Elektrik Enerjisi Üretimi. Yrd. Doç. Dr. M. Mustafa ERTAY DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

Transkript

1 Elektrik Enerjisi Üretimi Yrd. Doç. Dr. M. Mustafa ERTAY DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

2 Kaynaklar 1. Elektrik Enerjisi Santralleri ve Elektrik Enerjisi İletimi ve Dağıtımı, Murat Ceylan, 2012, Seçkin Yayıncılık 2. T.C. Millî Eğitim Bakanlığı, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, Elektrik Enerji Santralleri, Megep 3. Elektrik Enerjisi Üretimi ve Dağıtımı T.C. Anadolu Üniversitesi Yayını No: 2117, Açıköğretim Fakültesi Yayını No: Yenilenebilir Enerji Kaynakları, T.C. Anadolu Üniversitesi Yayını No: 2927, Açıköğretim Fakültesi Yayını No: 1884 Elektrik Enerjisi Üretimi 2

3 Değerlendirme %40 Vize %20 Ödev+Kısa sınav+sunum %40 Final Elektrik Enerjisi Üretimi 3

4 Kurallar Verilen ödevler belirtilen tarih ve saate kadar teslim edilmelidir. Belirtilen tarihten ve saatten sonra getirilen ödevler teslim alınmaz. Yapacakları sunumlara katılmayan öğrenciler değerlendirmeye alınmaz. Her öğrenci derste, sınavlarda ve teslim edinilen ödevlerde genel akademik ve etik kurallara uymalıdır. Elektrik Enerjisi Üretimi 4

5 ENERJİ Enerji iş yapabilme yeteneğidir. Enerji iş yapabilen bir sistemin kapasitesi olarakta adlandırılır. Enerji genel olarak potansiyel ve kinetik enerji olarak ikiye ayrılır. Su depolayan bir barajın potansiyel enerjisi vardır. Termodinamiğin birinci yasası (Enerjinin Korunumu) gereği enerji yoktan var edilemez, var olan enerji yok edilemez ancak şekil değiştirir. Enerji şekli ısı, ışık, mekanik, nükleer ve kimyasal olabilir. Elektrik Enerjisi Üretimi 5

6 Elektrik Enerjisi Üretimi 6

7 Enerji Kaynakları Yenilenebilir enerji kaynakları Rüzgar, güneş, su, jeotermal, biyokütle, okyanus, hidrojen Fosil kökenli enerji kaynakları Kömür, petrol, doğal gaz, nükleer enerji kaynaklarıdır. Elektrik Enerjisi Üretimi 7

8 Enerji kaynaklarına göre elektrik enerji üretim santralleri Yenilenebilir enerji santralleri 1) Hidroelektrik Santraller 2) Rüzgar Santralleri 3) Güneş Enerjisi Santralleri 4) Jeotermal Santraller 5) Dalga Enerjisi Santralleri 6) Gelgit santralleri Fosil yakıt kaynaklı enerji santralleri 1) Termik Santraller Kömür yakıtlı santraller Doğal gaz santralleri Nükleer santraller 2) Dizel Santraller Elektrik Enerjisi Üretimi 8

9 Elektrik Enerjisi Üretimi 9

10 Elektrik Enerjisi Üretimi 10

11 Elektrik Enerjisi Üretimi 11

12 2014 Haziran elektrik enerjisi üretiminin Kaynaklara göre dağılımı (2014-Haziran, Enerji Bakanlığı) Elektrik Enerjisi Üretimi 12

13 Ulusal Elektrik Piyasası EPDK kimdir? EPDK (Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu), elektrik piyasalarının düzenlenmesi amacıyla 4628 sayılı Yasa ile 2001 yılında kurulmuştur. Daha sonra çeşitli kanunlarla doğal gaz, petrol ve LPG piyasalarının da düzenlenmesi görevi verilmiştir. EPDK ne iş yapar? Enerji piyasasına giriş ve çıkış izinlerini verir. Fiyat düzenlemesi yapar, tarifeleri onaylar EPDK nın hedefleri nelerdir? Mali açıdan güçlü, istikrarlı ve rekabetçi enerji piyasalarının oluşturulması. Enerjinin tüketicilere yeterli düzeyde, kesintisiz, kaliteli ve ekonomik olarak sunulmasının sağlanması. Sürdürülebilir bir enerji sunum altyapısının kurulması ve işletilmesi Elektrik Enerjisi Üretimi 13

14 Lisanslı ve Lisanssız Elektrik Üretimi Piyasada faaliyet gösteren veya gösterecek tüzel kişilerin, elektrik üretimi, iletimi, dağıtımı, toptan satışı, perakende satışı, perakende satış hizmeti, ithalat ve ihracatı faaliyetlerini gösterebilmek için EPDK dan lisans almaları zorunludur. Yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı, kurulu gücü azami 1 MW üretim tesisi ile mikrokojenerasyon (100 KW) tesisi kuran gerçek ve tüzel kişiler, lisans alma ve şirket kurma yükümlülüğünden muaftır. Elektrik Enerjisi Üretimi 14

15 Elektrik Piyasası Kanununda Yapılan Bazı Tanımlamalar Üretim İletim Dağıtım Üretim şirketi Dağıtım şirketi Otoprodüktör Elektrik Enerjisi Üretimi 15

16 Santral Elektrik enerjisinin üretildiği tesislerdir. Bir elektrik santralinin görevi mevcut şartlar altında mümkün olduğu kadar ekonomik ve verimli bir şekilde elektrik enerjisi üretmektir. Elektrik Enerjisi Üretimi 16

17 1. Hidroelektrik Santraller Tüm yenilenebilir enerjiler ve hatta fosil yakıtlar enerjilerinin kaynağını güneşten alırlar. Yenilenebilir enerji kaynakları temel enerji kaynağımız güneş ile sürekli bir döngü ile kendilerini yenileyebilmektedir. Elektrik Enerjisi Üretimi 17

18 1. Hidroelektrik Santraller Suyun potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanarak elektrik enerjisi üretmek için kurulan santrallerdir. Potansiyel enerji Kinetik enerji Mekanik enerji Elektrik Enerjisi Elektrik Enerjisi Üretimi 18

19 1. Hidroelektrik Santraller Barajlar genel olarak vadilerin kapatılması suretiyle yapılan, 15 m den yüksek, su depolayan yapay yapılardır. Su kuvveti mevsim şartlarına göre değiştiği için baraj kurularak su bir gölde biriktirilir. Biriktirilen su uygun bir yükseklik farkı oluşturularak kontrollü biçimde bir düzenle türbinden geçirilir. HES lerde üretilen enerji miktarını suyun akış veya düşüş hızı belirler. Elektrik Enerjisi Üretimi 19

20 1. Hidroelektrik Santraller Sınıflandırma a) Kapasitelerine göre Mikro kapasiteli hidrolik santraller 200W<P<100 kw Mini kapasiteli hidrolik santraller 100 kw<p<10 MW Küçük kapasiteli hidrolik santraller 10 MW<P<50 MW Büyük kapasiteli hidrolik santraller P> 50 MW b) Düşü değerlerine göre Düşü: Baraj suyunun üst seviyesi ile türbin çıkışı arasındaki yükseklik farkıdır. Faydalı düşü: Su alma ağzı ile türbin çıkışı arasındaki yükseklik farkıdır (m). Net Düşü: Hidroelektrik santrallerinde baraj gölündeki su yüzeyi ile su alma ağzı arasındaki yüksekliğe net duşu denir. Debi: Birim zamanda birim kesitten geçen akışkan miktarıdır (m 3 /sn veya lt/sn). Alçak Düşülü santraller 2-20m arası Orta Düşülü santraller m arası Elektrik Enerjisi Üretimi 20 Yüksek Düşülü santraller 150m ve yukarısı

21 Elektrik Enerjisi Üretimi 21

22 c) Depolama Yapılarına Göre: Depolamalı (Barajlı) HES ler Nehir Tipi HES ler d) Baraj Gövdesinin Tipine Göre: Toprak Dolgulu Barajlı HES (Almus-27 MW, Keban-1330 MW, Atatürk- 2400MW) Beton Ağırlıklı Barajlı HES (Sarıyar-160 MW ve Kemer-48 MW) Kemer Tipi Barajlı HES (Gökçekaya Barajı-278 MW) Beton-Kemer Ağırlıklı Barajlı HES (Karakaya Barajı-1800 MW-Deriner Barajı-690 MW) Elektrik Enerjisi Üretimi 22

23 Elektrik Enerjisi Üretimi 23

24 Elektrik Enerjisi Üretimi 24

25 Elektrik Enerjisi Üretimi 25

26 Elektrik Enerjisi Üretimi 26

27 HES lerin avantajları Çevre kirliliği yaratmaz. Yenilenebilir enerji kaynaklıdır. Kullanımı sırasında gaz, kül gibi zararlı atıklar oluşturmamaktadır. Pik (Puvant Yük) enerji ihtiyacında çok hızlı devreye girdiğinden hemen enerji üretmek mümkündür. Kayıpları azdır. Verimleri yüksektir. Yakıt giderleri yoktur. Yatırımı geri ödeme süresi kısa (5-10 yıl). Yapısı basit ve sağlamdır. Uzun ömürlüdürler (Yaklaşık 200 yıl). İşletme gideri çok düşüktür. Enerjinin birim maliyeti düşüktür. 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 ve içme suyu amaçlı olarak da kullanılmaktadır. Elektrik Enerjisi Üretimi 27

28 HES lerin dezavantajları Fiziksel çevreye etkileri 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. Biyolojik çevreye etkileri Sulama amacını da içeren geliştirme projelerinin en önemli sonucu, su kaynaklı hastalıkların yaygınlaşmasıdır. Sosyal çevreye etkileri Su geliştirme projelerinin çoğunda özellikle bölgede oturanlar yerleşim yerlerini boşaltma açısından sorun teşkil etmektedir. Baraj inşaatı oldukça maliyetli ve yüksek standartlıdır Elektrik Enerjisi Üretimi 28

29 2013 yıl sonu verileri itibariyle işletmede 467 HES (22289 MW) bulunmaktadır. Toplam kurulu gücün %34.8 i dir. Türkiye hidrolik enerji potansiyeli MW ve 2023 e kadar bunun kullanılması hedefleniyor. Puvant yük= Elektrik enerjisi tüketiminin en yüksek olduğu zaman aralığıdır. Puvant olmayan yük de enerji piyasasında baz yük yani temel ihtiyaç, tüm gün boyunca gerekli olan temel elektrik enerjisi olarak tanımlanır. Nükleer enerji, doğalgaz çevrim, kömür santralleri hep baz yük talebini karşılamaya yönelik üretim tesisleridir. Elektrik Enerjisi Üretimi 29

30 Hidrolik santral yapım aşamaları Bu tip santrallerin kuruluş süreci ilk etüt (Ön inceleme), master planı hazırlama, fizibilite çalışmalarının yapılması, projelendirme ve santralin inşası olmak üzere beş aşamada gerçekleşmektedir. Elektrik Enerjisi Üretimi 30

31 HES lerin Temel Üniteleri Baraj gövdesi ve gölü: Kuvvet tüneli Kumanda odası Su giriş ağzı Yükleme odası Cebri borular Denge Bacası Havalandırma Savaklar Vanalar (Valfler) Türbinler Generatör Şalt sahası Elektrik Enerjisi Üretimi 31

32 HES lerin Temel Üniteleri Baraj gövdesi ve gölü: İçme ve kullanma suyu temini Sulama suyu temini Taşkın kontrolü Elektrik enerjisi üretimi Akarsu ulaşımı Balıkçılık Kuvvet tüneli: Türbin tahrik suyunun iletimi için kullanılan basınçlı tünellerdir. Suya düşü kazandırmak amacıyla santralin baraj gölünden uzak bir yere inşaa edilmesi durumunda kuvvet tüneline ihtiyaç duyulur. Türbini çevirecek olan basınçlı su bu tünelden geçer. Kumanda odası: Üretimle ilgili ölçüm, kontrol, müdahale ve gözlem merkezidir. Su giriş ağzı: Barajın uygun bir yerinde yapılır. Su giriş ağzında katı cisimlerin girmesini engellemek için süzgeçler vardır. Vinç sistemiyle açılıp kapatılır. Elektrik Enerjisi Üretimi 32

33 Yükleme odası: Tünelden gelen basınçsız suyun basınçlı bir şekilde cebri borulara taşınmasını sağlar. Tünelden gelen istenmeyen maddeleri süzer. Cebri borular HES Lerde su giriş ağzı, denge bacası ve türbini birleştiren basınçlı borulara denir. Çelik ve betonarme olmak üzere iki çeşit boru kullanılmaktadır. Denge Bacası Baraj gölünde su giriş ağzı ile türbini birleştiren cebri borular üzerinde bulunur. Basınç değişimini düzenler. Cebri boruların basınçtan korunmasını sağlar. Meydana gelen ani geçici basınç darbelerinin cebri boruya ve kuvvet tüneline zarar vermesini önlemek amacı ile cebri boruların baş tarafına veya kuvvet tünellerinin sonuna denge bacaları tesis edilir. En önemli görevlerinden biri türbinde regülasyonu sağlamaktır. Havalandırma (vantuslar) Cebri boruya su alma ve boşaltma anında iş yapar. Cebri boruya su dolarken borunun havasını alır. Cebri boru boşalırken suyun arkasından hava gelmesini sağlayarak cebri borunun içeri doğru çökmesini önler. Elektrik Enerjisi Üretimi 33

34 Savaklar Baraj gölünde suyun belli seviyeden fazla yükselmesini önlemek amacıyla kullanılır. Dolu savak ve dip savak olarak ikiye ayrılır. Barajlarda biriken fazla suyun doğal yatağına akıtılmasına yarar. Elektrik Enerjisi Üretimi 34

35 Vanalar (Valfler) Su akışını kesmek ve suyun debisini ayarlamak için kullanılır. Konik, Kelebek, küresel vana olmak üzere çeşitleri vardır. Bu vanalar genellikle cebri boru sonuna (Türbin girişi) veya cebri boru başlangıcına (denge bacasından sonra). Alçak düşülerde kelebek vana, yüksek düşülerde küresel vana kullanılır. Yüksek basınçlı yağ ve servo motorlar yardımıyla açılmaları temin edilir. Türbinler Suyun potansiyel enerjisinin cebri borular ile yüksek potansiyelden düşük potansiyele aktarılarak türbin kanatlarına çarptırılarak mekanik enerjiye dönüştürülmesini sağlar. Türbin mili generatör miline bağlı olduğunda türbin dönünce generatörde döner. Bütün türbinlerde duran kısım salyangoz, dönen kısıma rotor denir. Türbin Çeşitleri: Kaplan türbini Francis türbini Pelton türbini Turgo türbinler Elektrik Enerjisi Üretimi 35

36 Kaplan türbini Suyun eksensel akışla çarkı çevirmesi esasına dayanır. Alçak düşüler (2-40m arası) ve büyük debilerde kullanılır. Devirleri devir arasındadır. Türbin çarkında 3-8 arasında çark bulunur. Kaplan türbinlerinin çarkları ve salyangozda ki ayar kanatları ayarlanarak suyun debisi değiştirilebilir. Bu türbinler çift regülasyonlu türbinler olarak adlandırılır. Elektrik Enerjisi Üretimi 36

37 Elektrik Enerjisi Üretimi 37

38 Francis türbini Orta düşülerde (2-600m) kullanılırlar. Yatay ve düşey eksenli olarak uygulanabilirler. En önemli parçaları şunlardır; Salyangoz, Dağıtıcı, Çark, Emme borularıdır. Türbin şekli türbine giren suyu açısal olarak sabit bir eğim hızında dağıtmak için spiral olarak tasarlanır. Su debisini kontrol etmek için ayar kanatları (suyun açısı ayarlanarak) kullanılır. Ayar kanatları su akışını kesmek amacıyla da kullanılır. Elektrik Enerjisi Üretimi 38

39 Elektrik Enerjisi Üretimi 39

40 Elektrik Enerjisi Üretimi 40

41 Pelton türbinleri Pelton türbin kanatları çark kepçelerinden oluşur. Yüksek düşülerde ( m) kullanılmaya elverişlidirler. Debileri düşüktür. 32 devire kadar dönebilirler. Pelton türbinleri genellikle büyük güçlerde düşey, küçük güçlerde yatay eksenli olarak tertiplenmektedir. Üç veya daha fazla enjeksiyonlu türbinler düşey eksenli türbinlerdir. Maksimum enjeksiyon sayısı 6 dır. Elektrik Enerjisi Üretimi 41

42 Acil olarak türbinin durdurulması gerektiğinde, püskürtme memesi deflektör ile yönü değiştirilerek, suyun kanatlara ve kepçelere vurması engellenir. Elektrik Enerjisi Üretimi 42

43 Generatör: Türbin milindeki mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren senkron makinelerdir. Sabit manyetik alan içerisinde hareket eden endüvi iletkenlerinde indüklenen gerilim prensibine göre çalışır. HES lerde kullanılan generatörlerin rotorları genellikle düşey milli ve çıkıntılı kutuplu olarak imal edilir. Şalt sahası: Şalt sahası, elektrik santrali ile enterkonnekte şebeke arasında bağlantıyı sağlayan yüksek gerilim ünitelerinin bulunduğu yere denir. Yüksek gerilim ünitelerinin en önemlilerinden birisi güç transformatörüdür. Elektrik Enerjisi Üretimi 43

44 Hidrolik santralden elde edilebilecek elektrik gücü Elektrik Enerjisi Üretimi 44

45 Hidrolik santralden elde edilebilecek elektrik gücü Elektrik Enerjisi Üretimi 45

46 Hidrolik santralden elde edilebilecek elektrik gücü Elektrik Enerjisi Üretimi 46

47 Hidrolik santralden elde edilebilecek elektrik gücü Elektrik Enerjisi Üretimi 47

48 Hidrolik santralden elde edilebilecek elektrik gücü: Psu= ρ*g*q*h (watt) Pe=ρ*g*Q*H*ƞ (watt) Pe=g*Q*H*ƞ (kilo watt) Psu: Su gücü (watt) Pe= Genaratörden alınan elektriksel güç ρ=suyun özgül ağırlığı (1000 kg/m 3 ) g=yer çekimi ivmesi (9.81 m/s 2 ) Q= su türbinine gelen debi (m 3 /s) H= net düşü (m) Ƞ=cebri boru, türbin, genaratör toplam verimi (Ƞ=Ƞ cebri *Ƞ türbin *Ƞ genaratör ) Elektrik Enerjisi Üretimi 48

49 Problemler 1) Bir nehirde 500 MW kurulu güce sahip bir hidrolik santral kurulacaktır. Bu kurulu güç, 5 genaratörden sağlanacaktır. Net su düşüsü 100m ve tesis verim katsayısı 0,83 tür. Bir cebri boru ve türbin için gerekli su debisini hesaplayınız. 2) 50 m lik net düşüsü olan bir nehirde, üç cebri boru ile bir hidrolik santral kurulması isteniyor. Nominal güç güç transferinde, her cebri borudan akan suyun debisi, 50 m 3 /s ve cebri boru verimi %91, türbin verimi %88, genaratör verimi %95 olacağı hesaplanıyor. Bu durumda kurulması öngörülen santralin kurulu gücünü hesaplayınız. Elektrik Enerjisi Üretimi 49

50 Ödev1 Son teslim tarihi : 17 Ekim ) Bir HES in kurulu gücü 6X300 MW, yıllık enerji üretimi ise 7.5 milyar kwh tır. Nominal düşü 144 m ve toplam verim %85 iken: a)tam kapasitede bir türbinin debisi nedir? b)yıllık enerji üretimi için kullanılan su miktarı nedir? c)nehrin yıllık ortalama debisi nedir? 2) Elektrik piyasasında lisanssız elektrik üretimi için genel şartlar nedir? 3) Elektrik piyasasında kullanılan YEKDEM, TETAŞ, EPİAŞ, TEİAŞ, EÜAŞ, Dağıtım şirketi tanımlamalarını ve kurumlarını araştırınız. Elektrik Enerjisi Üretimi 50