Antarktika'da yenilenebilir enerji potansiyeli ve Türk araştırma üssü özelinde bir inceleme

Abstract

Yenilenebilir enerji alanı artan Dünya nüfusu, sınırlı enerji kaynakları, karbon salınımı, iklim değişikliği krizi gibi sorunların büyümesiyle beraber her geçen gün ön plana çıkmaktadır. Bilimsel araştırmaların önemli bir merkezi olan Antarktika kıtasındaki bazı istasyonlarda kurulan yenilenebilir enerji tesisleri bu farkındalığın bir göstergesidir. Her ne kadar araştırma istasyonlarında fosil yakıtlar çoğunlukla kullanılıyor olsa da yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talep ve çalışmalar artmaktadır. Antarktika kıtasında kaynağının %100'ü yenilenebilir enerjiyi oluşturan Prenses Elisabeth araştırma istasyonu ile kutup noktalarına yakın, sert iklim koşullarına sahip yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanamayan istasyon örnekleri mevcuttur. Bu çalışmada, Antarktika kıtasındaki yenilenebilir enerji potansiyeli değerlendirilmektedir. Çalışma Doğu ve Batı Antarktika'yı kapsayacak şekilde seçilen 20 araştırma istasyonu ve Türk araştırma üssü Horseshoe adası özelinde bir incelemeyi içermektedir. Araştırma ve uygulamalar için Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA)'ne ait Modern Çağ Retrospektif-Analiz (MERRA-2) asimilasyon modeli yeniden analiz verileri kullanılmıştır. Çalışma için kullanılan kısa dalga boylu güneş radyasyonu verileri 1 Ocak 1984-31 Aralık 2020 yılları arasındaki 37 yıllık dönemi kapsamaktadır. Rüzgâr hızı verileri ise 1 Ocak 1981-31 Aralık 2020 yılları arasındaki 40 yıllık dönemi kapsamaktadır. Antarktika kıtasındaki yenilenebilir enerji potansiyeli bölgesel ve mevsimsel şartlara göre değerlendirilmektedir. Bu amaçla, 20 araştırma istasyonu ve Horseshoe adasının yeniden analiz verilerinin ortalama değerleri alınarak mevsimsel güneş ve rüzgâr enerjisi verisi oluşturulmuştur. Araştırma istasyonlarının bulundukları konuma, mevsimlere göre güneş radyasyonu ve rüzgâr enerjisi potansiyelinde değişim gözlemlenmiştir. Yaz mevsiminde kıtanın iç bölgelerinde ve doğu kıyılarında bulunan istasyonlarda yoğun radyasyon oranı gözlemlenirken batı kesimlerinde daha az güneş radyasyonu görülmektedir. Kış mevsiminde ise yaklaşık sıfır radyasyon değerlerine inen güneş radyasyonu kıtanın genelinde dramatik bir düşüş yaşamaktadır. Bu da kıtadaki güneş enerjisi potansiyeli açısından bir dezavantaj olarak görülmektedir. Kıtada güçlü katabatik rüzgarları bulunmakta ve etkisi bazen rüzgâr enerjisi için destekleyici bezen yıkıcı potansiyele ulaşabilmektedir. Araştırma istasyonunda gözlemlenen rüzgâr hızı değerlerine göre kış mevsiminde özellikle kıtanın doğu bölgesinde olan üslerde yüksek iç bölgelerde bulunan üslerde ise düşük değerlerde olduğu görülmektedir. Sıcaklık ve radyasyon yoğunluğu nedeniyle rüzgâr hızında yaz mevsiminde düşüş yaşanmaktadır. Ancak bu değişim, güneş radyasyonun kış mevsimindeki düşüşü kadar dramatik olmamaktadır. Sonuçların hem grafik hem de haritalarla görselleştirilerek mekânsal olarak analiz edildiği bu çalışmada ayrıca istasyonlardaki mevcut yenilenebilir enerji kullanım durumu ile ilgili bilgilerde yer almaktadır. Antarktika kıtasındaki değişen mevsimsel koşullar dolayısıyla güneş ve rüzgâr enerjisinin dengesi depolama pil desteği yardımıyla ortaya çıkan hibrit model incelenen örnek çalışmalarla uygun görülmüştür. Enerji kaynağı olarak sadece yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanan Princess Elisabeth üstünde tercih edilen bu model diğer araştırma istasyonlarında da gözlemlenmiştir. Çalışmada elde edilen ortalama tahmin değerlerine göre yenilenebilir enerji açısından en uygun görülen kıtanın doğu bölgelerinde bulunan araştırma istasyonlarında yenilenebilir kaynaklardan yararlanıldığı görülmektedir. Kıtanın doğu ve batı bölgelerinde bulunan araştırma istasyonlarında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması elde edilen ortalama değerleri destekleyici niteliktedir. Kıtadaki yenilenebilir enerji potansiyeli olumsuz hava şartlarına rağmen gelişen teknoloji ile umut vermektedir. Mevcut durumda, güneş ve rüzgâr enerjisinin yoğunlukla kullanıldığı kıtada gel git enerjisi için daha detaylı çalışmaların yürütülmesi gerekmektedir. Çalışmada, Türk Bilim Üssü'nün yer aldığı Horseshoe adası özelinde yenilebilir enerji potansiyel durum incelemesi de yapılmıştır. Horseshoe adasının yenilenebilir enerji potansiyel durumunu karşılaştırmalı olarak analiz etmek için yenilenebilir enerji kaynağı kullanılan iki farklı konumdaki araştırma istasyonu seçilmiştir. Bu araştırma istasyonlarından biri Horseshoe adasına komşu olan Rothera istasyonu ve enerji ihtiyacını sadece yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılayan Princess Elisabeth istasyonudur. MERRA-2 yeniden analiz verileri kullanılarak adanın ortalama güneş ve rüzgâr hızı değerleri analiz edilmiştir. Bu sonuçlara göre, adanın yenilenebilir enerji potansiyelinin rüzgâr enerjisi için kış mevsiminde, güneş enerjisi için ise yaz mevsiminde yüksek olduğu görülmektedir. Bu bağlamda, özellikle tüm yıl boyunca enerji ihtiyacı olan istasyonlar için rüzgâr ve güneş enerji kaynaklarının birlikte kullanıldığı hibrit modelin en verimli sonuç vereceği düşünülmektedir.