Elektrik Enerjisi Üretimi -Hidrolik Santraller- Dr. Emrah ÇETİN

Transkript

1 Elektrik Enerjisi Üretimi -Hidrolik Santraller- Dr. Emrah ÇETİN

2 Doğalgaz Yenilenemez (Fosil) Kaynaklı Kömür Elektrik Enerjisi Üretim Çeşitleri Nükleer Petrol türevleri Yenilenebilir Kaynaklı Hidrolik Rüzgar Güneş Jeotermal Dalga Gelgit Hidrojen Biokütle (atık)

3 TÜRKİYE ELEKTRİK SİSTEMİ KURULUŞ VE YAKIT CİNSLERİNE GÖRE KURULU GÜÇ 2016 YILI SONU 30 HAZİRAN 2017 SONU İTİBARİYLE SANTRAL SANTRAL KURULUŞLAR KURULU GÜÇ KATKI SAYISI KURULU GÜÇ KATKI SAYISI MW % ADET MW % ADET EÜAŞ ,0 25,6 72, ,8 25,2 70 İŞLETME HAKKI DEVREDİLEN SANTRALLAR 1.477,5 1, ,5 2,0 69 YAP İŞLET SANTRALLARI 6.101,8 7, ,8 7,6 5 YAP İŞLET DEVRET SANTRALLARI 1.637,3 2, ,9 1,7 15 SERBEST ÜRETİM ŞİRKETLERİ ,1 61, ,4 61, LİSANSSIZ SANTRALLER 917,6 1, ,8 1, TOPLAM ,4 100, ,3 100, YILI SONU 30 HAZİRAN 2017 SONU İTİBARİYLE YAKIT CİNSLERİ KURULU GÜÇ KATKI SANTRAL SANTRAL SAYISI KURULU GÜÇ KATKI SAYISI MW % ADET MW % ADET FUEL-OİL + NAFTA + MOTORİN 368,7 0, ,6 0,4 12 YERLİ KÖMÜR(TAŞ KÖMÜRÜ + LİNYİT + ASFALTİT) 9.842,4 12, ,6 12,3 30 İTHAL KÖMÜR 7.473,9 9, ,9 9,3 10 DOĞALGAZ + LNG ,1 28, ,5 28,2 242 YENİLEN.+ATIK+ATIKISI+PİROLİTİK YAĞ 467,4 0, ,6 0,6 85 ÇOK YAKITLILAR KATI+SIVI 667,1 0, ,1 0,8 23 ÇOK YAKITLILAR SIVI+D.GAZ 3.354,0 4, ,0 4,2 46 JEOTERMAL 820,9 1, ,8 1,1 33 HİDROLİK BARAJLI ,6 24, ,0 24,6 117 HİDROLİK AKARSU 7.122,5 9, ,6 9,1 495 RÜZGAR 5.738,4 7, ,1 7,6 154 GÜNEŞ 12,9 0,0 2 12,9 0,0 2 TERMİK (LİSANSSIZ) 82,1 0, ,7 0,1 41 RÜZGAR (LİSANSSIZ) 12,9 0, ,2 0,0 31 GÜNEŞ (LİSANSSIZ) 819,6 1, ,7 1, TOPLAM ,4 100, ,3 100,

4 Hidroelektrik Santralleri Profili Kayıtlı Santral Sayısı : 641 Kurulu Güç : MWe Kurulu Güce Oranı : % 32,01 Yıllık Elektrik Üretimi : ~ GWh Üretimin Tüketime Oranı : % 28,40 Lisans Durumu : 641 lisanslı, 0 lisanssız Hidroelektrik Santralleri Kurulu Güç ve Proje Kapasiteleri Durum Güç (MWe) Oran Devrede %62,2 Kurulumu devam eden %12,0 Üretim lisansı alınan %7,2 Önlisans alınan %9,0 Proje aşamasında %6,9 TOPLAM %100

5 Hidrolik Santraller Su döngüsü ve Hidrolik enerji Hemen hemen bütün yenilenebilir enerji kaynaklarının kaynağı güneştir. Güneş ışınlarının maddeler üzerindeki fiziksel ve kimyasal etkileri sonucunda meydana gelmektedir. Hidrolik enerji de güneş ışınlarından dolaylı olarak etkilenen bir enerji kaynağıdır. Deniz, göl veya nehirlerdeki sular güneş enerjisi ile buharlaşır. Oluşan su buharı rüzgârın da etkisiyle sürüklenerek dağların yamaçları gibi daha soğuk bölgelerde yağmur veya kar halinde yeryüzüne düşerek yerüstü ve yeraltı sularını beslemektedir. Böylelikle hidrolik enerji kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı olmaktadır. Enerji üretimi de döngü halindeki suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesi ile sağlanmaktadır.

6 Hidrolik Santraller- Su Döngüsü

7 Hidrolik Santraller Hidroelektrik sistemlerde suyun akım enerjisinden faydalanmak için, su bir cebri boru veya kanal yardımıyla yüksek bir yerden alınarak türbine verilmekte ve mekanik enerjiye çevrilmektedir. Türbinlere tahrik ettiği jeneratörlerin dönmesi ile de elektrik enerjisi üretilmektedir Ancak, bir su türbininden su kuvveti yardımıyla enerji üretebilmek için gerekli olan su hızını elde etmek üzere mutlaka bir düşme yüksekliğine (hidrolik düşüye) ve bu su düşüsüne uygun bir basınç farkının bulunmasına gerek vardır. Türbinden elde edilen güç, suyun düşü (üst ve alt kotlar arasındaki düşey mesafe) ve debisine (türbinlere birim zamanda verilen su miktarı) bağlıdır.

8 Hidrolik Santraller- Depolamalı Santraller

9 Hidrolik Santraller- Depolamalı Santraller Depolamalı Santraller: Bu tür santraller kendi içinde yapay baraj göllü santraller ve doğal baraj göllü santraller olmak üzere ikiye ayrılır. Yapay Baraj Göllü Santraller: Bu santraller, yılın değişik zamanlarında su rejiminin değişiklik gösterdiği akarsulardan ihtiyaç duyulan enerjinin karşılanabilmesi için akarsuyun önüne bir set yapılmak suretiyle suyun depolandığı tesislerdir. Depolama ile yağış rejiminin bol olduğu zamanlarda suyun depolanarak yağışın az olduğu kurak dönemde bu suyun elektrik üretiminde kullanılması amaçlanır. Doğal Baraj Göllü Santraller: Bu tip santrallerde baraj gölünü besleyen akarsuların özellikleri göz önünde bulundurularak ve sudan azami istifade etmek için baraj gölünden daha aşağıdaki bir kotta santral kurulur. Baraj gölünün durumuna göre orta ve yüksek düşüler elde edilebilir.

10 Hidrolik Santraller- Depolamasız Santraller

11 Hidrolik Santraller- Depolamasız Santraller Depolamasız Santraller: Bu santraller de kendi arasında nehir tipi ve gelgit santraller olmak üzere ikiye ayrılır. Nehir Tipi Santraller: Bu tip santraller genellikle düzgün rejimli ve bol suyu olan nehir yatakları üzerine kurulurlar. Düşüleri çok düşüktür. Santral barajla aynı beton blokta bulunur. Aynı akarsu üzerinde peş peşe birçok santral kurulabilir. Gelgit Tipi Santraller: Gelgit tip santraller, deniz sahillerinde deniz seviyesinin alçalıp yükselmesinden faydalanarak haznede su toplayarak depo eder ve düşü elde eder. Türbin ve jeneratör yatay olarak aynı boru içine monte edilir.

12 Hidrolik Santraller Hidroelektrik enerjinin avantajları Çevre kirliliği yaratmaz. Kullanımı sırasında gaz, kül gibi zararlı atıklar oluşturmamaktadır. Çok hızlı devreye girdiğinden hemen enerji üretmek mümkündür. Acil durumlarda su akışı kesilince hızla devreden çıkarılarak tehlike önlenmiş olur. Doğal kaynaklar kullanıldığı için dışa bağımlı değildir. Yapılan yatırım sadece enerji için değil tarım alanında sulama, içme suyu ve taşkın amaçlı olarak da kullanılmaktadır.

13 Hidrolik Santraller Hidroelektrik enerjinin dezavantajları Fiziksel çevreye etkileri Haznelerin su geliştirme projelerinin çoğu ekosistemde değişikliğe yol açmaktadır. Bu değişikliklerin başlıcaları; akarsu akış düzeninin değişmesi, baraj haznelerinin büyük alanları su altında bırakması ve yer altı seviyesinin yükselmesi gibi sakıncalardır. Baraj haznelerinin kapladığı büyük alanlar tarihi yapıların, tarım arazilerinin ve fiziki güzelliklerin bir daha geri gelmeyecek şekilde yok olmasına neden olmaktadır. Biyolojik çevreye etkileri Sulama amacını da içeren geliştirme projelerinin en önemli sonucu, bilinçsiz sulama durumunda tuzluluk ve alkalinler yüzünden toprak veriminin azalması sonunda da verimli arazinin kaybı olmaktadır. Sosyal çevreye etkileri Su geliştirme projelerinin çoğunda özellikle bölgede oturanlar yerleşim yerlerini boşaltma acısından sorun teşkil etmektedir. Yerleşim yerlerindeki bu değişiklik farklı örf, adet, dil, din, sosyal değer ve kültürleri olan bu insanları olumsuz yönde etkileyerek sosyal bazı sorunların ortaya çıkmasına neden olmaktadır.

14 Hidrolik Santraller Hidroelektrik santrallerin diğer santrallere göre avantajları Hidroelektrik santrallerinin genel verimleri %80-90'ı bulabilir. Termik santrallerde genel verim %30-35 kadardır. Yakıt masrafı ve bu yakıt için nakil ve depolama masrafları mevcut değildir. Yakıt masrafı olmayışı, üretim maliyetinin düşük olmasını sağlar. Ayrıca özel yakıt kullanılmaması sebebiyle grev ve benzeri krizlerden etkilenmez. Bakım masrafları azdır. Gerek santral ve gerekse gruplar basittir. Karmaşık yapılı makine sayısı cok azdır. Arıza yapma ihtimali de azdır. Çok sayıda ve kaliteli işletme personeline ihtiyaç göstermez. Bazıları tamamıyla otomatik kontrol ile idare edilebilir. Hidroelektrik gruplar buharlı santral gruplarına nazaran cok daha hızlı devreye alınır (birkac dakika). Yine santralin yükü çok çabuk indirilip çıkartılabilir. Harekete hazır yedek yardımcı grup (imdat grubu) bulundurmaya ihtiyaç olmadığından daha kazançlıdır.

15 Hidrolik Santraller Hidroelektrik santrallerinin diğer santrallere göre dezavantajları İlk kurulum maliyeti yüksektir. Üretilen elektrik enerjisinin nakli de önemlidir. Bu santrallerde daha uzun enerji nakil hatlarına ihtiyaç olabilir. Tabii şartlardan etkilenir. Kurulup faaliyete geçmesi uzun zaman alır. İnşaat süreleri uzundur. Genel olarak bir karşılaştırma yapılmak istenirse, hidroelektrik santralın tesis masrafı büyük, işletme masrafı küçüktür. Türbin ve jenerator grubunun fiyatı düşüye, hıza ve grubun büyüklüğüne bağlıdır. Yüksek düşülü ve yüksek hızlı tesislerin kilowatt başına fiyatları daha düşüktür. Termik santrallerin tesis masrafları düşük, işletme masrafları yüksektir.

16 Hidroelektrik Santral Tipleri Büyük Ölçekli Hidroelektrik Sistemler Bu sistemlerinin gücü 50 MW ın üzerindedir. 50 MW güç, her biri 100W olan ampulün gerektireceği enerjiyi karşılar. Diğer bir deyişle bir ev için gereken elektriksel güç 5kW olarak kabul edilirse evin gereksinimi karşılanabilir. Bir evde ortalama 5 kişinin yaşadığı kabul edilirse nüfuslu bir kasabanın elektrik ihtiyacını karşılamaya yetecek bir güçtür bu. Büyük ölçekli hidroelektrik santraller kömür ve doğalgaza dayalı termik santraller gibi konveksiyonel güç santralleri sınıfında değerlendirilir. Üretilen elektrik enerjisi diğer santrallerden üretilen elektrik enerjisiyle birlikte merkezi enerji nakil hatları ile bir ülkenin birçok bölgesine dağıtılabilir.

17 Hidroelektrik Santral Tipleri Küçük Ölçekli Hidroelektrik Sistemler Güç bölgeleri için maksimum sınır MW arasında kabul edilmektedir. Enerji nakil hatları ile ulusal enerji şebekesine bağlanabildiği gibi yerel olarak bir kasabanın, bir yerleşim bölgesinin veya büyük bir fabrikanın enerji ihtiyacını karşılamak içinde kullanılabilir. 10 MW lık bir güç nüfuslu evin enerji ihtiyacını karşılamak için yeterlidir. Ülkemiz küçük hidroelektrik santraller bakımından oldukça zengindir.

18 Hidroelektrik Santral Tipleri Mini Ölçekli Hidroelektrik Sistemler Güç bölgeleri 101kW ile kW arasındadır. Bu sistemler ulusal enerji şebekesine daha az katkıda bulunurlar. Genellikle balık çiftliklerinin, akarsu kenarlarındaki küçük yerleşim bölgelerinin elektrik ihtiyacını karşılamak üzere yerel olarak tasarlanırlar. 100kW lık bir güçle toplam 100 nüfuslu 20 evin enerji ihtiyacını karşılamak mümkündür.

19 Hidroelektrik Santral Tipleri Mikro Ölçekli Hidroelektrik Sistemler Mikro hidroelektrik sistemler çok daha küçük ölçekte olurlar ve ulusal enerji şebekesine elektrik enerjisi sağlamazlar. Ana yerleşim bölgelerinden uzaktaki alanlarda yani ulusal enerji şebekesinin ulaşmadığı bölgelerde kullanılır. Güçleri, genellikle sadece bir yerleşim yeri veya çiftlik için yeterlidir. Güç bölgeleri, 200 W tan başlayarak bir grup evin veya çiftliğin yeterli aydınlanma, pişirme ve ısınma enerjisini sağlayacak şekilde 100 kw a kadar çıkabilir. Küçük fabrikaların veya balık çiftliklerinin enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde ve ulusal enerji sisteminin bir parçası olmaksızın çalışabilirler. Mikro ölçekli hidroelektrik sistemler, yalnızca yaz aylarında yaşamın olduğu yüksek yayla ve mezraların enerji ihtiyaçlarını karşılamak içinde çok uygun bir seçenektir. Örneğin Karadeniz bölgesinin yüksek yaylaları bu türbinlerin kurulup işletilmesi için çok elverişlidir. Yaylalar genellikle küçük debi, yüksek düşüye sahip akarsuların yakınında, yani bol suyun olduğu yerlerde kurulmuştur. Bu yörelerde elektriği sadece bahar ve yaz aylarında ihtiyaç duyulmaktadır.

20 Hidroelektrik Santral Tipleri Merkezi sistemlerle buralara elektrik getirmek hem çok pahalı hem de çok zordur. Çetin kış koşullarının hüküm sürdüğü bu bölgelerdeki aşırı yağışlar ve fırtınalar bu enerji nakil hatlarına büyük zarar verebilmektedir. Bu nedenle günümüzde hala ve mezralarda elektrik bulunmamaktadır. Yerel olarak ve kolaylıkla yapılabilecek mikro su türbinleri, bahar ve yaz aylarında gereken elektrik enerjisi için kullanılabilir. Yayladan dönüşün başladığı sonbahar aylarında ise sökülerek kapalı bir alanda saklanabilir, böylelikle zorlu kış şartlarının etkisinden korunabilirler.

21 a- Baraj b- Baraj golu c- Su giriş ağzı d- Denge bacası e- Cebri borular f- Savaklar g- Vanalar h- Turbinler i- Alternator j- Trafolar k- Şalt sahası Temel Üniteler

22 Hidroelektrik Baraj Tipleri

23 Hidroelektrik Türbin Tipleri

24 Hidroelektrik Türbin Tipleri- Çalışma Aralıkları

25 Suyun Enerjisi

26 Suyun Enerjisi P e = ρ. g. Q. H o. η Pe :Türbin milinden alınan gücü (W), ρ :Suyun yoğunluğunu (1*10 3 kg/m 3 ), g :Yerçekimi ivmesini (9.81 m/s 2 ), H o :Net düşüyü (giriş ağzı ile kuyruk suyu arasındaki kot farkından toplam düşü kayıplarını çıkartarak bulunur, m), Q Türbine gelen debiyi (m 3 /s), η : genel verimi göstermektedir. Suyun enerjisi temelde iki büyüklüğe bağlıdır; - Baş Seviyesi - Debi (1 saniyede akan su miktarı)

27 Suyun Enerjisi Güç çıkışı = η inşaat X η cebri boru X η türbin X η jeneratör X η transformatör X η nakil hattı X Güç girişi

28 Suyun Enerjisi 1-) Büyük bir nehir önüne kurulması düşünülen bir barajın etkin su yüksekliği 100 m, tesis verimi ise 0,83 olarak verilmektedir. Bu şartlar altında 5 GW lık bir güç elde etmek için su debisi kaç m3/s olmalıdır? Ay Hacim (10 6 m 3 ) ) Ölçülen aylık hacim miktarı yandaki gibi verilen bir hidroelektrik santrali 120 m baş seviyesi yüksekliğine sahiptir. Hidroelektrik santralin toplam verimi %83 olduğuna göre üretilen enerji miktarı kaç kwh olur? (suyun yoğunluğu= 1000 kg/m3)

29 Türkiye deki Hidroelektrik Santraller Toplamda 623 adet çeşitli büyüklüklerde hidrolik santral bulunmaktadır.

30 Türkiye deki Hidroelektrik Santraller

31 Çalışma Soruları 1- Bir işçi 1.8 ton/m 3 ağırlığı olan bir materyali 1.6 m uzaklığa günlük 8 m 3 kapasite ile taşıyabilmektedir kaloriye sahip bir kömür ile %24 verime sahip bir termik santralde bu işçinin bir günde harcadığı enerji kadar üretebilmek için kaç kg kömür gerekir? 2- Ölçülen yıllık toplam hacim miktarı m 3 olan bir hidroelektrik santralinin 5MWh enerji üretim kapasitesine sahip olabilmesi için baş seviyesi yüksekliği kaç m olmalıdır? (Hidroelektrik santralin toplam verimi %85 ve suyun yoğunluğu= 1000 kg/m 3 tür.)

32 VİZE TARİHİ PAZARTESİ Saat: 10.30

33 Duyurular için Bozok pbs adresi; emrahcetin emrah-cetin