Hidrolik Enerji

• Hidroelektrik santraller kaynak olarak yenilenebilir olan suyu kullanırlar.

• Herhangi bir yakıtın yanması söz konusu olmadığından, sera gazı emisyonu yaratmazlar.

• Ülkelerin sahip olduğu kaynaklarla kurulabilirler. Bu nedenle enerjide dışa bağımlılığı azaltır.

• Teknik ömürleri uzundur.

• Çevreye zararlı atık üretmezler.

• Elektriği sabit bir oranda üretebilirler

• Enerjiye ihtiyaç olmadığında su kaynaklarını kapatabilir. Elektrik ihtiyacına göre tekrar devreye sokulabilir.

• Fazla enerji ihtiyacı olan zamanlarda hızla devreye girerek enerji üretilebilir

• Yatırım maliyeti yüksek ve toplam inşaat süresi uzundur

• Kuraklık durumunda, su kaynağının azalması elektrik üretimini azaltabilir

• Tarıma elverişli araziler baraj gölü altında kalabilir.

• Barajlarda taşkın olması durumunda çevresinde sel oluşumu söz konusudur.

• Suyun doğal akışının değiştirilmesi sucul canlıların yok olmasına neden olabilir

Depolamalı tipik bir hidroelektrik santrali baraj gövdesi ve gölü, su alma, dolu ve dip savaklar, su yolları, su iletim yapıları, denge bacası, türbin ve jeneratör, santral çıkış suyu kanalı ve şalt tesislerinden oluşmaktadır.

Baraj gölünde suyun belli bir seviyeden fazla yükselmesini önlemek amacıyla kullanılır. Savaklar baraj gölünde kullanıldıkları yere göre dolu ve dipsavak olmak üzere sınıflandırılır. Dolu savak, baraj rezervuarında toplanan su hacminin depolama kapasitesini aşması durumunda, fazla suların baraja zarar vermeden aşağıya aktarılmasını sağlayan yapıdır. Dip savak ise gerektiğinde baraj gölünü tamamen boşaltmak, dolu savak debisini azaltmak için kullanılan yapıdır.

Baraj rezervuarı ile türbinlerin arasında bulunan basınçlı su iletim hattında basınç değişimlerini önlemek amacıyla genellikle enerji tüneli sonunda ve santral binasından önce kurulan büyük su depolarıdır. Bu sayede cebri boruların ekonomik boyutlarda (boy, çap, et kalınlığı) kullanılmaları, türbinlerin düzenli ve verimli çalışmaları sağlanır.

Türbin: Türbin çarkı, türbin şaftı, türbin kapağı, hız regülatör sistemi, basınçlı yağ sistemi, türbin yatağı, soğutma sistemi, kumanda panosu ve yardımcı donanımdan oluşur.

Jeneratör: Jeneratör rotoru, statoru, jeneratör yatağı, ikaz, koruma, soğutma sistemleri ile kumanda ve işletim sistemi, doğru akım sistemi gibi yardımcı donanımlardan oluşur.

Transformatör (Dönüştürücü) : Ana gövde, soğutma sistemi, yangın sistemi, koruma sistemi bölümlerinden oluşur.

Suyun türbin içerisindeki akış doğrultusu; türbin miline paralel ise eksenel akışlı türbin denir.

Suyun türbin içerisindeki akış doğrultusu Rotorun dönüş eksenine dik ise radyal akışlı türbin denir.

Eğer Suyun türbin içerisindeki akış doğrultusu hem türbin miline paralel hem de Rotorun dönüş eksenine dik ise buna karışık akışlı türbin denir.

Aksiyon Türbinler

     Pelton türbin

Reaksiyon Tipi Türbinler

     Francis türbin

     Kaplan türbin

Francis türbinleri küçük düşülerde yüksek hızlar elde edilebilen radyal tip reaksiyon türbinleridir. Türbin ayarlanabilir yöneltici kanatlar, dönel çark ve emme borusundan meydana gelir. Su salyangoz şeklindeki girişten geçerek teğetsel olarak türbin çarklarına çarpar ve çarkın dönmesini sağlar. Türbin, yüksek basınçlı su girişi ile düşük basınçlı su çıkışı arasında bulunur. Genellikle barajların temellerine kurulur. Francis türbinler 20 m’den 700 m’ye değişen hidrolik düş aralığında çalışabilir veya birkaç kW güçten bir GW güce kadar çok farklı güç üretimi için kullanılabilir.

Hidrolik düşlerine göre HES’ler;

• Alçak düşülü (H<10m)

• Orta düşülü (H= 10-50 m arası)

• Yüksek düşülü (H>50 m)

olarak üç gruba ayrılır.

HES’ler kurulu güçlerine göre;

• Çok küçük (mikro) kapasiteli (<100 kW)

• Küçük (Mini) kapasiteli(100-1000 kW)

• Orta kapasiteli(1000-10000 kW)

• Büyük kapasiteli(>10000 kW)

olarak sınıflandırılırlar.

HES’ler suyu depolanmasına bağlı olarak;

• Depolamasız (Nehir tipi)

• Depolamalı (Baraj tipi)

• Pompa depolamalı

olarak sınıflandırılabilir.

Depolamasız (Nehir tipi) HES’ler su akışını doğrudan kullanan ve çok küçük bir su havuzuna (regülatör) sahip olan veya olmayan daha çok orta ve küçük ölçekli santrallerdir. Üretim kapasiteleri depolamalı santrallere göre düşüktür. Bu tip bir santralde, nehir suyu, saptırma savağı ve su alma ağzından kanala verilerek yükleme tankına gönderilir. Yükleme tankında günlük bazda yapılan ayarlarla da su debisi kontrol edilir. Su bir cebri borudan geçirilerek türbine gönderilir ve burada suyun hidrolik enerjisi mekanik enerjiye çevrilir. Nehir tipi santrallerin avantajları yerel olarak düşük bir maliyetle kurulabilir olmaları, nehir yatağına daha az zarar vermeleridir. Kurak mevsimde türbin için gerekli debiyi verememeleri ise en önemli dezavantajıdır.

Depolamalı sistemde suyun önü bir baraj sistemi ile kapatılır. Yağışlı mevsimde su barajda depolanır ve böylece yağışsız veya kurak mevsimlerde de gerekli potansiyel enerjiyi sağlamak için kullanılabilir. Depolamalı (Baraj tipi) santrallerin kurulu gücü, ulusal elektrik şebekesinin enerji ihtiyacı yanında aynı zamanda pik güç ihtiyacı da dikkate alınarak tespit edilir. Bu tip santrallerin en önemli avantajı elektrik üretimini, tüketicilerin taleplerindeki dalgalanmalara uygun olarak çok kısa sürede yapabilmeleridir.

Pompa depolamalı HES, elektriğin fazla olduğu ve elektrik talebinin düşük olduğu saatlerde, fazla elektrik enerjisi kullanılarak suyun yüksekteki bir rezervuara pompalanarak daha sonra ihtiyacın daha yüksek olduğu saatlerde (pik saatler=puant) alttaki başka bir rezervuara aktarılarak enerji üretilmesi işlemidir.

Bu eşitlikte;

P: Güç (kilowatt, kW)

ρ: Suyun yoğunluğu (kg/m3)

Q: Suyun debisi (m3/sn)

H: Suyun düştüğü yükseklik (m)

g: Yer çekimi ivmesi, m/sn2

η: Türbin verimliliği (%)

Hidroelektrik santrallerde yüksekten akan suyun iki tip enerjisi vardır. Bunlar kinetik ve potansiyel enerjilerdir. Enerjinin korunumu prensibine göre, borudan akan suyun birim hacminin sahip olduğu potansiyel, kinetik ve basınç enerjilerinin toplamı sabittir.

Kinetik enerji+Potansiyel enerji+Basınç enerjisi= Sabit

Dünyada 2015 yılı itibarıyla kurulu hidroelektrik santrali 936 GW dır. Hidrolik enerji üretiminde 375 GW ile Asya ülkelerinin lider olduğu görülmektedir. Asya ülkelerini Avrupa ve Amerika takip etmektedir. Ülkelere göre dağılımına bakıldığında ise, Çin’in 61,4 milyon ton petrole eş değer (MTEP) miktardaki enerjiyi hidroelektrik santrallerden sağladığı görülmektedir. Çin’i sırasıyla Brezilya, Kanada ve ABD takip etmektedir. Bu ülkelerin üretimi ise 23 ila 36,9 MTEP arasında değişmektedir. Türkiye ise bu sıralamaya 4,94 MTEP gücünde ürettiği hidrolik enerji ile 8. sıradan girmektedir.

Ülkemizin yenilenebilir enerji potansiyeli içinde en önemli yeri tutan hidrolik kaynaklarımızın teorik hidroelektrik potansiyeli 433 milyar kWh olup teknik olarak değerlendirilebilir potansiyel 216 milyar kWh ve ekonomik hidroelektrik enerji potansiyel 140 milyar kWh/yıl’dır. Ülkemizin teorik hidroelektrik potansiyeli dünya teorik potansiyelinin %1’i, ekonomik potansiyeli ise Avrupa ekonomik potansiyelinin %16’sıdır.