Enerji, fizikte iş yapma kapasitesine denir. Uluslararası Birim Sistemi (SI) birimi Joule‘dur. Joule birimi İngiliz fizikçi James Prescott Joule‘un (1818-1889) isminden üretilmiştir. Enerji kelimesinin kökeni “energeia“, eski yunancada ” işini yapıyor olma, işler halde olma, işte olma, işlerlik” anlamına gelir ve Aristoteles‘in felsefeye kazandırdığı kavramlardan biridir. Fakat bugünkü anlamda kullanımı ise oldukça yenidir. Güncel enerji kavramı Leibniz tarafından latince “yaşayan kuvvet” diye tabir edilen “vis visa” ismi ile ortaya çıkmıştır. Toplam mekanik enerjinin belirli mekanik sistemlerde korunacağını fark etmiştir ve bunu maddenin doğuştan gelen bir özelliği olarak kabul etmiştir.

Enerji; potansiyel, kinetik, termal, elektriksel, kimyasal, nükleer gibi diğer çeşitli şekillerde bulunabilmektedir. Enerji korunan bir miktardır; enerjinin korunumu yasası, enerjinin dönüştürülebileceğini, fakat yoktan var edilemeyeceğini veya yok edilemeyeceğini belirtir. Enerjinin bir biçimi başka bir forma dönüştürülebilmektedir.

Örneğin; bir kişinin yediği yiyecek kimyasal enerji içerir ve vücudu bu enerjiyi iş veya oyun sırasında kinetik enerji olarak kullanana kadar depolar. Kömür veya doğalgazda depolanan kimyasal enerji veya nehirlerde akan suyun kinetik enerjisi, yazımızda bahsedeceğimiz sistemler sayesinde elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.

Enerji Çeşitleri Nelerdir ?

Bu enerji biçimleri, iki ana grubu ayrılabilir: kinetik enerji ve potansiyel enerji. Diğer enerji tipleri bu iki enerji tipinin karışımından elde edilmektedir.

Potansiyel enerji, konumu veya yapısı nedeniyle bir nesneyle ilişkili enerjidir. Örneğin, bir molekülün kimyasal bağlarındaki enerji, molekülün yapısı ve atomlarının birbirlerine göre konumları ile ilgilidir. Kimyasal bağlarda depolanan enerji olan kimyasal enerji, bu nedenle bir potansiyel enerji biçimi olarak kabul edilmektedir. Potansiyel enerji örnekleri, bir barajın arkasında tutulan suyun veya bir uçaktan atlamak üzere olan bir kişinin enerjisini içerir.

Bir cismin kinetik enerji miktarı, kütlesine ve hızına bağlıdır. Eğik bir düzlemde aynı hızla yuvarlanan farklı kütlelere sahip iki top düşünülürse ağır top daha fazla kinetik enerjiye sahip olacaktır. Benzer şekilde aynı kütleye sahip iki top eğik bir düzlemde farklı hızlarda yuvarlandığında, daha hızlı hareket eden topun kinetik enerjisi daha fazla olacaktır. Bir taşın fırlatılması, yürüme, koşma ve gemilerin hareketi kinetik enerjinin örnekleridir.

Isı-Termal Enerjisi

Termal enerji veya ısı, bir maddedeki atomların ve moleküllerin hareketinden gelen enerjidir. Bu parçacıklar daha hızlı hareket ettiğinde ısı artar. Jeotermal enerji, yeryüzündeki termal enerjidir.

Işık Enerjisi

Işık enerjisi, insan gözüyle görülebilen bir dalga boyunda elektromanyetik radyasyon şeklidir. Bir tür kinetik enerjidir.

Kimyasal Enerji

Kimyasal enerji, atomların ve moleküllerin bağlarında depolanan enerjidir. Piller, biyokütle, petrol, doğal gaz ve kömür kimyasal enerji örnekleridir. İnsanlar şöminede odun yaktığında veya bir arabanın motorunda benzin yaktığında kimyasal enerji termal enerjiye dönüştürülmüş olur.

Nükleer Enerji

Nükleer enerji, proton ve nötronlardan oluşan atomların çekirdeği olan çekirdekten salınan bir enerji şeklidir. Bu kaynak iki şekilde üretilmektedir. Fisyon, atom çekirdeklerinin birkaç parçaya ayrıldığı zaman ve Füzyon, çekirdeklerin bir araya geldiği zaman üretilmektedir.

Ses Enerjisi

Ses, enerjinin hava veya su gibi bir madde içindeki hareketidir ve titreşimlerden kaynaklanır. Katı, sıvı ve gazlar sesi dalgalar halinde iletir.

Elektrik Enerjisi

Elektrik enerjisi, elektrik yüklü parçacıkların hareketinin bir sonucu olarak elde edilen enerjidir ve potansiyel enerjisinden dönüştürülmüş enerjiyi ifade eder. Bu enerji, bir elektrik devresi tarafından sağlanan elektrik akımı ve elektrik potansiyelinin kombinasyonu yani elektriksel güç ile sağlanır. En çok kullanılan ölçüm birimi Watt-saat (Wh) şeklindedir. Diğer birimlerle olan matematiksel ilişkisi ise Enerji= Güç x Zaman biçimindedir.

Enerji Kaynakları ve Çeşitleri

Dünyada elektrik gücü üretmek için kullanılan birçok alternatif enerji kaynağı vardır. Öncelikle bu enerji kaynaklarının tümü elektrik üretmek için kullanılmaktadır.

Yenilenebilir Enerji Kaynakları Nelerdir ?

Yenilenebilir enerji, doğal olarak yenilenen ancak akışı sınırlı kaynaklardan elde edilen enerjidir. Kaynaklar süre olarak neredeyse tükenmemekte, ancak birim zaman başına mevcut olan enerji miktarı sınırlı olmaktadır.

Güneş Enerjisi Nedir ?

Güneş ışığı, gezegenimizin en bol ve serbestçe kullanılabilen enerji kaynaklarından biridir. Bir saatte dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisi miktarı, gezegenin bir yıllık toplam enerji ihtiyacından fazladır. Kusursuz bir yenilenebilir enerji kaynağı gibi görünse de kullanabileceğimiz güneş enerjisi miktarı, coğrafi konumun yanı sıra günün saatine ve yılın mevsimine göre değişir.

Güneş enerjisini nasıl yakaladıklarına ve dağıttıklarına veya güneş enerjisine nasıl dönüştürdüklerine bağlı genel olarak pasif güneş veya aktif güneş olarak karakterize edilmektedir. Aktif güneş enerji sistemleri; enerjiyi kullanmak için foto voltaik sistemlerin, güneş enerjisi ile su ısıtmanın kullanımını içerir. Pasif güneş enerji sistemleri; bir binayı Güneş’e yönlendirmeyi, uygun termal kütle veya ışık dağıtma özelliklerine sahip malzemeleri seçmeyi ve havayı doğal olarak dolaştıran alanlar tasarlamayı içerir. 

Rüzgar Enerjisi Nedir ?

Rüzgar enerjisi, rüzgarın kinetik enerjisinin güç için kullanılabilecek mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebildiği enerji dönüşüm şeklidir. Bu amaçla tarihsel olarak yel değirmenleri şeklinde yüzyıllar boyunca tahıl öğütme ve su pompalama gibi görevler için kullanılmıştır. Modern ticari rüzgar türbinleri ise bir elektriksel güç elde etmek için dönme enerjisini kullanarak elektrik üretiminde kullanılmaktadır. Uzun bir kulenin üzerinde bir aktarma organı içeren jeneratör vasıtasıyla hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştürürler.

Biyokütle Enerjisi Nedir ?

Biyokütle enerjisi-yeşil enerji, canlı veya bir zamanlar yaşayan organizmalar tarafından üretilen enerjidir. En yaygın kullanılan biyokütle malzemeleri, mısır ve soya gibi bitkilerdir. Bina ısıtması ve elektrik enerjisi üretimi için kullanılmaktadır.

Çeşitli yöntemlerle elektrik gücüne dönüştürülebilmektedir. En yaygın olanı tarımsal atıklar veya odunsu malzemeler gibi biyokütle malzemesinin doğrudan yakılmasıdır. Diğer seçenek ise atıkların belirli süreçlerden geçirilerek gaza dönüştürülmesi ve elektrik üretilmesidir.

Jeotermal Enerji Nedir ?

Jeotermal enerji, yerin altından gelen ısıdır. Yerkabuğunun altındaki kayalarda, sıvılarda ve dünyanın sıcak erimiş kayası olan magmaya kadar bulunabilmektedir. Jeotermal enerjiden güç üretebilmek için yüksek sıcaklıkta su ve buhara erişerek yeraltı rezervuarlarına bir mil derinlikte kuyular kazılmaktadır. Daha sonra buhar yakalanır ve bu da türbinleri hareket ettirmeye yardımcı olur. Dönen türbinler daha sonra jeneratörlere güç sağlar. Jeotermal enerji, bir konut birimi tarafından veya büyük ölçekte bir endüstriyel uygulama tarafında kullanılabilmektedir. Antik çağlarda banyo yapmak ve mekan ısıtmak için kullanılmıştır. Jeotermal enerji santralleri, kullandıkları buharı ve suyu tekrar rezervuara pompalarlarsa genellikle düşük emisyonlara sahiptir. 

Hidroelektrik Enerji Nedir ?

Hidroelektrik enerji üretiminde, su daha yüksek bir yükseklikte bir barajda toplanarak veya depolanmaktadır. Büyük borular veya tüneller yoluyla daha düşük bir yüksekliğe yönlendirilmektedir. Borulardan aşağı geçişinin sonunda düşen su türbinlerin dönmesine neden olur. Türbinler sırayla türbinlerin mekanik enerjisini elektriğe dönüştüren jeneratörleri çalıştırır ve elektrik üretir.

Hidrojen Enerjisi Nedir ?

Hidrojen su (H2O) ile birlikte bulunur ve yeryüzünde bulunan en yaygın elementtir. Su, hidrojenin üçte ikisini içerir ve diğer elementlerle kombinasyon halinde bulunabilir. Su hidrojen ve oksijene ayrıldıktan sonra, elektrik üretmek için yakıt olarak kullanılabilmektedir. Gemilere, araçlara, evlere, endüstrilere ve en önemlisi roketlere güç sağlamak için bir yakıt kaynağı olarak kullanılabilmektedir. İsteğe göre üretilmekte ve atmosfere emisyon bırakmamaktadır.

Dalga-Gelgit Enerjisi Nedir ?

Gelgit enerjisi, gelen ve giden gelgitlerin kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için gelgitlerin yükselişini ve düşüşünü kullanır. Bu yöntemle enerji üretimi en çok kıyı bölgelerinde yaygındır. Gelgit enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir ve gelgitler düşük hızdayken bile büyük enerji üretmektedir.

Dalga enerjisi, okyanuslarda üretilen dalgalardan üretilmektedir. Okyanus, ayın yerçekimi tarafından yönetildiğinden, gücünü kullanmayı çekici bir seçenek haline getiriyor. Dalga enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için farklı teknikler, su yüzeyinin üzerinde veya hemen altında baraj benzeri yapılar veya okyanus tabanına sabit cihazlar kullanılmaktadır.

Yenilenemez Enerji Kaynakları Nelerdir ?

Yenilenemez bir enerji kaynağı, tüketildiği hızda yenilenemeyen doğal bir sınırlı kaynaktır. Gaz, sıvı veya katı halde çıkarılır ve daha sonra esas olarak enerjiyle ilgili kullanımları için dönüştürür. Bu maddelerin rezervlerinin oluşması milyarlarca yıl alır ve kullanılan kaynakların yerini alması milyarlarca yıl sürer. Yenilenemeyen kaynaklara örnek olarak ham petrol, doğal gaz, kömür ve uranyum verilebilir.

Petrol Enerjisi Nedir ?

Petrol, en çok kullanılanı benzin olmak üzere birçok ürüne dönüştürülmektedir. Fosil yakıtlarla ilgili sorun iki yönlüdür. Yakıta ulaşmak ve onu kullanıma dönüştürmek için çevrede ağır tahribat ve kirlilik olması gerekir. Fosil yakıt rezervleri de sınırlıdır ve temel tüketim oranı göz önüne alındığında yalnızca 100 yıl daha dayanmayı beklemektedir.

Nükleer Enerji Nedir ?

Nükleer enerji, atomları ısı ve nihayetinde elektrik oluşturmak için bölünen (nükleer fisyon adı verilen bir süreçle) yenilenemez bir enerji kaynağı olan Uranium-245 gibi elementlerden üretilmektedir. Uranyum yerkabuğunda bulunabilmektedir ancak çoğunun madenciliği ve nükleer santraller için yakıt olarak işlenmesi çok zor veya çok pahalı olmaktadır. Fisyon tepkimesi ile oluşan yüksek miktardaki enerji, su buharını yüksek sıcaklıklara kadar ısıtır. Sonrasında oluşan buhar, elektrik jeneratörü türbinlerine iletilirek türbin şaftının dönmesi ile elektrik üretimi sağlanmaktadır.

Kömür Enerjisi Nedir ?

Kömürle çalışan bir elektrik santrali, elektrik üretmek için kömür yakan bir termik santraldir. Dünyadaki elektriğin yaklaşık üçte birini üretirler ancak çoğunlukla hava kirliliğinden kaynaklanan birçok hastalığa ve erken ölüme neden olurlar. Kömür, genellikle toz haline getirilerek bir kazanda yakılmaktadır, oluşan yüksek sıcaklık ile kazan suyu buhara dönüşür ve jeneratörleri güç veren türbinleri döndürmek için kullanılmaktadır. Böylece kömürde depolanan kimyasal enerji, ardışık olarak termal enerjiye, mekanik enerjiye ve son olarak da elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.

Doğalgaz Enerjisi Nedir ?

Doğalgaz santralleri, yakıt olarak doğal gazı yakarak elektrik üretir. Tüm doğalgaz santralleri gaz türbini kullanır. Bu türbinde yanan ve genişleyen bir hava akımı ile birlikte doğalgaz eklenmektedir.. Bu da jeneratöre bağlı türbini döndürmesine ve elektrik üretmesine neden olur.

Yenilenebilir Enerji vs Yenilenemez Enerji

Tüm fosil yakıtlar yenilenemez kaynaklardır. Fosil yakıtların oluşması milyonlarca yıl almıştır ve günümüzde onu üretildiğinden daha hızlı tüketiyoruz. Yenilenemeyen enerji kaynaklarını kullanmanın bir başka zorluğu da kirliliğe neden olabilmeleridir. Yanan fosil yakıtlar, kimyasalları havaya ve suya bırakır. Bu nedenle fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı azaltmak önemlidir. Hükümetler bilim insanlarını ve endüstrileri yeni enerji kaynakları bulmaya ve alternatifleri geliştirmeye teşvik etmek için çok çalışıyor.

Yenilenebilir enerji, daha kolay doldurulabilen doğal kaynaklardan elde edilmektedir. Asla tükenmeyecek kaynak güneş, yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Diğer yenilenebilir enerji kaynakları arasında rüzgar, su ve jeotermal enerji bulunmaktadır. Bu kaynaklar çok az kirliliğe neden olur veya hiç kirlilik yaratmaz.

Enerji Sistemleri Mühendisi nedir ? Ne Yapar ?

Enerji Sistemleri Mühendisleri, karmaşık enerji dönüştürme ve dağıtım sistemlerini denetler, enerji depolama sistemlerini iyileştirmek için çalışır ve bina, imalat ve imalat sistemlerinde enerjinin verimli kullanımını yönetir. Enerji Sistemleri Mühendisleri ayrıca enerji kullanımının ikincil etkilerini; yerel çevresel etki, bölgesel-ulusal ekonomik etki ve küresel iklim değişikliği perspektifinden inceler.