YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI - Deneme Sınavı - 11

Reaksiyon türbinleri basıncın ve hareketli suyun etkisiyle kombine olarak elde edilen güçle çalışırlar. Yani suyun hem kinetik hem de potansiyel enerjisinden yararlanırlar. Doğru cevap B'dir.

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. Doğru cevap E'dir.

Hidroelektrik santraller düşülerine, kurulu güçlerine, baraj gövdesi tipine, depolama yapılarına göre sınıflandırılabilirler. Doğru cevap C'dir.

Bir hidroelektrik santralinden elde edilebilecek güç (P), suyun net hidrolik yüksekliğine, suyun debisine ve suyun yoğunluğuna bağlıdır. Doğru cevap D'dir.

Dünyada 2015 yılı itibarıyla kurulu hidroelektrik santrali 936 GW dır. Hidrolik enerji üretiminde 375 GW ile Asya ülkelerinin lider olduğu görülmektedir. Doğru cevap A'dır.

Rüzgâr hızını ve yönünü belirlemek amacıyla yapılan ölçümler, ölçüm amacına göre değişmektedir. Meteoroloji hava istasyonlarında rüzgâr hızı, Dünya Meteoroloji Örgütünün belirlediği standart ölçüm yüksekliği olan 10 m yükseklikte ölçülmektedir. Enerji amaçlı rüzgâr ölçümlerinde ise rüzgâr hızı ve rüzgâr yönü 30 m yükseklikte ölçülür.

İlk ticari rüzgâr türbini 1980’lerde kullanılmaya başlanmış ve bu tarihten sonra türbinler kapasite, verimlilik ve tasarım bakımından hızla gelişmiştir. Günümüzde rüzgâr türbinleri 3-4 m/s’den 25 m/s’ye kadar geniş aralıktaki rüzgâr hızları ile çalışabilmektedir.

Günümüz elektrik üretim amaçlı şebeke bağlantılı modern rüzgâr türbinleri çoğunlukla 3 kanatlıdır ve kanat çapları 30 m’ye kadar çıkabilir ve 30-50 m kule yüksekliğine sahiptirler. Rüzgâr türbinleri karaya (on-shore) kurulduğu gibi denizlerde (off-shore) de kurulabilmektedir.

Ölçek

Rotor Çapı (m)

Ürettikleri güç (kW)

Mikro

<3

0,05-2,0

Küçük

3-12

2-40

Orta

12-45

40-1000

Büyük

>45

>1000

Düşey eksenli rüzgâr türbinlerinin (DERT) ek- senleri rüzgâr yönüne diktir, kanatları da düşey vaziyettedir. Düşey eksenli türbinlerin kanatları bir düşey şafta bağlanmıştır. Düşey eksenli rüzgâr türbinleri rüzgârı her yönden alırlar. Rüzgârın yönü değiştiği zaman herhangi bir pozisyon değiştirmesi olmaz. Türbin kanatları tasarımından dolayı yatay eksenli türbinlere oranla verimleri düşüktür. Eniyi bilinen modeli Darrieus modeli türbinlerdir. Darrieus pervanesinin modifiye edilmiş hâli ise “H pervanesi” şeklinde Savinous tipi türbinlerdir. Savinous türbin aslında genelde rüzgâr hızını ölçmek için kullanılan bir cihazdır ve 100 W’ın altında küçük kapasitelerde güç üretmek için kullanılırlar.

Rüzgâr yön ölçer: Değişimlere göre, kuyruk (yaw) motoru ile haberleşmeyi sağlayan, türbini rüzgâr yönüne taşıyan cihazdır.

Pitch: Kanatların dönüşünü kontrol eden döndürme mekanizmasıdır.

Anemometer: Rüzgâr hızını ölçen ve elektronik kontrol sistemine ileten ölçüm cihazıdır.

Kontrolör Sistemi: Türbinlerde minimum rüzgâr hızında (cut-in) rotorun dönme hareketini başlatan, dönme hareketini yöneten ve maksimum rüzgâr hızında (cut-out) ise bu hareketi durduran sistemdir.

Makine yeri (Nacelle): Kule üzerinde bulunan, rotor, dişli kutusu, şaftlar, jeneratör, kontrolör ve frenleme düzeninin yer aldığı bölümdür.

Su yüzeyinde pürüzlülüğün karalara göre daha az olması, denizlerdeki rüzgâr hızının da karasal rüzgâr hızlarından yaklaşık olarak %20 daha yüksek olması dolayısıyla deniz-üstü rüzgâr türbinlerine de talep artış göstermektedir. Günümüzde deniz-üstü rüzgâr türbinleri daha çok kıyıdan uzaklığı 10-15 km ve derinliği 10-15 m olan sığ sulara kurulmaktadır. Burada kurulan rüzgâr türbinlerinin kule yükseklikleri karadakilere göre daha kısadır. Bu tür türbinlerin şebekeye bağlantısı deniz altı kabloları ile yapılmaktadır. Deniz-üstü türbinlerin kurulum ve işletim maliyetleri karasal türbinlere göre çok daha fazladır. Ancak denizdeki rüzgârların karasal rüzgârlara göre çok daha fazla enerjiye sahip olmaları sonucu karasal türbin kapasitelerinin çok üstünde Mega-watt’lar büyüklüğünde enerji üretebilmek mümkündür.

Avantajları:
• 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.

Hidroelektrik santrallerinin dezavantajlarından biri tarıma elverişli arazilerin baraj gölü altında kalabilmesidir.

Santral binası içinde türbin, jeneratör ve yardımcıları ile kontrol-kumanda gibi elektrik ve diğer yardımcı donanımların bulunduğu özel bir binadır.

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.

A şıkkı su alma yapılarının, C şıkkı su iletim yapılarının, D şıkkı santal çıkış suyu kanalının ve E şıkkı denge bacalarının görevini açıklamaktadır.

Eksenel akışlı türbinlerde suyun türbin içinde akış doğrultusu türbin mili eksenine paraleldir. Kaplan ve Propeller (Uskur) türbinler bu şekilde çalışır. Radyal akışlı türbinlerde ise, su rotorun dönüş eksenine dik olarak akar. Bu tip türbinlere Pelton türbinler örnek olarak verilebilir. Pratikte pek çok türbinde her iki akış türü de görülebilir. Böyle türbinler karışık akışlı türbinlerdir. Francis türbinleri bu türbinlerin en önemli örneğidir. Bu türbinde, su türbine radyal yönde girer, türbini eksenel olarak terk eder. Çapraz akışlı türbinlerde ise su silindirik rotorun pervanelerine doğru akar. Banki ve Ossberger türbinleri bu gruba örneklerdir.

Francis türbinleri küçük düşülerde yüksek hızlar elde edilebilen radyaltip 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 iledüşük 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.

Diğer şıklar Kaplan türbinin özelliklerini anlatmaktadır.

Dolgu barajlar toprak veya kayanın belli oranlarda karıştırılması ile set oluşturulur.

Beton barajlar ise ağırlık, payandalı ağırlık ve kemer barajları olarak sınıflandırılabilir.

Ağırlık barajları suyun kaldırma ve döndürme kuvvetine karşı kendi ağırlıkları ile duran barajlardır. Üçgen yapıdadır ve eksenleri suya doğru kavislidir. Ağırlık barajının inşaası için temelin sağlam kaya olması gerekir.

Payandalı ağırlık barajları alttan su basıncını azaltmak için geliştirilmişlerdir.

Kemer barajları biriken suyun oluşturduğu basıncı kemer etkisi büyük oranda vadideki yamaçlara aktarmak için planda kemer seklinde yapılan baraj türüdür.

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.

Bir hidroelektrik santralinden elde edilebilecek güç (P), suyun net hidrolik yüksekliğine, suyun debisine ve suyun yoğunluğuna bağlıdır.

Ülkelere göre dağılımına bakıldığında Çin’in 61,4 milyon ton petrole eş değer (MTEP) miktardaki enerjiyi hidroelektrik santrallerden sağladığı görülmektedir. Çin’i sırasıyla Brezilya, Kanada ve ABD takipetmektedir. Bu ülkelerin üretimi ise 23 ila 36,9 MTEP arasında değişmektedir.

Ülkemizin en yüksek kapasiteli hidroelektrik santrali Şanlıurfa’da bulunan Atatürk barajıdır. Kaya dolgu tipi olan bu barajın gücü 2405 MW’tır. Atatürk Barajı’nı sırasıyla Karakaya (Diyarbakır) ve Keban (Elazığ) barajları takip etmektedir.