Hidroenerjiden yararlanma

Dubai, BAE 19 Nisan 2023

Suyun hareket etmesiyle elde edilen hidroenerji, toplumumuzun karşılaştığı en büyük iki sorun olan iklim değişikliği ve enerji güvenliği için en umut verici çözümlerden biri olarak görülmektedir.

BM 6. Çevre İcra Direktörü ve Birleşmiş Milletler Genel Sekreter Müsteşarı. Norveç Çevre ve Uluslararası Kalkınma Eski Bakanı

BM eski diplomatı ve Norveç Çevre ve Uluslararası Kalkınma eski Bakanı sayın Erik Solheim yazısında “Sürdürülebilir hidroenerji ile net sıfır hedeflerini gerçeğe dönüştürebiliriz. Yenilenebilir ve dayanıklı bir enerji sistemi oluşturabiliriz” ifadelerini kullandı[1].

Net sıfır karbon emisyonu hedefine ulaşmak amacıyla hidroenerji teşvik kampanyasını destekleyen Solheim, kömür ve diğer fosil yakıtların değiştirilmesinin ve enerji güvenliğinin sağlanmasının farklı teknolojiler arasında seçim yapmaktan ziyade tüm yeşil enerji kaynaklarının benimsenmesi anlamına geleceğini savunuyor.

Solheim ve diğer birçok kişi tarafından öne sürülen argüman, dünyanın en büyük yenilenebilir enerji kaynağı olan hidroenerjinin, emisyonların azaltılmasına zaten muazzam bir katkıda bulunuyor olması ve kömüre kıyasla dört milyar tona kadar ek sera gazı emisyonunu önlemesidir.

Öte yandan çok daha fazlası başarılabilir. Hidroenerji, yalnızca dünya genelindeki potansiyel hidroenerji sahaları açısından değil, aynı zamanda su kaynaklarını sürdürülebilir bir şekilde geliştirmek için teknik bilgi ve teknoloji açısından da net sıfırın sağlanmasında önemli bir rol oynayabilir.

Büyümenin ateşlenmesi

Hidroenerjinin kökleri çok eski çağlara dayanır. Yunanlılar 2000 yılı aşkın bir süre önce buğdayı öğütmek için su tekerlekleri kullanırken Mısırlılar M.Ö. 3. yüzyılda sulama için Arşimet’in su vidaları kullanmıştır.

Fransız mühendis Bernard Forest de Bélidor (1698-1761) hidrolik ve balistik bilimini geliştirmede önemli bir rol oynamıştır.

Modern hidroenerji türbininin gelişimi, 1700’lü yılların ortalarında Fransız hidrolik ve askeri mühendis Bernard Forest de Bélidor’un mühendislik mekaniği, değirmenler ve su çarkları, pompalar, limanlar ve deniz çalışmalarının ilkelerini açıklayan dört ciltlik Architecture Hydraulique[2] (Hidroliğin Mimarisi) eserini yazmasıyla başlamıştır.

19.yüzyılın sonunda, hidroenerji tasarımında ABD’nin öncülük ettiği birçok küçük hidroenerji santrali, türbinleri kullanarak suyun hareketinden elektrik üretiyordu[3].

Ayrıca ABD, artan enerji talebini karşılamada ne kadar etkili olabileceğini göstererek hidroenerjinin benimsenmesinde dünyaya öncülük etmiştir.

Başkan Roosevelt, 1930’lardaki Yeni Düzen (New Deal) programında Hoover ve Grand Coulee barajları gibi çok amaçlı birçok önemli projenin inşa edilmesini desteklemiş, böylece 1940 yılına kadar ülkenin elektrik üretiminin %40’ının hidroenerjiden elde edilmesi sağlanmıştır.

1940’lardan 1970’lere kadar Batı Avrupa’nın yanı sıra eski Sovyetler Birliği, Kuzey Amerika ve Japonya’da devlete ait kamu hizmetleri aracılığıyla önemli hidroenerji tesisleri inşa edilmiştir.

Hoover Barajı. Fotoğraf Sahibi © Ryan Thorpe

Brezilya ve Çin, 20. yüzyılın son birkaç yılında hidroenerji alanında dünya lideri haline gelerek ekonomilerinin büyümesine ve alüminyum eritme tesisleri ve çelik üretim tesisleri gibi enerji yoğun endüstrilerin gelişmesine yardımcı olmuşlardır. 2020 yılına kadar son 20 yılda toplam kapasitesi küresel olarak %70 artan hidroenerji, kömür ve doğal gazdan sonra üçüncü en büyük kaynak olarak küresel elektrik üretiminde altıncı olmuştur[4].

Hidroenerji santralleri

Bugün, dünya genelinde faaliyette olan çok sayıda farklı hidroenerji teknolojisi bulunmaktadır. Karasal hidroenerji santralleri üç ana türdedir[5]. Nehir akışı tesisleri, jeneratörleri çalıştırmak için su akışını kullanır. Normalde sürekli bir enerji akışı sağlarlar, ancak uzun süre su depolayamadıkları için yalnızca nehir akışı ile aynı oranda bir güç sağlayabilirler.

Diğer iki karasal hidroenerji santrali türü daha esnektir. Tepe yamacındaki su depoları, gerektiğinde türbinlere güç vermek için serbest bırakılabilecek şekilde suyu depolar. Pompalı Depolama Tesisleri (PSP), şarj edilebilir su aküleri olarak işlev gören su depolarıdır. Talep düşükken güç fazlası ortaya çıktığında depoya su pompalarlar ve talep yüksekken bunu azaltarak türbinden elde edilen enerjiyi elektrik üretimine yönlendirirler.

Pompalı bir hidroenerji tesisinin enerji depolama kapasitesi iki su deposunun büyüklüğüne bağlıdır; üretilen güç miktarıysa türbinin boyutuna bağlıdır. Kabaca iki olimpik yüzme havuzu büyüklüğünde ve aralarında 500 metrelik bir yükseklik farkı olan iki su deposu bulunan bir tesis, 3 megavat (MW) kapasite sağlayabilir ve 3,5 megavat saate (MWsa) kadar elektrik depolayabilir. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA), Pompalı Depolama Tesislerinin 2030’a kadar küresel hidroenerji kapasite genişlemesinin %30 veya 65 GW’lık kısmını oluşturacağını ve bu oranın geleneksel akülerin depolama kapasitesini önemli ölçüde aşacağını tahmin ediyor[6].

Dördüncü hidroenerji türü gelgit güç kaynağıdır ve bu da yeni bir şey değildir. Gelgit enerjisi, 1068 yılında tamamlanan Kıyamet Kitabı (Domesday Book) isimli eserde bahsedilen Eling Getgit Değirmeni[7] gibi su değirmenlerinde yüzlerce yıldır kullanılmaktadır. Prensibi basittir; gelgit yükseldiğinde tek yönlü kapılara doğru suyu iter ve değirmen havuzunu doldurur, ardından gelgit suları çekilirken su çarkına güç vermek için biriktirilen su serbest bırakılır.

Gelgit barajı[8] ve gelgit lagün düzenleri aynı şekilde çalışır, gelgit yükseldiğinde suyu hapseder ve ardından türbinlerin bulunduğu kanallardan geçmesi için suyu serbest bırakır. Gelgit akış jeneratörleri, rüzgar türbinleri gibi çalışır, böylece gelgit suları içeri ve dışarı akarken türbinin çarklarını iter. Dinamik gelgit gücü düzenleri, kıyıya doğru dik açıyla uzanan uzun duvarlara bağlıdır. Gelgit duvardan geçerken, duvarın bir tarafında sıkışarak tepe oluşturur. Yüksekteki bu suyun duvardan sadece jeneratörlerden geçen belirli yollardan akmasına izin verilir.

Net sıfıra katkıda bulunma

Hidroenerjiyi bu kadar çekici kılan özellik, bitmek bilmeyen bir güç kaynağı olan yer çekimine dayanmasıdır. Su, yalnızca yer çekimi gücünün kullanıldığı bir araçtır. Bu da hidroenerjiyi, fosil yakıt kullanımını sonlandırmaya ve net sıfır karbon emisyonu hedefini karşılamaya çalışan bir elektrik şebekesinde güneş ve rüzgar enerjisi için ideal bir tamamlayıcı haline getirir.

Nükleer, kömür ve doğal gaz gibi diğer enerji santrallerine kıyasla üretimlerini hızlı bir şekilde artıran veya azaltan çoğu hidroenerji santrali, talepteki değişikliklere çok hızlı bir şekilde yanıt verebilir. Yani güneş gökyüzünde bulunmadığında ve rüzgar esmediğinde hidroenerji devreye girerek güneş veya rüzgar enerjisi kaynaklarındaki herhangi bir eksikliği telafi edebilir.

Talep üzerine büyük miktarlarda düşük karbonlu elektrik tedarik etme potansiyeliyle hidroenerji, güvenli ve temiz elektrik sistemleri inşa etmek için önemli bir varlıktır. 2050 yılına kadar Net Sıfır: Küresel Enerji Sektörü için bir Yol Haritası[9] isimli IEA raporu, hidroenerjiyi “günümüzde en büyük düşük karbonlu elektrik kaynaklarından” biri ve net sıfıra geçiş için “gerekli bir kurulum” olarak tanımlıyor.

IEA rakamlarına göre[10], hidroenerji santralleri dünyanın esnek elektrik kaynağı kapasitesinin neredeyse %30’unu oluşturuyor, ancak daha da fazlasını sağlama potansiyeline sahipler.

Ancak IEA raporu karışık haberler veriyor.

Olumlu yönlerine baktığımızda hidroenerjinin ekonomik olarak uygulanabilir potansiyelinin yaklaşık yarısına el değmemiş olarak durduğu görülüyor[11]. Bu potansiyel, yükselen ekonomilerde ve gelişmekte olan ekonomilerde özellikle çok yüksek olup neredeyse %60’a ulaşmaktadır. Ancak hem Kuzey Amerika’daki hem de Avrupa’daki tesisler ortalama olarak 45 yaşından büyüktür. Beklenen çalışma ömrü 55 yıllık olan bu tesisler, verimli bir şekilde yenilenebilir enerji üretmek için şimdi büyük yatırımlara ihtiyaç duyuyor. Mevcut tesislerdeki modernizasyon çalışmalarının bu on yıldaki toplam hidroenerji yatırımının neredeyse %90’ını oluşturduğu tahmin ediliyor ancak bu bile yeterli olmayabilir.

Hidroenerji politikası

Hem yerel hem de uluslararası düzeyde hidroenerji projelerinin en büyük zorluklarından biri, herkese fayda sağlayan adil bir orta nokta bulmaktır. Çoğu zaman kazananlar ve kaybedenlerin arasında net bir çizgi vardır. Örneğin, Brezilya ve Paraguay’ı birbirine bağlayan Itaipu Barajı, Paraguay’ın 1965’teki Brezilya işgalini sona erdirmek için ödediği bir bedeldi[12]. O kadar büyük bir göl yarattı ki o zamana kadar dünyanın en yüksek şelalesi olan Guairá Şelaleleri sular altında kaldı. Itaipu Antlaşması’nın şartları uyarınca, Paraguay yarı pay hakkına sahip olduğu enerjinin kendi başına tüketmediği her megavatını Brezilya’ya satmak zorundadır ve diğer ülkelere satış yasaktır.

Barajın ve 14.000 MW’lık hidroenerji santralinin inşası, Paraguay hükümetinin altından kalkamayacağı ve ödemesini ancak 2023 yılında yapabileceği 2 milyar ABD doları tutarında bir kredi almak zorunda kalması anlamına geliyordu.

Çin’in hidroenerji tutkusu, Yellow ve Yangtze gibi yalnızca Çin’de akan nehirlerde değil, aynı zamanda denize akarken birçok ülkeden geçen Mekong ve Brahmaputra gibi diğer nehirlerde de büyük barajlar inşa etmesine yol açmıştır[13]. Mekong’da halihazırda Çin’e ait 11 baraj var ve sekiz tane daha yapılması planlanıyor. 2021’deki bir kuraklık sırasında nehrin suları o kadar azalmıştı ki Kamboçya’nın büyük bir hidroenerji santralini kapatması gerekti ve değişen su debisi neticesinde artan tuzlu su nedeniyle Vietnam’ın tahıl ambarı olan Mekong deltası ve Kamboçya balık stokları büyük zarar gördü.

Çevresel endişeler bazı ülkelerin yeni hidroenerji projelerinin başlatılıp başlatılmayacağını sorgulamasına yol açmıştır. Örneğin, Moğolistan’da Çin’in finanse ettiği 90 MW’lık Erdenburen tesisi, bu mega projenin Ramsar sulak alanlarına zarar verme ve yerel toplulukları yok etme potansiyeli ile ilgili endişe duyan grupların itirazlarıyla karşı karşıya kaldı. Bunlar yaşanırken, Kasım 2022’de ABD Federal Enerji Düzenleme Komisyonu, nesli tükenmekte olan balıkların yaşam alanlarını yeniden hayata döndürmek için ABD tarihindeki en büyük baraj kaldırma girişimi olarak California-Oregon sınırındaki dört barajın devre dışı bırakılması emrini verdi[14]. Bu girişimle, Chinook somonunun ve nesli tükenmekte olan coho somonunun Pasifik Okyanusu’ndan akıntıya karşı ilerleyerek ulaştıkları üreme alanlarının ve yavru balıkların denize geri döndüğü Klamath Nehri’nin rehabilite edilmesi hedeflenmektedir. Elektrik dağıtım şirketi PacifiCorp, barajın kaldırılması için 200 milyon ABD doları katkıda bulunurken, Californialı seçmenler eyalet için ek 250 milyon ABD doları sağlayan bir ek fonu onayladı[15].

Bu gibi konulara ilişkin endişeler ve baraj yapısının çevresel ve sosyal etkileri, Uluslararası Hidroenerji Birliği’nin (IHA) Hidroenerji Sürdürülebilirlik Değerlendirme Protokolü’nü (HSAP) geliştirmesine yol açmıştır.

HSAP, 24 çevresel, sosyal, teknik ve ekonomik konuda bir hidroenerji projesinin yaşam döngüsünün her aşamasında iyi ve en iyi uygulamaları tanımlayarak^[16] bir projenin genel sürdürülebilirliği hakkında daha net bir tablo sunar.

Ayrıca toplumsal cinsiyet sorunları ve insan hakları gibi birbirinden bağımsız çıkar gruplarına dair birden fazla alanda öne çıkan hususları da içerir.

Hidroenerjinin ironilerinden biri, büyük potansiyeline rağmen, büyük olasılıkla iklim değişikliğinin, özellikle de hava durumu modellerinin etkilerinden en çok etkilenen yenilenebilir enerji kaynağı olmasıdır. Örneğin, 2022 yılında Avrupa’nın pek çok bölgesinde yaşanan kuraklıklar, akarsu debilerinin azalarak çok sayıda hidroenerji santralindeki su rezervlerinin normal seviyeye ulaşamamasına neden oldu. Bunun sonucunda, 2022 yılında Avrupa’daki hidroenerji santrallerinin ürettiği enerji miktarı 2021 yılında elde edilen enerjinin oldukça altındaydı[17].

Nature Climate Change[18]’deki bir makaleye göre ABD’de, özellikle son 1000 yılın en sert kuraklığından muzdarip olan güneybatı bölgesinde de benzer bir tablo var. Ağustos 2022’de federal hükümet Nevada ve Arizona için bir diğer su kesintisi uygulaması olacağını duyurdu.

Amerika’nın yenilenebilir enerjisinin yaklaşık %32’si 2021’de hidroenerji kaynaklarından elde edildi ve bunların %44’ü California, Oregon ve Washington’da üretildi, ancak kuraklık şimdiden etkisini gösteriyor. 2021 yılında elektrik üretimi için gereken su seviyesine ulaşılamadığı için California, eyaletin en büyük su rezervlerinden biri olan Oroville Gölü’ndeki bir elektrik santralini kapattı. Genel olarak, California’nın hidroenerji üretimi 2019’dan bu yana %62 oranında düştü ve eyalet, bu açığı kapatmak için doğal gaza geçti.

Gözler İnovasyonda

Hidroenerji teknolojisinde iklim değişikliğinin etkilerini azaltabilecek ve mevcut altyapıdan yararlanabilecek olumlu gelişmeler yaşanıyor. ABD’deki Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi[19], mevcut elektriksiz barajların, kanalların ve su yollarının elektrik üretmesini sağlayacak alçak irtifalı hidroenerji araştırmalarına fon sağlıyor. “Alçak irtifalı” ifadesi basitçe 2 ila 20 metre arasında değişen bir yükseklik farkında çalışan hidroenerji santrallerini ifade eder.

Percheron Power’ın kompozit Arşimet hidrodinamik vidası. Fotoğraf Sahibi © Utah Devlet Üniversitesi izniyle

Örneğin Percheron Power[20], hafif reçine transfer kalıplama adı verilen gelişmiş bir üretim yöntemi kullanarak kompozit malzemelerden üretilen yeni nesil bir Arşimet hidrodinamik vida türbini geliştirmiş ve test etmiştir. Bu malzeme, çelikle karşılaştırıldığında daha düşük üretim maliyetlerine, atığa ve emisyonlara sahiptir ve çelikle aynı yapısal özelliklere sahip olmalarına rağmen, kompozit türbinlerin %25 ila %30 daha hafif olmasını sağlar.

Kompozit kanatlar, kalıplama aşamasında jelle kaplanır; böylece astarlara veya korozyona dayanıklı boyalara ihtiyaç duymazlar ve çelik türbin bıçağının aksine ayrı ayrı değiştirilebilirler.

Başka bir örnekte Natel Energy, Schneider Linear hydroEngine™ için güvenilir bir güç aktarma organı tasarladı, inşa etti ve faaliyete geçirdi. Bu güç aktarma organı, sermaye ve bakım maliyetlerini azaltarak megavat saat başına yaklaşık 2 ABD doları tutarında enerji maliyeti tasarrufu sağlayan yeni alçak irtifalı hidroenerji kapasitesinin geliştirilmesini sağlıyor[21].

Geleceğin finansmanı

Teknolojik yenilikler ancak bir yere kadar gidebilir. Teknolojik ilerlemeler hidroenerji üretimini daha verimli ve esnek hale getirmiş olsa da ortalama yatırım maliyetleri büyük ölçüde değişmemiştir. IEA daha fazla finansal yenilik görmek istiyor. Hidroenerjinin, elektrik kaynaklarının güvenliğini artırmada oynayabileceği rolün gelişmiş ekonomilerde değerinin yeterince anlaşılmadığını ve hak ettiği yerde olmadığını öne sürüyor. Gelişmekte olan ekonomilerse sürdürülebilir hidroenerji tesisleri inşa etmek için uygun fiyatlı finansmana ihtiyaç duyuyor.

Gelişmiş ekonomilerin hidroenerjiden en iyi şekilde yararlanabilmesi için devlet garantileri, uzun vadeli sözleşmeler ve ücret güvencesini artırmak için alacakları diğer önlemlerle yatırımla ilgili riskleri azaltmaları gerekir[22]. Avrupa ve Kuzey Amerika’da, büyük projelerin yapılabileceği en fazla ölçek ekonomisi sağlayan tesislerin çoğu zaten geliştirilmiştir, ancak yeni küçük hidroenerji santralleri, güneş ve rüzgar enerjisi kapasitesinin entegrasyonunu sağlarken düşük karbon üretimi için önemli bir kaynak da sağlayabilir[23]. Gelişmekte olan ekonomiler söz konusu olduğunda IEA, hidroenerjinin, riski uygun paydaşa tahsis eden kamu ve özel sektör ortaklıkları gibi yenilikçi iş modellerine ihtiyaç duyduğunu savunur[24].

Malcolm Turnbull, Avustralya eski başbakanı ve Uluslararası Hidroenerji Birliği yönetim kurulu üyesi

Hidroenerji destekçileri haklı olarak enerji güvenliğini iyileştirme, karbon emisyonlarını azaltma ve refahı artırma potansiyeline sahip olduğuna inanmaktadır, ancak jeopolitik zorluklar ve net finansal teşviklerin eksikliği bir araya gelerek büyümesini engelliyor.

Avustralya’nın eski başbakanı ve Uluslararası Hidroenerji Birliği yönetim kurulu üyesi Malcolm Turnbull, hidroenerji hakkında şunları söyledi: “Bu teknolojiyi küresel çapta yaygınlaştırmanın önündeki temel engel, büyük ölçekte rüzgar ve güneş enerjisi kurulumlarını mümkün kılan türde uygun pazar mekanizmalarının burada olmamasıdır. %100 karbondan arındırılmış şebekeler sunmak için ihtiyaç duyduğumuz tüm teknolojilere zaten sahibiz. İhtiyacımız olan şey, siyasi irade.”[25] Net sıfıra doğru küresel yolculuğumuz hız kazandığında umarım siyasi irade çok geride kalmaz.

Abdul Latif Jameel’de enerji sektörünü karbondan arındırmanın hepimiz için bir öncelik olması gerektiğini biliyoruz. İster suyun gücünden yararlanmak ister güneşin potansiyelini ortaya çıkarmak olsun, enerjinin geleceği güçlü bir şekilde yenilenebilir enerjidedir. Bu nedenle, amiral gemisi yenilenebilir enerji işletmemiz FRV ve onların enerji inovasyonu uzmanı ve kuluçka merkezi FRV-X aracılığıyla şu anda 18 ülkede faaliyet gösteriyoruz. FRV, 2021 başında 2 GW olan dünya çapında toplam kurulu proje kapasitesini önümüzdeki dört yıl boyunca ikiye katlayarak 2025 yılına kadar 5 GW’a ulaştırmak için 1,5 milyar ABD dolarından fazla varlığa yatırım yapmayı planlıyor.

Fady Jameel
Abdul Latif Jameel
Başkan Vekili ve Yönetim Kurulu Başkan Yardımcısı

Ana odak noktası büyük ölçekli güneş enerjisi santralleri, akü depolama ve rüzgar projeleri olmaya devam edecek olsa da FRV ayrıca tüm temiz enerji çözümlerini kapsayacak şekilde faaliyetlerinin kapsamını genişletiyor ve son müşterilere yönelik ticari odak noktasını artırarak faaliyetlerini dikey olarak genişletiyor.

Abdul Latif Jameel Başkan Vekili ve Yönetim Kurulu Başkan Yardımcısı Fady M. Jameel, “Muhtemelen hiçbir yenilenebilir enerji kaynağı tek başına net sıfır hedefini yakalamak için tüm çözümleri sunamaz.

Ancak hidroenerji teknolojisi, toplumumuz ve gezegenimiz için daha sürdürülebilir bir geleceğe güç sağlamak için neredeyse sınırsız bir enerji kaynağı olan suyu kullanarak enerji geçişinin merkezinde olma potansiyeline sahiptir.” diyor, Abdul Latif Jameel Başkan Vekili ve Yönetim Kurulu Başkan Yardımcısı Fady M. Jameel.

[1] https://www.hydropower.org/blog/with-hydropower-we-can-create-a-renewable-and-resilient-energy-system

[2] https://www.energy.gov/eere/water/history-hydropower

[3] https://www.hydropower.org/blog/blog-hydropower-growth-and-development-through-the-decades

[4] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf

[5] https://www.economist.com/the-economist-explains/2022/12/05/can-hydropower-help-ease-europes-energy-crisis

[6] https://oxfordbusinessgroup.com/news/storage-technology-could-elevate-hydropower-role-global-energy-transition?utm_source=Oxford%20Business%20Group&utm_medium=email&utm_campaign=13441313_ESG_Hydropower_September%201&utm_content=eu-september-2022&dm_i=1P7V,803DT,QZEKVW,WQ8U8,1

[7] https://www.elingexperience.co.uk/a-brief-history

[8] http://tidalpower.co.uk/tidal-power-schemes

[9] https://iea.blob.core.windows.net/assets/7ebafc81-74ed-412b-9c60-5cc32c8396e4/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector-SummaryforPolicyMakers_CORR.pdf

[10] https://www.iea.org/reports/hydropower-special-market-report/executive-summary

[11] https://iea.blob.core.windows.net/assets/83ff8935-62dd-4150-80a8-c5001b740e21/HydropowerSpecialMarketReport.pdf

[12] https://www.economist.com/the-americas/2019/08/22/a-secret-hydropower-deal-with-brazil-causes-a-political-crisis-in-paraguay