ENERJİ bir iş yapabilen güç, kudret. Bir sistemdeki iş yapma yeteneği. Çok değişik ve çeşitli biçimler alabilir: Mekanik, termik (ısı), elektrik, ışın, kimya. Bunların hepsi de birbirine dönüşebilir. Örneğin, sürtünme (mekanik enerji) ısı doğurur (termik enerji).
Bir kuvvetin yaptığı işle sağlanan enerjiye, mekanik enerji denir. Herhangi bir yüksekliğe konan bir ağırlık potansiyel denen bir mekanik enerji kaynağıdır. Ağırlık serbestçe düştüğü zaman bu enerji, kinetik enerjiye dönüşür. Buna mekanik enerjinin sakınımı kuralı denir. Dışarıya enerji alışverişi olmayan her sistemde potansiyel ve kinetik enerji sabit kalır. Bu ilke, bütün enerji türleri için genelleştirilebilir.
Başlı başına çalışan bir sistemin toplam enerjisi sabittir (enerji sakınımı). Yeniden enerji yaratılamayacağı gibi, var olan bir enerji de yok edilemez. Enerji ancak bir biçimden başka bir biçime dönüştürülebilir. Ancak arka arkaya gelen enerji biçimleri, gittikçe Sönümlenerek ısıya kadar varır ve ısının tamamı mekanik enerjiye dönüşemez (Karno Kanunu).
Bağıllık (rölativite) kuramına göre, kütle ile enerji arasında denklik (eşitlik) vardır ve enerji çıkaran her sistem kütlesinden bir miktar kaybeder. Bu eşitlik radyoaktif dönüşümlerde tanıtlanmıştır. Nitekim elamenter tanecikler yaratarak ışın enerjisini maddeleştirmek olanağı bulunduğu gibi, bu maddeleri enerjiye dönüştürerek maddesizleştirmek de eldedir.
Enerji biçimleri. İnsanoğlunun çeşitli gereksinimleri için kullandığı enerji miktarı, uygarlık düzeyi için önemli bir ölçüttür. 19.yüzyılın ortalarından bu yana gittikçe artan bir enerji istemi insanlığı sarmıştır. Roma İmparatorluğu zamanında kişinin elinin altındaki enerji miktarı 1 sayılırsa, bu miktar 19. yüzyılın başında 3, günümüzde ise 500 olur. Şimdiye kadar dünya, enerji gereksinimini fosil yakıtlar denen kömür, petrol ve gazla karşılıyordu.
Her ülkenin elde ettiği enerji bunların birbirine eklenmesi ve hepsinin ton olarak taşkömürü ya da petrol karşılığı ile elde edilir: 1 ton taşkömürü karşılığı: 8.10 kkal; 1 ton petrol karşılığı: 1,5 ton taşkömürü. 1 milyon ton taşkömürü ölçü olarak alınırsa (Mtt), insanoğlu 1900 yılında bütün dünyada 700 Mtt enerji tüketiyordu. Bu miktar 1970’de on katına çıktı ve 1975’te 9.000 Mtt. oldu. Yılda yüzde 5 bir artış kabul edilirse, 1980’de bu miktar 12.000 Mtt, 1985’de 15.000 Mu, 2000 yılında 30.000 Mtt olacaktır.
Türkiye’nin bu anlamda birincil enerji üretimi 1979 yılında 25 Mtt, tüketimi 48 Mtt idi. Aynı ölçüyü kullanırsak bu alanda Fransa’nın üretimi yılda 225 Mtt, Amerika Birleşik Devletleri’ninki ise 2.600 Mtt olur.
Rüzgar enerjisi. Doğal enerji kaynakları arasında en az kullanılanıdır. Örneğin, 1 milyon kilovat enerji elde etmek için her biri 40 metre yüksekliğinde ana direklere yerleştirilmiş, kanatlarının uzunluğu 30 metre olan, en az bir tane yeldeğirmeni gerekir. Bu nedenle rüzgar enerjisi, ancak kuyulardan su çekmekte işe yarar. Ayrıca rüzgar hızına göre ayarlanma güçlüğü ve büyük gürültü sorunu da bu alandaki gelişmelere engeldir.
Jeotermik enerji. Yerin derinliklerinden, yer yüzüne doğru gittikçe azalan bir sıcaklık gelir. Yerin derinliğine doğru inildikçe, her otuz metrede ortalama bir derece (1°C) sıcaklık artar. Kimi yerlerde bu sıcaklıktan, yerden fışkıran su buharı ya da kaynar su biçiminde yararlanılır. Sıcak buhardan elektrik elde edilebileceği gibi seralar ısıtılabilir. Sıcak su da aynı şekilde ev işlerinde ve evler de kullanılabilir.
Gelgit enerjisi. Gelgit hareketlerinden yararlanılacak (bütün dünyada) 60-70 milyar kilovat potansiyel enerji bulunduğu hesaplanmıştır. Fransa’da 1969’dan beri Rance’deki gelgit elektrik santralından yılda 770 milyon kilovatsaat enerji elde edilmektedir. Atlantik kıyısında, gelgitin yeterli olduğu yerlerde, yirmi yıl içinde yapılacak daha başka bu tür santrallarla, yılda otuz milyar kilovatsaat enerji elde edilecektir. Aynı para ile, yılda 6.000 saat çalışabilecek her biri 1.000 MW gücünde 15-20 nükleer elektrik santralından, bunun dört katı daha fazla elektrik elde edilir.
Nükleer enerji. Uranyum 235 ve plütonyum 239’un ağır çekirdeklerini parçalanmasıyla elde edilir. Bu enerji türünün bazı avantajları vardır. Birincisi, güvenilir bir enerjidir. Önceleri nükleer santrallerin çalışması bazı güçlükler yaratmışsa da günümüzde hiç bir güçlük söz konusu değildir. 1956’da bütün dünyada yalnız iki ülkede, 0,6 MW gücünde iki nükleer reaktör vardı. 1965’de ülke sayısı 9’a, reaktör sayısı 44’e enerji kapasitesi 49 MW'a yükseldi.
Nükleer enerjinin ikinci avantajı elektriği ucuza üretmesidir. Klasik santrallere oranla nükleer santralin kuruluş giderleri fazladır, ancak kurulduktan sonra diğerinin yarı fiyatına elektrik üretir. Yakıttan yapılan tasarruf, kuruluştaki aşırı gideri fazlasıyla karşılamaktadır.
Üçüncü avantaj, uranyum bulunan ülkeler içindir. Çok az hacimde çok büyük enerji taşıyan uranyum, az yer tutar. Normal su ile çalışan reaktörler için kullanılan bir ton nükleer yakıt, iyi kalitede 80.000 ton taşkömüre eşdeğerlidir.
Güneş enerjisi. Güneşten dünyaya gelen enerji, insanların aynı süre içinde tükettiği enerjinin yaklaşık 10.000 katıdır. Herhangi bir yere düşen enerji miktarı, o yerin enlemine ve meteorolojik koşullarına bağlıdır: Tropik bölgelerde bu miktar, yılda m2. başına 2.500 kWh’tır. Bu miktar Türkiye’de ortalama 1.350 kWh’tır. Bu enerjiyi elde etmek hem çok güç, hem çok pahalıdır.
Günümüzde tek ilginç kullanma alanı evlere sıcak su sağlanmasıdır. B. enerjinin elde edilmesinde önemli bir gelişme sağlanabilmesi için, gerek güneşpili sistemleri, gerek hidrojenin önemli rol oynayabileceği kimyasal dönüşüm sistemleri yardımıyla bir depolama yönteminde bulunması gereklidir. Bir silisyumlu güneşpili (verimi yüzde 10-12) ya da kadmiyumlu güneşpili (verimi yüzde 5-6) sistemi ile enerji toplama yüzeyi çok büyüktür. 1.000 MW’lık bir nükleer santralin sağlayacağı enerjiyi bu güneşpilleriyle elde edebilmek için 3.000-6.000 hektar arasında bir yüzey kullanmak gerekir. Kısa dönemde enerji gereksinimi ancak nükleer santrallarla sağlanabilir. Uzun dönemde ise, hidrojen bombasının kullanılan nükleer füzyon yönteminden gelişmeler beklenebilir.
Üretim. Kömür (linyit, özellikle taşkömürü), 1960’larda eski önemini yitirerek, yerini büyük ölçüde petrole bırakmıştı. Günümüzde dünyada birincil enerjinin yüzde 40’ı petrol, yüzde 30’u kömür, yüzde 25’i doğal gazla karşılanmaktadır. Özellikle doğal gaz üretimi son yirmi yılda büyük gelişme göstermiştir. Bu duruma göre, toplam üretimin üçte ikisi hidrokarbürlerle (petrol ve dogal gaz) sağlanmaktadır. Dünya çapında birincil elektrik üretimi (hidroelektrik ve nükleer) henüz çok azdır.
Öteden beri yapılan bir ayrımla, kömür, petrol, doğal gaz, hidroelektrik ve nükleer enerjilere birincil enerji, kömür ve petrol ürünlerinin (kok, fuel-oil, termik elektrik vb.) işlenmesi ve dönüşümüyle sağlanan enerjiye de ikincil enerji denir. Toplam enerji üretimi ikincil enerjinin bütünü ile birincil enerjinin doğrudan doğruya kullanılan bölümünün toplamıdır.
Toplam enerji üretimi bir ülkenin ekonomik gücünün en iyi ölçütüdür. Nitekim dünya enerji üretimin dörte birini Amerika Birleşik Devletleri, sekizde birini de Rusya üretmektedir. Bu devletlerin ardından sıra ile şu ülkeler gelir: Japonya, Almanya, İngiltere, Kanada, Fransa. Tüketim düzeyinde ise nüfus başına büyük farklılıklar vardır. ABD’de nüfus başına yılda 10 tt (ton taşkömürü). Sosyalist ülkelerle birlikte bütün Avrupa ülkelerine 5 tt. Buna karşılık Asya ülkelerinin çoğunda 1 tt’den aşağı, hatta tropikal Afrika ülkelerinin birçoğunda 0,1 tt dolayındadır.
Gerçekte tüketim düzeyinin, birincil enerji üretimiyle ilintisi azdır; birincil enerji üretimi, bir devletin enerji yönünden diğer devletlere bağımlı olup olmadığının ölçüsüdür ve önemi 1973 petrol bunalımından bu yana artmıştır. Sözü geçen ülkelerden yalnız Rusya ile Kanada’nın üretim ve tüketimi arasında tam bir denge vardır. Amerika Birleşik Devletlerinde tüketim, yakın zamanlarda üretimden daha hızlı arttığından enerji açığı vardır ancak bu açık henüz Japonya ve Batı Avrupa ülkerinde görülenler kadar büyük değildir.
Petrol bunalımı bazı ülkelerde yeniden kömüre dönüşü bazılarında ise kömürün yanı sıra nükleer enerji yatırımını hızlandırmış, Türkiye gibi su kaynakları ve linyit yatakları zengin olan ülkelerde de bu kaynaklara önemle eğilmeye başlamışlardır. Batı Avrupa’da olduğu kadar Türkiye’de de petrole bağlılık büyük ölçüde sürmektedir. Taşkömürü yatakları bol olan ülkeler açıklarının bir bölümünü, bu yatakları işleterek giderebileceklerdir (İngiltere, Almanya). Ancak Türkiye gibi fosil yakıt üretimi çok kıt olan ülkeler büyük ölçüde dışa bağımlı kaldıklarından bu ülkelerin ödemeler dengesi büyük açıklar vermektedir.
Bir kuvvetin yaptığı işle sağlanan enerjiye, mekanik enerji denir. Herhangi bir yüksekliğe konan bir ağırlık potansiyel denen bir mekanik enerji kaynağıdır. Ağırlık serbestçe düştüğü zaman bu enerji, kinetik enerjiye dönüşür. Buna mekanik enerjinin sakınımı kuralı denir. Dışarıya enerji alışverişi olmayan her sistemde potansiyel ve kinetik enerji sabit kalır. Bu ilke, bütün enerji türleri için genelleştirilebilir.
Başlı başına çalışan bir sistemin toplam enerjisi sabittir (enerji sakınımı). Yeniden enerji yaratılamayacağı gibi, var olan bir enerji de yok edilemez. Enerji ancak bir biçimden başka bir biçime dönüştürülebilir. Ancak arka arkaya gelen enerji biçimleri, gittikçe Sönümlenerek ısıya kadar varır ve ısının tamamı mekanik enerjiye dönüşemez (Karno Kanunu).
Bağıllık (rölativite) kuramına göre, kütle ile enerji arasında denklik (eşitlik) vardır ve enerji çıkaran her sistem kütlesinden bir miktar kaybeder. Bu eşitlik radyoaktif dönüşümlerde tanıtlanmıştır. Nitekim elamenter tanecikler yaratarak ışın enerjisini maddeleştirmek olanağı bulunduğu gibi, bu maddeleri enerjiye dönüştürerek maddesizleştirmek de eldedir.
Enerji biçimleri. İnsanoğlunun çeşitli gereksinimleri için kullandığı enerji miktarı, uygarlık düzeyi için önemli bir ölçüttür. 19.yüzyılın ortalarından bu yana gittikçe artan bir enerji istemi insanlığı sarmıştır. Roma İmparatorluğu zamanında kişinin elinin altındaki enerji miktarı 1 sayılırsa, bu miktar 19. yüzyılın başında 3, günümüzde ise 500 olur. Şimdiye kadar dünya, enerji gereksinimini fosil yakıtlar denen kömür, petrol ve gazla karşılıyordu.
Her ülkenin elde ettiği enerji bunların birbirine eklenmesi ve hepsinin ton olarak taşkömürü ya da petrol karşılığı ile elde edilir: 1 ton taşkömürü karşılığı: 8.10 kkal; 1 ton petrol karşılığı: 1,5 ton taşkömürü. 1 milyon ton taşkömürü ölçü olarak alınırsa (Mtt), insanoğlu 1900 yılında bütün dünyada 700 Mtt enerji tüketiyordu. Bu miktar 1970’de on katına çıktı ve 1975’te 9.000 Mtt. oldu. Yılda yüzde 5 bir artış kabul edilirse, 1980’de bu miktar 12.000 Mtt, 1985’de 15.000 Mu, 2000 yılında 30.000 Mtt olacaktır.
Türkiye’nin bu anlamda birincil enerji üretimi 1979 yılında 25 Mtt, tüketimi 48 Mtt idi. Aynı ölçüyü kullanırsak bu alanda Fransa’nın üretimi yılda 225 Mtt, Amerika Birleşik Devletleri’ninki ise 2.600 Mtt olur.
Rüzgar enerjisi. Doğal enerji kaynakları arasında en az kullanılanıdır. Örneğin, 1 milyon kilovat enerji elde etmek için her biri 40 metre yüksekliğinde ana direklere yerleştirilmiş, kanatlarının uzunluğu 30 metre olan, en az bir tane yeldeğirmeni gerekir. Bu nedenle rüzgar enerjisi, ancak kuyulardan su çekmekte işe yarar. Ayrıca rüzgar hızına göre ayarlanma güçlüğü ve büyük gürültü sorunu da bu alandaki gelişmelere engeldir.
Jeotermik enerji. Yerin derinliklerinden, yer yüzüne doğru gittikçe azalan bir sıcaklık gelir. Yerin derinliğine doğru inildikçe, her otuz metrede ortalama bir derece (1°C) sıcaklık artar. Kimi yerlerde bu sıcaklıktan, yerden fışkıran su buharı ya da kaynar su biçiminde yararlanılır. Sıcak buhardan elektrik elde edilebileceği gibi seralar ısıtılabilir. Sıcak su da aynı şekilde ev işlerinde ve evler de kullanılabilir.
Gelgit enerjisi. Gelgit hareketlerinden yararlanılacak (bütün dünyada) 60-70 milyar kilovat potansiyel enerji bulunduğu hesaplanmıştır. Fransa’da 1969’dan beri Rance’deki gelgit elektrik santralından yılda 770 milyon kilovatsaat enerji elde edilmektedir. Atlantik kıyısında, gelgitin yeterli olduğu yerlerde, yirmi yıl içinde yapılacak daha başka bu tür santrallarla, yılda otuz milyar kilovatsaat enerji elde edilecektir. Aynı para ile, yılda 6.000 saat çalışabilecek her biri 1.000 MW gücünde 15-20 nükleer elektrik santralından, bunun dört katı daha fazla elektrik elde edilir.
Nükleer enerji. Uranyum 235 ve plütonyum 239’un ağır çekirdeklerini parçalanmasıyla elde edilir. Bu enerji türünün bazı avantajları vardır. Birincisi, güvenilir bir enerjidir. Önceleri nükleer santrallerin çalışması bazı güçlükler yaratmışsa da günümüzde hiç bir güçlük söz konusu değildir. 1956’da bütün dünyada yalnız iki ülkede, 0,6 MW gücünde iki nükleer reaktör vardı. 1965’de ülke sayısı 9’a, reaktör sayısı 44’e enerji kapasitesi 49 MW'a yükseldi.
Nükleer enerjinin ikinci avantajı elektriği ucuza üretmesidir. Klasik santrallere oranla nükleer santralin kuruluş giderleri fazladır, ancak kurulduktan sonra diğerinin yarı fiyatına elektrik üretir. Yakıttan yapılan tasarruf, kuruluştaki aşırı gideri fazlasıyla karşılamaktadır.
Üçüncü avantaj, uranyum bulunan ülkeler içindir. Çok az hacimde çok büyük enerji taşıyan uranyum, az yer tutar. Normal su ile çalışan reaktörler için kullanılan bir ton nükleer yakıt, iyi kalitede 80.000 ton taşkömüre eşdeğerlidir.
Güneş enerjisi. Güneşten dünyaya gelen enerji, insanların aynı süre içinde tükettiği enerjinin yaklaşık 10.000 katıdır. Herhangi bir yere düşen enerji miktarı, o yerin enlemine ve meteorolojik koşullarına bağlıdır: Tropik bölgelerde bu miktar, yılda m2. başına 2.500 kWh’tır. Bu miktar Türkiye’de ortalama 1.350 kWh’tır. Bu enerjiyi elde etmek hem çok güç, hem çok pahalıdır.
Günümüzde tek ilginç kullanma alanı evlere sıcak su sağlanmasıdır. B. enerjinin elde edilmesinde önemli bir gelişme sağlanabilmesi için, gerek güneşpili sistemleri, gerek hidrojenin önemli rol oynayabileceği kimyasal dönüşüm sistemleri yardımıyla bir depolama yönteminde bulunması gereklidir. Bir silisyumlu güneşpili (verimi yüzde 10-12) ya da kadmiyumlu güneşpili (verimi yüzde 5-6) sistemi ile enerji toplama yüzeyi çok büyüktür. 1.000 MW’lık bir nükleer santralin sağlayacağı enerjiyi bu güneşpilleriyle elde edebilmek için 3.000-6.000 hektar arasında bir yüzey kullanmak gerekir. Kısa dönemde enerji gereksinimi ancak nükleer santrallarla sağlanabilir. Uzun dönemde ise, hidrojen bombasının kullanılan nükleer füzyon yönteminden gelişmeler beklenebilir.
Üretim. Kömür (linyit, özellikle taşkömürü), 1960’larda eski önemini yitirerek, yerini büyük ölçüde petrole bırakmıştı. Günümüzde dünyada birincil enerjinin yüzde 40’ı petrol, yüzde 30’u kömür, yüzde 25’i doğal gazla karşılanmaktadır. Özellikle doğal gaz üretimi son yirmi yılda büyük gelişme göstermiştir. Bu duruma göre, toplam üretimin üçte ikisi hidrokarbürlerle (petrol ve dogal gaz) sağlanmaktadır. Dünya çapında birincil elektrik üretimi (hidroelektrik ve nükleer) henüz çok azdır.
Öteden beri yapılan bir ayrımla, kömür, petrol, doğal gaz, hidroelektrik ve nükleer enerjilere birincil enerji, kömür ve petrol ürünlerinin (kok, fuel-oil, termik elektrik vb.) işlenmesi ve dönüşümüyle sağlanan enerjiye de ikincil enerji denir. Toplam enerji üretimi ikincil enerjinin bütünü ile birincil enerjinin doğrudan doğruya kullanılan bölümünün toplamıdır.
Toplam enerji üretimi bir ülkenin ekonomik gücünün en iyi ölçütüdür. Nitekim dünya enerji üretimin dörte birini Amerika Birleşik Devletleri, sekizde birini de Rusya üretmektedir. Bu devletlerin ardından sıra ile şu ülkeler gelir: Japonya, Almanya, İngiltere, Kanada, Fransa. Tüketim düzeyinde ise nüfus başına büyük farklılıklar vardır. ABD’de nüfus başına yılda 10 tt (ton taşkömürü). Sosyalist ülkelerle birlikte bütün Avrupa ülkelerine 5 tt. Buna karşılık Asya ülkelerinin çoğunda 1 tt’den aşağı, hatta tropikal Afrika ülkelerinin birçoğunda 0,1 tt dolayındadır.
Gerçekte tüketim düzeyinin, birincil enerji üretimiyle ilintisi azdır; birincil enerji üretimi, bir devletin enerji yönünden diğer devletlere bağımlı olup olmadığının ölçüsüdür ve önemi 1973 petrol bunalımından bu yana artmıştır. Sözü geçen ülkelerden yalnız Rusya ile Kanada’nın üretim ve tüketimi arasında tam bir denge vardır. Amerika Birleşik Devletlerinde tüketim, yakın zamanlarda üretimden daha hızlı arttığından enerji açığı vardır ancak bu açık henüz Japonya ve Batı Avrupa ülkerinde görülenler kadar büyük değildir.
Petrol bunalımı bazı ülkelerde yeniden kömüre dönüşü bazılarında ise kömürün yanı sıra nükleer enerji yatırımını hızlandırmış, Türkiye gibi su kaynakları ve linyit yatakları zengin olan ülkelerde de bu kaynaklara önemle eğilmeye başlamışlardır. Batı Avrupa’da olduğu kadar Türkiye’de de petrole bağlılık büyük ölçüde sürmektedir. Taşkömürü yatakları bol olan ülkeler açıklarının bir bölümünü, bu yatakları işleterek giderebileceklerdir (İngiltere, Almanya). Ancak Türkiye gibi fosil yakıt üretimi çok kıt olan ülkeler büyük ölçüde dışa bağımlı kaldıklarından bu ülkelerin ödemeler dengesi büyük açıklar vermektedir.