Yenilenebilir Enerji Arayışı: Derin Okyanus Akıntıları

İklim değişikliğinin etkilerini fazlasıyla hissettiğimiz bu yüzyılda, bütün ülkeler yeşil enerji kaynaklarını çeşitlendirmeye çalışıyor. Ancak söz konusu enerji kaynaklarının tüm ülkelere eşit dağılmadığı da aşikar. Örneğin Japonya ortalamanın altında bir güneş enerjisine; Batı Avrupa ve ABD’nin çok altında bir rüzgar enerjisi potansiyeline sahip. Ayrıca elektrik tüketimi açısından da dünyada beşinci sırada yer alıyor. Fukushima felaketinin ardından nükleer enerji politikalarını devam ettirmesi de oldukça zor. Dolayısıyla enerji konusunda bağımsızlığını korumak isteyen Japonya’nın, çoğu ülkeden daha fazla inovasyona ihtiyacı olacağı kesin. Derin okyanus akıntıları ile elde edilen su altı akıntı enerjisi, bu inovasyon çalışmalarından en önemlileri arasında.

Japonya’nın sahip olduğu en önemli avantajlardan biri, çok uzun bir kıyı şeridine ve dünyanın en büyük karasularından biri üzerinde kontrole sahip olması. Bu da Japonya’yı okyanus temelli enerji fikirleri üzerinde avantajlı hale getiriyor. Halihazırda özellikle gelgit türbinleri üzerinden güvenilir ve stabil enerji üretimi zaten yapılıyor. Buna en güzel örnek, dünyanın en büyük gelgit türbini olan 2 MW‘lık Orbital O2. Temmuz 2021’den beri İskoçya’nın Orkney Adalar’ından Birleşik Krallık için enerji üretiyor. Ancak Japonya’nın gelgit potansiyeline sahip alanlarında çok fazla nakliye trafiği oluyor. Bu da gelgit türbini fikrini geçersiz kılıyor.

Gelgit Türbinlerine Mükemmel Bir Alternatif

Bunun yerine, Japon şirketleri IHI ve NEDO, son derece stabil enerji sağlayabilecek başka bir güvenilir enerji kaynağı üzerinde deneyler yapıyor: Okyanus akıntıları!

Okyanus akıntıları, iyi bir gelgit noktasına göre daha az istifade edeceğiniz bir akış sunar. Örneğin Orbital O2, nominal güç çıkışını 2.5-4.5 m/s arasındaki su hızlarıyla sağlar. Buna karşın Kuroshio okyanus akıntısı ise yaklaşık 1-2 m/s gibi bir hızla akar. Ancak bu akıntının, güneydoğu kıyılarının açığındaki 100 km’lik mesafede, saniyede 65 milyon metreküplük bir su hareketine neden olduğu tahmin ediliyor.

Dolayısıyla buralarda akıntı türbinleri için çok büyük bir potansiyel var. İletim hatları üzerinden yaklaşık 205 GW’lık bir enerjinin aktarımı söz konusu. IHI ve NEDO firmaları 2011’den beri bu konu üzerinde çalışıyor. 2017’den bu yana ise küçük ölçekli 100 kW’lık bir akıntı türbinini test ediyorlar.

Kairyu isimli bu akıntı türbini, Orbital O2‘ye benzer şekilde okyanus tabanına demirli vaziyettedir. Ancak O2‘nin, Kairyu‘nun aksine yüzeyin sadece birkaç metre altındaki akıntıları kullandığını ve yön değiştirdiğini belirtelim. Kairyu ise dalgaların olduğu yüzeyin yaklaşık 50 metre altında görevini yapıyor. Tabi ki okyanus akıntıları ile enerji toplamak için en verimli yer bu nokta değil. Yüzeye daha yakın olmak daha fazla enerji demek. Ancak bölgede bazen 20 metreden daha yüksek dalgalara neden olan tayfun koşulları yaşanıyor. Bu nedenle türbinleri su altında daha derinlerde tutmak esasen bir güvenlik önlemi tercihi.

Su Altı Akıntı Türbini Yapısı

Kairyu’nun üç silindirik şamandırasının her biri yaklaşık 20 metre uzunluğunda. Üç şamandıranın toplam genişliği de yine 20 metre civarında. Dıştaki iki şamandıra, tork kuvvetlerini dengelemek için ters dönmeye ayarlanmış 11 metre çapında değişken hatveli çift kanatlı türbin rotorlarına sahip. Bu rotorların her biri 50 kW’lık bir jeneratörü döndürüyor. Bu noktada kısaca sabit ve değişken hatveli kanat arasındaki farka değinelim. Sabit hatveli kanatlar doğrudan motorla bağlantılıdır. Dolayısıyla pervanenin ilk montaj esnasındaki açısı neyse onu korur. Değişken hatveli bir kanatta ise bu açılar motordan bağımsız olarak operatör tarafından ayarlanabilmektedir.

Kairyu’nun tasarımında bulunan su basıncı sensörleri, türbinin derinliğini değerlendirir. Buna göre de hidrostatik kaldırma ayar sistemi ile konumunu otonom olarak yönetir. Benzer şekilde, akıntı hız sensörleri, maksimum verimlilik için kanatların eğimi konusundaki kararlara etki eder. Diğer konum sensörleri de şamandıraların arkasındaki konum kontrol cihazlarını kullanarak sapma ve dönme açılarının kontrol edilmesini sağlar. Bakımın gerekli olduğu yerlerde Kairyu sadece kaldırma kuvvetini yükselterek su yüzeyine çıkar. Bu sebeple Orbital O2 gibi eklemli kollara ihtiyaç duymaz.

Okyanus Akıntılarının Diğer Yeşil Enerji Kaynaklarına Göre Avantajı Nedir?

Kairyu yaklaşık 3.5 yıllık bir süre boyunca tüm testlerden başarıyla geçti. IHI firması tam ölçekli bir üretim versiyonu için türbini 40 metre uzunluğundaki kanatlarla 2 MW‘a kadar ölçeklendirmeyi hedefliyor. Hedef lansman tarihi olarak 2030 yılı belirlenmiş durumda. IHI, derin okyanus akıntıları kaynaklı enerjinin, Japonya güneş enerjisi fiyatlarıyla rekabet edecek seviyede olmasını bekliyor. Sistem güçlendikçe uzak adalar için düşük maliyetli bir enerji kaynağı olarak önemli bir alternatif olacak gibi duruyor.

Tabi ki burada en önemli konu maliyet. Bu teknoloji ekonomik ölçekte çalışırsa Japonya’nın karbondan arınma çabalarına büyük katkı sunacak. Teknolojinin ihracını düşündüğümüzde diğer ülkeler için de güvenilir bir yeşil enerji kaynağı olma potansiyeli var. Japonya’da güneş enerjisi %15, rüzgar türbinleri %29‘luk bir kapasite faktöründe çalışıyor. Akıntı enerjisi için bu oran %70 seviyesinde. Bu da %80’le çalışan kömür esaslı elektrik santrallerine çok yakın bir oran.

İklim değişikliği araştırmalarına göre gezegenimiz ısındıkça Kuroshio gibi okyanus akıntıları daha da güçlenecek. Yani önümüzdeki yıllarda bu cihazların sağlayacağı verimin artış potansiyeli oldukça yüksek. İklim değişikliğini önlemede çok büyük katkı sağlayacak olan bu proje, insanların en az olumsuz sonuçla doğadan enerji elde etmeye çalıştığı dahice bir yolu temsil ediyor.

• [1] Japan tests deep-ocean current turbines in search of new renewables