Suat PASİN. Enerji Grubu Koordinatörü

Transkript

1 POMPA DEPOLAMALI HİDROELEKTRİK SANTRALLAR Ayla TUTUŞ İçkale Şirketler Grubu Enerji Grubu Koordinatörü Suat PASİN Makine Y. Mühendisi Müşavir Mühendis Barajlı hidroelektrik santraller pekçok ülkede puant yükü karşılamak için kullanılır. Türkiye de ise hidrolik projeler, üretim planlama çalışmalarında yük faktörlerine göre; %35 ve altında olanlar ve üstünde olanlar olmak üzere puant ve baz santraller olarak iki grup altında tanımlanırlar ve ihtiyaca göre çalıştırılırlar. Ancak Türkiye'de de puant talebin karşılanması sorunu vardır ve hidroelektrik santrallerin sürekli aşırı yüklenerek çalıştırılması puant talebin karşılanmasında olumsuzluklar yaratmaktadır. Enerji talebindeki hızlı artışla birlikte daha da ciddi boyutlara ulaşmakta olan puant yükün karşılanması sorununun çözümünde hidroelektrik enerjiden yararlanmak için pompa depolamalı hidroelektrik santral projeleri geliştirilmelidir. Dünya da ilk olarak 1890 yılında İtalya ve İsviçre de kullanılmış olan pompa depolamalı hidroelektrik santraller 1930 ların başlarında Avrupa da ticari amaçlı kurulmaya başlamıştır. Ancak asıl gelişme İkinci Dünya savaşından sonra olmuştur. Son 10 yılda ise özellikle Avrupa da elektrik piyasasının liberalleşmesi ile birlikte elektrik piyasasındaki temel yatırım kararları değişmiş pik saatlerde oluşan yüksek fiyatlar nedeniyle bu santraller Para Makinesi olarak adlandırılmaya başlanmıştır. Ülkemizde ise bugüne kadar pompa depolamalı hidroelektrik santral inşa edilmediği gibi 1998 yılında yapılan 1.Enerji Şurası için yapılan çalışmalarda Türkiye de pik güç ihtiyacını karşılamak için 2006 yılından itibaren işletmeye alınmak üzere yapılacak fizibilite çalışmaları sonucuna göre belirlenecek yeterli kapasitede ve tüketim merkezlerine yakın bölgelere pompa depolamalı santral inşa edilmesi elektrik enerjisinin yeterliliği ve güvenilirliği bakımından büyük önem arz etmektedir denilmektedir yılında ülkemizde elektrikte rekabetçi serbest piyasa modeline geçilmesi ayrıca Türkiye de özellikle önemli bir potansiyel olan rüzgar santrallerinin ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi ve optimum kullanımlarının sağlanabilmesi için bu tip santrallerin önem ve aciliyeti daha da artmıştır. Ancak ne Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı nın yapmış olduğu projeksiyonlarda ne de 9. 7 yıllık kalkınma planında Pompa Depolamalı Santrallere yer verilmemektedir.

2 Unutulmamalıdır ki enerjinin depolanabilmesi sürdürülebilir enerji politikalarının ön koşuludur. Bu çalışmada söz konusu santrallerle ilgili Dünyadaki gelişmeler ve Türkiye için gerekliliği tartışılacaktır. BÖLÜM-1 ARZ GÜVENİLİRLİĞİNİN ÖNEMİ Enerji politikasının bir parçası olarak enerji arz güvenilirliği 1970'lı yıllardaki petrol krizleri ile gündeme gelmiştir. Arz güvenilirliği için sürdürülebilir bir enerji politikasının oluşturulması ve dışa bağımlılığın azaltılmasının önemi krizle birlikte ortaya çıkmıştır. Dünyadaki gelişmiş ülkeler dışa bağımlılıklarını azaltacak stratejiler geliştirirken Türkiye tersine günden güne dışa bağımlılığını artırıcı politikalar geliştirmiş ve uygulamaya koymuştur. Böylece 2004 yılına gelindiğinde Türkiye nin genel enerjisinin yaklaşık % 72 si, elektrik enerjisinin ise %53 ü ithal kaynaklara dayalı olarak elde edilmiştir. (1) Çağdaş insan yaşamının ve her türlü ekonomik faaliyetin temel girdisi elektriktir. Bu nedenle ülke yöneticileri enerji arz güvenilirliğini garanti edecek politikalar geliştirmek zorundadır. Bu politikalar geliştirilirken yerli kaynakların öncelikle kullanılması, puant talebin karşılanması, elektriğin uygun gerilim ve frekansta olması, en basit arızalarda çökmeyecek güçlü bir sistem oluşturulması hedeflenmelidir. En yüksek talebi karşılayabilmek için de üretimde daima makul bir yedek kapasite hazır bulundurulmalıdır. Arz güvenilirliği uzun ve kısa dönem arz güvenilirliği olmak üzere iki kavrama sahiptir. Kısa dönem arz güvenilirliği talebin sürekli ve kaliteli bir şekilde karşılanması, Uzun dönem arz güvenilirliği ise yeterli kapasite yatırımlarının yapılmasıdır. Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santraller (PDHES) ler kısa dönem arz güvenilirliğinin sağlanabilmesi için en önemli ve güvenilir santrallerdir. Bu nedenle de uzun dönem arz güvenilirliği kapsamında gerekli kapasite yatırımları yapılırken PDHES lere yer verilmesi Türkiye için zorunludur.

3 BÖLÜM 2 ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMLERİ VE PDHES LER 2-1 Enerji Depolama Sistemleri Enerjinin elektrik olarak depolanması pahalıdır ve teknolojik olarak verimli değildir. Enerji depolama sistemlerinin birçoğu dolaylı depolama sistemleridir. Diğer bir ifadeyle elektriğin diğer enerji formlarına dönüşümüdür. Bu depolama sistemleri; Manyetik enerji (Süper kapasitörler) Elektrik enerjisi (Süper İletken Manyetik Enerji Depolama) Mekanik enerji (PDHES ler, Basınçlı Hava Depolama (BHD), Volanlar) Kimyasal enerji (Bataryalar, vs.) Bu sistemler farklı farklı amaçlar için kullanılmaktadır. Ancak büyük miktarlarda enerjinin depolanması konusunda bunlardan sadece PDHES ler ve Basınçlı Hava Depolama (BHD) yöntemleri teknolojik ve ekonomik olarak uygun yöntemlerdir. Her iki teknoloji de, diğer hiç bir sistemin sağlayamadığı 100 MW ve üstünde, bir kaç saat sürebilen bir kapasiteye sahiptir. Günümüzde PDHES lerin verimliliği BHD sistemlerinin verimliliğinden yüksektir.(%70-80 civarında). Fakat Basınçlı Adiyabatik Hava Enerji Depolama ismi verilen BHD lılar için yeni gelişmelerle ortalama %70 bir verimlilik amaçlanmıştır ki bu da PDHES lerin verimliliğine yaklaşmıştır. PDHES ler ile doğrudan rekabet edebilen BHD teknolojisi, mevcut elektrik şebekesinden çekilen güçle çalıştırılan kompresörün çevreden aldığı havayı yüksek basınçla bir tankta depolamak ve ihtiyaç halinde enerji üretecek bir gaz türbinini çalıştırmak esasına dayanmaktadır. Bu nedenle inşaat masrafları düşüktür. BHD lerin ilk yatırım maliyetlerinin PDHES lerden daha az olmasına rağmen PDHES ların uzun ömürlü ve hiçbir teknolojiyle kıyaslanamayacak derecede ucuz işletme maliyetlerine sahip olmaları PDHES lerin öncelikle tercih edilmesini sağlamaktadır.(2) İlk yatırım maliyeti ve daha uzun geri ödeme süresi ise PDHES lerin ciddi sayılabilecek dezavantajlarıdır.

4 2-2 Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santral (PDHES) tanımı Şekil-1-a Elektrik enerjisi talebinin ve elektrik fiyatının düşük, elektriğin fazla olduğu saatlerde suyun yüksekteki bir rezervuara pompalanarak depolanması ve ihtiyacın yüksek enerjinin pahalı olduğu pik saatlerde enerji üreterek alt rezervuara aktarılması yöntemidir. Pompa depolamalı santraller elektrik enerjisi üretme yönteminden çok, fazla olan enerjinin depolanması yöntemidir. Şekil-1-b) Şekil-1-c) PDHES ler başlıca bir alt ve bir üst rezervuar ve bu iki rezervuar ve bu iki rezervuar arasında bir cebri boru ile elektrik üreten veya suyu pompalayan türbin/pompa ve jeneratör/motor grubu ve bunlarla ilgili hidromekanik ve elektromekanik ekipmanı ihtiva ederler Şekil-1 a, b, ve c de tipik PDHES lere örnekler verilmiştir.

5 Şekil-1 d) Şekil-1 d de ise Japonya nın Okinawa adasının kuzey tarafında kurulan pilot deniz suyu PDHES in kuşbakışı görünüşü verilmektedir. Sekizgen şekil üst rezervuarı göstermekte, deniz (Pasifik Okyanusu) alt rezervuarı temsil etmektedir. Kuyruk suyu kanal çıkışı deniz dalgalarından korunmak üzere dörtlü-oluklu bir sistemle çevrilmiştir. Dünyada deniz suyunu kullanan yüksek düşülü ilk PDHES dir. Bu nedenle tipik ve ilginçtir. Üç tarafı denizlerle çevrili ülkemiz içinde uygulama alanı olarak önemlidir. Japonya nehirler üzerinde çok sayıda ve büyük kapasitelerde PDHES ler inşa etmiştir. (yaklaşık MW). Son yıllarda coğrafya ve jeolojiye göre uygun alanlar azalmış, ayrıca çevre değerlendirme kriterleri etkili olmaya başlamıştır. Bu durumu dikkate alan Japon Hükümeti, EPDC firmasına deniz suyunu kullanabilen bir PDHES in etüdünü ve fizibilitesini sipariş etmiştir yılında başlanan ilk etüt ve malzeme test çalışmaları, 1991 yılına kadar sürmüştür yılında inşaatına başlanan Okinawa PDHES in 1998 yılında tamamlanması planlanmış işletmeye geçtikten sonra beş yıllık tecrübe dönemi öngörülmüştür. Mart 1999 da inşaat tamamlanmıştır. Bir deniz suyu PDHES in fiyat ve sistem işletmesi açısından normal bir PDHES e göre aşağıdaki üstünlükleri vardır. Alt rezervuar inşaatına gereksinim bulunmamaktadır. Büyük ölçekli termik veya nükleer santrallerin yakınına veya güç talebi artan meskun alanlarda kurulabilirler. Buna karşın deniz suyu PDHES lerin karşılaştıkları çeşitli problemler vardır. Bu konuların santralın test çalışmaları sırasında incelenmesi planlanmıştır. Bunlar; Yukarı rezervuarda depolanan deniz suyunun toprağa ve/veya yeraltı suyuna sızmasını ve kirlenmesini önlemek için alınan önlemlerin değerlendirilmesi, Deniz organizmalarının su sistemine ve türbinlere yapışması (adhezyonu) sonucu, güç üretiminde ve pompajda verimin düşmesi,

6 Pompa-türbin tarafından yaratılan yüksek basınç ve yüksek akış hızı altındaki deniz suyunun teması sonucu metal malzemelerde oluşan korozyon, Kararlı giriş yapısı içinden, deniz suyunun yüksek dalgalara karşı deşarjı ile stabil güç çıkışı sağlamak, Yukarı rezervuardan rüzgar ile deniz suyunun etrafa dağılması sonucunda, etraftaki bitki, hayvan ve diğer biyolojik sistemler üzerindeki etkisi, Santral çıkışına yakın yerlerde yaşayan mercan ve diğer deniz organizmaları üzerindeki etkileri Sekizgen şekilli üst rezervuar, 25 m derinliğinde, 252 m çapraz genişliğinde olup, m3 aktif depolama kapasitesine haizdir. Üst rezervuar, dolgu ve kazı işlerini optimum tutmak amacıyla basit şekilli seçilmiş ve tamamıyla lastik membran (perde) ile kaplanmıştır. Cebri borunun düz kesimleri plastik takviyeli fiberglas ile dirsek bölgeleri elektrolitik korumalı çelikten imal edilmiştir. Yeraltı santralı 17 m genişliğinde, 32 m yüksekliğinde ve 41 m uzunluğunda bir kavern içine yerleştirilmiştir. Kuyruksuyu kanalı beton kaplamalı bir yapıdır. Stabil deniz suyu girişi ve deşarjı ve emniyeti sağlamak için prefabrik beton blokların kullanıldığı su kırıcı yapı uygulanmıştır. Deniz suyu PDHES lerin Pompa Türbin özellikleri şöyledir; Türbin İşletmesi Pompa İşletmesi Maksimum güç :31 400kW Maksimum giriş gücü :31 800kW Maksimum net düşü :141m Dinamik düşü :160m Maksimum debi 26m3/sn Debi : 20,2m3/sn Dönüş hızı 450 ± 6 devir/dakika Pompa türbin ünitesinde çark, kolayca sökülüp takılabilmesi için alttan çıkarılabilecek şekilde projelendirilmiştir. Türbin-pompa çarkı ve kılavuz kanatlar, korozyona karşı nitrojen ilave edilmiş, düşük karbon kapsamlı, ostenitli paslanmaz çelik dökümden imal edilmiştir. Ana mil, ostenitli grup içinde nitrojen ihtiva eden dövme paslanmaz çelikten yapılmıştır. Salyangoz ve sabit çember, kaynak konstrüksiyon için haddelenmiş çelikten imal edilmiş, suyla temas eden yüzeyler vinilester tipinde, cam pullu, kalın bir boya filmi ile kaplanmıştır. Contalar seramik malzemeden yapılmıştır. Midyeler, pompa türbinlere, borulara, vanalara ve yardımcı ekipmana kolaylıkla yapışan deniz organizmaları için tipik bir örnektir. Midyeler, akış hızının 5 m/s altında olduğu yerlerde, özellikle 1 veya 2 m/s akış hızında yüzeylere kolayca yapışırlar.

7 Midyelerin yapışması pompa-türbin verimini düşürmeleri yanında boruların tıkanmasına ve çeşitli arızalara neden olmaları karşısında gerekli önlemlerin alınması önem taşımaktadır. Akışın durgun olduğu bölgelerin, anti-kirlenme tipi pislik önleyici boya ile boyanması faydalıdır. Sonuç olarak önemli üstünlüklerine karşın, korozyonu ve deniz organizmalarının yapışmasını önleyici önlemler çerçevesinde oluşan dezavantajlar, deniz suyu PDHES lerin yapısal özelliklerini ortaya koymaktadır. Deniz suyu pompa türbinler için anti-korozyon mühendisliğinin gelişmesine paralel olarak deniz suyu PDHES lerin önündeki engellerin kalkacağı ve yapımına talebin artacağı beklenmektedir. Elektrik enerjisi talebi gün boyunca da çok büyük değişiklikler gösterir. Örneğin ilgi çeken bir TV programı başlamadan önce herkesin mutfağa giderek su ısıtıcılarını çalıştırdıklarını düşünelim bu ani pik ihtiyacına neden olacaktır. Eğer santraller hemen ihtiyacı karşılayacak enerjiyi üretemezlerse sistemin frekansı düşer, üniteler devreden çıkar, elektrik kesintisine dolayısıyla da birçok probleme neden olurlar. (Trafik ışıklarının kesilmesinin trafik kazalarına, hastanelerde elektrik kesintisinin hayati sonuçlar doğuracak birçok problemlere neden olacağı gibi) Eğer elektrik enerjisinin büyük bir bölümü, devreye girmeleri ve tam kapasiteye ulaşmaları minimum yarım saat alan fosil yakıtlardan ve devreye girmeleri daha da uzun zaman alan nükleer santrallerden elde ediliyorsa bu ve benzeri problemlerin yaşanması kaçınılmazdır. Söz konusu problemlerin yaşanmaması veya en aza indirilmesi için, ani yük artışlarında rezerv yükü saniye içinde karşılayabilecek ve daha büyük yük taleplerinde devreye girme süreleri birkaç dakikayı geçmeyen santrallere ihtiyaç vardır. Günümüz teknolojisi içerisinde bu ihtiyacı karşılama yeteneğine sahip olan santraller sadece klasik depolamalı santraller ile pompa depolamalı hidroelektrik santrallerdir. Dünya daki en hızlı devreye giren santral İngiltere nin Galler bölgesinde 1984 yılında işletmeye alınmış olan Dinorwig PDHES dır MW ı 12 saniyede sağlamaktadır. Japonya da değişik tipteki santrallerin devreye girme ve tam kapasiteye ulaşma zamanları ile ilgili yapılan bir çalışmanın sonuçları Tablo-1 de verilmiştir. Bu çalışma için ilgili santrallerde üretime 8 saat ara verildikten sonra santraller çalıştırılarak sonuçlar alınmıştır. (3)

8 Tablo-1 Proje Tipi Klasik Hidroelektrik Santraller Pompa Depolamalı Santraller Fuel Oil Santralleri LNG-Doğal Gaz Santralleri LNG- Çevrim Santralleri Kömür Santralleri Nükleer Santraller Başlama ve Tam Kapasiteye Ulaşma Süresi 3-5 dakika 3-5 dakika 3 saat 3 saat 1 saat 4 saat 5 gün Tablodan da görüleceği üzere pompa depolamalı hidroelektrik santraller ile klasik hidroelektrik santraller dışındaki santrallerin hiç biri pik ihtiyacı karşılama yeteneğine sahip değillerdir. BÖLÜM-3 PDHES lerin DÜNYADA VE TÜRKİYE DEKİ DURUMU 3-1 PDHES lerin Dünyadaki Durumu Dünyada işletmede olan pompa depolamalı santrallerin kurulu güçleri toplamı MW ın üzerindedir. Tüm Dünya da gelişmiş teknolojisi ile enerji sisteminde en yaygın olarak kullanılan enerji depolama yöntemidir. Pompa Depolamalı santraller üç kategoride ele alınmaktadırlar. Büyük ve merkezi PDHES ler. (>20 MW) Küçük yada orta ölçekli merkezi olmayan PDHES ler. ( < 20 MW) Rüzgar enerjisiyle bütünleşik küçük ölçekli PDHES ler. Bunlardan birinci kategori kapsamında değerlendirilen PDHES ler en yaygın olarak uygulanan, teknolojisi ve ekonomisi kanıtlanmış ve gelişmeye açık olan başarılı bir uygulama olması nedeniyle tüm Dünyada hızla artmaktadır. Genellikle elektrik şebekesinde güç dengeleme ve düşük fiyatlı elektriği yüksek fiyatlı elektriğe çevirmek için kullanılırlar. Dünyada hidroliklerden sonra ticari olarak en yaygın olan yenilenebilir enerji kaynağı rüzgar enerjisidir. Fakat rüzgar ve dalga gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının 36 saatten önce tahmin edilememeleri ve kesintili karakterleri nedeniyle hemen devreye girecek başka bir kaynakla entegre bir yapı oluşturmadan sisteme bağlanmaları hem sistem stabilitesi hem de arz güvenilirliği açısından

9 problem yaratmaktadırlar. Yük dengeleme yeteneği gerilim ve frekans stabilitesinin sağlanması gibi nedenlerle optimum bir işletme için rüzgar santrallerinin hidroelektrik santraller veya PDHES lerle entegre şekilde planlanmaları zorunludur. Bu yüzden de PDHES lerin önemi son yıllarda daha da artmıştır. İkinci seçeneğin cazibesi hali hazırdaki altyapıyla ve özgün pazar koşullarıyla bağlantılıdır. Küçük ölçekli olmaları nedeniyle birincide olduğu gibi güç dengeleme veya diğer yardımcı hizmetler için değil sadece enerjinin yüksek fiyata dönüştürülmesi için kullanılırlar. Eğer altyapı halihazırda varsa ve çok amaçlı kullanılabiliyorsa ayrıca yüksek inşaat masrafları gerektirmiyorsa anlamlıdırlar. İletim kapasitesinin yetersiz olduğu ve özellikle çevresel nedenlerle kapasitenin artırılamadığı bölgelerde iletim problemlerini pik zamanlarda şebekeye güç vererek ve gece yarısı enerji depolayarak çözerler. Bu sayede yüksek iletim kapasitesi ihtiyacına gerek kalmaz. Rüzgar enerjisi ile bütünleşik olan üçüncü seçenek ise uzaktaki bağımsız küçük enerji şebekeleri için düşünülebilecek bir yöntemdir. (Adalar gibi ). Bu seçenekte her şeyden önce, rüzgar enerjisinin doğrudan şebekeye verilmesi yerine, elektriğin sağlanmasını en uygun duruma getirmek amaçlanmaktadır. PDHES ler Dünyada başta Japonya olmak üzere pek çok ülkede yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ülkelerden birçoğu bilindiği üzere zengin fosil enerji kaynaklarına sahip olmalarına rağmen PDHES lere sahipler ve yenilerini de planlamaktadırlar. Tablo-2 ÜLKE ADI KURULU GÜÇ (MW) Japonya ABD Çin İtalya Avusturya Güney Afrika Almanya Rusya Fransa Tayvan İngiltere Avustralya Polonya Çek Cumhuriyeti İran Kaynak World Atlas 2005

10 3-2 PDHES ler ile ilgili Türkiye de şimdiye kadar yapılan çalışmalar (4) Ülkemizde bugüne kadar pompa depolamalı hidroelektrik santral (PDHES) inşa edilmemiştir. Oysa elektrik üretimlerini termik/hidrolik karışımla sağlayan gelişmiş ve gelişmekte olan birçok ülkede PDHES ler mevcuttur ve yenileri de inşa edilmektedir. Türkiye de üretim planlamacıları arasında önce HES lerin tümüyle geliştirilmesi daha sonra PDHES lerin ele alınması gibi kısmen de olsa yanlış bir görüş vardır. DSİ de bu konuyla ilgili ilk çalışmalar 1980 yılında Y. Müh. Osman Melikoğlu tarafından yapılmıştır. Bu çalışmada PDHES lerin Türkiye elektrik üretimi ve tüketimindeki rolü incelenmiş ve PDHES lerin yapımına en uygun yerlerin Boyabat (Kepez), Özköy, Kargı, Sarıyar ve Gökçekaya barajları olduğu belirtilmiştir. Daha sonra benzer bir çalışma DSİ teknik müşavirlerinden ve ODTÜ öğretim üyesi Dr. Cuenod tarafından yapılmıştır. Dr. Cuenod ın hazırladığı Preliminary cost-benefit analysis of the implementation of a pumped storage scheme in the north-western part of Turkey başlıklı raporda, PDHES lerin yapımına uygun 15 bölgenin bulunduğu belirtilmiş ve Sakarya nehri üzerinde mevcut Gökçekaya Barajı ve HES in yakınına kurulacak yüksek kapasiteli bir PDHES en uygun çözüm olarak önerilmiştir. 7-9 Aralık, 1998 tarihinde yapılan Türkiye 1. Enerji Şurası, 5. Alt Komisyon Hidrolik Enerjinin Geliştirilmesi Raporu nun 7.6 Pompa-Türbin Santralleri bölümünde sonuç olarak aynen Ülkemizde pik güç ihtiyacını karşılamak için 2006 yılından itibaren işletmeye alınmak üzere yapılacak fizibilite çalışmaları sonucuna göre belirlenecek yeterli kapasitede ve tüketim merkezlerine yakın bölgelere hidrolik pompa-türbin santral inşa edilmesi, elektrik enerjisinin yeterliliği ve güvenilirliği bakımından büyük önem arz etmektedir. Ancak, ilki 2006 yılında olmak üzere 2020 yılına kadar 1000 MW lık üniteler şeklinde toplam 3000 MW lık hidrolik pompa-türbin santrallerinin devreye alınmasına ihtiyaç olacağını söylemek mümkündür. ifadesi yer almıştır. Diğer taraftan aynı dönemde, bu görüşler doğrultusunda, Avusturya Verbundplan mühendislik-müşavirlik firmasına, hükümetler arası ikili işbirliği çerçevesinde, bila bedel, General investigation on pumped storage power utilization in Turkey başlıklı kapsamlı bir rapor hazırlatılmıştır. Bu raporun hazırlanmasında Enerji Bakanlığı, DSİ, TEAŞ veri tabanında gerekli katkıda bulunmuş, konu birlikte müzakere edilmiştir. Yenice, Gökçekaya, Sarıyar, Kargı ve Gürsöğüt HES lerinin ele alındığı, bu çalışmanın sonucunda Verbundplan, Sakarya nehri üzerinde mevcut

11 Sarıyar-Hasan Polatkan Baraj ve HES i, 1000 MW (4x250 MW) kurulu gücünde, üst hazneli (~ 6 milyon m 3 ), bir PDHES inşaatı için topografik olarak teknik yapılabilir ve 4 saatlik puant enerji üretimi, 400 kv iletim sistemine bağlanma kolaylığı, elektrik arz/talep dengesi v.b. faktörlerin göz önüne alındığı fayda/masraf analizi ile yılları için ekonomik yapılabilir bulmuştur. Ancak daha sonra muhtemelen hazırlanan üretim planlama modelinde ihtiyaç duyulmaması sonucu konunun askıya alındığı ve kesin proje yapımına geçilmediği sanılmaktadır. Türkiye de yılları arası termik/hidrolik kapasite gelişimi, ani ve saatlik puant yükü incelendiğinde, bunun depolamalı HES lerle, gaz türbini veya dış alım gibi başka yollarla karşılandığı ve önemli bir sorun yaşanmadığı anlaşılmaktadır. (Tablo-3). Gaz türbini santrallerin işletme maliyeti en yüksek olan santraller olduğu unutulmamalıdır KURULU GÜÇ PUANT ULUSAL ÜRETİM GELİŞİMİ TABLO 3 Yıllar Termi k KURULU GÜÇ (MW) Jeot.e + Rüz Hidro. Topla m HES PAYI (%) Puant (Ani) (MW) Termik ULUSAL ÜRETİM (GWh) Jeoter + Rüz Hidro Toplam TEAŞ - EÜAŞ HES PAYI (%) Hidroelektrik, döneminde, Türkiye elektrik sisteminde gerek kurulu güç, gerekse yıllık üretimde %40 ların üstünde bir paya sahipken, 1997 den itibaren azalmaya başlamış 2000 yılında bu oran üretimde %25 ler seviyesine düşmüştür yılında hidrolik kapasite 2000 e göre yaklaşık 500 MW artmasına karşın, yıllık üretimde payı daha da azalmış, %20 ler dolayına düşmüştür ve 2003 de tekrar %25 dolaylarına yükselmiştir. Bu durum, verilen öncelik sonucu doğalgazın elektrik enerjisi üretiminde yüksek paya ulaşması kadar, barajların normal işletme koşulları dışında çalıştırılarak göl seviyelerinin aşırı derecede düşürülmesinden kaynaklanmıştır.

12 Ne var ki uzun yıllar korunan termik/hidrolik dengesi, hidroelektrik aleyhine bozulmuştur. Ülkemizin uzun dönem toplam enerji talebi ile hidroelektrik enerji potansiyelinin arz tahminleri (DSİ-2003) karşılaştırıldığında, 2003 de hidroelektrik toplam üretimde %25 paya sahipken, bu oranın 2010 yılında %23, 2020 yılında %21 ve 2030 yılında %13 e düşeceği görülmektedir. Bu tahmin, ekonomik yapılabilir hidroelektrik enerji potansiyelinin tümünün 2023 yılına kadar geliştirilebileceği varsayımına dayandırılmaktadır. Hidroelektrikte öngörülen arzın aynen gerçekleştirilmesi sağlanmış olsa bile talep yöntemiyle yük eğrisinin düzleştirilmesi alternatifi dışında 2010 yılından itibaren barajlı HES üretimleriyle yükü dengelemek olanaklı görülmemektedir. Bu takdirde yük dalgalanma ayarları için termik santraller kullanılacak, kısmi-yüklerde çalıştırılması sonucu santral verimleri düşecek ve işletme maliyetleri artacaktır yılı, tertiplenmiş yük eğrisi ile enterkonnekte sistemde elektrik enerjisi tüketiminin maksimum ve minimum olduğu günde santrallerin tiplerine göre çalışma durumları Şekil 2, 3, 4, ve 5 te verilmiştir. Şekil-2 de verilen 2003 yılı tertiplenmiş yük eğrisinde, yükün MW ile MW arasında değişimi görülmektedir. Şekil 3,4 ve 5 te ise, elektrik enerjisi tüketiminin yaz döneminde maksimum olduğu günde ve yıl içinde maksimum ve minimum olduğu günde santrallerin tiplerine göre çalışma durumları görülmektedir. Türkiye elektrik şebekesinin günlük yük eğrisinde iki tepe noktası (puant) oluşmaktadır. Bunlar sabah puantı ve akşam puantıdır yılında en yüksek akşam puantı MW olmuştur. Türkiye sistemi saatlik yük eğrisinde sabah puantı saatleri arasındadır. Akşam puantı ise genellikle saat da artışa geçmekte civarında maksimum seviyeye ulaşmakta, daha sonra giderek düşmektedir. En yüksek güç çekilmesi saatleri arasındadır. Bu durum sonuçta çok zamanlı (puant) elektrik satış tarifeleri uygulamasını gündeme getirmiş, sistem yük eğrisindeki tepe noktalarının günün diğer saatlerine kaydırılmasına çalışılmıştır. En pahalı elektrik üretimi bu saatler arasında oluşmaktadır Bütün bunlar pompa depolamalı hidroelektrik santrallerin 2010 dan itibaren elektrik sistemimize entegre edilmesinin gereğini ortaya koymaktadır.

13 Şekil YILI TERTİPLENMİŞ YÜK EĞRİSİ MW SAAT 8760 Şekil-3 ENTERKONNEKTE SİSTEMDE ELEKTRİK ENERJİSİ TÜKETİMİNİN YAZ DÖNEMİNDE MAKSİMUM OLDUĞU GÜNDE SANTRALLARIN TİPLERİNE GÖRE ÇALIŞMA DURUMLARI DIŞ SATIM MW HİDROLİK İTHAL KÖMÜR TAŞKÖMÜRÜ LİNYİT DOĞALGAZ SIVI YAKIT TOPLAMI

14 Şekil-4 ENTERKONNEKTE SİSTEMDE ELEKTRİK ENERJİSİ TÜKETİMİNİN MAKSİMUM OLDUĞU GÜNDE SANTRALLARIN TİPLERİNE GÖRE ÇALIŞMA DURUMLARI MW Şekil-5 HİDROLİK İTHAL KÖMÜR TAŞKÖMÜRÜ LİNYİT DIŞ SATIM DOĞALGAZ DIŞ ALIM SIVI YAKIT TOPLAMI ENTERKONNEKTE SİSTEMDE ELEKTRİK ENERJİSİ TÜKETİMİNİN MİNİMUM OLDUĞU GÜNDE SANTRALLARIN TİPLERİNE GÖRE ÇALIŞMA DURUMLARI MW SIVI YAKIT TOPLAMI İTHAL KÖMÜR TAŞKÖMÜRÜ LİNYİT DIŞ SATIM DOĞALGAZ HİDROLİK

15 BÖLÜM-4 POMPA DEPOLAMALI HİDROELEKTRİK SANTRALLARIN FAYDALARI PDHES lerin puant kesme yeteneği kadar yükü dengeleme ve yardımcı hizmetler sağlama gibi faydaları vardır. Bunlar; Hızlı Yanıt/ Hızlı Devreye Girme: İletim sistemi işletmecilerinin elektrik şebekesini regüle edebilmek için sistemi saniye, dakika ve saat süreleri içinde yedek elektrik ile besleme yeteneğine sahip olmaları gerekir. Bu maksatla işletmeciler birkaç saniye içinde yüke geçebilecek santralleri döner yedek olarak tutarlar. Zaman çerçevesine bağlı olarak, tevzi edilen enerji için, işletmeciler müşteriye daha yüksek giderler yansıtırlar. Hidroelektrik santraller bir kaç dakika içinde yük talebini karşılayabilmeleri nedeniyle yüksek değerli bir enerji sağlarlar. Yükün Dengelenmesi: Gerilim ve frekansa bağlı şebeke stabilitesi, bir çok sanayi tüketicisi açısından hayati öneme haizdir. Çünkü yük temininin stabil olmaması halinde makineler arızalanmakta ve üretilmekte olan mal bozulmaktadır. Bu nedenle, dengeli yük sağlamak için sanayi kuruluşları PDHES lerden yararlanmaktadır. Black-start Yeteneği: Elektrik şebekesinin tamamen devre dışı olması halinde, şebekenin yardımı olmadan bir santralı çalıştırma yeteneği önemlidir. Çünkü diğer tiplerdeki santrallerin çoğu, işletmeye geçebilmek için elektrik şebekesinden beslenmek zorundadır. Hidroelektrik santrallar, genellikle, elektrik şebekesinden beslenmeden işletmeye alınabilirler. Enerjinin Depolanması: Enerji sistemindeki pikler, elektrik fiyatının düşük olduğu saatlerde suyun yüksekteki bir rezervuara pompalanarak depolanması, talebin yüksek ve enerjinin pahalı olduğu saatlerde pik enerji üreterek alt rezervuara aktarılması yöntemi ile seviyelendirilir. BÖLÜM-5 SONUÇ PDHES lerin ürettiği enerji, puant enerji talebini karşılamakta ve aynı zamanda yük eğrisi üzerindeki pik saatlerde, üretim maliyeti yüksek termik santrallerin enerji açığını kapatmaktadır. PDHES lerin yükü takip edebilme ve ünite tahsisi, sistem minimum yükünü artırmak, maksimum yükü azaltmak suretiyle santrallerin üretim paternlerini dengeleme, yedek enerji tutabilme, gerilim ve güç faktörünün düzeltilebilmesi, frekans regülasyonunun yapılabilmesi, sistem kayıplarının

16 azaltılması v.b. özetle üretim sisteminin dinamiklerini ıslah ederek elektrik sisteminde güvenilirlilik sağlama gibi sayısız faydaları bulunmaktadır. Ani ihtiyaç halinde, yüzde 100 pompa işletmesinden, 3-5 dakika içinde yüzde 100 jeneratör işletmesine geçme olanağı vardır. Bu işletmede önemli bir esneklik sağlamaktadır. Puant yük talebinin karşılanmasında PDHES lerin alternatifi; klasik depolamalı HES ler, gaz türbinleri ve puant enerji ithalidir. Bunlardan ilki Ülkemiz için sınırlı, son ikisi ise pahalı çözümlerdir. Bunların dışında çözüm, bazı termik santrallerin yüksek kapasite faktörü ile çalıştırılması olabilir. Santrallerin büyük çoğunluğunun yüksek kapasite faktörü ile çalıştırılabilmesi için puant yükün düşürülmesi veya minimum yükün yükseltilmesi yani minimum yük ile maksimum yük arasındaki farkın azaltılması gerekmektedir. Bir başka deyişle sistem yük eğrisinin olabildiğince düzleştirilmesi gerekir yılı günlük yük eğrileri bunu sağlamanın kolay olmadığını, giderek daha da güçleşeceğini göstermektedir. Türkiye nin Avrupa Elektrik Sistemiyle (UCTE) entegre çalışmaları devam etmekte olup, istenilen şartların sağlanmasıyla 2007 yılı başlarında Güneydoğu Avrupa enterkonnekte sistemiyle bağlantısı mümkün olacaktır. UCTE kriterlerine uyumun esası, başlıca sistem frekansının sabit tutulmasına dayanmaktadır. Primer ve sekonder frekans kontrolüne katılımı sağlayabilen santrallerin başında barajlı HES ler ve PDHES ler gelmektedir. Türkiye bu fırsatı iyi değerlendirmelidir. Türkiye nin hidroelektrik potansiyeli, yeşil enerji ihracatı için önemli bir avantajıdır. Bundan daha önemlisi ve ekonomik olarak ta daha değerlisi, elektrik depolayarak puant saatlerdeki pik talebi karşılayabilme özelliğidir. Bu durum barajlı hidroelektrik santrallerle pompa depolamalı hidroelektrik santrallerin yapımını destekleyen yeni bir bakış açısı getirmektedir. KAYNAKLAR 1-Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı verileri 2-Sick M., Schwab A., Pumped storage as integrator of wind energy in the electrical grid Hydro2005, Villach, Austria 3-G. A. Kalauzi Pumped Storage Proposal,Athens, Greece 4-DEKTMK Genel Enerji Kaynakları Raporu, Aralık 2004, Ankara