GELENEKSEL VE YENİLEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Teknik olarak potansiyel enerji birbirine kuvvet uygulayan nesnelerin oluşturduğu bir sistemin düzenlenmesiyle ilgilidir. Örneğin, yerden belirli yükseklikteki rafta duran topa yerçekimi kuvveti etki etmektedir. Topun durduğu raf çekildiğinde top yerçekimi kuvveti etkisiyle aşağı düşmektedir. Top rafta dururken bulunduğu konuma göre yerçekimi potansiyel enerjisi en yüksek değerindeyken, aşağıya düşmeye başladığında kinetik enerjisi artmakta, potansiyel enerjisi ise azalmaktadır. Eğer top bir yaya bağlı olsaydı top aşağı düşerken kinetik enerjisi azalacak ve yayın elastik potansiyel enerjisi artacaktı. Buradan da anlaşılacağı üzere elastik potansiyel enerji yayın sıkışması ve gevşemesi ile ilgilidir.

Termodinamiğin birinci kanununun daha modern olan açıklamasına göre enerji kinetik, mekanik, potansiyel, kimyasal, elektrik, iç, nükleer, ısı ve iş olarak bulunabiliyor. Bunların her birisi bir başka biçime dönüştürülebilmekte ve toplam enerji sabit kalmaktadır. Bir yakıt yakıldığında kimyasal bağlarının sahip olduğu kimyasal enerji ısı olarak açığa çıkıyor. Eğer amaç yaşam ortamını ısıtmak ise enerji doğrudan havanın veya sıvının ısıtılmasına verilebilmektedir. Eğer amaç mekanik enerji veya iş yaratmak ise ısı işe dönüştürülmelidir. Bu içten yanmalı motorlarda veya dıştan yanmalı buhar motorlarında olduğu gibi kolaylıkla yapılabilir. Eğer amaç elektrik enerjisi üretmek ise ısı öncelikle mekanik enerjiye daha sonra elektrik enerjisine çevrilmelidir. Güneş enerjisi nükleer reaksiyonlar sonucunda üretilir. Buradaki süreç hidrojen atomlarının çok yüksek sıcaklık ve basınç altında helyum atomlarını oluşturmak üzere bir araya gelmesiyle olur.

Enerji, kullanılabilir hâle gelmeden önce pek çok süreç içerisinde bir seri enerji dönüşümü gerçekleşir. Örneğin, elektrikli bir cihazın çalışabilmesi için gerekli elektrik enerjisi aşağıda verilen enerji dönüşüm süreçlerinden geçerek elde edilir.

Doğadan doğrudan elde edilebilen enerji kaynakları olan birincil enerji kaynaklarını da üç farklı başlık altında toplayabiliriz. Bunlar:

• Atıklar

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) tarafından 2015 yılında yayınlanan bültendeki verilere göre 2013 yılı itibariyle Dünya’daki toplam enerji ihtiyacının %28,9’u kömürden, %31,1’i petrolden, %21,4’ü doğal gazdan ve %4,8’i de nükleer yakıtlardan üretilmektedir. Geriye kalan %13,8’lik kısım ise yenilenebilir enerji kaynaklarından ve atıklardan sağlanmaktadır. Toplam enerji arzı 13541 Mtoe (milyon ton eşdeğer petrol) olup, 1 toe = 11630 kWh = 41870 MJ’dür

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) tarafından 2015 yılında yayınlanan bültendeki verilere göre 2013 yılı itibariyle Dünya’daki toplam elektrik enerjisinin %41,3’ü kömürden, %21,7’si doğal gazdan, %16,3’ü hidroelektrik santrallerden, %10,6’sı nükleer santrallerden, %4,4’ü petrolden ve geriye kalan kısmı diğer kaynaklardan üretilmiştir. Bu verilere göre toplam elektrik enerjisi tüketimi 23322 TWh olarak gerçekleşmiştir.

Termodinamiğin ikinci kanunu bir enerji dönüşümü sisteminin ne kadar verimli olacağının sınırlarını belirler. Bilim insanları ısıyı herkesin anladığından daha farklı tanımlarlar. Eğer farklı sıcaklıklardaki iki cisim birbiriyle temas ettirilirse enerji sıcak cisimden soğuk cisme doğru akar ve her iki cismin sıcaklığı aynı olana kadar bu durum devam eder. Aktarılan bu enerji ısı olarak adlandırılır. Her cismin sıcaklığı, sahip olduğu iç enerjiye bağlıdır. Bu enerji, moleküllerin hareketi ve titreşmesiyle meydana gelen kinetik enerjilerinin bir sonucudur ve maddenin sıcaklık ve basıncının bir fonksiyonudur. Sıcak maddenin molekülleri daha hızlı hareket eder. Enerji ısı olarak aktarıldığında sıcak olan cisim iç enerjisinin bir kısmını kaybeder ve soğuk olan cismin iç enerjisi artar. Bu nedenle sıcak cismin ısı içerdiğini söylemek yanlıştır sıcak cisim sahip olduğu iç enerjiyi soğuk cisme ısı olarak aktarır. Soğuk cisim de bu enerjiyi iç enerjiye dönüştürür.

Q_H = 100 kW, Q_C = 35 kW

Elde edilen güç miktarı: W = 200 – 40 = 160 kW

Isı makinasının ısıl verimliliği: ε = W/Q_H = 160/200 = 0,8 veya %80'tir.

Teknik bir terim olan enerji kelimesi ilk kez Thomas Young tarafından 1807 yılında kullanılmıştır.

Termodinamiğin I. yasasına göre toplam enerji: mekanik, termodinamik,
elektromanyetik ve nükleer enerjinin toplamına eşittir. Sonuç olarak, 20. yüzyılda, Albert Einstein’ın E=mc2 eşitliğine göre enerjinin kütlesinin olduğu veya kütle olduğu kabul edilmiştir. Bu eşitlikteki m kütleyi ve c ise ışık hızını ifade etmektedir.

Kimyasal enerji, moleküldeki atomların birleşmesinin ve diğer değişik maddelerin bir araya gelmesinin sonucu olup, elektrik yüklerinin elektrostatik potansiyel enerjisi
olan elektrik kuvvetleriyle yapılan iş olarak tanımlanabilir.

Yüksek irtifalardaki suyun potansiyel enerjisi böylelikle güneşin nükleer enerjisinden elde edilmiş olur. Suyun bulunduğu irtifadan dolayı sahip olduğu
potansiyel enerjisi barajlar vasıtasıyla toplanır ve suyun türbinlere doğru akması sağlanır. Burada suyun potansiyel enerjisi önce mekanik enerjiye ve daha sonra elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu süreçteki her basamakta enerji korunmuştur.

Bu dönüşümlerin hiçbiri %100 verimli değildir. Enerjinin bir kısmı sürtünme veya
diğer verimsizliklerden dolayı kullanılamaz. Ancak enerji yok edilemez ve bu durumun sonucu olarak dünyanın ve evrenin ısısı yavaş yavaş artmaktadır.

Elektrik enerjisi söz konusu olduğunda gücü hesaplamak için potansiyel farkı volt (V)
ve akım amper (A) değerlerinin bilinmesi gerekmektedir. E ğer bu değerler biliniyorsa güç:
W = V x A

Yenilenemeyen enerji kaynakları: kömür, ham petrol, doğal gaz ve nükleer yakıt.
Yenilenebilir enerji kaynakları: Su gücü, biyokütle, güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi,
jeotermal enerji ve dalga enerjisi.

Yenilenemeyen enerji kaynaklarından olan kömür, dünyada kullanılan en önemli
enerji kaynaklarından birisidir. Kullanılan enerji kaynakları sıralamasında petrolden sonra, doğal gazdan önce yer almaktadır. Rezerv yönünden değerlendirildiğinde ise dünyadaki bir numaralı enerji kaynağıdır.

İçten yanmalı motorlarda yakıtın potansiyel kimyasal enerjisi önce ısıya, sonra pistonları hareket ettirerek aracın hareket etmesiyle birlikte kinetik enerjiye
dönüşmektedir. Bir enerji dönüşüm cihazına veya sürece giren enerji, diğer enerji
biçimlerine dönüşürken cihaza veya sürece giren ve çıkan enerjiler birbirine eşittir.
Bunun nedeni herhangi bir sistemdeki enerjinin şekil değiştirmesi sırasında enerjinin korunumudur.

İkincil enerji kaynakları, birincil enerji kaynaklarının elektrik enerjisi veya benzin, fuel oil, metanol, etanol ve hidrojen gibi yakıtlara dönüştürülmesiyle elde edilir. Güneş, rüzgâr, biyokütle, jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynakları birincil enerji kaynakları olup genellikle kullanılabilir enerji olarak nitelendirilen elektrik veya ısıl enerjiye dönüştürülürler.

Yunanca energia kelimesine

Potansiyel enerji