PV-deniz suyu tabanlı pompaj depolamalı hidroelektrik santral (DPHES) sisteminin tasarımı ve değerlendirmesi

Bu çalışmada, Antalya ili Kaş ilçesinde deniz suyu bazlı pompalı hidroelektrik enerji depolama sistemi (DPHES) ile fotovoltaik (PV) sistemin entegre edildiği yenilikçi bir PV-DPHES modeli tasarlanmış ve teknik, ekonomik, çevresel açılardan değerlendirilmiştir. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının artan payı ile enerji üretiminde süreklilik ve depolama ihtiyacı kritik bir sorun haline gelmiştir. Özellikle güneş ve rüzgar enerjisinin kesintili yapısı, elektrik arz güvenliğini tehdit etmekte ve etkin enerji depolama çözümleri gerektirmektedir. Bu bağlamda, deniz suyu tabanlı pompalı hidroelektrik enerji depolama sistemi (DPHES), tatlı su kaynaklarının sınırlı olduğu bölgelerde sürdürülebilir, ekonomik ve çevresel açıdan avantajlı bir alternatif sunmaktadır. Sistem, 500 m kot farkı ile tasarlanmış olup, pompalama sırasında 557.84 m ve deşarj sırasında 442.16 m net düşü ile yüksek enerji dönüşüm verimliliği sağlamaktadır. 75,000 m³ hacminde, altıgen yapıda HDPE membran kaplı üst rezervuar ve 0.92 m çapında, 1450 m uzunluğunda cebri boru kullanılmıştır. Pompa ve türbin olarak yüksek verimli Francis tipi seçilmiştir. 78,235 adet, toplam 133.000 m² alana yayılmış CWT285-60P 285 Wp polikristal PV panelleri sayesinde 19 MW'a kadar güç sağlanabilmekte, sistem %79.1 verimlilikle çalışmaktadır. Deniz suyunun sınırsız ve sürekli kaynağı olması, tatlı su tabanlı pompalı depolama sistemlerine göre en önemli üstünlüktür. Tatlı su kaynaklarının sınırlı olması, yüksek yatırım ve işletme maliyetleri ve depolama kapasitesi kısıtları, geleneksel sistemlerin sürekliliğini ve uygulanabilirliğini zorlaştırmaktadır. Deniz suyu kullanan sistemler ise özellikle kıyı ve dağlık alanlarda düşük maliyetli ve sürdürülebilir su temini sunarak, güneş ve rüzgar enerjisiyle entegrasyonda önemli avantaj sağlar. Japonya'daki Okinawa Deniz Suyu Pompalı Depolamalı Santrali örneğinde görüldüğü gibi, deniz suyunun çevresel ve teknik zorlukları kontrollü olarak yönetilebilmekte ve bu sistemlerin güvenilirliği ispatlanmıştır. Sistem 7 saatlik pompalama ve 5 saatlik deşarj süresi ile çalışmakta; enerji üretiminin sürekliliği sabit debi-su seviyesi ilişkisi ile kontrol edilmektedir. Toplam kurulum maliyeti 81.04 milyon USD, yıllık işletme maliyeti 955,100 USD olup; PV-DPHES sisteminin LCOE değeri 0.0778 USD/kWh, PV sisteminin LCOE değeri 0.01391 USD/kWh olarak hesaplanmıştır. Bu değerler, 2023 elektrik satış fiyatının 0.1591 USD/kWh oldukça altındadır. Sistem, net yıllık 3.35 milyon USD gelir ve 50 yıl sonunda 86.4 milyon USD toplam net kazanç sağlamaktadır. Geri ödeme süresi 24.2 yıl olup, yatırım kârlılığı için iskonto oranının %3.33'ü geçmemesi gerekmektedir. PHES sistemlerinin genel geri ödeme süresi 30-50 yıl arasında değişmekle birlikte, literatürde 21 ile 80 yıl aralığında farklı değerler bulunmaktadır. Sonuç olarak, önerilen PV-DPHES sistemi, güneş ışınımı yüksek, kıyı ve dağlık bölgelerde sürdürülebilir, ekonomik ve çevresel açıdan uygun, güvenilir bir enerji depolama çözümü olarak enerji arz güvenliğine katkı sağlamaktadır. Sistem, Türkiye'nin enerji bağımsızlığı hedeflerine hizmet ederken, 2025 ve sonrasında piyasa koşullarına göre yeniden değerlendirmeye açıktır.