“Underground Thermal Energy Storage (UTES)” kavramı, yeraltına doğrudan veya dolaylı olarak ısı/soguk depolayan sistemlerin şemsiye terimi olarak kullanılır. UTES sistemleri, yerin fiziksel özelliklerini kullanarak ısıyı bir mevsimden diğerine taşımayı hedefler
ISI DEPOLAMA SISTEMLERI | ||||
Seasonal Thermal Energy Storage (STES) Mevsimsel Isıtma/Soğutma | ||||
Yeraltında Termal Enerji DepolamaUnderground Thermal Energy Storage (UTES) | Yüzeysel Termal Enerji Depolama | |||
Borehole Thermal Energy Storage (BTES) | Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) | Tank Thermal Energy Storage (TTES) | Pit Thermal Energy Storage (PTES) | |
Tanım | BTES, çok sayıda dikey sondaj kuyusuna yerleştirilen kapalı döngü borular aracılığıyla ısı veya soğukluğun uzun süreli olarak yeraltına depolanmasını sağlar. Mevsimsel enerji depolama amacıyla kullanılır. Kuyular genellikle 30–150 metre derinlikte ve 30–300 adet olabilir. | Yeraltı suyu içeren akiferin sıcak veya soğuk su ile şarj edilmesi ve mevsimsel olarak kullanılması. | Yalıtımlı çelik ya da beton tanklar içinde su veya benzeri bir sıvının ısıtılarak veya soğutularak termal enerji şeklinde depolanmasıdır. Genellikle yüzeyde veya yerin altına gömülü şekilde kurulur. | Büyük hacimli, yalıtılmış toprak çukurlarına (pit) su veya su-karışımı dolumu yapılarak, sezonluk ısı depolaması sağlayan sistemdir. Genellikle 50.000–500.000 m³ kapasitelidir. |
Nasıl Çalışır? | Şarj (Enerji Depolama) Dönemi: Deşarj (Enerji Geri Kullanımı) Dönemi: | Yaz Aylarında (Soğuk Akifer Şarjı): Binaların soğutulması sırasında, ısınan su toplanır ve sıcak kuyuya enjekte edilir. Aynı anda soğuk kuyudan çekilen serin su, binada soğutma amaçlı kullanılır. Böylece soğuk kuyu soğuk kalır, sıcak kuyu ısınır – bu enerji mevsimsel olarak “depolanmış” olur. Kış Aylarında (Sıcak Akifer Şarjı): Isıtma ihtiyacında, yazdan beri ısınmış olan sıcak kuyudan su çekilir ve ısı pompasıyla birlikte kullanılır. Soğuyan su soğuk kuyuya enjekte edilir. Böylece sistem yeniden döngüye girer. | Şarj (Isı Depolama) Dönemi: Güneş panelleri, ısı pompaları veya diğer atık ısı kaynaklarından gelen sıcak su, tankın alt kısmına gönderilir. Tank içindeki su ısınıp termal enerji depolar. Tanklarda termosifon etkisi ile doğal bir sıcaklık katmanlaşması oluşur: Üst kısım daha sıcak olur, alt kısım daha soğuk kalır. Deşarj (Isı Kullanımı) Dönemi: Isı ihtiyacı olduğunda tankın üst kısmındaki sıcak su sistem dışına alınır (örneğin ısı pompasına ya da ısıtma sistemine). Tanka dönüş hattı ise daha soğuk suyu alttan geri besler. Böylece tank içi sıcaklık dağılımı korunur ve verim artar. | Şarj (Isı Depolama) Dönemi: Yaz aylarında, güneş enerjisi sistemlerinden veya fazla ısı kaynaklarından elde edilen sıcak su, PTES sistemine gönderilir. Bu sıcak su, çukur içerisindeki büyük hacimli su kütlesini ısıtarak enerji depolar. Isıtılan su, çukur içinde doğal olarak termal katmanlara ayrışır (üstte daha sıcak, altta daha soğuk). Deşarj (Isı Kullanımı) Dönemi: Kış aylarında, ısı ihtiyacı doğduğunda, çukurdan sıcak su alınarak ısı pompalarına veya doğrudan ısıtma sistemine verilir. Soğuyan su tekrar çukura gönderilir ve sistem kapalı döngü olarak çalışır. |
Teknik Özellikler ve Detaylar | Kuyu Sayısı: 30 ila 300+ adet olabilir, enerji kapasitesine göre değişir. Kuyu Derinliği: Genelde 50–150 m arası. Borular: Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) çift borulu U-bend ya da coaxial konfigürasyon kullanılır. Zemin Tipi: Tüm zemin türlerinde uygulanabilir – geçirgenlik şart değildir. İzolasyon: Yüzeyde yapılır, yer altında doğal termal yayılım kullanılır. Verim: COP 3–6 seviyeleri yaygındır. | Kuyu Çiftleri: Genellikle 2 adet (1 sıcak – 1 soğuk), daha büyük sistemlerde çoklu çiftler olabilir. Kuyu Derinliği: 30 ila 250 metre arasında değişir. Akifer Özellikleri: Yüksek geçirgenlik, iyi su kalitesi ve stabil yeraltı su seviyesi şarttır. Akış Hızı: Yüksek debili pompalarla çalışır, sistem verimi debiye doğrudan bağlıdır. Verim: COP >10 seviyelerine ulaşabilir, çok düşük işletme maliyetleri sunar. | Tank içi ısı kaybını önlemek için çok katmanlı yalıtım (cam yünü, poliüretan vb.) kullanılır. Basınçsız (atmosferik) veya basınçlı sistemler olabilir. Tanklarda seviye sensörleri, sıcaklık sensörleri ve sirkülasyon pompaları ile sürekli kontrol sağlanır. | İzolasyon çok kritik: Taban ve yan yüzeyler yalıtım örtüsü (örneğin HDPE membran) ile kaplanır. Üst kısım genellikle su geçirmez örtüyle kapatılır ve güneş kazanımı için karartılır. İçeride su hareketi kontrollüdür, enerji yoğunluğu su hacmiyle orantılıdır. |
Kullanım Alanı | Site ölçekli yerleşimler, belediye binaları, okul kampüsleri Güneş enerjisi sistemleriyle birlikte mevsimsel ısı depolama Yeraltı suyu olmayan veya ATES’e uygun olmayan alanlar | Şehir ölçekli projeler, kampüsler, endüstriyel alanlar nesil ısı ağları ve prosumer binalar Geçirgen yeraltı yapısına sahip bölgeler | Merkezi ısıtma sistemleri Güneş enerjisi ile entegre sistemler Endüstriyel proses geri kazanımı | 5. Nesil Isı Ağları Büyük konut siteleri veya kampüsler Güneş enerjili ısıtma sistemleri ile entegre projeler |
İzleme ve Kontrol | BTES sistemlerinde amaç, yer kayacına aktarılan termal enerjinin etkin şekilde izlenmesi, verimliliğin korunması ve termal yayılımın kontrol altında tutulmasıdır. Kapalı devre oldukları için su kalitesi riski yoktur; ama sıcaklık yönetimi kritiktir. Isı taşıyıcı akışkan sıcaklıkları, akış hızı, basınç ve geri dönüş sıcaklığı izlenir. Sistem genellikle otomasyonla çalışır, minimum müdahale gerektirir. Depolama kapasitesi, kuvvetli 3D jeolojik modelleme ile planlanır. | ATES sistemleri, doğrudan yeraltı suyuyla çalıştığı için hidrojeolojik güvenlik, enerji verimliliği ve çevresel etki yönetimi açısından çok katmanlı bir izleme sistemine ihtiyaç duyar. Su sıcaklığı, akış yönü ve su kalitesi sürekli izlenmelidir. Hidrojeolojik modelleme ile çevreye etkisi baştan hesaplanmalıdır. İzin süreçleri titizlikle yürütülmelidir (özellikle su idaresi ve çevre kurumları nezdinde). | TTES sistemlerinde izleme ve kontrol, yüksek hassasiyetli sıcaklık, seviye ve akış parametreleri ile gerçekleştirilir. | PTES sistemleri, daha büyük hacimli ve yerle temaslı oldukları için özellikle ısı dağılımının izlenmesi ve ısı kaybının önlenmesi açısından dikkatli kontrol gerektirir. |
Avantaj | Tüm zemin türlerinde uygulanabilir (akifer gerekmez) Çevresel izinleri almak daha kolaydır (kapalı sistem) Yüksek güvenlik: Su kontaminasyonu riski yoktur Düşük işletme maliyeti, sistem uzun ömürlüdür (50+ yıl) | Yüksek termal verimlilik (COP 8–15 arası çıkabilir) Çok büyük enerji kapasitesi sağlar (gigaWatt-saat seviyeleri) Yıllık enerji dengesi sağlar: Soğutma ve ısıtma birlikte optimize edilir Yüzeye minimum müdahale (dikey olarak çalışır) | Yüksek kontrol hassasiyeti: Sıcaklık, doluluk, giriş-çıkış akışları kolayca izlenebilir. Modüler ve ön üretimli seçenekler: Hızlı kurulum mümkündür. Bakımı kolay: Tank içeriği genellikle iyi izole edilir ve kolay temizlenebilir. | Düşük birim maliyet (€/kWh bazında en ekonomik STES çözümlerinden biri) Büyük ölçekli depolama: On binlerce MWh termal kapasiteye ulaşabilir. Yerel malzeme ile inşa edilebilir (toprak, kil, izolasyon örtüleri) |
Dezavantajlar | Yüksek sondaj sayısı ve maliyeti (özellikle derin kuyularda) Isı kayıpları jeolojik yapıya bağlı olarak artabilir Enerji yoğunluğu ATES’e göre daha düşüktür | Yeraltı jeolojisinin uygun olması gerekir (yüksek geçirgenlik, sabit seviye) Çevre ve su ruhsatı süreçleri karmaşık olabilir Yeraltı suyu sıcaklığı, kimyasal yapısı kontrol altında tutulmalı | Büyüklük sınırlaması: Çok büyük ısı kapasiteleri için ekonomik olmayabilir. Basınçsız (atmosferik) veya basınçlı sistemler olabilir. | Büyük alan ihtiyacı Üst kısım genellikle su geçirmez örtüyle kapatılır ve güneş kazanımı için karartılır. |
| Amaç | Kullanılan Sistemler |
|---|---|
| Mevsimsel Isıtma/Soğutma | ATES, BTES, PTES, TTES |
| Günlük Pik Yük Yönetimi | TTES, PCM Tankları, Buz Depolama |
| Yüksek Sıcaklık Endüstriyel Kullanım | Beton Depolama, Termokimyasal Sistemler |
| Soğutma Öncelikli Sistemler | PCM, ATES (soğuk şarjlı), Buz Tankları |
| Yüksek Enerji Yoğunluğu İstenen Sistemler | Termokimyasal TES, PCM |
Net-Zero hedefleri 2030/2050 için aciliyet kazandı.
AB, IFC ve diğer fon sağlayıcılar, depolanabilir ısı çözümlerine özel fonlar sağlıyor.
Türkiye’de STES sistemleri ile karbon kredisi elde edilebilir.
Saha geliştirme, EPC, dijital ikiz modelleme ve operasyonel destek sağlayan entegre çözüm ortaginiz GSHP Turkiye hazır.
