FUTURE ENERGY STORAGE TECHNOLOGIES, SUSTAINABILITY AND ENERGY CONVERSION

Year 2024, Volume: 65 Issue: 714, 1 - 26, 29.04.2024

Edip Taşkesen , Hamza Alahmad , Elif Nur Bilen

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1460634

Abstract

In our country, the limited reserves of fossil fuels such as oil, coal and natural gas, and environmental and social restrictions have increased the orientation to renewable energy sources. As industry and technology develop, energy continuity becomes very important to ensure the sustainability of modern life and the continuity of production. When using renewable energy sources, storage technologies play a very important role in minimizing power generation interruptions and in the distribution of these systems. Energy appears in many forms, including radiative energy, chemical energy, gravitational potential energy, electrical potential energy, electrical energy, thermal energy, latent heat energy, and kinetic energy. The purpose of energy storage should be ready to be used whenever and wherever desired. Energy storage involves converting energy from forms that are difficult to store to forms that are easier or cheaper to store. Energy storage ensures that it responds quickly and reliably to different energy requirements throughout the day. Energy storage technology; It is a technology with great potential as it improves power systems, contributes to renewable energy production and offers an alternative to petroleum-based fuels. There are many different storage methods of energy. There are many different forms of energy storage methods. For example, biological storage, chemical storage, thermal storage, electrical storage, potential energy, gravitational potential energy, kinetic energy etc. In this study, chemical, mechanical, electrochemical, thermal and electrical energy storage methods, which are the main energy storage methods, are discussed. It is thought that this study will contribute to the literature in terms of previous studies and standards. As a result of the research, it has been seen that electrochemical energy storage technologies are most commonly used.

Keywords

Energy, energy storage technologies, batteries, mechanical energy storage, electrochemical energy storage

GELECEĞİN ENERJİ DEPOLAMA TEKNOLOJİLERİ, SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK VE ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ

Abstract

Ülkemizde petrol, kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtların rezervlerinin sınırlı olması, çevresel ve sosyal kısıtlamalar yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimi artırmıştır. Sanayi ve teknoloji geliştikçe modern yaşamın sürdürülebilirliğini ve üretimin sürekliliğini sağlamak için enerji sürekliliği çok önemli olmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları kullanılırken, enerji üretim kesintilerinin en aza indirilmesinde ve bu sistemlerin dağıtımında depolama teknolojileri çok önemli bir rol oynamaktadır. Enerji, ışıma enerjisi, kimyasal enerji, yerçekimi potansiyel enerjisi, elektrik potansiyel enerjisi, elektrik enerjisi, termal enerji, gizli ısı enerjisi ve kinetik enerji dahil olmak üzere birçok biçimde görünmektedir. Enerji depolamanın amacı, istenildiği zaman ve istenildiği yerde kullanılmaya hazır olmasıdır. Enerji depolama, enerjiyi depolaması zor olan formlardan depolaması daha kolay veya daha ucuz olan formlara dönüştürmeyi içermektedir. Enerji depolama ile gün boyunca farklı enerji gereksinimlerine hızlı ve güvenilir bir şekilde tepki vermesi sağlanılmaktadır. Enerji depolama teknolojisi; güç sistemlerini iyileştirmesi, yenilenebilir enerji üretimine katkı sağlaması ve petrol bazlı yakıtlara alternatif sunması nedeniyle büyük potansiyele sahip bir teknolojidir. Enerjinin bir çok farklı depolama yöntemleri bulunmaktadır. Enerji çok değişik formlarda depolama yöntemleri vardır. Örneğin biyolojik depolama, kimyasal depolama, ısıl depolama, elektriksel depolama, potansiyel enerji, yerçekimi potansiyel enerjisi, kinetik enerji vb. bu çalışmada bunlardan başlıca enerji depolama yöntemleri olan kimyasal, mekaniksel, elektrokimyasal, ısıl ve elektriksel enerji depolama yöntemleri ele alınmıştır. Bu çalışmanın daha önce yapılmış çalışmalar ve standartlar açısından, literatüre katkısı olacağı düşünülmektedir. Sonuç olarak yapılan araştırma neticesinde en yaygın olarak elektrokimyasal enerji depolama teknolojileri kullanıldığı görülmüştür.

Keywords

Enerji, enerji depolama teknolojileri, piller, mekaniksel enerji depolama, elektrokimyasal enerji depolama

References

• Abedin, A. H. (2011). A Critical Review of Thermochemical Energy Storage Systems. The Open Renewable Energy Journal, 4(1), 42–46. Doi: https://doi.org/10.2174/1876387101004010042
• Açıkgöz, İsmail. Cem. (2019). Volan ve lityum-iyon batarya enerji depolama sistemlerinin kıyaslanması ve hibrit enerji depolama sisteminin farklı yük profilleri üzerinde performans analizi (Yüksek Lisans Tezi). Yıldız Teknik Üniversitesi (Fen Bilimleri Enstitüsü), İstanbul. Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezDetay.jsp?id=wFyfHcyXZVzh
• Aras, E. (2017). Importance of pumped storage hydroelectric power plant in Turkey. Advances in Energy Research, 5(3), 239–254. Doi: https://doi.org/10.12989/eri.2018.5.3.239
• Arslan, A. (2012). Bazı iletken Polimerlerin Süperkapasitör Uygulamaları (Yüksek Lisans Tezi). Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir. Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezDetay.jsp?id=La
• Bolund, B., Bernhoff, H., ve Leijon, M. (2007). Flywheel energy and power storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11(2), 235–258. Doi: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rser.2005.01.004
• Bryan, B. P., ve Andrews, J. A. (2004). Advence in Flywell Energy Storages Systems. Tezas.
• Çalıker, A., ve Özdemir, E. (2013). Modern enerji depolama sistemleri ve kullanım alanları. V. Energy Effıcıency And Qualıty Symposıum (5’inci Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu). Erişim adresi: https://www.emo.org.tr/ekler/0a55200ff16175a_ek.pdf
• Chandel, M., ve Williams, E. (2009). Synthetic Natural Gas (SNG): Technology, Environmental İmplications, and Economics. Climate Change Policy Partnership. Erişim adresi: https://nicholasinstitute.duke.edu/sites/default/files/publications/natgas-paper.pdf
• Chen, H., Cong, T. N., Yang, W., Tan, C., Li, Y., ve Ding, Y. (2009). Progress in electrical energy storage system: A critical review. Progress in Natural Science, 19(3), 291–312. Retrieved from https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2008.07.014
• Daniel, C., ve Besenhard, J. O. (2012). Handbook of battery materials. John Wiley & Sons. Retrieved from http://sutlib2.sut.ac.th/sut_contents/H142426_v2.pdf
• Dănilă, E., ve Lucache, Dorin. Dumitru. (2010). History of the first energy storage systems. 3rd International Symposium on the History of Electrical Engineering and of Tertiary-Level Engineering Education (pp. 27–29). Iaşi: IEEI. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/profile/Elena-Danila-2/ 271371039.pdf
• Deneysan. (2020). Bölüm-8 Hidrojen Enerjisi. Erişim adresi: http://deneysan.com/Content/images/documents/es-08_59355631.pdf
• Elektrik Rehberiniz. (2013). Elektrik Enerjisi Nedir? Erişim adresi: https://www.elektrikrehberiniz.com/elektrik/elektrik-enerjisi-nedir-5035/
• Emeksiz, C., ve Kara, B. (2022). Enerji Depolama Teknolojilerinin İncelenmesi ve Karşılaştırmalı Analizi. International Journal of Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies, 6(2), 134–142. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/en/pub/ijmsit/issue/73364/1192595
• Falk, G., Herrmann, F., ve Schmid, G. Bruno. (1983). Energy Forms or Energy Carriers? American Journal of Physıcs, 51(12), 1074–1077. Erişim adresi: https://doi.org/https://doi.org/10.1119/1.13340
• Gotham, D. J., Nderitu, D. G., ve Preckel, P. V. (2013). Utility Scale Energy Storage Systems. Erişim adresi: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:168571077
• Güngör, Z. A., ve Efe, Ş. (2021). Geçmişten Günümüze Batarya Teknolojisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (32), 947–955. Erişim adresi: https://doi.org/https://doi.org/10.31590/ejosat.1048673
• Hadjipaschalis, I., Poullikkas, A., ve Efthimiou, V. (2009). Overview of current and future energy storage technologies for electric power applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(6), 1513–1522. Erişim adresi: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.09.028
• İnan, İ., Akbulut, İ., ve Aslan, E. (2018). Enerji Sorununun Çözümünde Yenilenemez ve Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Yeri ve Önemi. Türk Dünyası Araştırmaları, 120(237), 11–40. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/en/pub/tda/issue/58714/847773
• Karakoç, H., Karakoç, N., Erbay, B., ve Aras, H. (2012). Enerji Analizi. (Y. Ergün & M. Tanışlı,Eds.) (1st ed.). Eskişehir: T. C. Anadolu Üniversitesi.
• Kocaman, B. (2013). Akıllı Şebekeler ve Mikro Şebekelerde Enerji Depolama Teknolojileri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(1), 119–127. Erişim adresi https://dergipark.org.tr/en/pub/bitlisfen/issue/3702/49005
• Kocaman, B. (2021). Enerji Depolama Teknolojileri. Ankara: İksad Yayinevi. Erişim adresi https://iksadyayinevi.com/wp-content/uploads/2021/12/Enerji-Depolama.
• Landry, M., ve Gagnon, Y. (2015). Energy Storage: Technology Applications and Policy Options. Energy Procedia, 79, 315–320. Doi: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.494
• Leblebicioğlu. (2020). Enerji Depolama Nedir? Enerji Depolama Yöntemleri Nelerdir?. Erişim adresi: https://muhendistan.com/enerji-depolama-nedir
• Lott, M. C., Kim, S.-I., Tam, C., Houssin, D., ve Gagné, J. F. (2014). Technology Eoadmap: Energy Storage. International Energy Agency (IEA), France, 1–59. Retrieved from https://iea.blob.core.windows.net/assets/80b629ee-597b-4f79-a236
• Mazman, M. (2018). Enerji depolamada gelecek beklentileri. 11. Uluslararası Enerji Kongresi ve Fuarı. Ankara: Elektrik Mühendisleri Odası.
• Mazman, M., ve Yılmaz, C. H. (2019). Enerji Depolama Çözümleri ve Genel Eğilimler. Elektrik Mühendisliği Bilimsel Dergisi, (466), 32–40. Erişim adresi: https://www.emo.org.tr/ekler/da7b5bd048a3e14_ek.pdf?dergi=1210
• Mehling, H. (2017). What is energy, and why is it conserved? A review, analysis, and suggested explanation and definition. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/publication/312071321_What_is_energy_and_why_is_it_cons
• Miller, M. A., Petrasch, J., Randhir, K., Rahmatian, N., ve Klausner, J. (2021). Chemical energy storage. Thermal, mechanical, and hybrid chemical energy storage systems (pp. 249–292). Elsevier.
• Molina, M. G. (2010). Dynamic modelling and control design of advanced energy storage for power system applications. Dynamic Modelling, 300.
• Niaz, S., Manzoor, T., ve Pandith, A. H. (2015). Hydrogen storage: Materials, methods and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 50, 457–469.
• Nowotny, J., ve Veziroglu, T. N. (2011). Impact of hydrogen on the environment. International Journal of Hydrogen Energy, 36(20), 13218–13224.
• Özarslan, A. (2012). Yenilenebilir Enerji Kaynakları İçin Büyük Ölçekli Enerji Depolama Yöntemleri. DEKTMK Türkiye, 12, 14–16.
• Özdemir, N., ve Hadra, M. (2016). Yenilenebilir Enerji Kaynakları İçin Depolama Yöntemleri. Güç Sistemleri Konferansı, İstanbul, Kasım.
• Özdoğan, M. (2010). Bir enerji depolama sisteminin tasarımı ve çalışma parametrelerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi (Yüksek Lisans Tezi). Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir. Erişim adresi: https://acikerisim.deu.edu.tr/xmlui/bitstream/handle/20.500.12397/8129/283628.pdf
• Parrilla, Á. P., Gonzalez, J. M., ve Aguado, J. A. (2023). Mechanical energy storage technologies.
• Petrovan, B. (2022). 10 alternatives to lithium-ion batteries: Which new tech will power the future?. Erişim adresi https://greenauthority.com/
• Pfleger, N., Bauer, T., Martin, C., Eck, M., ve Wörner, A. (2015). Thermal energy storage–overview and specific insight into nitrate salts for sensible and latent heat storage. Beilstein Journal of Nanotechnology, 6(1), 1487–1497.
• Reddy, M. V, Mauger, A., Julien, C. M., Paolella, A., ve Zaghib, K. (2020). Brief history of early lithium-battery development. Materials, 13(8), 1884.
• Root, M. (2011). The TAB battery book : an in-depth guide to construction, design, and use. McGraw-Hill/TAB. Retrieved 13 February 2024 Erişim adresi: https://cir.nii.ac.jp/crid/1130282270968450176.bib?lang=en
• Sahay, K., ve Dwivedi, B. (2009). Development of Techno-Economical Objective Function for Supercapacitors Energy Storage System Implemented in Distribution System. Electrical Power Quality and Utilisation. Journal, 15(2), 29–33.
• San Martín, J. I., Zamora, I., San Martín, J. J., Aperribay, V., & Eguia, P. (2011). Energy storage technologies for electric applications. International Conference on Renewable Energies and Power Quality (Vol. 13, p. 15).
• Sara Enerji. (2021). Enerjisi Depolama Sistemleri. Retrieved 13 February 2024, Erişim adresi: http://www.saraenerji.com.tr/index.php/tr/enerjisi-depolama-sistemleri
• Sarı, A. (2011). Faz Değişimi Yoluyla Isıl Enerjinin Depolanması ve Bu Alanda Yapılan Çalışmalar. Kimya Lisans Öğrencileri Araştırma Projesi Çalıştayı, 20–28.
• Schaber, C., Mazza, P., ve Hammerschlag, R. (2004). Utility-scale storage of renewable energy. The Electricity Journal, 17(6), 21–29.
• Schlögl, R. (2017). Chemical energy storage: Part of a systemic solution. EPJ Web of Conferences (Vol. 148, p. 00015). EDP Sciences.
• Scrosati, B., Abraham, K. M., van Schalkwijk, W. A., ve Hassoun, J. (2013). Lithium batteries: advanced technologies and applications. John Wiley & Sons.
• Şenel, Mahmut. Can., ve Koç, E. (2013). Rüzgar Türbinleri Dinamik Davranış Analizi Teorik Boyutsuz Bir Model. 2. Anadolu Enerji Sempozyumu (2. AES) (pp. 301–313). Diyarbakır. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/publication/326831490
• STM ThinkTech. (2022). Enerji Depolama Teknolojilerindeki Son Gelişmeler. Erişim adresi: https://thinktech.stm.com.tr
• Tanrıöven, K. (2013). Enerji Depolama Sistemleri ve Yeni Açılımlar. V. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu. Kocali: Elektrik Mühendisleri Odası (EMO). Erişim adresi: https://www.emo.org.tr
• TÜBA. (2020). TÜBA-Enerji Depolama Teknolojileri Raporu. (İ. Dinçer & Mehmet.Akif. Ezan,Eds.). Ankara: Türkiye Bilimler Akademisi Yayınları. Erişim adresi: https://www.researchgate.net
• Vikipedi. (2022). Enerji Biçimleri. Erişim adresi: https://tr.wikipedia.org
• Whittingham, M. S. (2012). History, Evolution, and Future Status of Energy Storage. Proceedings of the IEEE, 100 (Special Centennial Issue), 1518–1534. Doi: https://doi.org/10.1109/JPROC.2012.2190170
• Willis, H. L., & Scott, W. G. (2018). Distributed Power Generation. (H.L. Willis,Ed.), Distributed power generation: planning and evaluation (1st Edition). Florida: CRC Press. Doi: https://doi.org/10.1201/9781315215006
• Worldometer. (2022). World Population Projections. Erişim adresi: https://www.worldometers.info/world-population/world-population-projections/
• Yağlı, H., Koç, A., Koç, Y., & Uğurlu, İ. (2018). Dünyada ve Türkiye’de Enerji Görünümünün Genel Değerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 59(692), 86–114. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/en/pub/muhendismakina/issue/48388/614281
• Yavuz, B. (2011). Enerji depolama sistemlerinin modellenmesi ve analizi (Yüksek Lisans Tezi). Yıldız Teknik Üniversitesi/Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Erişim adresi: http://dspace.yildiz.edu.tr/xmlui/bitstream/handle/1/7824/0075923.pdf
• Zakeri, B., ve Syri, S. (2015). Electrical energy storage systems: A comparative life cycle cost analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 569–596. Doi: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.10.011
• Zwart, R. W. R., Boerrigter, H., Deurwaarder, E. P., Van der Meijden, C. M., ve Van Paasen, S. V. B. (2006). Production of Synthetic Natural Gas (SNG) from Biomass. Development and operation of an integrated bio-SNG system. Non-confidential version.