Hidroelektrik Santraller Ve Elektrik Üretimi

Dünya üzerinde üretilen elektrik enerjisinin 19%’u hidroelektrik santralleri vasıtası ile sağlanmaktadır. Öte yandan bugün dünyanın hidroelektrik potansiyelinin sadece 32%’sinden faydalanılmaktadır.

Hidro Enerji Prensipleri

Hidroenerji, suyun belirli bir yükseklikten aşağı düşürülerek bu potansiyel enerjinin önce bir türbin vasıtası ile mekanik enerjiye dönüştürülmesine ve ardından mekanik enerjinin jeneratörler vasıtası ile elektrik enerjisine çevrilmesi esasına dayanır. Üretilen enerji miktarı iki değişkene doğrudan bağlıdır. Bunlardan ilki “düşü” olarak adlandırılan suyun katetttiği düşey mesafedir. İkincisi ise suyun akış miktarıdır. Genel olarak tercih edilen sistem yüksek düşü ile enerji üretilmesinin sağlanmasıdır.

Hidroelektrik Santrallerin Sınıflandırılması

Hidroelektrik santrallerini kurulu güçlerine göre 4 grupta sınıflandırabilmek mümkündür;

Büyük Ölçekli Hidroelektrik Santralleri

Bu sistemlerinin kurulu gücü 10 MW’ın üzerindedir. 10 MW güç, her biri 50W olan 200.000 ampulün enerjisine denktir. Örnek olarak bir konut için gereken elektriksel güç 5kW olarak kabul edilirse 2.000 evin gereksinim duyduğu elektrik ihtiyacı karşılanabilir. Bir evde ortalama 5 kişinin yaşadığı kabul edilirse, söz konusu güç 10.000 nüfuslu bir kasabanın elektrik ihtiyacını karşılayacaktır. Büyük ölçekli hidroelektrik santralleri kömür ve doğalgaza dayalı termik santraller gibi konvansiyonel güç santralleri sınıfında değerlendirilir. Üretilen elektrik enerjisi diğer santrallerden üretilen elektrik enerjisiyle birlikte ulusal enerji şebekesine verilebilmektedir.

Orta Ölçekli Hidroelektrik Santralleri

Bu santrallerinin gücü 1 MW - 10 MW arasındadır. Orta ölçekli santrallerden elde edilen enerji hem nakil hatları ile ulusal enerji şebekesine bağlanabilmekte hem de yerel olarak bir yerleşim bölgesinin veya büyük bir işletmenin enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılabilmektedir. En düşük kapasite ile değerlendirildiğinde 1 MW’lık bir güç 1000nüfuslu 200 evin enerji ihtiyacını karşılayacaktır. Orta ölçekli santraller, ülkemizde yer alan hidroelektrik santrallerin çoğunluğunu oluşturmaktadır.

Küçük Ölçekli Hidroelektrik Santralleri

Bu santrallerinin güçleri 0,1MW ile 1MW arasındadır. Bu santrallerin ulusal enerji şebekesine katkıları düşüktür. Ağırlıklı olarak balık çiftlikleri ve benzer şekilde akarsu kenarlarındaki küçük yerleşim bölgelerinin elektrik ihtiyacını karşılamak üzere kurulmaktadırlar. 0,1MW’lık bir güçle toplam 100 nüfuslu 20 evin enerji ihtiyacı karşılanabilmektedir.

Mikro Ölçekli Hidroelektrik Santralleri

Mikro ölçekli santraller küçük ölçekte (maksimum 0,1 MW ) olup ulusal enerji hattına elektrik enerjisi sağlamazlar. Bu santraller genellikle ana yerleşim bölgelerinden uzak, ulusal enerji şebekesinin ulaşmadığı bölgelerde kullanılmaktadır. Güçleri, ufak bir yerleşim biriminin, üretim tesisinin temel ihtiyaçlarını karşılayacak kapasitededir. Mikro ölçekli hidroelektrik sistemler, zorlu kış aylarında enerji nakil hatlarına gelen zararlardan etkilenmemesi, düşük debiye sahip akarsulardan faydalana bilinmesi ve dönem sonunda demonte edilebilmesi nedeniyle yalnızca yaz aylarında enerjiye ihtiyaç duyulan, merkezi sistem kurulumunun maliyetli ve zor olduğu yüksek yayla ve mezraların enerji ihtiyaçlarını karşılamak için oldukça uygundur.

Türbin ve jeneratörler

Hidro-enerji üretimi temel olarak iki makineye, türbin ve jeneratöre dayanır. Teknolojinin temel prensipleri son 50 yıldır çok değişmemiştir. En büyük gelişme verimlilik alanındadır. Baraj rezervuarlarında toplanan su ya da regülatör yapıları vasıtası ile yatağından çevrilen su iletim tüneli ve/veya kanalları ile santral sahasına getirilir. Burada su cebri boru adı verilen yüksek basınca dayanıklı çelik boruların içinden nehir yatağına yakın bir yerde bulunan türbine verilir. Türbinler faydalanılan düşü yüksekliğine göre 3 değişik tipe ayrılırlar.

2 ila 40 metre arasındaki düşüler için kullanılan türbin tipi: Kaplan


Kaplan türbin illüstrasyonu
 

10 ila 350 metre arasındaki düşüler için kullanılan türbin tipi: Francis


Francis türbin montajı
 

50 ila 1.300 metre arasındaki düşüler için kullanılan türbin tipi: Pelton


Pelton türbini Kaynak: www.wikipedia com
 

Türbine giren su türbin kanatlarına çarparak türbinin dönmesini sağlar. Türbinler genelde bir dişli kutusu olmadan doğrudan bir şaft vasıtası ile jeneratöre bağlanırlar. Türbine bağlı olan şaft jeneratör içindeki manyetik alanda dönerek elektrik üretmiş olur.


Türbin ve jeneratörü bağlayan şaft
 

Böylelikle suyun potansiyel enerjisi önce kinetik enerjiye, sonra mekanik enerjiye ve son olarak da elektrik enerjisine dönüştürülür. Üretilen enerji şalt sahasında ve trafolarda düzenlenerek yüksek gerilim hatlarına iletilebilecek hale getirilir. Daha sonra enerji nakil hatları ile ulusal ağa verilir.


Jeneratör holü

Jeneratör montajı
 

Türbin-jeneratör setleri vasıtası ile üretilen enerjinin verimliliği azami 60-65% oranlarındadır. Türbin-jeneratör setleri bakım, kontrol ve ölçüm sistemlerinin izin verdiği ölçüde verimli ve iyidirler. Bu sebeple dijital otomasyon sistemlerinin, elektriksel ve mekanik koruma ekipmanlarının işletme anında mutlaka kurulması ve sistemin takip edilmesi şarttır.