DALGA ENERJİSİ SANTRALLERİ

Transkript

1 DALGA ENERJİSİ SANTRALLERİ Güneş ışınları Dünyanın temel enerji kaynağıdır. Karaların ve denizlerin oranına bakıldığında, güneş enerjisinin büyük bir kısmı (%70) denizler tarafından tutulur. Bu devasa büyüklük bize suyun doğal gücünden yaralanıp enerji elde etmek konusunda ümit vermektedir. Eğer uygun yöntemler kullanılırsa denizler ve okyanuslar çok iyi bir enerji kaynağı olabilir.

2 DALGA ENERJİSİ SANTRALLERİ Okyanus ve denizlerin sahip olduğu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmenin çeşitli yolları vardır; Yüzey suları derin sular arasındaki sıcaklık farkından yararlanan teknolojiler. (OTEC) Gelgitlerin mekanik enerjisinden yararlanan sistemler. Dalgalardan yararlanan sistemler. Akıntılardan yararlaman sistemler. Yüzey ve dip arasındaki tuzluluk farkından yararlanan sistemler.

3 DALGA ENERJİSİ SANTRALLERİ Dalga Enerjisinin Önemi Dalga enerjisi, suyun muazzam gücünden faydalanabilmemizi sağlamaktadır. Yapılan incelemeye göre günümüzde dünyanın elektrik enerjisi ihtiyacının yaklaşık olarak %10 u dalga enerjisinden karşılanmaktadır. Oysa teorik olarak okyanuslarda bulunan dalga enerjisinin yaklaşık %20 si dünyanın elektrik enerjisini karşılayabilecek potansiyele sahiptir.

4 Dalga Enerjisinin Önemi Her ne kadar bulunduğu yere göre değişse de ortalama günlük güneş enerjisi akısı yaklaşık olarak metrekare başına 100 W dır. Güneş enerjisi kullanımında yüzey etkin olduğundan yüzey örnek verilirse, ortalama 1 kw elektrik üretimi için; Güneş enerjisi ile 10 m 2 Rüzgar enerjisi ile 2 m 2 Dalga enerjisi ile 1 m 2 yüzey alanına ihtiyaç vardır.

5 Dalga ve Dalga Enerjisi Dünya yüzeylerinin farklı ısınması sonucu oluşan rüzgarların deniz yüzeyinde esmesi ile meydana gelen deniz hareketlerine dalga denir. Dalga enerjisi ise direk olarak dalgaların yüzeylerinin veya yüzey altındaki basınç değişimlerinin kullanılmasıyla elde edilen bir enerji türüdür.

6 Dalga Enerjisinin Önemi Dalga enerjisi üzerine çalışmalar 1970 lerde petrol krizinin üzerine hız kazansa da birkaç başarısız denemeden sonra dalga enerjisi üzerine olan ilgi azalmıştır. Ancak teknolojinin ilerlemesiyle, ilgi yeniden artmış ve bir çok yeni teknoloji geliştirilmiştir. Dalga enerjisi üretim sistemleri üzerine 1000 in üzerinde patent alınmıştır.

7 Dalga Enerjisinin Önemi Dünyada ilk ticari dalga enerji tesisi 0,5 MW kapasiteli Limpet 500, 2000 yılında İskoçya nın Islay adasında kurulmuştur ve Kasım 2000 in sonlarından beri de İngiltere nin şebekesine güç sağlamaktadır. Fransa'daki Rance Santrali 240MW'lık gücüyle dünyadaki en önemli gelgit satralidir. Ayrıca Asya da Kislaya Guba'da birkaç MW gücünde deneysel bir santral vardır. Günümüzdeki dalga enerjisi teknolojilerinin çoğu gelgit ve dalga hareketlerinden yola çıkarak enerji üretmektedir.

8 Dalga Enerjisinin Önemi 1985'de Japon mühendis Masuda YOŞİO açık deizlerdeki ışıklı şamandıraların elektrik ihtiyacını karşılamak amacıyla dalgalardan yararlanan bir sistem geliştirmiştir. Sistemde dalgaların oluşturduğu hava akımı bir türbine dönme hareketi kazandırır ve türbin bu hareketi jeneratörüne ileterek elektrik üretilir. Japonya'daki 2MW gücündeki Kaimei Santrali buna örnektir. İspanya'nın Bask bölgesinin kıyı şeridindeki Mutriku kasabası elektrik ihtiyacının bir kısmını dalga enerjisi santraliyle karşılamaktadır.

9 Dalga Enerji Akısı, P Eğer suyun derinliği, dalga boyunun yarısından fazlaysa, 1 m dalga genişliği için dalga enerji akısı (P) aşağıdaki formülle hesaplanabilir. 2 g 2 P H m T kw m 64 Denklemdeki; P: Enerji akısı ρ: Deniz suyunun yoğunluğu g: Yerçekimi ivmesi H m : Dalga yüksekliği T: Dalga periyodu

10 Dalga Enerji Akısı, P Yüksekliği 1,5 m ve periyodu 6 s olan bir dalganın enerji akısını hesaplayalım. 2 g 2 kw 2 P H m T P 0,5 H 3 m T 64 ms Hatırlatma: 1 W s = 1 N m kw 2 2 P 0,5 1,5 m 6 s 3 ms P 6,75 kw m

11 Dalga Enerji Akısı 2 P H T kw m 0,5 m Denklemden de anlaşılacağı üzere, dalganın gücü dalga yüksekliğinin (dalga genliği) karesi ve hareket periyodu ile orantılıdır. Uzun periyotlu ( 7-10 s) ve büyük genlikli (2-3 m) dalgalar metre olarak genliğinin başına kw enerji oluşturabilir.

12 Dünyada Dalga Enerjisi Diğer yenilenebilir enerji kaynakları gibi dalgalarda dünyada düzenli dağılıma sahip değildir. Dünyada yüksek dalga gücüne sahip birkaç bölge bulunmaktadır. Her iki yarı kürede yaklaşık olarak 30 0 ve 60 0 enlemleri arasındaki dalga hareketleri batı rüzgarlarının hakimiyeti ile yüksektir.

13 Dünyada Dalga Enerjisi Diğer taraftan; Yerkürede 25 Kuzey ve 32 Güney enlemleri arasında, kutuplardan ekvatora doğru soguk su akıntısı oluşmaktadır. Bu sular ile yüzeydeki sıcak sular arasında yaklaşık 28 C sıcaklık farkı oluşur. Dipteki soğuk sular ile yüzeydeki sıcak sular arasındaki bu sıcaklık farkını bazı yöntemlerle elektrik enerjisi üretiminde kullamak mümkündür.

14 Dünyada Dalga Enerjisi Avrupa ülkelerinin Akdeniz sahillerinde yıllık dalga gücü 4 ila 11 kw/m arasında değişmektedir. Avrupa nın toplam dalga enerjisi kaynağı 320 GW iken Akdeniz sahilleri boyunca dalga enerjisi 30 GW mertebesindedir.

15 Türkiye de Dalga Enerjisi En yüksek değerler Ege Denizinin güney batı ve Akdeniz bölgesinde görülmektedir.

16 Türkiye de Dalga Enerjisi Türkiye de Marmara Denizi dışındaki açık deniz kıyılarının 8210 km olmasına rağmen dalga rasatları ve bunlara ilişkin ölçümler üzerinde son zamanlara kadar maalesef ciddi çalışmalar yürütülmemiştir. Türkiye dışında Akdeniz de yapılmış ölçümlere göre ortalama dalga gücünün yıl boyunca 8,4-15,5 kw/m arasında değiştiği tespit edilmiştir. Türkiye için bu değerin yaklaşık olarak 13 kw/m olduğu tahmin edilmektedir.

17 Türkiye de Dalga Enerjisi İzmir Çeşme yöresine yönelik olarak yapılan bir çalışma da dalga enerjisinin en fazla olduğu ayın şubat ayı olduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda Kasım-Mart aylarından oluşan 5 ayda diğer aylara nazaran daha fazla elektrik üretilebileceği ortaya konulmuştur. Aynı çalışmada, birim genişliğe etkiyen ortalama dalga gücünün (Dalga Gücü Akısı) 14,84 kw/m olarak alınabileceği tespit edilmiştir.

18 Türkiye de Dalga Enerjisi Türkiye kıyılarının beşte birinden yararlanılarak sağlanabilecek dalga enerjisi teknik potansiyeli 18,5 milyar kwh/yıl olarak tahmin edilmektedir. Bölgesel olarak Türkiye deki dalga enerjisi akısının dağılımı Bölge Güç (kwh/m) Karadeniz 1,96-4,22 Marmara Denizi 0,31-0,69 Ege Denizi 2,86-8,75 Akdeniz 2,59-8,26 İzmir Antalya 3,91-12,05

19 Dalga Enerjisi Ekonomisi Dünya genelinde, elektrik üretiminde kullanılabilecek dalga enerjisi potansiyeli 2000 TWh/yıl olarak tahmin edilmektedir. Dünya elektrik tüketiminin yaklaşık olarak %10 una karşılık gelen bu değerin yatırım maliyeti 820 milyar euro civarındadır. Dalga enerjisi henüz fosil yakıtlarla rekabet edebilecek durumda olmamasına rağmen, son yıllarda maliyetlerde hızla düşüş göstermektedir.

20 Dalga Enerjisi Ekonomisi (a) Kıyı şeridine kurulan santraller (b) Kıyıdan uzak santraller Firmalar, tasarım maliyetlerini kw/h için 5 cent in altına düşürmeye çalışmaktadır. Bu maliyet, dalga enerjisi santrallerinin diğer geleneksel santrallerle rekabet edebilir duruma gelmesine olanak sağlayabilir.

21 Dalga Enerjisi Ekonomisi Üstteki çizgi kıyı şeridi boyunca kurulan santraller, alttaki çizgi kıyıdan uzak kurulan santralleri temsil etmektedir. Dalga enerjisi santrallerinden, ortalama dalga enerjisi akısına bağlı olarak tahmini elektrik üretim maliyetleri grafikte de görüldüğü üzere ortalama dalga enerjisi akısı arttıkça azalmaktadır.

22 Dalga Enerjisi Santralleri Dalga enerjisi santrallerini çalışma prensiplerine göre aşağıdaki gibi 3 ana kategoriye ayrılabilir. Dalganın hareketi sonucu hareketlenen cismin tümünün veya bir bölümünün hareketini kullanan sistemler. Dalganın basıncını kullanan sistemler. Dalga basıncının havayı sıkıştırmasından yararlanarak, hava basıncını kullanan sistemlerdir. Her kategoride yer alan sistem zemine bağlı (sabit) veya yüzen sistem olmak üzere iki alt kategoriye ayrılır.

23 Dalga Enerjisi Santralleri

24 Dalga Enerjisi Santralleri Dalga enerjisi santrallerini konumlandırıldıkları yere göre sınıflandırmak gerekirse, sahil şeridine ve denizin içine olmak üzere temelde iki gruba ayırabiliriz. Deniz içerisine kurulan santraller de iki grup altında incelenebilir. Dalga Enerjisi Santralleri Kıyı boyunca kurulan santraller Deniz içerisine kurulan santraller Kıyıya yakın yerlere kurulan santraller Kıyıdan uzak yerlere kurulan santraller

25 Kıyı Şeridi Uygulamaları Bu tür uygulamalarda enerji üretim yapıları kıyıda sabitlenmiş veya gömülü halde bulunurlar. Bakım ve inşası diğer uygulamalara göre daha kolaydır. Derin su bağlantılarına ve uzun sualtı elektrik kablolarına ihtiyaç yoktur. Nispeten daha az güce sahip dalga rejimleri nedeniyle elde edilen dalga enerjisi ve buna bağlı olarak üretilen elektrik daha az olabilir. Bu tür uygulamaların yaygınlaşması, kıyı şeridi yapısı, gelgit seviyesi ve kıyı yapısının korunması gibi etkenlerle sınırlandırılmaktadır.

26 Salınımlı Su Sütunu (Oscillating Water Column-OWC) Bu yapılar kısmi olarak su altındadır. Sistemde su kolonu ve onun üzerinde bir hava kolonu vardır. Yapının altındaki kapı suyun içeri girmesini sağlar. Su seviyesinin yükselmesiyle yapı içerisinde sıkışan hava basınçlı bir şekilde türbinden geçerek baca kısmından santrali terk eder.

27 Salınımlı Su Sütunu (Oscillating Water Column-OWC) Dalga geri çekildiğinde, santral içerisinde vakum oluşur ve bu sefer hava baca kısmından girerek türbini tekrar döndürür. Kullanılan türbinin özelliği; hava hangi taraftan gelirse gelsin türbin daima aynı yöne döner. Wells türbininin hareketi jeneratöre aktarılarak elektrik üretilir.

28 Salınımlı Su Sütunu (Oscillating Water Column-OWC)

29 Daralan Kanal Sistemi (Taperated Channel Device, TAPCHAN) Tapchan sistemi geleneksel hidroelektrik enerji üretim sisteminin bir adaptasyonudur. Bu sistem su seviyesinin 3-5 m üzerinde duvar yüksekliğine sahip, uçurumun kenarına inşa edilmiş hazneyi besleyen, gittikçe daralan bir kanaldan oluşur. Kanalın daralması dalga yüksekliğinin artmasına neden olur ve yükselen dalgalar kanal duvarından haznenin içerisine boşalır. Su haznede depolandığı için dalganın kinetik enerjisi, artık potansiyel enerjiye dönüştürülmüştür.

30 Daralan Kanal Sistemi (Taperated Channel Device, TAPCHAN) Haznede depolanan su türbinlerden geçirilerek hidrolik enerjiden mekanik enerji elde edilir ve bu hareket jeneratöre aktarılarak elektrik enerjisi üretilir.

31 Pendular Sistem Bu sistem bir enerji sisteminden çok bir dalga kıran olarak düşünülebilir. Pendular, bir tarafı denize açılan dikdörtgen bir kutu şeklindedir. Bu açıklık üzerine sarkaç kapak menteşelenmiştir. Kapak dalga hareketiyle ileri-geri hareket etmektedir. Kapağa gelen dalga karşısında içeriye doğru açılırken temel yapı içerisine de kısmın suyun girmesine izin verir. Dalga enerjisini kaybettikten sonra dalga tepesini dalga çukuruna bıraktığında sarkacın ağırlığının oluşturduğu basınçla içerideki su temelden dışarıya basılır.

32 Pendular Sistem Perndular sistemin yaptığı sanılım hareketi bir hidrolik pompa vasıtasıyla hidrolik motorda dairesel harekete dönüştürülür ve jeneratör üzerinden elektrik elde edilir.

33 Pendular Sistem

34 Kıyıya yakın uygulamalar Kıyıya yakın uygulamalar, m su derinliklerinde gerçekleştirilir. Bu tür sistemlerde genellikle OWC nin değişik tasarımları uygulanır. Wavegen tarafından geliştirilen OSPREY in gücü 1,5 MW tır. Rüzgar türbininin dahil edilmesiyle 2 MW a çıkarılmıştır. WOSP 3500 (Rüzgar + Okyanus salınım enerjisi) kıyıya yakın dalga ve rüzgar enerjisinin birleştirilmiş halidir ve enerjisi 3,5 MW a yükselmiştir.

35 Kıyıya yakın uygulamalar Kıyıya yakın okyanus salınım enerjisi santrallerinin çalışma prensibi.

36 Kıyıya yakın uygulamalar (OPT) Bu sistem modüler okyanus şamandıralarından oluşmaktadır. Yükselen ve alçalan dalga hareketi şamandıraları hareket ettirir ve bu şamandıra hareketi deniz suyunu türbine basar. Türbinde elde edilen mekanik enerji jeneratöre aktarılarak elektrik enerjisi üretilir.

37 Kıyıya yakın uygulamalar (OPT)

38 Kıyıya yakın uygulamalar Kıyıya yakın uygulamaların diğer örneklerinde dalga enerjisi kullanılarak sahildeki suyun yüksek bir depolama haznesine basılması ve buradan açık veya kapalı bir çevrimle türbine aktarılması prensibine dayanır.

39 Kıyıya yakın uygulamalar

40 Dalga Paleti (Wave Roller) Bu sistem deniz dibine sabitlenmiş levha veya levhalardan oluşur. Deniz yüzeyindeki dalga hareketinden yararlanılarak enerji üretimini hedefleyen dalga paleti santrallerinde, paletin ileri geri hareketiyle bir piston tahrik edilerek, basınçlı su hidrolik motora gönderilir. Hidrolik motordaki mekanik enerji jeneratörde elektrik enerjisine dönüştürülür.

41 Dalga Paleti (Wave Roller)

42 Dalga Paleti (Wave Roller) Deniz altında oluşan akıntılar yüzeydeki dalgalardan daha sürekli ve daha tahmin edilebilirdir. Bundan dolayı, dalga paleti santralinin deniz altında oluşun akıntıları kullanmak üzere geliştirilen tasarımları da mevcuttur. Mevcut sistemdeki her palet, kuruldukları bölgedeki akıntı karakteristiklerine göre yaklaşık 15 kw lık bir enerji üretebilir.

43 Kıyıdan Uzak Uygulamalar, Pelamis 40 m den daha derin sularda kıyıdan uzak uygulanan cihazlar kullanılmaktadır. Santralin şeklinden dolayı, bir deniz yılanı ismi olan Pelamis adı verilmiştir. Bu yapı kısmi olarak su içerisinde yer alan, menteşelerle birbirine bağlı silindirik bölümlerden oluşan eklemli bir yapıdır.

44 Kıyıdan Uzak Uygulamalar, Pelamis Dalga ile birleşim noktaları hareket eder ve bu hareketle santral içerisine yerleştirilmiş hidrolik pompalar deniz suyunu türbine basar. Pompanın ileri hareketinde basınç, geri hareketinde vakum oluşur. Böylelikle türbine gelen akış üzerinde sürekli bir çevrim elde edilmiş olur. Santralin deniz yüzeyinde hareket etmesini engellemek için belirli noktalardan halatlarla deniz tabanına sabitlenmiştir. Günümüzde 375 kw gücünde, 130 m uzunluğunda ve 3.5_m çapında bir pelamis santrali geliştirilmiştir.

45 Kıyıdan Uzak Uygulamalar, Pelamis

46 Akıntı Enerji Sistemleri Deniz tabanına yerleştirilen türbinler aracılığıyla denizlerdeki ve okyanuslardaki düzenli akıntıların kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Akıntı enerji sistemleri hala geliştirilme aşamasında olan santrallerden bir tanesidir. İngiltere de Mayıs 2003 den beri kurulu olan üniteden 300kW lık güç elde edilmektedir. Diğer taraftan gel-git enerjisini kullanma için kurulan sistemlerin (SeaGen) derin deniz akıntılarından da enerji elde etmek için kullanılması planlanmaktadır.

47 Akıntı Enerji Sistemleri

48 Akıntı Enerji Sistemleri

49 Gel-Git Enerji Santralleri Gel-git hareketi; ay, güneş ve dünyanın çekim kuvveti ve merkezkaç kuvvetleri arasındaki etkileşim sonucu oluşur. Gel-git olayında suyun hareketinden, iki yöntemle enerji elde edilebilir. Suyun bir depoda biriktirilmesi sonucu, depodaki su ile deniz seviyesi arasındaki farktan kaynaklanan potansiyel enerjiden elektrik enerjisi üretilmesi. Bu yöntemin dezavantajı, maliyetin yüksek olması ve nispeten çok yer kaplamasıdır. Dünyada bu yöntemle çalışan, Fransa Rance de 240 MW, Kuzey Amerika Annapolis Royal de 18 MW ve Rusya da 1,2 MW lık sistemler bulunmaktadır.

50 Gel-Git Enerji Santralleri Dünya gelgit gücü potansiyeli, MW olarak tahmin edilmektedir. Bu enerji kaynağından, dünyada en çok yerde yararlanmak mümkündür. Gelgit Yeri Gelgit Yüksekliği (m) Fundy Körfezi (Kuzey Amerika) 21 Puerto Gallegos (Güney Arjantin) 18 Portishead (İngiltere) 16 St. Malo (Fransa) 12 Kuzey Denizi 3-5

51 Gel-Git Enerji Santralleri İkinci yöntem ise, suyun yükselme ve alçalması sırasında önüne konulan türbinleri döndürmesi ve bu türbinlerin jeneratörü tahrik etmesiyle elektrik enerjisi elde edilmesidir. Bu yöntemin bugüne kadar yaygın bir uygulama alanı bulamamasının nedeni çok büyük türbinlere ihtiyaç duyulmasıdır. Ancak Kuzey İrlanda da SeaGen isminde 1,2 MW lık bir santral kurulmuştur.

52 Wave Dragon Wave Dragon Danimarka da Löwenmard Şirketinden bir mühendis tarafından tasarlanan, su üzerinde yüzen açık deniz dalga enerjisi dönüştürücüsüdür. Basit bir yapıya sahip wave dragon da hareketli parça olarak sadece türbin vardır. Diğer sistemlerle kıyaslandığında daha derin sularda kullanıldıkları söylenebilir.

53 Wave Dragon Wave Dragon santralinde okyanus dalgalarının kıyıya varmadan önceki gücünü kullanmak amaçlanmıştır. Santralin üzerine dalga ile gelen su, deniz seviyesinin üzerinde geçici bir rezervuarda depolanır ve bu depolanan su türbinlerden geçirilerek mekanik enerji elde edilir.

54 Wave Dragon

55 Büyük Balina Büyük balina dalga enerjisi santrali, salınımlı su sütunu santralinin açık deniz için yapılan bir uyarlamasıdır. Bu sistemde enerji dönüşümü, dalga hareketiyle gelen suyun santralin önünde bulunan 3 adet hava sütunundan içeri girmesiyle sağlanır. Santralin içerisine giren su, yükselip alçalarak havayı sıkıştırır ve wells türbinini döndürür. Bu şekilde elde edilen mekanik enerjiden elektrik enerjisi üretilir.

56 Dalga Enerjisi Günümüzde pek çok dalga enerjisi santrali bulunmaktadır. Bu santrallerin bazıları hala geliştirme aşamasındadır. Deniz ve okyanuslardan elde edilen enerji bütün yapılarda benzer şekilde gerçekleşmektedir. Dalganın üzerinde taşımış olduğu enerji çeşitli varyasyonlarla mekanik aksama, oradan da bir jeneratöre aktarılarak elektrik enerjisine çevrilir.

57 Dalga Enerjisi Santralinin Tasarım Aşamasında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Dalga enerjisinden yararlanmak için yapılacak tasarımlarda, dalgaların hız, yön ve periyot düzensizlikleri dikkate alınmalıdır. Yapılacak tasarımlar olağan dışı koşullara dayanıklı olmalıdır. Nadiren de olsa, santral normalden çok daha büyük dalgalara maruz kalabilir. Bu durumda, enerji üreten düzeneğin aşırı enerji girdisiyle baş edebilmesi gerekir. Kıyıya yakın santraller hem enerji dönüştürücü hem de dalgakıran olarak düşünülmeli ve buna göre konumlandırılmalıdır.

58 Dalga Enerjisi Santralinin Tasarım Aşamasında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Derin sularda kurulan santrallerin hareket etmemesi için deniz tabanına sabitlenmesi gerekir. Deniz üzerine koyulacak aygıt ve düzeneklerin deniz trafiğini aksatmayacak büyüklük ve yapıda olması gerekir.

59 Dalga Enerjisinin Avantajları Temiz bir enerji kaynağıdır. Yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Yatırım ve bakım maliyetinin dışında bir maliyeti yoktur. Nüfus yoğunluğu kıyılarda toplanmış ülkelerde enerji, üretildiği yerde tüketileceğinden uzun iletim hatlarına gerek yoktur.

60 Dalga Enerjisinin Avantajları Öngörülen enerji ihtiyacına göre boyutlandırılabilir. Çoğu santral yerleşim yerlerinden uzak olduğundan gürültü kirliliğine neden olmaz. Çoğu santral deniz seviyesinin altında tasarlandığından görsel kirliliğe neden olmaz.

61 Dalga Enerjisinin Dezavantajları Dalga ve akımlardaki değişim nedeniyle yüzeye yakın bölgelerde yaşayan deniz canlılarını olumsuz yönde etkileyebilir. Aynı zamanda balıkçılık sektörü üzerinde de olumsuz etkilere yol açabilir. Kıyıdan uzak uygulamalar denizcilik için tehlikeli durumlar oluşturabilir. Kıyı şeridi santralleri estetik açıdan olumsuzluklara yol açabilir. Wells türbini kullanan santraller kıyı şeridinde veya kıyıya yakın olursa gürültü kirliliğine neden olur.