Toprak Isı Depolama, Yenilenebilir Enerji Depolama Sorununu Çözebilir

Geniş Ölçekli Enerji Depolama Gerekiyor

Saatlerce ya da günlerce büyük miktarda enerji depolayabilen batarya sistemlerine olan ihtiyaç giderek artıyor. Bunun nedeni, güneş ve rüzgar enerjisinin kesintili olması, gün içinde ve günler arasında dalgalanmasıdır.

Soğuk iklimlerde durumu daha da kötüleştiren şey, genellikle sıcaklıkların özellikle düşük olduğu zamanlarda binaları ısıtmak için enerji tüketiminin artmasıdır. Bu yüzden gökyüzü bulutlu olduğunda ya da güneş panelleri karla kaplı olduğunda enerji talebi en yüksek seviyededir.

Elektrikli araçlarda kullanılan lityum‑iyon bataryalarının ölçekli bir çözüm olması pek olası değildir. Bunlar çok pahalı, yeterince dayanıklı değil ve çok fazla hammadde tüketiyor.

Bu yüzden, kamu ölçeğinde enerji depolama için birçok farklı alternatif batarya kimyası değerlendirildi. Bu seçeneklerin çoğunu “Enerji Depolamanın Geleceği – Kamu Ölçeğinde Batarya Teknolojileri” adlı makalemizde inceliyoruz; lityum demir fosfat, sodyum‑iyon, redoks akış, demir‑hava, eriyik metal, nikel‑hidrojen, sodyum‑kükürt vb.

Bu bataryaların hepsi bir şekilde enerjiyi elektrik olarak depolar, genellikle bir metalin oksidasyon ve redüksiyon süreçleriyle.

Sorun şu ki, demir ya da alüminyum gibi çok yaygın metaller bile hâlâ büyük miktarda madencilik gerektirir. Peki enerjiyi başka bir biçimde depolasaydık ne olurdu?

Isı Depolama

Enerjiyi depolama aracı olarak elektriği kullanmadan depolamanın şaşırtıcı derecede çok sayıda seçeneği vardır. Bunları “Enerji Geçişi İçin Kimyasal Olmayan Batarya Alternatifleri” adlı makalemizde daha ayrıntılı inceledik. Bu seçenekler şunları içerir:

• Sıkıştırılmış hava.
• Yerçekimi bataryaları (kayalar, pompalı hidroelektrik).
• Isı bataryaları.
• Uçuş tekerlekleri.
• Termal güneş.

Bu seçeneklerin her biri, bataryalar ve batarya dışı çözümler, avantaj ve dezavantajlara sahiptir. İdeal enerji depolama çözümü birkaç özelliği karşılamalıdır:

• Metal ve nadir malzemelere ihtiyaç duyulmamalı.
• Uzun süreli enerji depolama, ideal olarak birkaç hafta ya da ay aralığında.
• Düşük maliyet.
• Mevcut yerler ya da kaynaklar tarafından sınırlanmadan kolayca ölçeklenebilir.
• Minimum kayıpla tekrar elektriğe dönüştürülebilmeli.

İlk 4/5 kriter için ısı depolama bu şartları karşılar. “Isı Bataryaları, Metal Madenciliğine Gereksinim Duymadan Hızla Olgunlaşıyor” adlı özel makalemizde bazı olası “ısı bataryası” teknolojilerini inceledik.

Ancak bu çözümler bile depolama kapasitesinin bir miktar üretimini gerektirir; örneğin devasa izole silolar içinde kum ya da 1500°C’ye ısıtılmış saf karbon blokları.

Litvanya’daki Kaunas Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, binaların altındaki toprağa doğrudan enerji depolama olasılığını, ek bir üretim gerektirmeden araştırıyor.

Bulgularını, “Sustainability” dergisinin özel bir sayısında, “Bina Enerji Verimliliğini Artırmak İçin Altındaki Toprağı Termo‑Akümülatör Olarak Kullanma Araştırması” başlığıyla yayımladılar.

Toprak Termal Kapasitesi

Topraklar mineral ve su karışımı içerdiği için büyük bir termal kütleye sahiptir; bu, belirli bir hacim ya da kütle için depolayabileceği ısı formundaki enerji miktarıdır. Toprağın fiziksel yapısı, organik madde içeriği, dokusu ve mineral bileşimi gibi özellikleri, toprağın termal değişkenliğini belirler.

Bu nedenle, toprak belirli bir derinliğin (genellikle 2‑3 metre / 6,5‑10 feet) altında daha sabit bir sıcaklık tutar ve bu, bölgenin yıllık ortalama sıcaklığını yansıtır.

Kaynak: MDPI

Bu prensip, jeotermal ısı pompaları tarafından kullanılır; bu pompalar, yazın toprakta depolanan ısıyı kışın evleri ısıtmak için kullanır, çok daha soğuk yüzey havasından ısı pompalamaya çalışmak yerine. Sıcak iklimlerde ise, yer yüzeyinin gündüz ve yaz boyunca daha sıcak olduğu durumlarda, toprak daha soğuk kalır ve tersine çalışabilir. Aynı prensipler jeotermal sera sistemlerinde de uygulanmaktadır,

Termal Difüzyonun Ölçülmesi

Deneysel Kurulum

Toprakta birden fazla katmanda termal difüzyonu analiz eden ve yıl boyunca ölçen çok az test yapılmıştır; bu, toprağın pratik bir termal batarya olarak potansiyelini doğru bir şekilde anlamamızı sağlar.

Bu nedenle, araştırma farklı derinliklerde birden fazla ölçüm içeren bir deneysel kurulum oluşturdu. Daha sonra ısının difüzyonunu ölçmek için bir elektrik direnci eklediler. Topraktaki ısı yayılımına yönelik deneysel araştırma Aralık ayında başladı ve Temmuz’da tamamlandı.

Kaynak: MDPI

Deneysel ölçümler, topraktaki ısı difüzyonunun dijital bir simülasyonu ile karşılaştırıldı; her iki yöntem de benzer sonuçlar verdi ve bu da simülasyonun geçerliliğini kanıtladı.

Kaynak: MDPI

“Yıllık ölçümler, toprak sıcaklığındaki doğal mevsimsel desenleri ortaya koydu ve birkaç eğilimi tanımlamamıza olanak sağladı. Bir binanın altındaki izole bir toprak hacminin pasif kullanımı bile ısı kaybını azaltabilir ve enerji verimliliğini artırabilir.”

Prof. Ždankus – Kaunas Teknoloji Üniversitesi Profesörü

Su Enerjisi Depolama

Araştırmacılar, toprağın su içeriğinin ve hava boşluklarının, toprağın termal difüzyon hızını ve termal kütlesini büyük ölçüde etkilediğini zaten biliyorlardı. Derinlik arttıkça birikim süresi de artar; bu da toprağın ısıyı daha yavaş ve daha uzun süre depolamasını sağlar.

Suyun aktivitesinin, suyun toprak katmanları arasında ve yan yönde ısı taşıyabildiği için, topraktaki ısı difüzyonunda da anahtar bir faktör olduğu keşfedildi.

Bir testte, toprak nemin buharlaşmaya başladığı noktaya kadar ısıtıldı; bu, sıvı suyun buhara dönüşmesiyle bir faz değişimini tetikledi. Sıvı sudan buhara bu “faz değişimi”, önemli miktarda ısı emer, toprağın toplam ısı tutma kapasitesini artırır ve dağılım desenini değiştirir.

“Faz değişimi, ısı depolamanın verimli bir yolu olabilir. Toprağa çok daha yüksek miktarda enerji yüklenebilir.

Bu buhar yer içinde hareket ettikçe, ısıyı daha geniş bir alana dağıtır. “Buhar akışının ulaştığı her yerde keskin bir sıcaklık artışı fark ettik. Bu, enerjinin hareket ettiğini ve kontrol edilebileceğini gösteriyor.”

Prof. Ždankus – Kaunas Teknoloji Üniversitesi Profesörü

Pratik Uygulamalar

Her Parseli Bir Batarya Haline Getirmek

Her bina önemli bir alan kapladığından, toprağı hem yapısal stabilite hem de ısı depolama için kullanmak ekstra çaba gerektirmez; özellikle yeni binalarda ısı değişimi, binanın temelleri inşa edilirken kurulabilir.

Beton ya da asfalt gibi büyük yapılı yüzeyler için de aynı durum geçerlidir.

“Böyle bir sistem, bölgesel ısıtma şebekelerini dengelemeye veya enerji şebekesi aşırı yüklendiğinde oluşan baskıyı hafifletmeye yardımcı olabilir. Ayrıca bireysel kullanım için – konut binalarının, sokakların veya otoparkların altına – termal akümülatörler kurmak da mümkündür.”

Prof. Ždankus – Kaunas Teknoloji Üniversitesi Profesörü

Fikir, güneşli saatlerde ve günlerde ya da rüzgarlı günlerde fazla enerjiyi kullanarak toprağı dev bir ısı bataryası gibi ısıtmaktır. Başlangıçta çevredeki toprağı ısıtmak için en yüksek miktarda enerji gerekiyordu.

Deneysel kurulumda, toprağa daha fazla ısı eklenemeyecek ve sızdırmadan sabit bir dengeye ulaşmak için yaklaşık bir hafta süren sürekli ısı akışı gerekti.

Merkezi Olmayan Şebekeler ve Isı

Bu teknolojinin temel avantajı, kırsal ve kentsel ortamlarda güneş üretiminin merkezi olmayan doğasından kolayca yararlanabilmesidir.

Bu, şebekenin gün boyunca geniş ölçüde dalgalanan yükleri taşıyacak şekilde tasarlanmamış olması nedeniyle sorunlara yol açabilir. Bu bağlamda, batarya parkları pek yardımcı olmaz, çünkü elektrik şebekesi hâlâ bataryaları beslemek için bir yükseltmeye ihtiyaç duyar.

Bunun yerine, belirli bir binadaki fazla güneş üretimi yerel olarak ısı şeklinde toprağa gönderilebilir ve gece ya da birkaç gün sonra tekrar kullanılabilir. Böylece, yerel şebeke en güneşli saatlerde aşırı yüklenmez.

Bu, toprağın soğuğu da depolayabilmesi sayesinde bir ölçüde soğutma için de çalışabilir.

Daha Fazla Araştırma

Sistemin ekonomik değerlendirmesinin daha derinlemesine yapılması gerekir; kullanılan ekipman fiyatları, inşaat maliyetleri, şebeke yükseltmelerindeki tasarruflar ve toprağın ısıyı ekonomik olarak ne kadar süre tutabileceği entegrasyon içinde ele alınmalıdır.

Şu ana kadar, bu sistemin gün‑gece döngüsünde ya da birkaç gün içinde enerji talebini dengelemek açısından, çok‑aylık ve mevsimsel dengelemeden daha iyi bir çözüm olduğu görülüyor.

Teknolojinin pratik bir kullanımının uygulanmasından önce araştırılması gereken bir diğer konu, jeotermal sektörde halihazırda kullanılan hazır çözümlerin nasıl kullanılabileceğidir.

“Acil hedefimiz, sondaj kuyuları, kazıklar ve diğer yer altı ısı değişim teknolojileri gibi mevcut çözümleri, hem sanayi hem de konut sektörlerine fayda sağlayabilecek bir sisteme entegre etmektir.”

Prof. Ždankus – Kaunas Teknoloji Üniversitesi Profesörü

Jeotermal Enerjiye Yatırım

Sektör, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına kıyasla hâlâ nispeten küçüktür ve teknolojik olarak hızla gelişmektedir. Bunu “Jeotermal Enerji: Kızgın Yeşil Enerji” adlı makalemizde daha ayrıntılı ele aldık.

Bu, sektördeki en gelişmiş girişimlerin çoğunun hâlâ özel olarak listelendiği anlamına gelir. Örneğin, kapalı döngü jeotermal enerji Eavor, süperkritik jeotermal Quaise veya yalnızca akredite yatırımcılara açık fonlar gibi Baseload Capital.

Ayrıca, Iceland Drilling gibi bazı gelişmiş jeotermal şirketlerin, çok daha büyük bir petrol ve gaz sondaj şirketinin (Archer Wells – bu durumda ARCH.OL) sadece küçük bir bölümü olabileceği anlamına da gelir.

Yine de bazı şirketler halka açık ve perakende yatırımcılara açıktır. Jeotermal ilgili şirketlere birçok aracı kurum üzerinden yatırım yapabilirsiniz ve bu web sitesinde en iyi aracı kurumlar için önerilerimizi ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık, ve birçok diğer ülkede bulabilirsiniz.

Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, jeotermal enerji sektörünün büyümesinden faydalanmak için Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) veya ALPS Clean Energy ETF (ACES) gibi ETF’lere de bakabilirsiniz.

Jeotermal Şirketler

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat, dünyanın en büyük jeotermal sahibi ve işletmecisidir. Şirketin ABD, Kenya, Endonezya ve Orta Amerika + Karayipler’de varlıkları bulunmaktadır; kapasitesi 1,5 GW olup, küresel jeotermal enerji üretim kapasitesinin %10’unu temsil eder ve 2024 yılında yalnızca 253 MW eklenmiştir.

Kaynak: Ormat

Şirket, Nevada, Utah ve Kaliforniya’da özellikle birçok yeni keşif kuyusu açarak güç üretim kapasitesinde güçlü bir büyüme hedeflemektedir. Toplamda, 2028 yılına kadar 2,6‑2,8 GW güç üretim kapasitesine ulaşması beklenmektedir.

Kaynak: Ormat

Ormat, 290 MW çevrimiçi kapasiteyle enerji depolama pazarına da girmektedir. 385 MW ek depolama kapasitesi geliştirme aşamasındadır ve uzun vadede 2,9 GW potansiyel bulunmaktadır.

Kaynak: Ormat

Ayrıca jeotermal teknoloji sağlayıcısıdır; uzmanlığını yerden başka bir sıvıya ısı transferi yapan ikili (binary) santral projelerinin %74’üne sunmaktadır; ikili santraller küresel jeotermal enerji pazarının %61’ini temsil eder ve bu da Ormat’ın küresel pazarın %45’ini kontrol ettiği anlamına gelir.

Kaynak: Ormat

Jeotermal enerji şu anda hızla büyüyen bir sektördür, ancak çoğu hizmet sağlayıcı ve endüstri şirketi için teknolojinin yeterince tanınmaması nedeniyle hâlâ oldukça muhafazakâr bir yapıya sahiptir.

Bu bağlamda, Ormat artan talebi değerlendirmek için iyi konumlanmıştır; aynı zamanda sektördeki en köklü oyunculardan biri olup, diğer yeşil teknolojilerin hâlâ başa çıkmakta zorlandığı temel yük (baseload) yenilenebilir enerji sağlamaktadır.

Ormat Technologies ile En Son Gelişmeler

Çalışma Referansı:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Bina Enerji Verimliliğini Artırmak İçin Altındaki Toprağı Termo‑Akümülatör Olarak Kullanma Araştırması.Yenilenebilir Enerji Entegrasyonu ve Binalarda Karbon Nötrlüğü İçin Uygulama 2. Baskı https://doi.org/10.3390/su17010262}