CNA araştırması: Termik ve nükleer enerji suyu tüketiyor, çözüm güneş ve rüzgar

water_energy_electricityElektrik – Su İlişkisine Giriş

2011 yılı Teksas tarihindeki en kurak yıldı. Eyaletin neredeyse tamamının olağandışı kuraklık koşullarında olduğu belirlenmişti. Sıcaklık dolayısıyla elektrik talebi en üst düzeydeydi. Bununla birlikte eyaletin elektrik ürettiği kömür, nükleer ve gaz tesislerinde soğutma işlemi için su gerekliydi. Fakat kuraklık nedeniyle su kıtlığı yaşanmaktaydı. Kimi yerlerde su seviyeleri giriş borularının altına kadar düşmüştü, kimi yerlerde ise su seviyesi yeterli yükseklikte olmasına rağmen çok ısınmış olduğu için soğutma sağlayamıyordu.

Teksaslılar elektrik kesintisi riski ile karşı karşıya kalmışlardı. Teksas Elektrik Güvenilirliği Konseyi (ERCOT), sorunu kesintiye gitmeden çözmeyi başardı. Kuraklık esnasında enerji üretmenin yolu radikal bir biçimde rüzgar enerjisine geçmekti. Kuraklık döneminde tüm enerjisinin %10’u ile 18’ini rüzgardan sağlayan Teksas, şu an tüm ülkede enerji üretiminde rüzgara en fazla dayanan eyalet.

Daima suya ihtiyaç duyan kömürün aksine, rüzgar enerjisi ile elektrik üretiminde suya hiç ihtiyaç duyulmaz. Doğalgaz ise kömürün yarısı kadar su kullanır.

Rüzgar enerjisine radikal bir geçiş ve enerji verimliliği ile enerji talebinin azaltılması yönündeki değişiklikler yapılmamış olsaydı; Teksaslıları elektrik kesintileri bekliyor olacaktı. Bu tarz kesintiler enerji sektöründe görülmedik şeyler değil; hatta su kıtlaşmaya devam ederse “sıradan” olacaklar.

Dünya çapında nüfus artarken enerji ihtiyacı nüfusun 6 katı kadar artıyor. 2009’da 4.500 milyar metreküp olan su ihtiyacının 2030’da 6.900 milyar metreküp olacağı; yani %50 artacağı tahmin ediliyor. Bu da tarım, elektrik üretimi, sanayi ve belediyeler için gereken su ile kaynakların sağlayabileceği su arasında %40’lık bir fark oluşması anlamına geliyor.

Hindistan, Malzeya, Filipinler, Tayland gibi ülkeler yerel, sık ve uzun süreli kuraklıklar ile karşı karşıya kalacaklar. Özellikle bu bölgelerde termik santraller suyun geleceği açısından tehlike arz ediyor. Çin’in elektrik kapasitesinin %85’i su kıtı bölgelerden sağlanıyor. Aynı zamanda 2040’ta Çin’de elektrik talebinin bugünkünün 2 katına, Hindistan’da ise 3 katına çıkacağı tahmin ediliyor. Eğer elektrik talebi kömür ile karşılanırsa, bu, su tüketiminin de bir o kadar artması anlamına geliyor.

 

Enerji Sektöründe Su Kullanımı

Elektrik genellikle kömür, doğalgaz yanması ya da nükler fisyon ile suyun türbinlerde buhara çevirilmesi sonucu elde edilir. Bu işlem esnasında kendiliğinden bir ısı açığa çıkar ve bunun soğutma ile giderilmesi gerekir.

Enerji tesislerinde su ile soğutma iki şekilde yapılır: Çekme ve tüketme.

Çekme; suyun yüzeyden ya da yeraltından çekilip, soğutma için kullanıldıktan sonra doğaya geri verilmesidir.
Tüketme; çekilen suyun kullanılarak ya da buharlaşarak doğadan yok olmasıdır.

Enerji tesilerinin soğutulması 3 ana teknikle yapılır.

1. Tek-geçişli (Açık devre) sistemler: Yüzey suyu çekilerek tesis içerisinde soğutma için dolaştırılır, daha sonra çekilen su kaynağa geri verilir. Bu sistemler, suyu tesis içinde sirküle eden sistemlere göre 10 ila 100 kat arası daha çok su kullanır. Fakat daha az su tüketilir ya da buharlaşma ile kaybolur.

2. Döngüsel/Kule (Kapalı devre) sistemler: Suyu çektikten sonra geri vermez, sistem içinde döndürürler. Bu sistemler, açık devre sistemlere göre daha az su çeker fakat daha çok suyu tüketir.

3. Susuz soğutma: Hava akımı ile soğutma yapılır. Bu sistemler, sulu sistemlere göre verimsiz ve devasa fanlar kullandıkları için pahalıdır.

Soğutma sistemlerinin, enerji üretim türlerine göre kullandıkları su miktarları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

ecw 1

Tablodan şu sonuçları çıkartabiliriz ki; her türlü yakıt için, açık devre sistemler kapalı devre olanlara göre çok daha fazla su kullanmakta ve dolayısıyla kuraklığa daha dayanıksız bulunmaktadır. Hangi soğutma sistemi kullanılırsa kullanılsın, en fazla su, nükleer santral soğutması için harcanmaktadır. Nükleeri sırasıyla kömür ve doğalgaz takip etmektedir. Doğalgaz santralleri, en verimli enerji santralleri oldukları için en az miktarda ısı açığa çıkmakta ve en az soğutmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Güneş ve rüzgar santralleri ise soğutmaya ihtiyaç duymazlar. Güneş yalnızca yıkama için çok az miktarda suya ihtiyaç duyar.

 

Su Koruma, Hava Kirliliği ve Karbondioksit Salınımları

Büyüyen elektrik talebini karşılamak için enerji sektörüne maliyet-etkin su koruma yöntemleri sunan alternatiflerin, aynı zamanda geleneksel hava kirleticilerini azaltmak ve sera gazı salınımlarını kesmek gibi faydaları da mevcut.

Enerji üretim türlerine göre çevresel performans verileri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

ecw 2

Tablodan anlaşılmaktadır ki, en maliyetsiz seçenek enerji verimliliği. Böylelikle hem enerji talebi azalmış, hem de yeni kapasite ihtiyacının önüne geçilmiş olunurken; diğer yandan soğutma suyu ihtiyacı ve emisyonlar düşürülüyor.

Enerji türleri arasından en az maliyetli olanı, doğalgaz. Üstelik dünya pazarında birinci sırada olan kömüre göre çevresel avantajları da dikkate değer. Doğalgazın soğutma suyu kullanımı kömürünkinin yarısı. Partikül madde ve sülfür dioksit salınımı hiç yokken, azot dioksit salınımı da kömüre göre %90 ve karbondioksit salınımları da %50 daha az.

Rüzgar enerjisinin devlet desteksiz halinde dahi maliyeti kömür ve nükleerden daha düşük, üstelik maliyetler düşmeye de devam ediyor. Rüzgar soğutma suyuna hiç ihtiyaç duymuyor ve hiç sera gazı salmıyor. Güneş enerjisi de oldukça olumlu bir çevre performansına sahip. Şu anki maliyetinde yüksek 60’lık düşüş görülüyor.

Nükleer ve kömür, suyu korumak yerine harcıyor. Nükleer aralarında en verimsiz olanı. Her ikisi de fazla miktarda soğutma suyuna ihtiyaç duyuyor. Susuz soğutma ise nükleer santrallerde güvenlik gerekçesi ile yapılamıyor.

 

Elektrik-Su Modellemesi

Bu araştırma, CNA Elektrik Su İlişkisi Modeli adı verilen, su kıtlığı ve su kullanımı baz alınarak tasarlanmış bir model; su kullanımının sınırsız olduğu bir ana senaryo ve farklı stratejilere göre senaryolar üzerinden işliyor. Çalışma Kuzey Çin, Hindistan, Fransa ve Teksas örneklerini içeriyor.

 

Su Sıkıntısı için Stratejiler ve Karbondioksit Salınımlarını Düşürmek

Enerji sektöründe suya bağımlılığı azaltmak için çalışma sonuçlarına göre beş ana strateji ortaya çıkıyor:

1. Enerji verimliliğini geliştirmek ve talep taraflı yönetim: Enerji verimliliğini arttırmak en etkili, en kolay sonuç veren ve en ucuz yol. Çalışmada Fransa örneğine yer veriliyor. Fransa’da enerji üretiminin %82 gibi büyük bir kısmı nükleere bağımlı. Örnekte enerji verimliliği sağlanarak talep %3 düşürüldüğünde 30 yıl içerisinde, sistem maliyetinde %5’lik azalma sağlanabiliyor. Fakat enerji verimliliği uygulanmadan, sadece yenilenebilir enerji teknolojilerinin enerji üretimindeki payını arttırma yöntemi denendiğinde; maliyetin %30 artacağı tahmin ediliyor.

2. Soğutmaya ihtiyaç duymayan yenilenebilir enerji teknolojilerinin geliştirilmesi: Termik santraller su sıkıntısıyla başa çıkamıyor. Yalnızca rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji teknolojileri bu sorundan muaf. Ayrıca çok açıkça çevresel avantajlara sahipler: su kullanımı yok, geleneksel hava kirleticileri yok, karbondioksit salınımı yok… Susuz soğutmalı kömür tesisleri de su harcamıyor fakat hava kalitesi ve sera gazları açısından bakıldığında yenilenebilir enerjiler ile yarışmaları mümkün değil. Doğalgaz kömüre göre iyi bir yerde durmakla birlikte yine de karbondioksit salımına neden oluyor. Ayrıca, hidrolik kırılma dolayısıyla güçlü bir sera gazı olan metan salımından da sorumlu. Çalışmada, Teksas örneğinde rüzgar enerjisi maliyetlerinin 30 yıl içerisinde %25 düştüğü durumda, toplam enerji üretimi içindeki payının %10’dan %40’a çıkacağı tahmin ediliyor. Rüzgar enerjisinin enerji üretiminde payı arttığı durumda su kullanımında azalma meydana gelirken, karbondioksit salınımları %20, geleneksel hava kirleticileri de %80 azalıyor. Rüzgar payının olmadığı durumda ise su kullanımı azalmadığı gibi karbondioksit salınımları da %10 artıyor.

3. Su sıkıntısı olan bölgelerde yeni su soğutmalı termo elektrik santrallerin yapımının engellenmesi: Enerji üretiminden kaynaklı su krizini engellemek için en basit yöntem, su kıtlığı olan bölglerde yeni termik santraller yapılmasını önlemek. Su kıtlığı bu tesislerin çalışmasını engelliyor. Diğer yandan akımın az olduğu sıcak dönemlerde doğayı korumak için tesislerin su deşarjının da önüne geçilmesi gerekiyor. Çalışmada Hindistan örneğinde, su kıtlığı ile birlikte elektrik talebi ve arzı arasında bir uçurum meydana geliyor. Kömüre olan talep kömür fiyatlarını yükseltirken, yenilenebilir enerji fiyatları düşüyor. Yenilenebilir enerjiye geçiş, kömürü terk etme ve enerji verimliliği ile su kullanımında azalmalar sağlanırken, hava kalitesi de yükseltiliyor.

4. İzleme, veri toplama ve analiz aşamalarının geliştirilerek politika üretme, planlama ve izin süreçlerinin düzenlenmesi: Birleşmiş Milletler Çevre Koruma Dairesi ya da Enerji Departmanı su politikaları modellemeleri yapıyor olsa da bu kurumların, ülkelerin yürütmeleri üzerinde bir yetkisi yok. Hükümetlerin kendi enerji politikalarını belirlemeye dair analizler, modellemeler yapması gerekiyor. Çalışma farklı enerji politikaları işletildiği takdirde, su kullanımı ve salınım değerlerinin nasıl değiştiğini gösteriyor.

5. Su kullanımı azaltan ve bununla birlikte başka çevresel faydaları da olan teknolojiler için araştırma ve kalkınma desteklerinin arttırılması: Enerji verimliliği, soğutmaya ihtiyaç duymayan yenilenebilir enerji teknolojileri, soğutma suyu için alternatifler, susuz soğutma gibi su koruma yöntemlerini uygulayabilmek için maddi destek gerekiyor.

 

Sonuç

Dünya genelinde enerji üretiminin birinci sırasında yer alan termik santraller aracılığıyla enerji üretimi, su krizi ile doğrudan bağlantılı. Bu durum enerji politikalarını ve planlamasını yeniden gözden geçirmeyi gerektiriyor.
Küresel su varlıkları, ekonomik büyüme, nüfus artışı ve iklim değişikliği baskısı altında. Talep artışıyla tarım, sanayi, belediyeler ve enerji sektörünün faaliyetleri kısıtlı su kaynakları üzerinde bir yarış halini alıyor.
Bu çalışma, sorunun maliyet-etkin bir çözümünün olabileceğini ve üstelik bu çözümün hava kalitesi ve sera gazı salınımlarının azaltılması gibi yan faydalarının olacağını da öne sürüyor. Çözümün yolu, enerji verimliliğinden, soğutmaya ihtiyaç duymayan yenilenebilir enerji teknolojilerinden ve kömürü terk etmekten geçiyor.

 

Kaynak: CNA