SU YAPILARI. Su Kuvveti (Hidroelektrik Enerji) Tesisleri. 6.Hafta. Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT

Transkript

1 SU YAPILARI 6.Hafta Su Kuvveti (Hidroelektrik Enerji) Tesisleri Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT

2 GRAFİK I.I- TÜRKİYE KURULU GÜCÜNÜN YILLAR İTİBARİYLE GELİŞİMİ MW , , , , , , , , , Yıllar GRAFİK I.II VE 2016 YILLARI İÇİN BİRİNCİL ENERJİ KAYNAKLARINA GÖRE TÜRKİYE KURULU GÜCÜ MW 30, , , , , , , , , , , , , , , ,

3 Su Kuvveti Tesisleri Suyun potansiyel ve kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren tesislerdir. Su kütlesinin düşey bir mesafede düşürülmesi prensibi ile çalışırlar.

4

5 To help protect your privacy, PowerPoint has blocked automatic download of this picture. Dünya nın enerji üretimi açısından en büyük HES leri Rank Station Country 1 Three Gorges Dam China 20,300 2 Itaipu Dam Brazil Paraguay Capacity (MW) 14,000 3 Guri Dam Venezuela 10,200 4 Tucurui Dam Brazil 8,370 5 Grand Coulee Dam United States 6,809

6 Akarsu Havzalarının Su Kuvveti Tesisleri Açısından Projelendirilmesi

7

8 2016 yılı için ülke genelinde kurulu HESler Hes Sayısı Kurulu Gücü (MW) Ortalama Enerji Üretimi (GWh/Yıl) , ,

9

10 Su Enerjisinden Faydalanma Akarsuyun enerjisinin önemlibir bölümü suyun türbülanslı hareketi, sürtünme, yatağın daralıp-gemişlemesi, katı madde taşınımı nedeni ile akış sırasında harcanmaktadır. Su kuvveti tesisleri ile bu kayıplar azaltılır ve akarsuyun doğal eğimi üç farklı şekilde bir noktada toplanarak düşüm yüksekliği elde edilir.

11 Suyun kaynağına göre HES ler Rezervuarlı santrallarda öncelikle bir baraj yapılacağından suyun kullanımı enerji gereksinimine göre ayarlanabileceğinden verimleri yüksektir. Kanal tipi santrallar, rezervuarlılara göre daha ucuza mal olmalarına karşın su biriktirme olanağı olmadığından gelen su debisine göre çalışmak zorundadırlar.

12 Su Kuvveti Tesisi Bileşenleri 1. Su kabartma yapısı 2. Su alma yapısı 3. İletim kanalı 4. Cebri (basınçlı) borular 5. Salyangoz 6. Türbin 7. Jeneratör 8. Transformatörler 9. Şalt alanı 10. Diğer teçhizat

13 Temel Terimler_1 Brüt Düşüm: Doğal veya yapay bir su iletim yolunun iki ardışık kesitinin su yüzeyleri arasındaki kot farkıdır. Net (Faydalı) Düşüm: Brüt düşüm yüksekliğinden suyun iletilmesi sırasında meydana gelen yük kayıplarının çıkarılması ile belirlenir. Türbin giriş ve çıkış noktaları arasında basınç farkı olarak da tanımlanır. Donatım Debisi: HES yapı elemanlarının özellikle türbinlerin boyutlandırılmasında esas alınan debidir. Faydalı Debi: Enerji ihtiyacını karşılamak için belirli bir zaman diliminde kullanılabilecek debidir.

14 Temel Terimler_2 Güç: HES de bir saniyede üretilen enerjidir. Kurulu Güç: Üretilmesi mümkün olan maksimum aktif güçlerin toplamıdır. Türbin mili üzerindeki mekanik güçlerin toplamıdır. Maksimum Güç: En büyük güçlerin toplamıdır. Sürekli Yük: Tesisten devamlı elde edilebilecek güçtür. Pik Yük: Tüketici şebekesinde oldukça kısa sürede ihtiyaç duyulan ve tesisin şebekeye vermesi gereken en büyük güçtür. Garanti Edilmiş Güç: Kurak bir yılın pik saatlerinde sürekli üretilebilecek güçtür. Yük Faktörü: Belirli bir zaman süresinde üretilen ortalama yükün tesisin pik yüküne oranıdır.

15 Temel Terimler_3 Üretilebilir Enerji: HES ında belirli bir zaman diliminde ideal işletme şartlarında üretilmesi mümkün olan enerji miktarıdır. Güvenilir (Firm) Enerji: Hem kurak hem sulak yıllarda emniyetle üretilebilen enerjidir. Güvenilir olmayan (ikincil-sekonder) Enerji: Üretim ve kapasitesi önceden tahmin edilemeyen ve herhangi bir zamanda beklenen talebi karşılamada güvenilmeyen enerjidir. Kapasite Faktörü: Bir HES ının belirli bir sürede ürettiği enerjinin, tam kurulu güç ile çalışması durumunda üretebileceği enerjiye oranıdır. Enterkonnekte Sistem: Farklı bölgeledeki çeşitli enerji üretim kaynaklarını birbirine bağlayan iletim şebekesidir.

16 Su Gücünün Belirlenmesi Potansiyel Enerji Ep (kg m) E = γ Q H p t Q: İşletme debisi (m3/s) H: düşüm (m) T: zaman ɣ: birim hacim ağırlık İş = Güç zaman

17 Potansiyel Enerjinin Mekanik Enerjiye Dönüştürülmesi Suyun potansiyel enerjisi türbinlerde mekanik enerjiye dönüştürülür. Türbin çarkının dönüşü ile elde edilen mekanik enerji jeneratörler ile elektrik akımına dönüştürülür. Transformatör ile alçak ve yüksek gerilim dönüşü sağlanır. Türbin, jeneratör ve transformatör sonunda çıkan enerjinin sisteme giren enerjiye oranı su kuvveti tesisinin toplam verimidir (η). ηt : Türbin verimi ηj : Jeneratör verimi ηtr : Transformatör verimi η = η η η T J TR

18 E = η γ Q H p n t Q: İşletme debisi (m3/s) Hn: net düşüm (m) t: zaman ɣ: birim hacim ağırlık (kg/m3) η: tesisin toplam verimi Tesisin Net Gücü (N) Güç = İş zaman N = η γ Q H n N: tesisin net gücü (kg m/s)

19 Beygir Gücü (BB) = 75 kg m/s Kilowat (kw) = 102 kg m/s Kilovat (kw) : 10 3 vat= 1kW Megavat (MW) : 10 6 vat = 10 3 kw Gigavat (GW): 10 9 vat = 10 6 kw Teravat (TWw): vat =10 9 kw N = η γ Q H n Suyun özgül ağırlığı 1000 kg/m 3 yer çekim ivmesi 9.81 m/s 2 ise N( BB) = 13.3 η Q H N( kw ) = 9.81 η Q H n n N( BB) = (10ile11) Q H N( kw ) = (7ile8) Q H n n

20 Akarsuyun su kuvveti potansiyelinin belirlenmesi_örnek Uzunluğu 60 km olan akarsuda eğim ve ortalama debi 220 m 3 /s olduğuna göre teorik ve özgül su kuvveti potansiyelini hesaplayınız. N( kw ) = 9.81 η Q H N( kw ) = 9.81 Q H n H=60000x0.0006= 36 m N=9.81x220x36 =77695 kw 1 km akarsu uzunluğuna düşen özgül enerji=77695/60=1295 kw/km

21 Su kuvveti tesislerinde brüt ve net düşü ile toplam enerji üretimin belirlenmesi Bir kabartma tesisinde alınan su, eğimi olan 7 km uzunluğundaki iletim kanalı ile dağ yamacından götürülerek basınçlı boru ile türbinlere verilmektedir. Basınçlı boruda yük kaybı 2.39 m dir. Su kuvveti tesisinde işletme debisi 12 m 3 /s, brüt düşüm yüksekliği 140 m ve su alma yerindeki yersel yük kayıpları toplamı 0.35 m olduğuna göre; a- Santralın brüt gücünü hesaplayınız. b- Türbin, jeneratör ve transformatör verim katsayıları sırası ile 0.88, 0.92 ve 0.96 olduğuna göre tesisin net gücünü bulunuz. c- Santral yılda 7500 saat çalıştığına göre yıllık toplam enerji üretimini hesaplayınız N ( kw ) = (7ile8) Q H n N ( kw ) = 9.81 η η η Q T J TR H n

22 Su kuvveti tesislerinde brüt ve net düşü ile toplam enerji üretimin belirlenmesi_çözüm a- N = 8xQxHb = 8x12x140 = kw N ( kw ) = (7ile8) Q H n

23 Su kuvveti tesislerinde brüt ve net düşü ile toplam enerji üretimin belirlenmesi_çözüm b- Net düşüm= Brüt düşüm (su alma yeri kayıpları-iletim kanalı kayıpları basınçlı boru kayıpları) Net güç tüm kayıpların dikkate alındığı net düşüm ve veri,m katsayıları kullanılarak hesaplanır. Yersel yük kayıpları= 0.35 m İletim kanalında yük kaybı (JxL) = x7000= 2.8 m Basınçlı boruda yük kaybı= 2.39 m Toplam yük kaybı= = 5.54 m Net Düşüm= = m Tesisin Net Gücü N= kw N ( kw ) = 9.81 η η η Q T J TR H n

24 Su kuvveti tesislerinde brüt ve net düşü ile toplam enerji üretimin belirlenmesi_çözüm c- Yılda toplam 7500 saat çalıştığına göre yıllık toplam enerji üretimi E = Nxt = 12302x7500= x 10 6 kwh Güç = İş zaman

25 Su Kuvveti Tesislerinin Sınıflandırılması Kurulu Gücüne Göre Çok Küçük 100 kw Küçük kw Orta kw Büyük >10000 kw Biriktirme haznesi olup olamasına göre Tabii debili Biriktirme hazneli Düşüm yüksekliğine göre Alçak basınçlı tesisler Yüksek basınçlı tesisler <50 m > 50 m Suyun mekanik enerjisinden faydalanma şekline göre Akarsuların enerjisinden faydalanan Denizlerin enerjisinden faydalanan Pompaj biriktirmeli (offstream dams)

26 Debi Süreklilik Eğrisi_Örnek Debi (m3/s) Trabzon Haldizen Suyu üzerindeki Şerah akım gözlem istasyonunun 30 yıllık akım gözlem verilerinden elde edilmiş aylık ortalama akımlar aşağıda verilmiştir. Bu istasyon için yıllık ortalama akımı hesaplayınız ve debi süreklilik eğrisini çiziniz. Ekim 2.39 Kasım 2.37 Aralık 1.83 Ocak 1.40 Şubat 1.47 Mart 2.29 Nisan 6.96 Mayıs Haziran Temmuz 5.78 Ağustos 2.81 Eylül 1.83

27 Debi Süreklilik Eğrisi_Çözüm Debi (m3/s) Sıralı debi Zaman (%) Ekim Kasım Aralık Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Yıllık ortalama debi>> 4.34

28 Debi Süreklilik Eğrisi_Çözüm Debi (m3/s) Zaman (%)

29 ÖDEV Zamantı Nehri Fıraktin Köprüsü akım gözlem istasyonun dönemine ait aylık akım gözlemlerini kullanarak debi süreklilik eğrisini oluşturunuz. Verilere adresinden ulaşabilirsiniz. Teslim tarihi 17 Aralık 2018

30 Su Kuvveti Tesisileri ile İlgili Bağlantılar USEnergy Information Administration Itaipu Brazil HPP (largest before Three Gorges Dam) HESİAD IMO EPDK DSİ