Güneş enerjisi ve bataryalarla dünyanın elektrik ihtiyacı karşılanabilir

• Maliyetler, dünya nüfusunun büyük bölümünün yalnızca güneş enerjisi ve batarya kombinasyonuyla düşük maliyetli elektrik tedariki alabileceği seviyeye kadar geriledi
• 2030'da nüfusun %80'i 80 €/MWh altında, 2050'de ise %86'sı 60 €/MWh altında maliyetle elektriğin %90'ını kendi kendine karşılayabilir
• Yüksek enlemli bölgelerde kışın düşük güneşlenme nedeniyle yedek maliyetleri yüksek, ancak rüzgar ve hidroelektrikle bu durum hafifletilebilir
• Toplam nüfusun %90'ı ekvatorun ±45 derece içinde yaşıyor; bu da güneş enerjisi verimini artırırken iletim şebekesi maliyetlerini de en aza indirebilir
• Güneş enerjisi ve batarya sistemleri, fosil yakıt olmadan temiz elektrikte kendine yeterlilik sağlayabilen temel teknoloji olarak değerlendiriliyor

---

Güneş enerjisi ve bataryalarla dünyanın elektrik ihtiyacını karşılama olasılığı

• Güneş enerjisi ve batarya maliyetlerindeki düşüş, nüfusun büyük bölümünün elektriğe düşük maliyetle erişmesini mümkün kılıyor
  • 2030 itibarıyla, güneş+battery kombinasyonuyla elektriğin %90'ı sağlandığında nüfusun %80'i 80 €/MWh altı maliyetle elektrik elde edebilir
  • Rüzgar, hidroelektrik gibi yardımcı enerji kaynakları eklendiğinde maliyet daha da düşebilir
• Yüksek enlemli bölgelerde kışın düşük güneşlenme nedeniyle yedek maliyetleri yüksek, ancak rüzgar ve hidroelektrikle bu durum hafifletilebilir
• 2050'de nüfusun %86'sı 60 €/MWh altında maliyetle elektriğin %90'ını karşılayabilir
• Güneş enerjisi ve batarya sistemleri, çoğu bölgede düşük maliyetli ve temiz elektrik arzının ana teknolojisi haline gelebilir

Başlıca sonuçlar

• Güneş enerjisi ve bataryalar, dünyanın büyük bölümünde elektrik arzının ana aracı olabilir
• Yeterli alan bulunan bölgelerde tüketim noktasına yakın doğrudan elektrik üretimi mümkün, böylece iletim şebekesi maliyetleri en aza indirilebilir
• Kuzeydeki yüksek enlemli bölgelerde mevsimsel değişkenlik nedeniyle rüzgar ve hidroelektrik desteği gerekiyor
• Son %5–10'luk elektrik ihtiyacı, kısa vadede fosil yakıtlarla; uzun vadede ise uzun süreli depolama teknolojileri veya e-biyoyakıtlarla karşılanabilir

Teknik ayrıntılar

• Model, model.energy temel alınarak oluşturuldu ve hidrojen depolama dahil edilmedi
• Güneş enerjisi kurulum maliyeti: 2030'da 384 €/kWp, 2050'de 293 €/kWp
• Lityum iyon batarya kurulum maliyeti: 2030'da 157 €/kWh, 2050'de 83 €/kWh
• İnvertör maliyeti: 2030'da 177 €/kW, 2050'de 66 €/kW
• Batarya verimi %96, sermaye maliyeti %5, yedek jeneratör verimi %50
• Yedek yakıt maliyeti 30 €/MWhth, yedek tesis maliyeti 1000 €/kWel
• Yedek katkı maliyeti, yedek oranı x% olduğunda yaklaşık (11.5 + 0.6x) €/MWh düzeyinde
• Hesaplamalar, nüfusu 10.000'in üzerinde olan 9196 adet 1°×1° ızgarada yapıldı ve dünya nüfusunun %99,86'sını kapsıyor
• Nüfusun %90'ı ekvatordan 45 derece içinde yaşıyor ve bu bölgelerde güneş enerjisi verimi yüksek

Uyarılar ve sınırlamalar

• Talep değişkenliği hesaba katılmadı: Model, yıl boyunca sabit elektrik talebi varsayıyor
  • Soğutma talebi güneş enerjisiyle iyi örtüşse de, ısıtma talebinde kışın yetersizlik oluşabilir
• Batarya maliyetine duyarlılık yüksek: Maliyet daha da düşerse toplam sistem maliyeti de azalır
• Nüfus dağılımındaki değişim nedeniyle düşük enlemlerde nüfus arttıkça düşük maliyetli bölgelerin payının büyümesi bekleniyor
• Elektrik talebi ile nüfusun örtüşmemesi: Veri merkezleri gibi elektrik yoğun sektörler düşük maliyetli bölgelere taşınabilir
• Talep tepkisi ve bölgesel bağlantılar ek maliyet düşüşü sağlayabilir
• İletim şebekesi maliyeti olarak yalnızca 50 €/kW yansıtıldı; bölgelere göre farklılık var
• Panel sabit açısı 35 derece; eksen takip sistemleri kullanılırsa maliyet düşebilir
• Küçük ölçekli konut tipi sistemler, büyük ölçekli kurulumlara göre 2–3 kat daha maliyetli
• Arazi kısıtı: Nüfus yoğun bölgelerde yakın çevreden tedarik zor olduğundan komşu bölgelerden iletim gerekebilir
• Güneşlenme verileri için ECMWF ERA5 yeniden analiz verisi kullanıldı; bir miktar hata olabilir
• Maliyet birimi, 2020 avrosu bazında; 2026'ya çevrildiğinde %20–25 artıyor
• Yedek yakıt maliyeti fosil gaz bazında 30 €/MWhth; dışsal maliyetler (iklim zararları vb.) dahil değil
  • Ton CO₂ başına 300 € sosyal karbon maliyeti uygulanırsa 60 €/MWhth ekleniyor
  • 2026'da ABD ve İsrail'in İran'a saldırısı nedeniyle gaz fiyatları 50–60 €/MWhth seviyesine yükseldi
• Sermaye maliyeti (WACC) bölgelere göre değişiyor; Afrika gibi yerlerde daha yüksek

Açık kod ve veri

• Tüm hesaplama kodları açık lisansla yayımlandı
  • GitHub deposu
  • Senaryo sonuçları Zenodo veri setinde görülebilir

Arazi ve kaynak kullanımı

• Dünya nüfusu 8 milyar kabul edilip kişi başına yılda 10 MWh elektrik tüketildiğinde toplam 80.000 TWh gerekiyor
• Bunun %90'ını güneş enerjisi ve bataryalarla karşılamak için 2050 itibarıyla 69 TWp güneş, 72 TWh batarya gerekiyor
• 70 TWp güneş enerjisi 1.400.000 km² (Dünya kara alanının yaklaşık %1'i) kaplıyor; bu da otlak alanlarının %3,7'si düzeyinde
• Yoğun yerleşimli bölgelerde arazi yetersizliği nedeniyle komşu bölgelerden iletim gerekli olabilir
• Güneş paneli üretim kapasitesi yılda 1 TWp'nin üzerinde ve büyük ölçüde Çin'de yoğunlaşmış durumda
• Lityum iyon batarya üretim kapasitesinin 2030'da yılda 7 TWh olması bekleniyor (IEA, 2023)
• Yenilenebilir enerji minerali madenciliği, fosil yakıtlara kıyasla çok daha düşük düzeyde
• Silikon bol miktarda bulunuyor; gümüş kullanımı 2005–2020 arasında 7 kat azaldı ve bakır ile alüminyum ikame edebilir

• Batarya malzemelerinde ikame teknolojileri

  • Kobalt → lityum demir fosfat (LFP)
  • Grafit → kısmen silikonla ikame
  • Sodyum iyon bataryalar, sabit depolama için umut verici

Ek sonuçlar

• Nüfus yoğunluğu ve sistem maliyeti

  • Nüfusun büyük bölümü ekvatorun ±45 derecesi içinde yaşıyor; bu bölgelerde yalnızca güneş ve bataryayla bile düşük maliyet korunabiliyor
  • 45 derecenin üzerindeki yüksek enlemli bölgelerde rüzgar eklendiğinde maliyet düşüşü etkisi büyük

• 2050 düşük maliyetli batarya senaryosu

  • Temel varsayım 83 €/kWh, ancak sodyum iyon bataryalar kullanılırsa 29–52 €/kWh mümkün
  • Buna bağlı olarak toplam sistem maliyetinin daha da düşmesi bekleniyor

• Rüzgar çıkarıldığında maliyet değişimi

  • 2030 itibarıyla rüzgar hariç tutulduğunda sistem maliyeti artıyor; bu durum özellikle kuzeydeki yüksek enlemli bölgelerde belirgin

• Senaryolara göre haritalar ve kümülatif maliyet

  • 2030 ve 2050 için sırasıyla yalnızca güneş, güneş+rüzgar kombinasyonu senaryolarına ait haritalar sunuluyor
  • 2050'de %90 güneş-batarya, %99 güneş-rüzgar-batarya (düşük maliyetli batarya) senaryolarının kümülatif maliyet karşılaştırması da yer alıyor

  ---

  • Özet:
  • Güneş enerjisi ve batarya maliyetlerindeki hızlı düşüş sayesinde 2030 sonrasında dünya nüfusunun büyük bölümü düşük maliyetli ve temiz elektriği bu kombinasyonla sağlayabilir. Yüksek enlemli bölgelerde rüzgar ve hidroelektrik desteği gerekse de, genel olarak fosil yakıtlara bağımlı olmadan elektrikte kendine yeterli bir yapıya geçişin mümkün olduğu görülüyor.

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• İlginç bir gerçek: Şu anda yaklaşık 12 milyon hektar arazi mısır etanolü üretimi için kullanılıyor
  Bu etanol de sonuçta benzin üretiminde kullanılıyor. Sonucunu siz düşünün
  İlgili makale

  • Bu konuyu ele alan Technology Connections videosu gerçekten harikaydı
    Eğer o arazinin tamamını güneş panelleriyle kaplasanız, ABD’nin mevcut enerji talebini fazlasıyla aşan miktarda elektrik üretebilirsiniz
    Sürekli kaynak madenciliği gerektiren enerji kaynaklarında ısrar etmek saçma. Başlangıçta kaynak yatırımı yaparsınız ve ardından onlarca yıl istikrarlı güneş+batarya enerjisi elde edersiniz
    Geri dönüşüm döngüsü oturduğunda gelecekteki kaynak madenciliği de en aza indirilebilir
    Tartışmadan önce şu videoyu mutlaka izleyin
  • Mısır ekim alanının %1’inin güneş enerjisiyle ne ilgisi olduğunu merak ediyorum
    Güneş enerjisinin tarım arazisinin üstüne kurulması gerekmiyor. Mısır, etanol dışında protein, yağ ve lif olarak hayvan yeminde de kullanılıyor
    Hükümet gıda güvenliğini önemsediği için, fazla gıdayı depolamak yerine etanole dönüştürmek daha verimli
    Acil bir durumda güneş panellerini sökmeye gerek kalmadan da gıda üretimi yapılabilir. Yani güneş ve etanol meseleleri birbirine karıştırılıyor
  • Ben şahsen o arazinin gıda üretimi için kullanılmasını ve insanların çatı tipi güneş enerjisi kurmasını tercih ederdim
  • Karbon nötr yakıt sistemi kurmuş olmamıza rağmen neden bunu sadece %15 karışım yakıt olarak kullandığımız komik
    Saf etanol motorları tasarlasaydık, bahçe atıklarından yapılan içkiyle bile arabaları çalıştırabilirdik
  • Benim anladığım kadarıyla benzine etanol karıştırılmasının nedeni, yakıt üretiminde zorunlu olması değil, mısır çiftçilerinin lobiciliği ve sübvansiyon politikaları

• Bence makale yanlış. Özellikle ısıtma enerjisinden neredeyse hiç söz etmiyor
  Ben 30kWh batarya ve 24kW güneş sistemi olan bir evde yaşıyorum. Işıklar yanıyor ama ısıtma mümkün olmuyor
  Güneş+batarya sistemi, yaşam kalitesi ve etkinlik saatlerini ayarlama açısından büyük ödünler gerektiriyor

  • Hâlâ birçok insan enerjinin ucuz ve bol olduğu varsayımıyla ev inşa ediyor
    Düzgün yalıtılmış bir evin neredeyse hiç ısıtma veya soğutmaya ihtiyacı olmaz. Yalıtıma 50 bin dolar harcarsanız ömür boyu kalır; aynı parayı ısıtma ekipmanına harcarsanız işletme maliyetiyle 10 kat fazlasına mal olur
    Ilıman iklimde modern bir ev merkezi ısıtma olmadan da mümkün. Soğuk günlerde oda başına 500W ısıtıcı yeterli olur
  • 24kW güneşi “aydınlatma için” diye tanımlamak büyük bir küçümseme
    Benim evim ayda sadece 60kWh tüketiyor; sizin 3 saatlik üretiminiz bana bir ay yeter
    Eksi 25 dereceye inen bölgelerde bile ısı pompası COP 2+ ile aylık 118 euro seviyesinde ısınma mümkün
    Yazın elektrikli aracı şarj etmek de bedavaya geliyor. Yaşam kalitesinde düşüş iddiası abartılı
  • Kuzeyde yaşıyorum ama yalıtım ve pencereler iyi olursa güneş+batarya ile net sıfır mümkün
    Gündüz 66°F, gece 60°F ayarlasam bile sabah hâlâ sıcak oluyor
  • 30kWh küçük bir kapasite. 10 yıl içinde çoğu hanenin 200kWh EV bataryasına sahip olacağını düşünüyorum
    Batarya fiyatlarının 10 kat daha düşecek alanı var ve sonunda sıfır marjinal maliyet yapısı kazanacak
    Bizim kır evimiz 15kWh bataryayla tüm yıl çalışıyor; soğuk günlerde küçük bir odun sobası destek oluyor
  • Bir kişinin güneş kurmuş olması, şebeke işletmeciliğini anladığı anlamına gelmez
    Tek bir hanenin kendi kendine yetmesi üzerinden tüm elektrik şebekesini değerlendirmek uygun değil

• Ben off-grid campervan yapıyor ve güneş+lityum batarya sistemleri kuruyorum
  Teknoloji son birkaç yılda büyük ilerleme kaydetti. Sorun teknoloji değil, müşterilerin gerçek kullanım miktarını abartan zihniyet
  Bunun ülke ölçeğine büyütülmesi halinde aynı sorunun ortaya çıkacağını düşünüyorum

  • 600kWh genişletilmiş batarya takılmış bir eSprinter camper yaptım
    Tamamen güneş enerjisiyle şarj oluyor ve bu camper aynı zamanda komşular için EV şarj istasyonu gibi çalışıyor
    Kendi geliştirdiğim paralel şarj/deşarj cihazıyla LFP batarya ömrünü 20 bin çevrime çıkardım
  • Bu tür sorunlar ulusal elektrik şebekesi için geçerli değil. Çünkü ölçek ekonomisi ve veriye dayalı planlama var
  • Ev kullanımı için lityum titanat hücreleri düşünüyorum. Ağırlıktan çok güvenlik önemli
    Lithium-titanate battery wiki
  • Ulusal elektrik şebekeleri zaten talep ve hava durumu verilerine göre tasarlanıyor. Sorun veri eksikliği değil, büyüme hızı
  • Bir YouTuber’ın RV’deki tüm cihazları dönüşüm kaybını azaltmak için doğru akım (DC) ile çalışacak şekilde değiştirdiği bir video izlemiştim
    Evler için de DC çözümlerine ihtiyacımız var

• Bana göre en büyük iyileştirme alanı çatı tipi güneş kurulumu üzerindeki düzenlemelerin gevşetilmesi
  Onay ve kurulum bir hafta içinde mümkün olmalı, maliyet de bugünkünün yarısı düzeyine inmeli
  Şu anda düzenlemeler ve karmaşıklık yüzünden ekonomik mantığı kayboluyor

  • Almanya’daki gibi plug-in panel sistemleri olmalı. Herkes bunları bir saat içinde kurabilir
    Ama uzun vadede büyük ölçekli güneş santralleri daha verimli olur
  • ABD’de de “balkon solar” yasallaştırma tasarısı gündemde
    Avrupa’daki gibi prize takılan küçük sistemler; izin süreci olmadan kurulabiliyor
    Sorun, insanların gereğinden fazla büyük sistemler kurup şebekeye yük bindirmesi
    İlgili makale
  • %100 katılıyorum. DIY mümkün olursa maliyet onda bire iner
    Ama küçük sistemlerde bile izin süreçleri aşırı zahmetli

• Dünya ekonomisi hâlâ petrol ve gaz üzerine kurulu
  Alternatif enerjiye geçmek yalnızca teknik bir mesele değil, aynı zamanda jeopolitik ilişkilerin yeniden düzenlenmesi anlamına geliyor

• Ben yenilenebilir enerjiden yanayım ama en iyisinin karma enerji stratejisi olduğunu düşünüyorum
  %90-95 yenilenebilir, kalan kısmı kısa vadede gazın, uzun vadede ise nükleer enerjinin tamamlaması gerekir
  Kuzey-güney ve doğu-batı yönünde şebeke bağlantıları mevsimsel ve saatlik dalgalanmaları dengeleyebilir
  Ayrıca esnek talep yönetimi ve otomatik fiyat ayarlaması ile “baz yük” sorunu çözülebilir
  Son %10 pahalıdır ama mevcut gaz santralleriyle yeterince karşılanabilir

• Eğer bu hedefi gerçekten hayata geçirmeye çalışan bir şirket varsa, onunla çalışmak isterim
  Başlıca güneş, batarya ve EV şirketleriyle birlikte temiz enerji dönüşümü için analiz yazılımları geliştirdim
  Bir sonraki adımda fosil yakıtların ortadan kaldırılmasına katkı sunmak istiyorum
  matthewgerring.com

  • E-posta gönderdim. Biz Avrupa ve Ukrayna’da %100 güneş enerjisine dayalı akıllı şebeke ve konut yerleşkeleri kuruyoruz
    Umarım ABD pazarına açılmayı birlikte başarırız

• Geçen yıl Çin’in ürettiği güneş panellerinin ömür boyu toplam elektrik üretimi, dünyanın yıllık petrol tüketimine yakındı
  Batarya üretimi büyürse, 10 yıl içinde petrol, gaz ve kömürün büyük kısmının yerini alabileceğini düşünüyorum

• Şüphecilerin buna inanmakta zorlanmasının nedeni, makalenin karşı argümanları ele almaması
  Paneller ucuz ama kurulum ve bakım hâlâ pahalı. Yıldırım gibi riskler de var
  Ülke ölçeğinde arazi, sermaye ve nitelikli iş gücü yetersiz; ayrıca her ülke yeterince güneş almıyor
  Sonuç olarak ancak 10-20 kadar ülke önümüzdeki 10 yıl içinde yenilenebilir ağırlıklı sisteme geçebilir

  • Ama elektrik altyapısı olmayan bölgeler için başlangıçtan itibaren yenilenebilir temelli bir sistem kurmak mümkün

• Elektriğin %90’ını sağlamak, tek başına ‘dünyayı çalıştırıyor’ demek için yeterli değil
  Düşük maliyetli uzun süreli depolama teknolojisi gerekli ve bu, bataryaları tamamlayıcı bir rol oynar

  • Makale de son %5-10’un fosil yakıtlar, uzun süreli depolama ve e-biyoyakıtlarla çözülebileceğini açıkça söylüyor
  • Amaç tüm karbon kaynaklarını tamamen ortadan kaldırmak değil, değişim hızını yavaşlatarak uyum sağlamayı mümkün kılmak
    %90’a ulaşmak bile başlı başına çok anlamlı