa ekonomik olarak anlamlı oluyor. Şebeke yardımcı hizmetleri, sentetik atalet, black start gibi işlevler buna dâhil; batarya maliyetleri düştükçe giderek daha düşük maliyetli alanlara yayılmak mümkün. Termik jeneratörlerin çalışma süresini azaltıp ekonomisini bozacak şekilde sistem ölçeğinde düşünmek gerekiyor
Batarya varsa akşam gibi daha sonra kullanılabiliyor ve mevcut yenilenebilir enerji tesislerinin kullanım oranı artıyor. Ev tipi bataryalar ve elektrikli araç bataryaları da işin içine girerse, yenilenebilir üretim fırlayıp fiyat düştüğünde şarj etme gibi talep ayarlamaları da mümkün oluyor. Henüz büyük ölçekte kullanılmıyor ama teknik olarak elektrikli araçlar da elektriği şebekeye geri verebilir
Bu tür bataryaların amacı uzun süreli depolama değil; şebeke stabilizasyonu ve arz-talepteki kısa süreli tepe ve dipleri karşılamak. Kömür ve gaz santrallerinin aksine milisaniyeler içinde tepki verebilirler ve bu kullanımda maliyet açısından da verimlidirler. Kömür ya da gaz santralini devreye almak pahalı ve yavaştır; kapalı dursa bile maliyeti vardır
Tek bir kömür santrali sözde baz yük sağlayabiliyor olsa bile bu, ancak yılın 365 günü 24 saat sürekli çalıştığında geçerli bir iddia olur. Gerçekte bakım ve onarım nedeniyle haftalarca ya da aylarca durabilir; nükleer santraller için de aynı şey geçerlidir, bu yüzden bunun hiç olmayacağını varsaymak iyi bir planlama değildi
Uzun süreli depolamanın baz yük eksikliğini tamamlamak için gerektiği sıkça varsayılır, ancak baz yük de GWh ve GW cinsinden ifade edilene kadar oldukça muğlak bir kavram. Hawaii, ihtiyaç duyulan uzun süreli depolamanın bazı insanların düşündüğünden çok daha az olabileceğini gösteriyor gibi. Zamanla daha fazla rüzgâr, güneş ve batarya ekleyeceklerdir; ancak modelleme ve inceleme doğru yapıldıysa mevcut kurulum tek başına da yeterli olabilir
Uzun vadede adanın elektrik fiyatlarını epey düşürecek gibi. Güneş kapasitesini artırmak, kömür santralini çalıştırmaya devam etmekten çok daha ucuz; bu batarya sayesinde daha fazla güneş kurulup gece kullanılabilir. Hawaii’de ne kadar rüzgâr enerjisi var bilmiyorum ama oldukça rüzgârlı bir yer gibi görünüyor
Eğlencesine yaşadığım Hollanda’nın planlarına baktım. 17 milyon nüfuslu Hollanda da dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanındaki hükümetler önümüzdeki birkaç yıl içinde şebeke ölçeğinde bataryalar kurmaya başlayacak; çünkü bunlar olmadan yenilenebilir enerjiye geçiş pratikte zor.
Hollanda hükümeti 400 milyon euro ayırdı ve bu bütçeyle 160 MW~380 MW kurulması bekleniyor. Bu, Hawaii batarya santralinin 1~2 katı ölçeğinde. Öte yandan ulusal iletim şebekesi işletmecisi, bağlantı ücretlerini düşürerek 2030’a kadar 2~5 GW yeni batarya kapasitesini teşvik etmeye çalışıyor; bu da oldukça büyük bir ölçek.
Benzer yeni kurulumların neredeyse her yerde süreceğini düşünüyorum.
https://www.pv-magazine.com/2023/10/09/netherlands-allocates...
Hollanda’da muhtemelen rüzgâr arzı kilit değişken olacak; böyle durumlarda genelde hafta ölçeğinde depolama gerekir. Bu zaman aralığında şu anda hangi teknolojinin en iyi olduğundan pek emin değilim.
Muhtemelen ilkinin olma ihtimali daha yüksek görünüyor.
İki gün önce fırtına nedeniyle bazı jeneratörler hasar gördü, batarya seviyesi de çok düştü; ada genelinde elektrik yetersiz kaldığı için dönüşümlü kesintiler yapıldı.
https://www.hawaiianelectric.com/update-rolling-oahu-outages...
Fosil yakıtlı santralleri yenilenebilir enerji ve bataryalarla değiştirirken temel sorun, enerjiyi yeterince uzun süre saklayabilecek ve karanlık, rüzgârsız zamanlarda güneş ve rüzgârın yerini alacak kadar büyük kapasiteye sahip bir batarya sistemi bulmak
Gördüğüm çalışmalarda gereken zaman kaydırma mevsim ölçeğindeydi ve gereken kapasite maliyet açısından karşılanması zor görünüyordu
Hawaii’nin hava örüntüleri, yardımcı baz yük üretim kapasitesini ortadan kaldırmaya yetecek kadar istikrarlı olabilir. Makale de kömür santralinin toplam kapasitesinin batarya depolama kapasitesinden çok daha büyük olduğuna işaret ediyor
“565MWh depolama kapasitesiyle batarya, kömür santralinin enerji üretimini doğrudan ikame edemez…” deniyor; bu yüzden bu geçişle gerçek kapasitenin ne kadar azaldığı net değil. Makalede ele alınmayan başka üretim portföyü değişiklikleri de olabilir
Hidrojeni kapatırsanız, depolamayı yalnızca bataryalarla çözmenin maliyeti ne kadar artırdığını da görebilirsiniz. Almanya gibi maliyet artışının büyük olduğu yerler de var, India gibi neredeyse önemsiz kaldığı yerler de
Maliyet varsayımlarını beğenmezseniz kaynakları verilmiş; ayarlayıp en iyi çözümün nasıl değiştiğini de kontrol edebilirsiniz
Anlamakta zorlandığım şey, proje zaten başarıyla çalışırken bile olasılıklara zorla tutunup “ya şöyle olursa” diye sormak. Daha ne görmek gerekiyor acaba. İkna olmak için 50 yıl çalışması mı lazım
Tony Seba bu konuda birkaç sunum yaptı ve yenilenebilir enerji o kadar ucuzluyor ki asgari üretim neredeyse her günün talebini karşılayacak kadar çok kapasite kurulabilir tezini savundu. Makul şebeke yükseltmelerini de varsayıyor gibi
Marc Z Jacobsen, %100 yenilenebilir enerjiye geçiş hakkında oldukça ayrıntılı bir çalışma yaptı ve genelde teknoloji iyileşmesi varsaymadığı için tahminleri muhafazakâr sayılır. Mevsimsel depolama gerektiğine dair bir şey hatırlamıyorum
Soğuk bölgelerde atık yakma ve bölgesel ısıtma, jeotermal bölgesel ısıtma, bir miktar ek baz yük için nükleer santral gibi çözümler olabilir. Scandinavia’da atık yakma yaygınlaşıyor ve Oslo’daki santral gibi karbon yakalama da eklenebiliyor. UK, Sweden ve Finland da nükleer santral inşa ediyor
Karbonsuza gitmek için çok büyük miktarlarda hidrojen, amonyak, elektro-yakıt, biyoyakıt, biyo-yağ ve biyo-kömür üretmek gerekeceğini de hesaba katmak gerekiyor. Danish bir şirketin kanalizasyon çamurundan verimli biçimde biyo-yağ ve kömür üreten büyük ölçekli bir mikrodalga reaktörünün ticari işletimine başladığına dair haber de görmüştüm
Bu çözümlerin hepsi ciddi bir depolama kapasitesi içeriyor. Muazzam miktarda hidrojen üretirseniz hem üretim hem tüketim tarafında tampon depolama oluşur; gerekirse üretimi de ayarlayabilirsiniz
Mevcut hidrojen santrallerinin de yedek amaçlı kalacağını düşünüyorum. Norway’den Europe’a giden doğal gaz boru hatlarını gazdan hidrojene çevirmeye yönelik ciddi tartışmalar da var. İlk aşamada karbon yakalama ve depolamayla üretilen hidrojenin kullanılması, daha sonra açık deniz rüzgârına dayalı yeşil hidrojene geçilmesi gibi
Açık deniz rüzgârı da giderek yaygınlaşıyor. Çok büyük açık deniz rüzgâr türbinleri kurulduğunda üretim epey istikrarlı oluyor
Bu yüzden Kuzey Avrupa’da güneş+rüzgârın, Germany’de görüldüğü gibi, çıkmaz sokağa yakın olduğunu düşünüyorum. Kışın güneş ışığı çok az ve neredeyse hiç rüzgâr olmayan dönemler haftalarca sürebiliyor; aşırı kapasite stratejisi için güneşi belki 10 kat kurmak gerekebilir, o zaman da maliyet taşınamaz hale gelir
Merak edip baktım; şu anda jeotermal enerji Hawaii’nin enerji talebinin %10-15’ini karşılıyor. Volkanik etkinliği yüksek bir yer olduğundan daha da artırılabilir gibi
Karşılaştırma için, Iceland’da jeotermal üretim elektrik üretiminin %50’sinden fazlasını oluşturuyor
Farkın fiziksel/jeolojik nedenlerden mi, yoksa başka nedenlerden mi kaynaklandığını merak ediyorum
Bu batarya sisteminin avantajlarından/işlevlerinden birinin şebeke stabilizasyonu, yani döner jeneratörlerin ataletinin yerine geçerek kararlı 60Hz sağlamak olduğu söyleniyor. Bunun elektrik hattı frekansını daha kararlı hale getirip getirmeyeceğini merak ediyorum [1]
Ayrıca böyle olursa, şebeke uğultusundan bir kaydın ne zaman yapıldığını tahmin etmek zorlaşabilir ya da imkânsız hale gelebilir mi diye düşünüyorum [2]
[1]: http://leapsecond.com/pages/mains/
[2]: http://hummingbirdclock.info/about
Bataryanın bu işlevi sağlayıp sağlamadığı hemen net değil. Devasa volanlar ve motor-jeneratörler devreye alan projeler de var; emekliye ayrılmış santrallerin boşta döndürüldüğü durumlar da olduğunu biliyorum. İkincisi aktif güç/reaktif güç kontrolü nedeniyle de olabilir
Bunların bataryaya göre sadece daha düşük teknolojili alternatifler mi olduğu, yoksa döner jeneratörlere özgü ve yeniden üretmesi zor özellikler mi bulunduğu merak konusu
Hawaii'nin çoğunlukla dizel ile çalıştığını sanıyordum
https://www.eia.gov/state/?sid=HI#tabs-4
Kömür, 2021 enerji tüketiminin yaklaşık %12'si gibi görünüyor. İyi bir değişim ama Hawaii'deki çok kirli ve pahalı elektrik kaynaklarının hepsinden kurtulmak için hâlâ gidilecek uzun bir yol var
Şebeke ölçeğinde depolama bataryaları bugün yalnızca mümkün olmakla kalmıyor, maliyet açısından da çok cazip. Ancak nedeni genelde düşünüldüğü gibi değil. Fazla yeşil elektriğin atılacağı bir yer olarak kullanmak için değil, puant santrali ihtiyacını azaltmak için
Elektrik üretiminde genellikle sürekli açık olan baz yük santralleri ve talep yüksek olduğunda devreye alınabilen puant santralleri vardır. Puant santrallerinde üretilen elektrik birimi başına maliyet çok daha yüksektir ve çok daha fazla yakıt yakarlar. Bu yüzden şebeke depolama sistemleri, %100 fosil yakıtlı bir şebekede bile anlamlı olabilir
Büyük istisna, hidroelektriğin çok olduğu durumlardır. Hidroelektrik, türbinlerden daha fazla su geçirerek puant santrali gibi davranabildiği için şebeke depolamanın etkisi azalır. Ancak bu hidroelektrik santraline ve şebekenin özelliklerine bağlıdır; hidroelektrik çok olsa da hâlâ anlamlı olduğu durumlar vardır
https://en.wikipedia.org/wiki/Peaking_power_plant
Frekans regülasyonu, şebeke depolama bataryalarının özellikle iyi olduğu bir alandır ve mevcut santrallerle bunu sağlamak çok pahalı olabilir
https://en.wikipedia.org/wiki/Ancillary_services_(electric_p...
Elbette ödünleşim, şebeke depolama tesisi kurmak için gereken yüksek ilk sermaye yatırımıdır
Kulağa alaycı gelebilir ama bence her eyaletin, teknolojiyi ve tedarik zincirini sürdürebilmek için kalıcı olarak en az 1 kömür santrali işletmesi gerekir. Kömür, ABD'deki en bol doğal kaynaklardan biridir. Ulusal acil durumlarda buna güvenebilmeliyiz; kendimizi çıkmaz sokağa sokarsak bunu yapamayız
Güneş enerjisi üretimi genellikle az sayıdaki dev kömür santralinden çok daha dağıtık yapıdadır
Sadece güneş açısından bile böyle; rüzgâr, dalga, jeotermal vb. elektrik üretmenin daha birçok yolu var. Çeşitlendirme budur ve savunması da daha kolay olur
Tek bir elektrik kaynağına bel bağlamak, asıl çıkmaz sokağa girip o boyayı içmek olur bence
Anakaranın bir bölgeye külfetli talepler dayatması ilk kez olmuyor olabilir. Jones Act akla geliyor
https://www.hawaiianelectric.com/clean-energy-hawaii/our-cle...