Hidroelektrik Enerji

Konu: Hidroelektrik Enerji Mart 1st 2008, 15:17

M.Ö. 3000-2000 yıllarından itibaren Mezopotamya ve
Çin 'de, Mısır ve Anadolu 'da suyun potansiyel ve kinetik enerjisinden
faydalanılmıştır. Buhar makinasının icadına kadar bir cismi hareket
ettirmek için kuvvet kaynağı olarak sadece su ve rüzgardan
yararlanılıyordu. Rüzgarın süreksiz olması nedeniyle daha çok su
kullanılmıştır.

Suyun Potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanılarak çeşitli tipte
hidroelektrik tesisler yapılabilir. Çöllerde ve sıcak ülkelerde suyun
buharlaşmasından faydalanmak suretiyle yapılan depresyon tesisleri,
gel-git olayından ve dalga enerjisinden faydalanılarak yapılanlarla
akarsular üzerinde kurulan sistemler buna örnek verilebilir.

Depresyon Tesisleri

Denizden alçakta olan çöllerde veya denize kıyısı olan çok sıcak
bölgelerde, yüzeyden suyun fazla buharlaşmasından yararlanmak amacıyla
hidroelektrik tesisler yapılmaktadır. Çok sıcak bölgelerdeki uygun bir
koy bir duvar aracılığıyla denizden ayrılır. Denizden ayrılan kısımda
serbest su yüzeyinden buharlaşma sonucunda, buranın su seviyesi
alçalır. İşte buharlaşan bu su miktarına eşit debi denizden alınarak
hidroelektrik tesisi kurulur.

Çöllerde yapılan tesislerde ise çölün denizden alçak olan kesimlerinde
bir tünel veya bir kanal ile deniz suyu taşınır. Çukur bölgede yapılan
tesiste ise enerji üretilir. Çukur bölgede oluşan göl kesimden bir yıl
içinde buharlaşan su miktarına eşit olan debi, denizden alındığı
takdirde zaman içinde gölde kararlı bir seviye oluşur. Çukur bölgede
oluşan bu gölün hacminin deniz suyundaki tuzu depolayacak kadar büyük
olması gerekir.

Kattara Hidroelektrik projesi. Kattara Çölü Kahire'nin 300 km batısında
ve Akdeniz seviyesinden 135 m alçaktadır. 80 km uzunluğundaki bir tünel
vasıtasıyla 600 m³/sn lik deniz suyu bu çukura aktarılacaktır. Oluşacak
göl ham biriken tuzları hem de 60 m yüksekliğindeki 12000 m²'lik bir
alana sahip gölün su yüzeyinde büyük miktarda buharlaşma
gerçekleşecektir. Yılda yaklaşık 2 m kalınlığında su buharlaşırsa,
yılda toplam 24 milyar m³ su buharlaşacaktır. Bu da ~761 m³/s debiye
karşılık gelir. Fırat nehrinin debisi ise 600 m³/s 'dır. Tesisin kur
gücü 1200MW'dır.

Gel-Git Hidroelektrik Tesisleri

Açık denizlerde meydana gelen gel-git olaylarından yararlanılarak
elektrik enerjisi elde edilmesi için kurulan tesislerdir. Yükselen
deniz suyu bir nehrin ağzında yapılan hazneye veya bir koya doldurulur.
Boşalırken, dolarken veya her iki yönde çalışan tek ve çift hazneli
gelgit tesisleri yapılmıştır.

24 saat içinde, 20 dk süre ile deniz iki defa kabarır ve alçalır.
Dolarken ve boşalırken aynı türbin çalışabilir. İki taraf arası seviye
farkı 3 m olunca türbinler durur. Daha sonra tekrar kapaklar açılarak
deniz suyu doldurulur ve boşaltılır. Bu tesislerin en büyüğü Fransa'da
Atlantik sahilindeki Rance Tesisidir. Bu santralde her biri 10 MW
gücünde 24 türbin-jeneratör grubu vardır. Tesisi çalıştırmakta sadece
bir kişi görevli çünkü tesis tam otomatik olarak çalışmaktadır. Tesis
240 MW gücündedir.

Dalga Enerjisinden Faydalanılarak Enerji Üreten Tesisler

Bu tesisler henüz uygulama safhasına girmemiştir. Dalga enerjisinin de
süreksiz olması bu tür tesislerin faaliyet sürelerini kısıtlamaktadır.
İstanbul Boğazındaki akıntıdan enerji elde edilmesi ise mümkün
değildir. Çünkü tesisin masrafları üretimle elde edilecek gelirin çok
çok üstündedir. Ayrıca tesisin kurulabilmesi için Boğaz deniz trafiğine
kapatılacaktır ve üretilecek enerji ise yalnızca 5 MW gücündedir. Yani
konvansiyonel olmayan tesisler ancak belirli yerlerde ve belirli
koşullar altında yapılabilmektedir.

Akarsular Üzerinde Kurulan Hidroelektrik Tesisleri

Bu tür santraller iki ana bölüme ayrılır. Barajsız hidroelektrik
santralleri, nehir santralleri veya çevirmeli hidroelektrik tesisleri.

Barajsız Hidroelektrik Tesisleri

Akarsu, bağlama adı verilen bir sistem aracılığıyla kabartılarak su
alınır. Alınan su bir tünel veya kanal yardımıyla az bir eğim
oluşturacak şekilde, aynı veya başka bir akarsu yatağına bırakılır.
Böylece seviye farkından yararlanılarak elektrik enerjisi üretimi
sağlanır. Akarsu üzerine yapılan bağlama yardımı ile kabartılan suyun,
seviye farkından yararlanarak kanalsız veya tünelsiz tesisler
yapılmaktadır.

Barajlı Hidroelektrik Tesisler

Akarsu üzerinde bir baraj yardımı ile mevsimlik, yıllık veya çok yıllık
hazneler. Elektrik enerjisi üretimi ihtiyaca göre ayarlanarak, pik
saatlerindeki ihtiyaç kolayca karşılanır. Yedek türbinler yardımı ile
yağışlı yıllarda güvenilir enerjinin üstünde ikincil enerji
üretilebilir ve haznenin büyüklüğüne göre kurak mevsimlerde enerji
ihtiyacı karşılanabilir. Bunlara karşın barajların önemli
olumsuzlukları da göz ardı edilmemelidir

Konu: Geri: Hidroelektrik Enerji Mart 1st 2008, 15:18

Hemen
hemen bütün enerji kaynakları, güneş ışınımının maddeler üzerindeki
fiziksel ve kimyasal tesirinden meydana gelmektedir. Hidrolik enerji de
güneş ışınımından dolaylı olarak oluşan bir enerji kaynağı olup
hidrolik çevrimi Şekil 2.1'de verilmiştir. Deniz, göl veya nehirlerdeki
sular güneş enerjisi ile buharlaşmakta, oluşan su buharı rüzgarın
etkisiyle de sürüklenerek dağların yamaçlarında yağmur veya kar halinde
yer yüzüne ulaşmakta ve nehirleri beslemektedir. Böylelikle hidrolik
enerji kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı olmaktadır.

Enerji üretimi ise suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesi ile sağlanmaktadır.

Hidroelektrik
sistemlerde su, bir cebri boru veya kanal yardımıyla yüksek bir yerden
alınarak türbine verilmektedir. Türbinlere bağlı jeneratörlerin dönmesi
ile de elektrik enerjisi üretilmektedir (Şekil 2.2). Üretilen elektrik
enerjisi direkt olarak kullanılabildiği gibi bataryalarda da depo
edilebilir. Türbinden elde edilen güç, suyun düşü (üst ve alt kodlar
arasındaki düşey mesafe) ve debisine (türbinlere birim zamanda verilen
su miktarı) bağlıdır (Şekil 2.3)

2.2 Hidroelektrik sistemlerin sınıflandırılması ve tasarımı
Hidroelektrik güç sistemleri şu şekilde sınıflandırılmaktadır:
a) Büyük ölçekli hidroelektrik sistemler: Bu sistemlerinin gücü 50 MW’ın üzerindedir. 1 MW’ lık bir
güç yaklaşık 20.000 elektrik lambasının ihtiyacı olan enerjiyi üretir. 1 KW' lık bir güç ise 4 lambalı

(50 watlık) 5 evin
aydınlanma için gerekli olan enerjiyi verir. 50 MW’lık bir güç 250.000
evin ışık ihtiyacı olan enerjiyi verir.
b) Küçük ölçekli hidroelektrik sistemler: Güç bölgeleri 10-50 MW arasındadır.
c) Mini ölçekli
hidroelektrik sistemler: Bu sistemler ulusal enerji şebekesine daha az
katkıda bulunurlar. Bunlar 101 kW ile 10.000 kW güç bölgesinde
çalışırlar.
d) Mikro ölçekli
hidroelektrik sistemler: Mikro hidroelektrik sistemler çok daha küçük
ölçekte olurlar ve ulusal enerji şebekesine elektrik enerjisi
sağlamazlar. Ana yerleşim bölgelerinden uzaktaki alanlarda yani ulusal
enerji şebekesinin ulaşmadığı bölgelerde kullanılır. Güçleri,
genellikle sadece bir yerleşim yeri veya çiftlik için yeterlidir. Güç
bölgeleri, 200 wattan başlayarak bir grup evin veya çiftliğin yeterli
aydınlanma, pişirme ve ısınma enerjisini sağlayacak şekilde 100 kW’a
kadar çıkabilir. Küçük fabrikaların veya balık çiftliklerinin enerji
ihtiyacını karşılayacak şekilde ve ulusal enerji sisteminin bir parçası
olmaksızın çalışabilir. Mikro hidroelektrik sistemlerde elektrik
enerjisi üretimi de şart değildir. Bir çok uygulamada, mekanik
enerjisinden de yararlanılarak değirmen sistemlerinde kullanılabilir.
Her iki kullanım için de sistem özellikleri aynıdır .
Enerji literatüründe
büyük hidroelektrik enerji, klasik yenilenebilir kaynak grubunda ele
alınırken; mini ve mikro hidroelektrik enerji yeni ve yenilenebilir
kaynaklar grubuna sokulmaktadır. 101kW-10 MW arasındaki hidroelektrik
olanaklar mini hidroelektrik enerji olarak varsayılmaktadır. Mini
hidroelektrik sistemler çeşitli şekillerde sınıflandırılmaktadır.
Düşüye göre yapılan sınıflandırmada; 2-20 m alçak düşü, 20-150m orta
düşü ve 150 m ve yukarısı yüksek düşü olarak kabul edilir. Genellikle
düşük birim maliyeti nedeniyle orta ve yüksek düşülü sistemlerin
yapılması tercih edilir. Düşü, debi ve güç arasındaki bağıntı şu
şekilde verilmektedir:

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 650x116.

Burada Pe türbin milinden alınan gücü (W), ρ suyun
yoğunluğunu (1.000 kg/m3), g yerçekimi ivmesini (9.81 m/s2), Ho net
düşüyü (giriş ağzı ile kuyruk suyu arasındaki kot farkından toplam düşü
kayıplarını çıkartarak bulunur, m), Q türbine gelen debiyi (m3/s), ηg
genel verimi göstermektedir. Bir hidroelektrik güç sisteminde toplam
güç çıkışı ve kayıpların oluşumu şu şekilde gösterilmiştir (Şekil 2.4):

verilmekte ve burada
hidrolik enerjisi mekanik enerjiye çevrilmektedir. Depolamalı sistemde
ise suyun önü bir baraj sistemi ile kapatılmaktadır. Bu sistemin
avantajı yağışlı sezonda su barajda tutulur. Böylece yağışsız ve kuru
sezonda da gerekli potansiyel enerji sağlanmış olur. Depolamasız
sistemde suyun önü kesilmez, sadece bir kısmı bir kanal içerisine
alınır. Mikro hidroelektrik sistemler genellikle depolamasız
sistemlerdir. Bu sistemlerin en büyük dezavantajı kurak sezonda türbin
için gerekli debiyi verememeleridir. En büyük avantajı ise lokal olarak
çok düşük bir maliyetle yapılabilmeleridir. Akarsu yatağına en az
zararı verirler. Yükleme odasında günlük bazda yapılan ayarlarla da su
debisi kontrol edilir. Depolamalı sistemler daha karmaşık ve
pahalıdırlar. Zaman içerisinde çeşitli problemlerle karşılaşırlar.
Örneğin baraj gölü belirli bir zamandan sonra kum ve kil ile
dolmaktadır. Böyle durumda boşaltılması hem pahalı hem de çok zordur.
Bir süre sonra baraj ömrünü tamamlar.

Şekil 2.7'de
depolamasız, Şekil 2.8'de ise depolamalı bir hidrolik güç sisteminin
ana bileşenleri görülmektedir. Burada; set savağı suyu akarsu
yatağından bir açık kanala yönlendirir; çökeltme havuzu su içerisindeki
kum parçalarının çökmesini sağlar; kanal, suyu yamaç boyunca ve gerekli
yerlerde su kemerlerinden geçirerek yükleme odasına kadar getirir.
Burada bir cebri boru içinden geçen su türbin veya bir çarka ulaşır.
Türbin mili mekanik bir aletle birleştirilir. Bu bir jeneratör veya bir
değirmen olabilir.

Şekil 2.8 Depolamalı bir hidroelektrik santralin kısımları
Mini hidroelektrik
sistemlerin diğer bir sınıflandırma şekli de enerjinin kullanım tarzı
ile ilgilidir. Burada üretilen elektrik ya merkezi enerji sistemini
besler ya da bağımsız olarak küçük kasabaların ve yerleşim bölgelerinin
enerji ihtiyacını karşılar.
Bir hidroelektrik sistemin tasarımı 4 aşamada gerçekleşir. Bunlar:
a) Kapasite ve talep araştırması: Bir enerjiye talep olduğunda ‘’ne kadarlık bir enerji hangi amaç
için isteniyor’’ sorusunun cevabı doğru olarak belirlenmelidir. Bu aşamada ayrıca kullanıcıların
kullanım kapasitelerinin de belirlenmesi önemli olmaktadır. Genelde mikro hidrolik sistemler,
insanların çoğunun karmaşık makinaları kullanmadığı kırsal bölgeler için planlanmaktadır. Bu
sistemin tasarımı ve yapımı için gerekli paranın büyük bir kısmı o yöre insanları tarafından
karşılanacaktır.
b) Hidrolojik çalışma ve mevki araştırması: Bu aşamada sistemin kurulacağı yerin hidrolik
potansiyeli belirlenir. Akarsuyun debisinin yıl boyunca değişimi ortaya konur, su alma ağzının en
verimli ve en ucuz olarak alınacağı yer tespit edilir. Ayrıca, dönem dönem ne kadarlık bir güç
sağlanabileceği de tespit edilir. Çalışma suyun farklı kullanılması (örneğin zirai sulama amaçlı)
durumunu da dikkate alır.
c) Ön fizibilite çalışması: Bu bir hızlı fiyat belirleme çalışmasıdır. Hidrolik sistem tasarımcısı talebi
karşılayacak şekilde genellikle 3 veya dört farklı seçenek ortaya koyar. Bunların ilk ikisi iki farklı
hidrolik sistemin yerleştirilmesi, üçüncüsü merkezi enerji nakil sisteminin geliştirilmesi ve sonuncusu
ise ihtiyacı karşılayacak şekilde bir dizel jeneratör kullanılması olabilir. Ön fizibilite çalışması, bu
seçenekleri karşılaştırır ve bunların önemli özellilerini ortaya koyar. Tüketici, bu seçenekleri ve
bunların karşılaştırmalı fiyatlarını bilmek isteyecektir. Ön fizibilite çalışmasında ayrıca, enerji talep
çalışmalarının hidrolojik çalışma sonuçları ile karşılaştırması da yapılır. Talep çalışması bize güç

değişimleri karşısında
talebin nasıl olacağını hidroloji çalışması bize güç değişimlerinin
nasıl sağlanacağı hakkında bilgi verir. Ayrıca bu bölümde farklı
sorulara da cevaplar verilir. d)Tam fizibilite çalışması: Ön fizibilite
çalışmasında hidrolik sistemin uygulanabilir olduğu belirlenirse;
mühendislik hesapları, maliyet hesapları detaylı olarak tam fizibilite
çalışmasında yapılır. Ayrıca, ekonomik kriterleri kullanarak yapılan
parasal çalışmalar, işletme ve bakım masraflarının hesaplanması da
önemlidir. Fizibilite çalışmasında altın kural şu şekildedir:
çalıştırma ve bakım (O + M) birinci, ekonomi ve tesis faktörü ikinci,
mühendislik tasarımı ise üçüncü önceliktedir. Fizibilite çalışmasında
ayrıca kontratlarla detaylı olarak kullanma tarifesi de
belirtilmelidir. Yani kurulacak sistemden üretilecek elektrik enerjisi
hem ev elektriğinde ve hem de güç kaynağı olarak sanayide
kullanılacaksa bu koşullar kontratta ayrıntılı olarak belirtilmelidir.
Aynı yolla, farklı amaçlı kullanıcılar için öncelik hakları (sulama ve
hidrolik güç) ortaya net bir şekilde konmalıdır. Bu durum daha sonra
ortaya çıkabilecek zorlukları çözmeye yardım edecektir
2.3 Hidroelektrik sistemlerde kullanılan türbinler ve regülasyon
Türbinler, akışkanın
hidrolik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinalardır. Herhangi bir
yer için en uygun türbin tipinin seçimi, yerin karakteristik
özelliklerine bağlıdır. Ayrıca, düşü ve debi değerine bağlı olarak
hesaplanan özgül hız değerlerine bakılarak da türbin tipi belirlenir.
Bir türbinin ns özgül hızı, o türbine benzer olan ve aynı cins
akışkanla 1 m net düşü altında çalışıp en iyi verimle milinden 1 BG güç
veren türbinin dakikadaki devir sayısı olarak tanımlanır. Tablo 2.1'de
özgül hıza bağlı olarak türbin tipleri görülmektedir. (Özgül hız
bağıntısı şu şekilde verilmektedir ns = n Pe 0..5 / Ho 1.25 )

Türbin tipi seçiminde
türbin veya jeneratörün hızı da önemlidir. Diğer bir kriter ise
türbinin kısmi debi koşullarında çalıştırılıp çalıştırılmayacağıdır.
Tüm türbinler, bir güç-hız ve verim-hız karakteristiğine sahiptir.
Türbin tarafından döndürülen jeneratörler, tipik bir türbinin optimum
hızından daha yüksek bir devirde dönerler. Bu bağlantı kayış kasnak,
dişli mekanizması veya bir kavrama yardımıyla sağlanır. Burada hız
oranının minimum olması tercih edilir. Bu durumda bağlantı daha kolay
ve maliyet daha düşüktür. Kural olarak 3:1 oranından kaçınmak gerekir
en azından 2.5:1 oranı veya altı tercih edilmelidir. Şayet 1500 d/d ile
dönen bir jeneratör varsa seçilecek türbinin hızı en az 500 d/d veya
üzeri olmalıdır. Türbin hızının jeneratör hızında olması durumunda
jeneratör direkt olarak türbin miline bir kavrama ile bağlanır.
Üreticiler bunu tavsiye ederler. Genellikle, mikro türbin
yerleştirmelerinde üniteleri ayrı olarak satın almak daha ucuzdur ve
daha sonra bağlantı sistemiyle onlar yerlerine monte edilirler.
Hidroelektrik sistemlerde kullanılan türbin tipleri yüksek, orta ve
alçak düşü makineleri olarak sınıflandırılır. Şekil 2.9'da 50kW-2000MW
güç bölgesi için, Şekil 2.10'da ise 1kW-1000kW güç bölgesi için farklı
düşü ve debi bölgelerinde hidroelektrik santrallerde kullanılan
türbinler gösterilmiştir.

Türbinler çalışma
prensibine göre de sınıflandırılırlar. Aksiyon türbinlerinde türbin
giriş ve çıkışında basınçlar atmosfer basıncına eşittir. Burada suyun
kinetik enerjisinden faydalanılır. Reaksiyon türbinlerinde ise çark
giriş ve çıkışı arasında basınç farkı vardır. Tablo 2.2'de aksiyon ve
reaksiyon türbinleri düşü bölgelerine göre verilmiştir.
This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 642x206.

Aksiyon türbinleri reaksiyon türbinlerinden daha ucuzdur. Micro
hidrolik sistemler için tasarlanan türbinler değişken debiler için uyum
sağlayacak sistemlere sahip değildir. Büyük makinelerde bu ayar
mekanizmaları mevcuttur. Örneğin çok püskürtücülü Pelton türbinlerinde
bazı püskürtücü girişleri kapatılarak debi ayarı yapılır. Cross flow
veya Francis türbinlerinde ayar kanatları vardır. Tek püskürtücülü
Pelton türbininde ise iğne hareketiyle püskürtücünün kesiti
değiştirilerek debi ve güç ayarı yapılır. Şekil 2.11’de kısmi yüklerde
türbinlerin verim eğrilerinin değişimi verilmiştir. Pelton ve Cross
flow türbinleri dizayn değerlerinin dışında farklı değerlerde de
çalışmaları durumunda

oldukça yüksek verim
vermektedirler. Francis türbinlerinde kısmi yükler karşısında verim
düşmektedir. Hatta Uskur türbinlerinde, tasarım debisinin %80 ve üstü
haricindeki debi bölgesinde çok düşük verim elde edilir. Francis
türbinleri büyük hidrolik sistemlerde oldukça popüler bir türbin
olmasına karşılık karmaşık bir yapıya sahip olmaları ve kısmi
yüklerdeki davranışı nedeniyle mikro hidrolik sistemlerde fazla
kullanılmazlar.

Konu: Geri: Hidroelektrik Enerji Mart 1st 2008, 15:19

Büyük hidroelektrik
sistemlerde 150 m brüt düşünün üzerinde Pelton türbini uygulaması
yapılmaktadır. Mikro hidrolik sistemlerde daha alçak düşülerde de bu
türbin kullanılabilir. Örneğin yüksek hızda dönmekte olan küçük çaplı
bir Pelton türbini, 1 kW güç üretmek için 20m’nin altında düşülerde
kullanılabilir. Yüksek güç ve düşük debide hız çok azalır bu da türbin
boyutunu artırır. Şekil 2.12’de bir Pelton türbini görülmektedir. Güç
artıkça bu tip türbinlerin çarkının çapı büyür ve türbin yavaş döner.
Eğer çarkın çapı ve düşük hızı bir problem olarak kabul edilmezse
Pelton türbini rahatlıkla alçak düşülerde kullanılabilir. Alçak düşü ve
küçük güç ünitelerinde kullanılacak olan türbinlerin, merkezi sistemden
bağımsız yerel kuruluşlarca işletilmesi nedeniyle bakım ve
onarımlarının kolaylıkla yapılabilir olması çok önem taşımaktadır.
Ayrıca, tesis aksamının da piyasadan kolay temin edilebilen parçalardan
oluşması gereklidir. Bu açıdan Cross-flow türbinleri bu çalışma
bölgelerinde çok avantajlıdır. Konstruksiyonları diğer bütün türbin
tiplerine göre son derece basittir. Bu nedenle türbin, ucuz olarak
küçük atölyelerde kısıtlı olanaklarla imal edilebilir. Türbin başlıca;
giriş ağzı , çark ve gövdeden oluşmaktadır. Şekil 2.13'de bir
cross-flow türbini görülmektedir.

Giriş ağzı kaynak tasarımı, beton veya çok düşük debilerde tahtadan
imal edilebilir. Döküm veya özel malzemeye gerek yoktur. Burada en
önemli husus, giriş ağzının iyi bir yönlendirici olarak yapılmasıdır.
Bunun için giriş ağzının her iki yan cidarı çark çevresel hızıyla 16
derece açı yapacak şekilde dizayn edilir. Ayar mekanizması olarak bir
kolla kumanda edilebilen klape, kanat veya sürgü kullanılır. Bu
türbinlerinde giriş ağzı içerisine yerleştirilmiş uygun kesitli bir
ayar kanadı yardımıyla debinin tamamen de kesilmesi sağlanır (Şekil
2.13). Böylece, ayrıca bir giriş vanasına da gerek kalmaz. Ekonomik ve
emniyetli bir otomatik kontrol küçük tesislerde türbin tipinden ayrı,
başlı başına bir sorundur. Debinin otomatik kontrolü pahalı bir çözüm
olduğu için küçük santrallerde gittikçe daha az kullanılmaktadır. Çark,
kaynak konstruksiyonu olarak yapılmaktadır. Çark içerisinden boydan
boya mil geçirilebildiği gibi milli flanşlara da çarkı bağlamak
mümkündür. Kanatlar, diğer türbin tiplerinde olduğu gibi dönük değil,
silindirik borulardan kesilerek veya presle şekillendirilerek yapılır.
Reaksiyon türbinleri
aynı düşü ve debi değerinde aksiyon türbinlerinden daha hızlı döner.
Burada kullanılan türbinler Francis, Uskur ya da Kaplan türbinleridir.
Şekil 2.14’de bir Kaplan türbini Şekil 2.15’de ise bir Francis türbini
görülmektedir. Kaplan türbinleri Francis türbinlerine nazaran daha
hızlı dönerler. Bu büyük avantaj nedeniyle Jeneratöre arada kayış
kasnak veya dişli olmadan da direkt bağlanabilir, Francis türbinleri
orta düşüşler için Kaplan türbinleri ise alçak düşüler için daha
ekonomiktir. Yapımları aksiyon türbinlerine göre daha zordur, Bu
nedenle mikro hidrolik sistemlerde daha az kullanılmaktadır. Ayrıca bu
türbinlerde kavitasyon tehlikesi de vardır. Değişken debilerde de düşük
verim verirler.

Regülatörler türbin
hızını kontrol etmek için kullanılırlar. Son yıllara kadar hidrolik
sistemlerde kullanılan bütün regülatörler, türbine giden suyu
ayarlayarak güç değişimi sağlamaktaydı. Regülatörün görevi ister
mekanik ister elektriksel olsun türbin milindeki hızı ayarlamaktır.
Daha fazla güce ihtiyaç duyulduğunda türbin girişine daha fazla su
verilir, benzer olarak daha az güce ihtiyaç duyulduğunda ise türbin
girişi kısılarak daha az miktarda suyun türbine girişi sağlanır. Kırsal
bir bölgede elektrik üretiliyorsa senkronize jeneratör kullanılır.
Jeneratörün frekansı ise jeneratörün hızına ve kutup sayısına bağlıdır.
Örneğin 4 kutuplu bir jeneratör 50 Hz için 1500 d/d ile dönmelidir. Bu
hızın artma veya azalması durumunda üretilen frekans da artar veya
azalır. Hidrolik sistemde kullanılan regülatörler İki grupta incelenir.
Bunlar geleneksel ve geleneksel olmayan regülatörlerdir. Geleneksel
olanlar, yüksek standartta olup tüm sistem boyutlarında kullanılırlar.
Karmaşık ve pahalıdırlar. Son zamanlarda küçük sistemler için daha
fazla yük kontrol regülatörleri kullanılmaya başlanmıştır. Bunların
yapısı çok daha basittir. Maliyetin düşük olması istenen bütün mikro
hidrolik sistemlerde yük kontrol regülatörleri tercih edilir. Yük
kontrolü bir elektronik cihaz olup kullanıcı yükünün değişmesinde dahi
jeneratörde sabit bir elektrik yükü sağlar. Türbinde debi akış kontrol
cihazına ve regülatör sistemine ihtiyaç duymaz. Türbin debisi sürekli
aynı sabit değerinde tutulur. Yük kontrolü jeneratörde daima sabit bir
elektrik yükünü garanti eder. Türbin çıkış gücü sabittir dolayısıyla
hız da sabit olacaktır. Yük kontrolü, ana yük tarafından istenmeyen
ikinci bir safra yükü sağlayarak sabit bir jeneratör çıkışı sağlar.
Çalışma prensibi ise kısaca şu şekildedir: Daha az yüke ihtiyaç olduğu
anda türbin hızı ve frekans düşmeye başlayacaktır, bu durum yük
kontrolü tarafından algılanacak ve ilave safra yükünü sağlamak üzere
dirençler devreye girecektir, böylece kullanıcı yükünün değişmesi
durumunda da jeneratördeki toplam yük sabit kalacaktır. Yük kontrolü
normalde frekansı veya voltajı sürekli ölçerek türbin hızını kontrol
edecektir. Bu sistemin en büyük avantajı ucuzluğu ve basitliğidir.
Tamir ve hareketli parça gerektirmez.
2.4 Türkiye'nin hidroelektrik potansiyeli
Türkiye'nin yağış rejimi
zaman ve yer bakımından oldukça düzensiz ve dengesizdir. Meteorolojik
koşullara bağlı olarak her yıl önemli ölçüde değişim gösterme
niteliğine sahiptir. Bu durumda hidroelektrik üretimin de yıllara göre
farklılıklar göstermesi kaçınılmazdır. Uzun yılları kapsayan
meteorolojik gözlemlere göre yılda ortalama 643 mm olan yağışlar 501
milyar m3 suya karşılık gelmektedir. Bu ortalama değerin ancak 186 m3
'nün çeşitli büyüklükteki akarsular aracılığı ile denizlere ve kapalı
havzalardaki göllere doğru akışa geçtiği kabul edilmektedir.
Akarsularımızın düzenlenmesi ve maksimum faydanın sağlanabilmesi için
bugünkü etütlere göre 702 adet barajın inşa edilmesi gerekmektedir
[TÜBİTAK-TTGV]. Topoğrafyası ve morfolojik yapısı göz önüne alındığında
ülkemiz hem düşü hem de debi açısından şanslı sayılabilecek ülkeler
arasında yer almaktadır. Türkiye'nin kaynak varlığı ve mevcut durumuna
göz atmadan önce teknik yapılabilirlilik ve ekonomik yapılabilirlilik
kavramlarının açıklamasını yapmak gerekecektir.
Teknik yapılabilirlilik:
Teknik açıdan söz konusu projenin gerçekleşmesine engel oluşturacak
düzeyde herhangi bir mühendislik sorununun olmaması halidir.
Ekonomik
yapılabilirlilik: Bir projenin toplam yıllık gelirinin toplam yıllık
giderinden fazla olması halidir. Türkiye'deki hidroelektrik kaynak
varlığını üç kısımda incelemek gerekir. [ ].

Brüt potansiyel:
Ülkemizde mevcut hidroelektrik kaynakların üretim potansiyelinin teknik
ve ekonomik yapılabilirlilik koşulları göz önüne alınmadan teorik
olarak mevcut tüm düşü ve ortalama debi kullanılarak hesaplanmasıdır.
Türkiye'nin brüt hidroelektrik enerji potansiyeli 430 milyar kWh
civarındadır.
Teknik potansiyel:
Ekonomik yapılır olması koşulu göz önüne alınmadan, ülkenin
hidroelektrik kaynaklarından ''Teknik yapılabilir'' olanlarının tümünün
değerlendirilmesi durumunda ulaşılacak üretim miktarıdır. Ülkemizin
teknik hidroelektrik potansiyeli 215 milyar kWh mertebesindedir. Teknik
ve ekonomik potansiyel : Ülkenin brüt hidroelektrik potansiyelinin hem
''teknik'' hem de ''ekonomik'' olarak değerlendirilebilir bölümüdür.
Yıldan yıla farklılıklar göstermekle birlikte bugün için Türkiye'nin
teknik ve ekonomik hidroelektrik potansiyeli 124.5 milyar kWh ' dır.
1997 yılı başı
itibarıyla mevcut duruma bir göz atıldığında Türkiye'de 124.5 milyar
kWh olarak bulunmuş olan teknik ve ekonomik potansiyelin şimdiye kadar
sadece 36.341 milyar kWh'lık bölümünün kullanıldığı görülmektedir.
Gelişmiş olan ülkelerin bir çoğunda bu potansiyelin büyük bir bölümünün
değerlendirilmiş olmasına rağmen Türkiye'de işletmeye açılmış
tesislerle söz konusu potansiyelin ancak % 29'luk bölümü hizmete
sunulmuş durumdadır. Ülkemizde gerçekleşme oranının istenen düzeyde
olmamasının başlıca nedeni olarak, hidroelektrik santral projelerinin
ilk yatırım maliyetlerinin diğer kaynaklarla kıyaslandığında yüksek
olmasıdır. Dünyada hidroelektrik üretim 1925 yılında 78.7 TWh iken,
2000 yılında 4000 TWh'e ulaşacaktır. 2000 yılında hidroelektrik
üretimin toplam enerji üretimi ve birincil enerji üretimindeki payının
sırasıyla %14 ve %5.5 olacağı tahmin edilmektedir.
Hidroelektrik enerji için ilk yatırım maliyetinin yüksek oluşu ve inşa süresinin uzunluğu olumsuz
faktörler olarak ileri sürülmektedir. 1995 yılı sonu itibarıyla tesislerin birim yatırım maliyetleri şu
şekildedir :
Doğal gaz santralleri 680 $/kW
Linyit santralleri1600 $/kW
İthal kömür santralleri 1450 $/kW
Hidrolik santraller 1200 $/kW
Nükleer santraller1800-2700 $/kW
Görüldüğü gibi sadece
doğal gaz santralleri hidroelektrik santral maliyetinden daha ucuzdur.
Hidroelektrik santrallerin inşa süreleri uzun olmasına karşılık
ekonomik ömürleri termik santrallerden daha uzundur. Kömür yakıtlı
santraller ile kombine çevrimli santrallerin ömürleri 25 yıl iken baraj
ve hidroelektrik santrallerin ekonomik hizmet süresi 40-50 yıldır. Bu
değerler fizibilite çalışması değerleridir. Bazı rehabilitasyon
çalışmaları ile hidrolik santrallerin ömürleri 75-100 yıla
çıkartılabilmektedir. Ayrıca termik santraller doğal kaynakları
tüketir. Buna karşılık hidrolik potansiyelin gelişmesi ile barajlarda
meydana getirilen yapay göller vasıtasıyla ortamda oluşan buharlaşma
havzanın daha fazla yağış almasına yol açmakta diğer bir deyişle kaynak
artırıcı olarak işlev görmektedir. Hidroelektrik santrallerin teknik
bazda en büyük avantajı diğer santraller kıyasla (özellikle pik
saatlerde) çok çabuk devreye girme özelliğidir. Gerçekten bir
hidroelektrik santralin ani talep durumunda devreye girmesi için sadece
birkaç saniyeye gereksinim varken bu süre termik santraller için birkaç
saati almaktadır. Türkiye'nin en fazla kullanılan alternatif enerji
kaynağı olmasına rağmen potansiyelin %29 'luk kısmı kullanılmaktadır.
Türkiye'nin geliştirilen projelere göre öngörülen ekonomik
hidroelektrik potansiyeli 125 milyar kWh/yıl dır. Bu potansiyelin 1997
yılına kadar ancak % 29'u (36 milyar kWh/yıl) üretilebilmiştir. İnşa
halindeki 33 adet santralin devreye alınması ile ekonomik potansiyelin
%38'i değerlendirilmiş olacaktır. Potansiyelin değerlendirilmemiş %62
lik bölümü en az ön inceleme aşamasında etüdü tamamlanmış 363
hidroelektrik santralin yapımını kapsamaktadır [TÜBİTAK-TTGV

Konu: Geri: Hidroelektrik Enerji Nisan 19th 2008, 21:50

paylaşım içn teşkler..