HİDROLİK ENERJİ. Hemen hemen bütün enerji kaynakları, güneş ışınımının maddeler üzerindeki fiziksel ve kimyasal tesirinden meydana gelir.

Transkript

1 HİDROLİK ENERJİ

2 HİDROLİK ENERJİ Hemen hemen bütün enerji kaynakları, güneş ışınımının maddeler üzerindeki fiziksel ve kimyasal tesirinden meydana gelir. Deniz, göl veya nehirlerdeki sular güneş enerjisi ile buharlaşır. Oluşan su buharı rüzgârın etkisiyle de sürüklenerek dağların yamaçlarında yağmur veya kar halinde yeryüzüne ulaşır ve nehirleri besler. Böylelikle hidrolik enerji kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı haline gelir. Hidrolik çevrimi

3 Hidroelektrik Santrallerinin Çalışma Prensibi Bir hidroelektrik santrali elektrik üretmek için suyun akış enerjisini kullanır. Akış halindeki suyun, üzerine büyük beton bloklarla setler çekilerek birikmesi sağlanır. Belli yüksekliğe varan birikmiş su ciddi boyutlarda potansiyel enerjiye sahiptir. Potansiyel enerji baraj bünyesindeki çeşitli düzeneklerle enerjinin dönüşümü prensibine göre önce türbinler vasıtasıyla kinetik enerjiye (mekanik enerjiye ) daha sonra da türbin çarkına bağlı generatör motorun dönmesi ile elektrik enerjisine çevrilir.

4 Bir Hidroelektrik Santralinin Temel Üniteleri Hidroelektrik enerjisi dünya üzerinde oldukça yaygın kullanılan enerji kaynaklarından birisidir. Dünya elektrik enerjisi üretiminde %25 den fazla paya sahip yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Oldukça basit bir çalışma prensibi olan hidroelektrik santralleri megavatlar (MW) düzeyinde elektrik ürettiği için oldukça büyük aksamlar ve derin bir mühendislik çalışması gerektirir. Geleneksel bir hidroelektrik santralinin temel bileşenleri şunlardır: Baraj, Baraj gölü, Su giriş ağzı, Denge bacası, Cebri borular, Savaklar, Vanalar, Türbinler, Alternator, Trafolar, ve Şalt sahası.

5 Baraj Suyun biriktirilmesi için gerekli hazneyi, meydana getirmek amacıyla akarsu yatağında yapılan bir kabartma tesisidir. Barajlar yapı malzemelerine göre toprak ve kaya dolgu barajlar ve beton barajlar olarak iki gruba ayrılır. Hidroelektrik santrallerde uygulanan baraj çeşitleri

6 Baraj gölü İnsanlar, sudan yararlanmak veya zararlarından korunmak amacıyla baraj gölleri inşa etmektedir. Bir baraj gölü aşağıdaki alanlardan birine veya birden fazlasına hizmet etmek amacıyla meydana getirilir: Elektrik enerjisi üretimi İçme ve kullanma suyu temini Sulama suyu temini Kurutma Taşkın kontrolü Akarsu ulaşımı Balıkçılık

7 Su giriş ağzı Barajın uygun bir yerinde su giriş ağzı yapılır. Su giriş ağzına suyun üzerinde yüzen ağaç parçası, buz ve benzeri cisimlerin cebri borulara girmesini engelleyecek şekilde süzgeçler yapılır. Su giriş ağzında kapaklar, vinç sistemiyle açılıp kapatılır.

8 Denge bacası, Baraj rezervuarı ile türbinlerin arasında bulunan basınçlı su iletim hattında su darbesiyle meydana gelen salınımların sebep olduğu zararlı etkileri önlemek amacıyla genellikle enerji tüneli sonunda ve santral binasından önce tesis edilen büyük su depolarıdır. Denge bacaları, su iletim hatlarında basınç dalgalarını sönümleyerek kontrol altında tutar akımın stabilizasyonunu ve hız kontrolünü düzenler.

9 Denge bacası Çeşitleri Kuyu biçimli denge bacaları: En basit fakat en büyük yer kaplayan denge bacası çeşididir.

10

11

12 Yan hücreli denge bacası Üst hücresi su yüksekliğini azaltır. Alt hücre ise açılmada gerekli suyu temin eder. Netice itibarıyla suyun seviye farkının değişmesini sağlar.

13 Boğumlu denge bacası Tünel ve cebri boru geçidindeki çevrintileri azaltıcı bir denge bacası çeşididir.

14 Diferansiyel denge bacası Yandaki kısımlar su biriktirme görevini yerine getirir. Ortadaki dar olan kısım ise hızlı seviye değişimine cevap verebilen denge bacası turudur. Diferansiyel (yükseltici) denge bacası Diferansiyel (alçaltıcı) denge bacası

15 Cebrî borular Elektrik santrallerinde su giriş ağzı, denge bacası ve turbini birleştiren borulara cebri borular denir. Her üniteye ayrı ayrı cebri boru tesis edilir.

16 Cebri boru Çeşitleri a) Betonarme cebri boru Betonarme cebri borular kuvvet türbininin yüzeyde devamı niteliğindeki kısımlarda uygulama alanı bulmaktadır. Alçak basınçlarda normal betonarme, orta basınçlarda on gerilmeli betonarme borular kullanılmaktadır.

17

18 b) Çelik cebri borular Çelik borular küçük çaplarda, genellikle 1,5 m ye kadar dikişsiz olarak üretimi yapılmakta, büyük çaplarda ise kaynaklı veya perçinlidir. Sarıyar Hidroelektrik Santrali nin cebri boru çapı 8 m dir. Kelebek valflere yaklaştıkça boru çapı daralmaktadır. Cebri borularda kullanılan perçinli boruların sac kalınlığı 40 mm, kaynaklı borularda mm olmaktadır.

19 Debi: Su iletici bir borudan veya nehirlerin belirli bir kesitinden saniyede akan su miktarıdır. Birimi m 3 /s tür. Düşü: Baraj gölünde birikmiş olan suyun üst seviyesi ile türbin çıkışındaki yükseklik arasındaki farka geometrik düşü denir.

20 Baraj gölündeki su alma ağzı ile türbinden çıkan su arasındaki yükseklik farkına faydalı düşü denir. Hidroelektrik santrallerinde baraj gölündeki su yüzeyi ile su alma ağzı arasındaki yüksekliğe net düşü denir.

21 Savaklar Baraj gölünde suyun belli bir seviyeden fazla yükselmesini önlemek amacıyla tertiplenir. Savak çeşitleri Dolu savaklar: Elektrik enerjisi üretmek amacı ile yapılan barajlarda biriken fazla suyu, doğal yatağına doğru akıtmaya yarayan yapılardır. Böylece baraj gölü aşırı ve düzensiz su yükselmesinden korunur. Dip savaklar: Çoğunlukla beton barajlarda uygulanan bir türdür. Giriş ağzı yuvarlatılmış, çıkışta ise enerji kırıcı bir tesis tertiplenmiştir. Örnek olarak Oymapınar Barajı nın gövdesinde iki adet, her biri 250 m 3 /s debi geçiren, 3 m çaplı dip savakları verilebilir.

22

23

24 Türbinler Hidrolik makineler, su türbinleri ve su çarkları olmak üzere ikiye ayrılırlar. Türbinlerde, türbin rotorunun kanat aralıklarından geçirilen suyun basıncı, dönen türbin rotorunun kanat aralıklarında mekanik enerjiye dönüştürülür. Su çarklarında ise suyun mevcut olan potansiyel enerjisi, suyun çark kepçelerine dolması ve ağırlık tesiri ile çarkı döndürmesi suretiyle mekanik enerjiye dönüşür. Baraj gölünde biriken yüksek potansiyel enerjili su, cebri borular vasıtası ile yüksek bir su düşüşüyle türbin kanatlarına verilir. Türbinler suyun kinetik enerjisini mekanik dönme enerjisine, türbine bağlı olan alternatör de elektrik enerjisine çevirmiş olur.

25 Türbinler, hidroelektrik santrallerin bulunduğu konuma, yüksekliğe ve suyun akış hızına göre sınıflandırılırlar. Etki şekline bağlı olarak başlıca aksiyon [Etkili] ve Reaksiyon [Tepkili] türbinleri olmak üzere iki guruba ayrılır. Otomatik olarak yük-frekans ayarlaması yapılabilen, Kaplan, Francis ve Pelton tipi hidrolik türbinler, 1920 lerden itibaren kullanılmaya başlanmıştır ve bu tip türbinler hala çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

26 Etki Tipi (Aksiyon) Türbinler Bu tip türbinlerde akışkan çarklara veya kepçelere atmosfer basıncında girip, atmosfer basıncında çıkmaktadır. Bu sebeple eş basınçlı türbinler olarak da adlandırılabilir. Aksiyon türbinleri yüksek düşülerde ve küçük su debilerinde tercih edilmektedir. En yaygın kullanılan aksiyon tipi türbinler ise: Pelton, Turgo ve Banki türbinleridir.

27 1. Pelton türbini Büyük hidroelektrik sistemlerde 150 m düşünün üzerinde Pelton türbini uygulaması yapılmaktadır. Mikro hidrolik sistemlerde daha alçak düşülerde de bu türbin kullanılabilir. Bu tip türbinlerde suyun enerjisi önce, uygun şekle sahip bir borudan geçirilip, çıkış ağzında su jeti haline getirilerek, kinetik enerjiye dönüştürülür.

28 Daha sonra bu jet, kap şeklindeki rotor kanatlarına püskürtülür. Pelton türbinleri, düşey veya yatay olarak konumlandırılabilir. Jetlerin sayısını arttırmak suretiyle, tek bir rotordan sağlanan gücü arttırmak mümkündür. Yatay konum için genellikle iki olan jet sayısı, dikey konumlar için, çoğunlukla dört veya daha fazla olabilir.

29

30

31 2.Turgo Türbinleri: Çalışma prensibi bakımından Pelton türbinlerle aynı sayılabilecek Turgo tipi türbinlerin kepçe yapıları farklılık göstermektedir. Ayrıca daha ucuz maliyet, daha hızlı devir sayısı ve aynı boyuttaki bir Pelton türbinden daha fazla su tutabilme gibi daha üstün özellikleri de vardır. Aynı güçteki bir Pelton türbinin çark çapının yaklaşık bir buçuk katıdır. Buda daha yüksek devir sayılarına çıkmasını sağlar.

32 3. Banki (Michell-Ossberger) Türbinleri: Banki türbin tipini Macar asıllı Banki ile İngiliz asıllı Michell bulmuştur. Genel olarak Banki (Michell-Ossberg) su türbini olarak adlandırılır.

33

34 Küçük ve orta güçlü su kuvvetlerinde rahatlıkla kullanılır. Yapısı çok basittir. 20 lt/s ila 9 m 3 /s debiler için 1 m ila 200 m düşüler de 1000 kw güce kadar çıkabilirler. Dönme sayıları ise 50 ila 200 devir/d arasında değişir. Su türbini ise, gövde, tambur tipi dönel çark ve yönelticiden oluşur.

35 Reaksiyon Türbinleri Bu türbinlerde, türbin rotoru kanatçıkları arasındaki suyun giriş basıncında bir düşüş meydana gelir. Su basıncında meydana gelen bu düşüş, suyun ivmelenmesine, yani hızlanmasına neden olur. Reaksiyon tipi türbinler, basıncın ve hareketli suyun etkisiyle kombine olarak elde edilen güçle çalışırlar. Aynı düşü ve debi değerlerinde bu tip türbinler aksiyon tipi türbinlere göre daha hızlı dönerler. Ayrıca reaksiyon tipi türbinlerin yapısı oldukça komplekstir ve imalatı zordur. Reaksiyon türbinleri suyun hem kinetik hem de potansiyel enerjisinden faydalanmaktadır.

36 Kaplan tipi hidrolik türbinler büyük su debilerinde ve küçük düşüler de kullanılırlar. Reaksiyon türbinleri grubuna, Francis tipi hidrolik türbinler ile Kaplan tipi hidrolik türbinler girmektedir. Francis tipi hidrolik türbinler ise, genel olarak orta yükseklikteki su düşülerinde ve orta değerlerdeki su debilerinde kullanılırlar.

37 1.Francis Türbini: Francis türbini 50 m ile 350 m arasındaki düşüler de kullanılmaktadır. Francis türbinine su, yöneltici çarktan dönel çarka dıştan girip, çark kanatları boyunca aşağıya doğru giderek çarkı terk eder. 500 MW a kadar güç elde edilebilmektedir. Bu türbin tipinin Pelton türbinine göre avantajı, daha küçük boyutlarda imal edilerek, daha yüksek dönme sayılarında çalıştırmak mümkündür. Bu suretle imalattan dolayı bir hayli ekonomi sağlanır. Yurdumuzda Devlet Su İşlerinin denetiminde bulunan su türbini tesislerin büyük çoğunluğunda Francis tipi türbin kullanılmaktadır. Küçük güçlerde örnek olarak 200 kw a kadar olan güçlerde ve 5 m düşüden daha az yerlerde kamara tipi denilen ve düşey eksenli Francis türbini kullanılır.

38

39

40

41 2.Kaplan (Uskur Tipi) Türbini: Bu türbin tipi eksenel olarak dönmektedir. Suyun girişi ile çıkışı arasında basınç farkı vardır. Bu çarkların özgül hızları büyük olup, yüksek debilerde ve buna karşılık düşük düşülerde çalışırlar. Bu tip türbinlerin verimli olabildiği ortalama düşü değerleri 80 m nin altındadır. Kaplan türbinleri ya salyangoz gövdeli veya boru tipi olarak imal edilirler. Bugüne kadar imal edilen en büyük kaplan türbininde elde edilen güç 100 MW olup dönel çark çapı 10 metre nin üstündedir. Propeller (Uskur), Bulb, Tube (Boru), Straflo diye adlandırılan türbinlerde kaplan türbininin varyasyonlarıdır. Kaplan türbininin, gemi pervanesine benzeyen, ama onun tersi biçimde çalışan bir çarkı vardır. Bir motorun çevirdiği gemi pervanesi gemiyi ileriye doğru hareket ettirmek için suyu geriye iter; Kaplan türbininin çarkı çevresinden geçen suyun etkisiyle döner.

42

43

44

45 Alternatörler Türbin milindeki mekanik enerjiyi, elektrik enerjisine dönüştüren senkron makinelerdir. Üç fazlı alternatif akım üreten, belli kutup sayısına ve şebeke frekansına göre belli n donuş sayısıyla çalışan makinelerdir. Sabit manyetik alan içerisinde hareket edebilen bir iletkenin uçlarında endüksiyon yoluyla elektrik enerjisi meydana gelir. prensibine göre çalışırlar.

46

47 Transformatör (Dönüştürücü) Ana gövde, soğutma sistemi, yangın sistemi, koruma sistemi bölümlerinden oluşur. Elde edilen gerilimi düşürmeyi veya yükseltmeyi sağlar. Hidroelektrik santrallerinde genelde düşük gerilimi yükseltmek amacıyla tasarlanmışlarıdır. Tek fazlı veya üç fazlı olabilirler.

48

49 Şalt sahası Transformatörlerden oluşan yüksek gerilimin elektrik iletim hatlarına bağlandığı bölgedir. Yüksek gerilim ünitelerinin en önemlilerinden birisi transformatördür. Şalt sahasında, kumanda binasındaki ölçü aletlerine bağlı akım ve gerilim trafoları bulunur.

50

51 Hidroelektrik Santrallerinin Avantajları Baraj inşa edildikten sonra, elektrik sabit bir oranda üretilebilir. Çevre kirliliği yaratmaz. Kullanımı sırasında gaz, kul gibi zararlı atıklar oluşturmamaktadır. Pik enerji ihtiyacında 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, su sporları ve eğlence faaliyetleri ve taşkın amaclı olarak da kullanılmaktadır. Oldukça uzun ömürlüdür (30 40 yıl gibi).

52 Hidroelektrik Santrallerinin Dezavantajları ÇEVRE İNSAN

53 Çevre üzerine; İstimlak edilen tarım arazileri Ekolojik çevrenin tahribatı * İklim değişimleri * Bitki örtüsünün tahribatı Su kalitesinin düşmesi * Paraziter hastalıklar * Balık çeşitliliğinde azalma Akarsu ve ırmaklardaki sular can suyu seviyesine kadar azaltılması

54 Tabiat ve tarih varlıklarının korunamaması Doğal kıyı şeritlerindeki bitki ve hayvan yaşamı artık desteklenmemektedir. Suyun ivmesi sonucu suda yaşayan canlıların zarar görmesi Barajların pik zamanlarında ağırlıklı kullanılması

55 İnsan Üzerine; Elektrik iletim hatlarının kanserojen etkisi Göçlerle beraber gelen yoksullaşma *Ilısu projesi kapsamında 90 lı yıllarda yaklaşık 80 köy boşaltılmıştır * Devlet eliyle yeniden yerleşim ya da tazminat alarak kendi eliyle yeniden yerleşim * İnsanlar devlet eliyle yeniden yerleşime karar verirlerse, nereye gidecekleri konusunda söz hakkına sahip olamayacaklar. * Yeni konutlar için ödemeleri gerekecek miktar, eski evleri için alacakları miktarın bir kaç katıdır * Tazminat yetersizliği. * Geçim kaynağı kaybı. * Kentlere göç eden insanlar bekleyen sorunlar (sosyal, ekonomik ve psikolojik sorunlar)

56 Ekonomik etkiler * Kamulaştırma ve satın alma * Turizm Sosyal ve Kültürel etkiler * Proje sonrası kırsal yerleşimlerdeki kültürel ve ekonomik çevrenin sürdürülebilirliği sona ermektedir. * Tarımın korunmaması, topraklarından ayrılma ve insanlar arasındaki bağın koparılması

57 Hidroelektrik santrallerden bazıları Atatürk barajı: Şanlıurfa ve Adıyaman illeri arasında Fırat Nehri üzerinde kurulu olup enerji ve sulama amacıyla kurulmuştur MW gücüyle yıllık 8900 GWh elektrik üretim kapasitesine sahiptir.

58 Karakaya barajı: Diyarbakır ili Çüngüş ilçesi sınırları içinde, Fırat Nehri üzerinde, Güneydoğu Anadolu Projesi nin bir parçası olarak elektrik enerjisi üretimi amacıyla kurulmuştur.

59 Hirfanlı barajı: Kırşehir ilinde, Kırşehir ile Şereflikoçhisar arasında, Kızılırmak üzerinde inşa edilmiş, enerji üretimi ve taşkın kontrolü amacıyla kurulmuş bir barajdır.

60 Oymapınar barajı: Antalya da, Manavgat nehri uzerinde, elektrik enerjisi üretimi amacı ile inşa edilmiş bir barajdır.

61 Deriner Barajı, Artvin'de, Çoruh Nehri üzerinde, enerji üretmek amacıyla 1998 yılında inşasına başlanmış bir barajdır. Sahip olduğu 249 metre gövde yüksekliği ile Türkiye'nin en yüksek, Dünya'nın 6. yüksek barajıdır.