HİDROELEKTRİK ENERJİ SANTRALLERİ

Dünyada kullanılan toplam elektriğin %24’ü hidroelektrik santralleri tarafından üretilir. Bu sayede insanoğlunun ihtiyaç duyduğu elektriğin önemli bir bölümünü üreten hidroelektrik santraller ekosisteme büyük bir katkı sağlar. Kurulu güçleri toplamı 675.000 MW ’a ulaşan yeryüzündeki hidroelektrik santraller 3,6 milyar varil petrole eş enerji üretir. Bu büyüklükteki enerjinin sadece fosil kökenli yakıtlarla üretilmesi durumunda atmosfere tonlarca miktarda karbondioksit (C02) verileceği unutulmamalıdır. Ülkemizin enerji politikasının ana hedefi; ekonomik ve sosyal açıdan kalkınmamızı sağlayacak olan enerjiyi sanayi ile diğer kullanıcılar için yerinde, zamanında ve güvenilir bir şekilde karşılamaktır. Ülkemizde son elli yılda enerji üretimi açısından büyük gelişmeler yaşanmıştır. 1950 yılında sadece 800 GWh (cigavat saat) enerji üretilirken bugün bu oran yaklaşık 256 kat artarak 205.400 GWh değerine ulaşmış ve tüketim değerimiz de yaklaşık olarak 204.500 GWh olarak gerçekleşmiştir. 2008 yılı itibari ile kurulu güç değerimiz ise 42.359 MW değerine ulaşmıştır. Ülkemizin hidroelektrik brüt potansiyeli 433 milyar kWh (kilovat saat), teknik potansiyeli ise 216 milyar kWh, ekonomik potansiyel ise 129,9 milyar kWh olarak hesaplanmıştır. Ülkemizde ilk hidroelektrik üretim 1902 yılında 88 kW kapasite ile Adana’nın Tarsus ilçesinde gerçekleştirilmiştir. Cumhuriyetin ilanından sonra yapılan ilk hidroelektrik santral, 1930 yılında açılışı yapılan Trabzon Visera kuvvet santralidir. 1950–1960 yılları arasını kapsayan dönemde artan elektrik talebinin karşılanabilmesi için pek çok küçük hidroelektrik santral devreye alınmasıyla birlikte hidroelektrik santraller popüler bir konuma gelmiştir. 1970 yılında yaşanan ve tüm Dünya ile birlikte bizi de etkileyen petrol krizinin ardından ülkemizdeki akarsuların hidroelektrik potansiyelinin geliştirilmesi amacı ile 546 adet hidroelektrik santral projesinin geliştirilmesi planlanmıştır. Hidroelektrik santraller tarafından üretilen enerji miktarını, suyun akış veya düşüş hızı belirler. Bu tür santrallerin yıllık üretimleri baraj gölüne gelen su miktarıyla orantılı olduğundan yağışın az olduğu bir sezonda bir baraj gölünde biriken su, santrali tam kapasite ile çalıştırmaya yetmez. Aşırı yağışların olduğu yıllarda ise gelen su miktarı barajın depolama kapasitesini aşar. Bu durumda ise fazla su elektrik üretiminde kullanılmadan, nehir yatağına verilerek tahliye edilir.

Suyun göl, deniz, okyanus gibi depolama alanlarından atmosfere, atmosferden tekrar yeryüzüne, ve yeniden göl, deniz ve okyanuslara ulaşması şeklinde tanımlanan genel turuna verilen isimdir. Hidrolojik döngü sadece hidroelektrik santralleri için değil tüm evren içinde hayati öneme sahiptir. Hidrolojik döngüyü harekete geçiren güneş, okyanus ve denizleri ısıtır. Güneşle ısınan su buharlaşır ve atmosfere yükselir. Atmosfere yükselen su buharı soğuktur ve yoğunlaşarak su damlacığı hâline gelir. Bu su damlacıkları bulutları oluşturur. Eğer yeterince yoğunlaşma olursa bu damlacıklar ağırlaşır ve bulutların taşıyamayacağı düzeye ulaşır. Bu durumda bu damlacıklar yağmur veya kar olarak tekrar yeryüzüne döner. Yeryüzüne dönen yağmurun bir kısmı yeraltında depolanırken bir kısmı da nehirlere karışarak tekrar okyanus ve denizlere ulaşır. Eğer yağış miktarlarında bir azalma meydana gelirse santralde bu kez daha az su toplanacak bu da daha az elektrik enerjisi üretilmesine sebep olacaktır.

Hidroelektrik santraller (HES), bir akarsuyun enerjisini, elektrik enerjisine çevirmeye yarayan yapılardır. Bu amaçla kurulan tesisler, akarsuyun enerjisinden elektrik üretebilir ya da akarsuyun yolunu kesip onu üretime ihtiyaç olacağı zamana kadar baraj gölünde depolayabilir. Çünkü elektriği kullanmanın en verimli yolu onu üre- tildiği anda tüketmektir. Bu sebeple bir barajın nasıl elektrik ürettiğini anlamak için, jeneratörün çalışma prensibini tekrar hatırlayalım. Jeneratörler elektromanyetik indüksiyon prensibi ile çalışır. Elektromanyetik indüksiyon, bir telin içinden geçen manyetik alan değiştiğinde o tel üzerinde bir akım oluşmasını sağlar. Bu tel eğer dışarıdan bir güç ile çevrilirse bu çevirmeyi sağlayan enerji, elektrik enerjisine dönüştürülmüş olur. Barajlar da tam olarak bu prensiple, ancak daha komplike ve daha verimli mekanizmalarla çalışır. Tellerde bir yerine binlerce sarım vardır ve çevirme gücünü ise, su değirmenlerine benzer bir mekanizma ile türbinlerden akan su sağlar. Akan su türbinleri çevirir ve türbinler şaftı döndürür, şaft jeneratör içerisindeki armatürü çevirir ve jeneratörün çıkışı şehir şebekelerine elektrik sağlar. Hidroelektrik santraldeki baraj gölü suyu depolama işlevi görür. Burada biriktirilen su, dünyada hidrolojik döngüye göre çevrimini tamamlar. Hidrolojik döngü sadece hidroelektrik santralleri için değil tüm evren içinde hayati öneme sahiptir. Hidroelektrik santralin baraj gölünde toplanan su, üretilecek enerjiyle doğrudan ilintilidir. Hidroelektrik santraller akan suyun enerjisini elektriğe dönüştürür. Akan suyun sahip olduğu enerji miktarını, suyun akış veya düşüş hızı tayin eder. Büyük bir nehirde hızla akan su büyük miktarda enerji taşımaktadır. Öte yandan su çok yüksek bir noktadan düşürüldüğünde de yine büyük miktarda enerji elde edilir. Her iki yolla da kanal ya da borular içine alınan su, türbinlere doğru akar, elektrik üretimi için türbinin dönmesini sağlar. Türbin jeneratöre bağlıdır ve bun- lar mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Türbinlerin saniyedeki dönüş sayısı akımın frekansını, manyetik alan ise voltajını belirler. Tabii ki bu iki değişken evimize gelene kadar 50 Hz frekans ve 220 V etkin voltaj değerlerine getirilir. Evlerimizde doğru akım değil, alternatif akım kullanıyor olmamızın sebeplerinden biri elektriğin barajlarda bu şekilde üretiliyor ve bu şekilde daha verimli iletilebileceği voltajlara (yüksek gerilim gibi) taşınabiliyor olmasıdır. Zira transformatörler de jeneratörler gibi alternatif akımla çalışır. Hidroelektrik santrallerinde jeneratörler elektrik enerjisi talebine göre yeterli sayıda ve aynı anda çalıştırılarak enerji tasarrufu sağlanır.

Hidrolik Düşü: hidroelektrik santralde üst su seviyesi ile çıkış su seviyesi ara- sındaki yükseklik farkıdır. Genellikle h ile temsil edilir.
Brüt Hidrolik Düşü: Birbiri ile bağlantılı olan iki su yüzeyi arasındaki yükseklik (kot) farkıdır.
Net Hidrolik Düşü: Brüt hidrolik düşüden sürtünme kayıplarının çıkartılması ile elde edilir.
Düşü değerlerine göre santraller; küçük, orta ve yüksek düşülü olmak üzere üç ana başlık altında incelenir.
• Küçük düşülü, h < 10 m
• Orta düşülü, h = 10-50 m
• Yüksek düşülü, h > 50 m

Düşen suyun enerjisi; düşme yüksekliğine, yani yer çekimi etkisi altında düştüğü yüksekliğe bağlıdır. Bütün düşme hâlindeki cisimlerde olduğu gibi, düşme sırasında suyun hızı giderek artar. Örneğin 150 m yükseklikten düşen bir su kütlesi, çarka ya da türbine saatte 195 km hızla girer. Eğer yükseklik 1.650 m’ ye çıkarılırsa bu kez hız saatte 647 km’ ye ulaşır.

Brüt Potansiyel: Bir akarsu havzasının hidroelektrik enerji üretiminin teorik üst sınırını gösteren brüt su kuvveti potansiyeli; mevcut düşü ve ortalama debinin oluşturduğu potansiyeli ifade etmektedir. Topografya ve hidrolojinin bir fonksiyonu olan brüt hidroelektrik enerji potansiyeli, ülkemiz için 433 milyar kWh mertebesindedir.
Teknik Potansiyel: Teknik yönden değerlendirilebilir su kuvveti potansiyeli; bir akarsu havzasının hidroelektrik enerji üretiminin teknolojik üst sınırını göstermektedir. Uygulanan teknolojiye bağlı olarak düşü, akım ve dönüşümde oluşabilecek kaçınılmaz kayıplar hariç tutulmaktadır. Bölgede planlanan hidroelektrik projelerin teknik açıdan uygulanabilmesi mümkün olan tümünün gerçekleştirilmesi ile elde edilecek hidroelektrik enerji üretiminin sınırlarını temsil etmektedir.
Bu niteliğiyle teknik yönden değerlendirilebilir hidroelektrik potansiyel, brüt potansiyelin bir fonksiyonu olmakta ve çoğunlukla onun yüzdesi olarak ifade edilmektedir. Ülkemizin teknik yönden değerlendirilebilir hidroelektrik enerji potansiyeli 216 milyar kWh civarındadır.
Ekonomik Potansiyel: Ekonomik olarak yararlanılabilir hidroelektrik potansiyel, bir akarsu havzasının hidroelektrik enerji üretiminin ekonomik optimizasyonunun sınır değerini gösteren, gerek teknik açıdan geliştirilebilmesi mümkün, gerekse ekonomik yönden tutarlı olan tüm hidroelektrik projelerin toplam üretimi olarak tanımlanabilir. Bir başka deyişle ekonomik olarak yararlanılabilir hidroelektrik potansiyel, beklenen faydaları (gelirleri), masraşarından (giderlerinden) fazla olan su kuvveti projelerinin hidroelektrik enerji üretimini göstermektedir.

Güç: Mevcut su debisinin net hidrolik düşü sonucunda türbin rotoruna verdiği güç miktarıdır. Kurulu güce göre santraller mikro, mini, midi ve maksi olmak üze- re 4 başlık altında incelenir.
• Çok küçük kapasiteli (mikro) hidroelektrik santraller <100 kW
• Küçük kapasiteli (mini) hidroelektrik santraller 100–1.000 kW
• Orta kapasiteli (midi) hidroelektrik santraller 1.000 – 10.000 kW
• Büyük kapasiteli (maksi) hidroelektrik santraller >10.000 kW

Dip Savak: Baraj gölünün suyunu gerekmesi hâlinde nehir yatağına deşarj etmeye yarayan tesislerdir.
Dolu Savak Tesisleri: Aşırı yağışlı dönemlerde baraj gölü maksimum su seviyesine kadar dolduğunda, baraj gövdesinin zarar görmemesi için fazla gelen suların nehir yatağına atılmasını sağlayan tesislerdir.

Türbin: Bir hidroelektrik santralinde kullanılan türbin tipinin belirlenmesinde, türbini döndürecek olan suyun basıncı ile debisi etkili olur. Bütün türbinlerde duran kısma salyangoz, dönen kısma ise rotor denir. Günümüz hidroelektrik santrallerinde Kaplan, Francis veya Pelton türbininden biri kullanılır. Su, türbinin geniş pervanelerine vurduğunda pervaneler dönmeye başlar. Bu türbinin mili aynı zamanda jeneratöre bağlıdır. En yaygın hidroelektrik türbini Francis türbinidir. Bu türbin büyük bir disk ve eğimli pervanelerden oluşur.

Jeneratör: Herhangi bir enerji türünü elektrik enerjisine çeviren makinedir. Bu cihazlara mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makineler, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bataryalar, ışık enerjisini elektriğe dönüştüren fotoelektrik hücreleri, ısı enerjisini elektrik enerjisine çeviren termoelektrik jeneratörler dâhildir. Türbin pervaneleri döndüğünde, türbin miline bağlı jeneratörün dev mıknatısları da dönmeye başlayacaktır. Dönen bu dev mıknatıslar bakır bobinlerde alternatif akım üretilmesini sağlayacaktır. Hidroelektrik santralinin kalbi jeneratörüdür. Birçok hidroelektrik santral birden fazla jeneratör barındırır.

Transformatör: Gerilimi yükseltme ya da alçaltma işlevini üstlenmiştir. Tek fazlı, üç fazlı olabilir. Her üniteye bir transformatör olabileceği gibi birden fazla üniteye bir transformatörde olabilir. Ana gövde, soğutma sistemi, yangın sistemi, koruma sistemi bölümlerinden oluşur.

Şalt Tesisleri: Transformatörler, elektrik devre kesicileri, ayırıcılar gibi elektrikli teçhizatların montajının yapıldığı yerdir.
Güç Hattı: Santralde üretilen elektriği ana şebekeye veren iletim hattıdır. Her hidroelektrik santralinden dört hat çıkışı vardır. Bunların üçü faz geri kalan biri ise topraktır.

Depolamalı Santraller: Bu tür santraller kendi içinde yapay baraj göllü santraller ve doğal baraj göllü santraller olmak üzere ikiye ayrılır.
• Yapay Baraj Göllü Santtraller: Bu santraller, yılın değişik zamanlarında su rejiminin değişiklik gösterdiği akarsulardan ihtiyaç duyulan enerjinin karşılanabilmesi için akarsuyun önüne bir set yapılmak suretiyle suyun depolan- dığı tesislerdir. Depolama ile yağış rejiminin bol olduğu zamanlarda suyun depolanarak yağışın az olduğu kurak dönemde bu suyun elektrik üretiminde kullanılması amaçlanır.
• Doğal Baraj Göllü Santtraller: Bu tip santrallerde baraj gölünü besleyen akarsuların özellikleri göz önünde bulundurularak ve sudan azami istifade etmek için baraj gölünden daha aşağıdaki bir kotta santral kurulur. Baraj gö- lünün durumuna göre orta ve yüksek düşüler elde edilebilir.

Depolamasız Santraller: Bu santraller de kendi arasında nehir tipi ve gelgit santraller olmak üzere ikiye ayrılır.
Nehir Tipi Santraller: Bu tip santraller genellikle düzgün rejimli ve bol suyu olan nehir yatakları üzerine kurulurlar. Düşüleri çok düşüktür. Santral barajla aynı beton blokta bulunur. Aynı akarsu üzerinde peş peşe birçok santral kurulabilir.

Gelgit Tipi Santraller: Gelgit tip santraller, deniz sahillerinde deniz seviyesinin alçalıp yükselmesinden faydalanarak haznede su toplayarak depo eder ve düşü elde eder. Türbin ve jeneratör yatay olarak aynı boru içine monte edilir.

Toprak Dolgu Barajlar: Bu tip santrallerde baraj gölünü besleyen akarsu rejimi düzensizdir. Baraj gölüne su genellikle ilkbahar ve sonbahar mevsimlerinde yoğun olarak gelir. Gelen bu su baraj gölünde depolanır. Bu tip baraj yapılırken şekilde (1) ile gösterilen zeminin çok iyi temizlenip sağlam katmana ulaşılınca temel duvar mesnedi beton dökülür. Daha sonrasında sızdırmazlığı sağlamak için şekilde (2) ile gösterilen ve çekirdek adı verilen killi toprak sıkıştırılarak geçirimsiz tabaka elde edilir. Sonra ince toprak (3) malzeme bunun akabinde ise büyük kaya parçalarından (4) oluşan dolgu malzemeleri yerleştirilir. 
Bu tip barajlar genellikle geniş vadili nehir havzalarında tercih edilir. Suyun basıncı barajın toplam ağırlığı sayesinde dengelenir. Bu tip barajlara Hirfanlı, Almus ve Keban Barajını örnek verebiliriz.

Beton Ağırlıklı Barajlar: Bu tip barajlar çok sağlam zemin üzerine inşa edilir. Beton ve demir kullanılarak inşa edilen gövde içerisinde kontrol galerileri, drenaj kanalları bulunur. Bu tip barajlarda suyun tüm yükünü betonun ağırlığı karşılar. Beton ağırlıklı barajlarda gövde yapısı değişik şekillerde yapılabilir. Sarıyer ve Kemer Barajları bu tip barajlara örnek olarak verilebilir.

Kemer Tipi Barajlar: Bu tip barajlar ince ve narin bir yapıya sahip olmasına rağmen oldukça dayanıklıdır. Bu tip barajlar yarım ay şeklinde inşa edilir. Yarım ay şeklinde olmasından dolayı suyun yapmış olduğu basınç hem yan taraftaki dağ yamaçlarına hem de zemine verildiğinden gövdeye gelen toplam basınç azalır. Baraj gövdesinde hem dikine hem de yamaçlar arasında kavis çizecek şekilde inşa edilir. Gökçekaya barajı tam kemer yani hem düşey hem de yatay durumda kemer tipi bir barajdır. Antalya’nın Manavgat ilçesinde bulunan Oymapınar Barajı ise yarım kemer tipinde sadece tek yönlü bir kemer yapıya sahiptir.

Kemer Tipi Beton Ağırlıklı Barajlar: Bu tip barajlar kemer tipi ve beton ağır- lıklı bir barajın aynı anda inşa edilmesi suretiyle elde edilir. fiekil 4.9’dan anlaşılacağı üzere su tarafında kemer tipi bir baraj ve ön kısımda beton ağırlıklı baraj mevcuttur. Santral ve güç trafoları bu beton ağırlıklı baraj gövdesi içinde yapılmıştır.

Çok Kemerli Barajlar: Bu tip barajlar çok geniş vadiler üzerinde kurulur ve yan yana yeterli bir sayıda normal tip kemer baraj inşa edilerek elde edilir. Yurdumuzda bu şekilde inşa edilmiş çok kemerli baraj yoktur.

Bu tip türbinlerde, türbin rotor kanatlarının arasında suyun giriş basıncında bir düşme meydana gelir ve su basıncında meydana gelen bu düşme, suyun ivmelenmesine yani hızlanmasını sağlar. Hızlanan su türbin çarkının kanatlarına çarparak sahip olduğu kinetik enerji ile türbin çarkını döndürür. Böylece suyun kinetik enerjisi mekanik enerjiye dönüşür.
Türbin çarkının dönmesi, suyun çark çıkışında ivmelenmesi sonucu oluşan tepki kuvvetiyle sağlanır. Su enerjisini türbine verirken basınç değişir. Burada su basıncının ya da su emişinin sağlanması için ya kapalı bir ortam ya da çarkın tamamen suyun içinde olması gerekir. Bundan dolayı bu tip türbinler oldukça fazla miktarda suya gereksinim duyar. Üst basınç türbinleri grubuna Francis tipi hidrolik türbinler ile Kaplan tipi hidrolik türbinler girmektedir. Francis tipi türbinler ilk defa 1838 yılında Amerikalı Howd tarafından keşfedilmiş ve 1848 yılında da yine Amerikalı Francis tarafından geliştirilerek denenmiştir. Su, türbin boyunca ilerlerken basıncı değiştirir ve enerjisini kanatlara verir. Su akışını ihtiva etmek için bir türbin mahfazasına ihtiyaç duyulur. Türbin, yüksek basınçlı su girişi ile düşük basınçlı su çıkışı arasında bulunur. Genellikle Francis tipi türbinler barajların temellerine oturtulur. Giriş sarmal şeklindedir. Kılavuz kanatlar suyu türbin çarkına teğetsel olarak yönlendirir. Çark kanatlarında radyal akış tesiri oluşur ve bunun sonucu olarak çark döner. Kılavuz kanatlar etkili bir çalıştırma için ayarlanabilir yapıda olabilir. Uygulamada Francis türbinleri, mümkün olan en yüksek verimde çalıştırmak için (genellikle %90 civarı) her bir tesis için ayrı ayrı tasarlanır. Francis türbinleri 2 ile 600 m arası hidrolik düşülerde ve 2 kW ile 600.000 kW güçler arasında imal edilmektedir. Kaplan tipi hidrolik türbinler ise 1912 yılında Viktor Kaplan tarafından geliştirilmiştir. Bu tip türbinler, rotor kanatları sabit olan pervane tipi hidrolik türbinler ve rotor kanatları ayarlanabilen kaplan tipi hidrolik türbinler olmak üzere iki ana başlık altında incelenebilir. Ayrıca tek ve çift kontrollü, 3 ve 8 kanatlı olacak şekilde veya aks tiplerine göre yatay, dikey ve eğimli olmak üzere de sınıflandırılır. Kaplan tipi hidrolik türbinler 2 ile 60 m arası hidrolik düşülerde ve 2 kW ile 200.000 kW güçler arasında imal edilmektedir. Kaplan türbinleri, düşük düşü ve yüksek akış koşullarında kullanılır. Yüksek kapasitelerde enerji üretimi için uygundur.

Bu tip türbinler 1880 yılında Pelton tarafından tasarlanmış ve gelişimi günümüze kadar devam etmiştir. Pelton tipi hidrolik türbinler çok yüksek hidrolik düşüler ve küçük su debileri için tasarlanmıştır. Türbin çarkı üzerinde çukur çanak şeklindeki kanatlara su fıskiyesinin (su jeti) çarparak su hızının değişmesi sonucu türbinin dönmesi sağlanır. Daralan bir boru sisteminden (nozul) geçirilerek suya bir hız kazandırılır ve su jeti oluşturulur. Su jetinin kanatlara çarpması sonucu kinetik enerji, potansiyel enerjiye dönüşür. Bu sistemde çark kanatlarında basınç değişimi ortaya çıkmaz ve türbin kapalı bir ortama gereksinim duymaz. İmpuls türbinleri için enerji dönüşümü, Newton’un ikinci yasası ile açıklanır. Daha ziyade çok yüksek düşülerde tercih edilir. Pelton tipi hidrolik türbinlerde düze memesinden fışkıran su Pelton çarkının çevresindeki kepçelere teğetsel olarak çarpar. 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. Konstrüksiyonları 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. Pelton türbininin kepçelerine suyun çarpması ile suyun kinetik enerjisi mekanik işe dönüşmüş olur ve türbin rotoru döner. Genellikle küçük güçlü Pelton tipi hidrolik türbinlerin 1 veya 2 düzesi olmasına karşın, büyük güçlü Pelton tipi hidrolik türbinlerin 4 veya 6 adet düzesi bulunur. Pelton tipi hidrolik türbinler 60 ile 1000 m arası hidrolik düşülerde ve 2 ile 300.000 kW güçler arasında imal edilmektedir.

Hidroelektrik santral tesislerinde kullanılan hidrolik türbinlerin projelendirilmeleri için tasarım düşüsünün tespit edilmesi çok büyük önem taşımaktadır. Tasarım düşüsü; baraj gölünün ağırlıklı ortalama işletme seviyesi ile santraldeki bütün türbinler %100 ayar kanadı açıklıkları ile çalışmakta iken oluşan santral çıkış suyu seviyesi arasındaki kot farkından, su yollarındaki bütün hidrolik kayıplar çıktıktan sonra kalan net düşüdür. Özellikle barajlı (depolamalı) Hidroelektrik santral (HES) tesislerine ait baraj göllerinin su seviyeleri mevsimlere göre değişiklikler gösterir. Bu duruma bağlı olarak da bu tip hidrolik santrallerin su düşüleri mevsimlere göre artar veya azalır. Bundan dolayı barajlı HES tesislerinde kullanılacak hidrolik türbinler için öyle bir tasarım düşüsü seçilmesi gerekir ki baraj gölünün seviyesi yükseldiği veya düştüğü zamanlarda türbinler çok az etkilensin ve de yüksek verimle çalıştırılabilsin. Barajlarda üretilen enerjinin hesabı en temel fizik formüllerden biri olan,

İş = Kuvvet x Yol 

ifadesinden faydalanılarak bulunur. Bu ifadede kuvvet, suyun düşümü yardımıyla sağlanır. Yol ise suyun düşüş yüksekliğidir. Hidroelektrik santrallerde düşü 3 metreden 1800 metreye kadar çıkabilir. Baraj gölünde biriktirilen suyun potansiyel enerjisi vardır. Bu su belirli bir yükseklikten düşürülerek sahip olduğu yer çekimi potansiyel enerjisi kinetik enerjiye sonrasında türbine bağlı bir jeneratör yardımıyla elektrik enerjisine çevrilir.

Ön İnceleme (İstikşaf) Çalışmaları: Yapımı planlanan hidroelektrik santrale ilişkin ön inceleme çalışmaları, belirlenen bir amaca yönelik olarak daha önce incelenmemiş olan bir yörenin, bu amaç doğrultusunda araştırılması için yapılan ilk çalışmalardır. Bu evrede elde edilen bilgiler, genel bir nitelik taşır ve daha sonraki çalışma evresi için bir temel oluşturur. Bununla birlikte bu evre, yörenin düşünülen yapıya uygun olup olmadığının, daha ayrıntılı araştırmalara girilip girilmemesinin karar verildiği evre olması açısından önemli bir evredir. Ön inceleme çalışmaları sırasında, yörede düşünülen yapı ya da yapıları ilgilendiren sorunlar bütün yanları ile genel olarak değerlendirilir ve belirleyici olan noktalar saptanmaya çalışılır. Bir yapıyı doğrudan etkileyecek noktaların öncelikle araştırılması istenerek, olumsuzluk durumunun ortaya çıkarılması sağlanabilir ve böylece, ön inceleme aşamasını izleyen çalışma evresine geçmekle yapılabilecek gereksiz harcamalardan kaçınılmış olur.
Ön inceleme çalışmaları; ön çalışmalar, arazi çalışmaları ve arazi dönüşü çalışmalar olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilir. Bunları, ön çalışmalar, arazi dönüşü çalışmaları, ve büro çalışmaları şeklinde de adlandırabiliriz. Ön çalışmalar; araziye çıkmadan önce yerine getirilmesi gereken çalışmalardır. Ön incelemesi yapılacak yöre, genellikle özellikleri önceden bilinmeyen ya da az bilinen bir yöredir. Bu nedenle, o yörede daha önce değişik amaçlarla yapılan çalışmaların dokümanları elde edilir ve bu dokümanlardaki ilgili noktalar kaydedilir. Elde edilen bilgilerle, ön incelemesi yapılan yörenin ilk değerlendirilmesi yapılır ve öncelikle ele alınması gereken yerler saptanır. Ön çalışmalarda yöreye ilişkin ne kadar doküman sağlanırsa yapılacak ön değerlendirmeler de o denli sağlıklı olur. Ön çalışmaların tamamlanmasından sonra araziye çıkılır. Arazi çalışmaları; ön çalışmalar aşamasında yapılan değerlendirmelerin arazide denetlenmesiyle başlar. Gerekli düzeltmeler yapılır ve yeni olgular kaydedilir.
Master Plan Çalışmaları: Havza çapında yapılan veya tali bir havza bazındaki çeşitli tesis ya da tesisler grubunu kapsayacak şekilde gerçekleştirilen ön inceleme çalışmalarını takip eden aşama, genellikle planlama çalışmaları olmaktadır. Ancak, planlama çalışmalarının büyük bir havza çapında yapılması hem güçlükler arz edeceğinden ve hem de uygulama programlarının uzun periyotları kapsaması nedeniyle ileride yeni donelerin ışığı altında revizyona ihtiyaç duyulacağından, bir bakıma gereksiz görülmektedir. Bundan dolayı, havza ön inceleme çalışmalarının gözden geçirilmesiyle bir master plan hazırlanması ve bu planda teklif edilen projelerin ayrıca planlama aşamasında da etüt edilmesi gerekmektedir.
Bu çalışmalarda kullanılan veri ve etüt çalışmalarının ön inceleme aşamasındakilere kıyasla daha ileri seviyede olmaları gerekmektedir. Done ve etüt imkânlarının yeterli düzeyde olması hâlinde ön inceleme çalışmalarına gerek görülmeden master plan aşamasında çalışmalar yapılabilir. Master plan aşamasında teknik ve ekonomik yapılabilirliğe sahip olduğu ortaya konan projeler, bir program dâhilinde planlama aşaması çalışmalarına konu teşkil eder. Ancak bu projelerden herhangi biri yeterli sayılabilecek veri ve etütle master plan kapsamında ele alınmış ve aynı zamanda diğer projelerin planlama aşamasında yapılacak fiziki boyutlandırmalarına bağlı olarak, söz konusu projenin belirlenen karakteristiklerinin değişmeyeceği kesinlikle ortaya konmuş ise, bu proje planlama çalışmalarına ihtiyaç görülmeksizin kesin proje çalışmalarına konu olacak ve uygulamaya teklif edilebilecektir.
Planlama (Fizibilite-Yapılabilirlik) Çalışmaları: Uzun bir süreci kapsayan, temini oldukça zor ve pahalı meteorolojik, hidrolojik, jeolojik, topografik ve çok yönlü istatistiki bilgiyi içeren sistematik veri toplama faaliyetleri ile her biri başlı başına bir mühendislik disiplini konusu etüt faaliyetlerine dayalı olarak gerçekleştirilen çalışmalardır. Bu çalışmalar sonucunda ele alınmış olan projenin teknik, ekonomik ve mali yapılabilirliği kesinlikle ortaya konur. Do- nelerin hacmi ve kapsadığı süreyle orantılı olarak, her ne kadar planlama çalışmasının güvenilirliği artarsa da varılan sonucu “kesin doğru” yargısı yerine “doğruya en yakın” yaklaşımıyla kabul etmek gerekir. Nitekim, planlaması tamamlanan ancak ödenek yetersizliği nedeniyle uygulaması geciken bazı projelerin yeni donelerin ışığında yapılan planlama revizyon çalışmalarında bazen orijinal formülasyondan çok farklı çözümlere ulaşıldığı görülmektedir.
Kesin Proje Çalışmaları:Yapılabilirlik çalışmaları sonucunda belirlenmiş olan tip ve boyutlara göre; baraj, regülatör ve ilgili yardımcı yapıların ve hidroelektrik santralın gerekli statik, betonarme, hidrolik ve diğer hesaplarının yapılmasına ilişkin rapor ile inşaat ve imalat yapılmasına esas detaylı proje çizimlerinin ve inşaat yapım kriterlerine ait teknik şartnamelerin hazırlanması hizmetleri, kesin proje çalışmaları kapsamındadır. Yapılan bu çalışmaların sonuçları proje raporları, teknik şartnameler ve proje albümü (çizimler) adı altında toplanmakta olup inşaat ihalesi bu dokümanlara göre yapılmaktadır. 

Bu çalışmalara ek olarak, projelerin gerçekleşmesi için gerekli olabilecek kredinin sağlanması amacıyla kesin proje safhasında kredi aplikasyon raporu hazırlanmaktadır. Ayrıca kesin proje çalışmalarında gerektiği zamanlarda, hidrolik model deneyleri, zemin ve kaya mekaniği deneyleri ve diğer lüzumlu deneyler de özel etütler kapsamında yapılmaktadır. Kesin projeler için çalışma süresi genellikle 2-3 yıldır.

Ülkemizde enerji arzının önemli bir bölümü hidroelektrik santraller ile sağlanmaktadır. Hidroelektrik santrallerde enerji üretimi yağış koşullarıyla doğrudan orantılıdır. 2009 yılı Aralık ayı verilerine göre ülkemizde işletmede bulunan 47 hidroelektrik santralin toplam kurulu gücü 11180 MW olup üretilebilir potansiyelin yaklaşık %40’ına karşılık gelmektedir.
Ülkemizde 2009 yılında tüketilen elektriğin yaklaşık %19’u hidroelektrik santrallerden karşılanmıştır. Fakat son yıllarda yaşadığımız yağış azlığı, hidroelektrik santrallerin ülkemizin enerji talebini karşılamada yetersiz kalmasına neden olmuştur.
Ayrıca AB ye aday ülkelerin genel enerji tüketimlerinin içindeki yenilenebilir enerji kaynaklarının payını artırmaları gerektiği yönünde direktişer yayınlanmaktadır. Bu nedenle ülkemiz yerli ve yenilenebilir enerji kaynakların değerlendirilmesi, kaynak çeşitlendirilmesi ve sözleşme ile garanti altına alınmış olan doğal gaz arz miktarlarının dikkate alındığı elektrik talebinin güvenilir olarak karşılanması için üretim sistemine ilave edilmesi öngörülen kapasite ihtiyacının belirlenmesi amacıyla çeşitli çalışmalar yürütülmektedir. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre 2014 yılına kadar yılda ortalama %8,4 oranında artması beklenen elektrik enerjisi talebinin güvenilir olarak karşılanması için 6900 MW’ı rüzgar ve hidrolik, 14300 MW’ı termik olmak üzere toplam 21200 MW’lık yeni kapasite ilavesine gerek duyulmaktadır.
Ülkemizin elektrik üretiminde yaşadığı sorun; doğalgazın enerji kaynağı olarak kullanılmasından değil, doğalgazı kendi enerji kaynaklarımızdan önce kullanarak kıt mali olanaklarımızın yurtdışına gidişinden kaynaklanmaktadır. Ülkemizde hem talebin daha yüksek gerçekleşme ihtimalinin ortaya çıkması hemde hidroelektrik santrallerin ve diğer santrallerin inşasında yaşanan gecikmelerden doğabilecek arz açığının kapatılmasına yönelik ilave kapasite oluşturulamaması durumunda doğalgaz santralleri alternatif olarak karşımıza çıkacaktır. Yani ulusal sisteme eklenmesi düşünülen ek kapasite, doğalgaz santralleri yardımıyla oluşturulacaktır. Bu nedenle Cumhuriyetimizin yüzüncü yılını kutlayacağımız 2023’de hidroelektrik potansiyelinin tamamının devreye sokulması için yoğun çaba sarf edilmektedir.