SU YAPILARI 6.Hafta Su Kuvveti (Hidroelektrik Eerji) Tesisleri Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT ozyurt@hacettepe.edu.tr 1
Su Kuvveti Tesisleri Suyu potasiyel ve kietik eerjisii elektrik eerjisie döüştüre tesislerdir. Su kütlesii düşey bir mesafede düşürülmesi presibi ile çalışırlar. 2
The liked image caot be displayed. The file may have bee moved, reamed, or deleted. Verify that the lik poits to the correct file ad locatio. Düya ı eerji üretimi açısıda e büyük HES leri Rak Statio Coutry 1 Three Gorges Dam Chia 20,300 2 Itaipu Dam Brazil Paraguay Capacity (MW) 14,000 3 Guri Dam Veezuela 10,200 4 Tucurui Dam Brazil 8,370 5 Grad Coulee Dam Uited States 6,809 Akarsu Havzalarıı Su Kuvveti Tesisleri Açısıda Projeledirilmesi 3
4
Su Eerjiside Faydalama Akarsuyu eerjisii öemlibir bölümü suyu türbülaslı hareketi, sürtüme, yatağı daralıp-gemişlemesi, katı madde taşıımı edei ile akış sırasıda harcamaktadır. Su kuvveti tesisleri ile bu kayıplar azaltılır ve akarsuyu doğal eğimi üç farklı şekilde bir oktada toplaarak düşüm yüksekliği elde edilir. Suyu kayağıa göre HES ler Rezervuarlı satrallarda öcelikle bir baraj yapılacağıda suyu kullaımı eerji gereksiimie göre ayarlaabileceğide verimleri yüksektir. Kaal tipi satrallar, rezervuarlılara göre daha ucuza mal olmalarıa karşı su biriktirme olaağı olmadığıda gele su debisie göre çalışmak zorudadırlar. 5
Su Kuvveti Tesisi Bileşeleri 1. Su kabartma yapısı 2. Su alma yapısı 3. İletim kaalı 4. Cebri (basıçlı) borular 5. Salyagoz 6. Türbi 7. Jeeratör 8. Trasformatörler 9. Şalt alaı 10. Diğer teçhizat Temel Terimler_1 Brüt Düşüm: Doğal veya yapay bir su iletim yoluu iki ardışık kesitii su yüzeyleri arasıdaki kot farkıdır. Net (Faydalı) Düşüm: Brüt düşüm yüksekliğide suyu iletilmesi sırasıda meydaa gele yük kayıplarıı çıkarılması ile belirleir. Türbi giriş ve çıkış oktaları arasıda basıç farkı olarak da taımlaır. Doatım Debisi: HES yapı elemalarıı özellikle türbileri boyutladırılmasıda esas alıa debidir. Faydalı Debi: Eerji ihtiyacıı karşılamak içi belirli bir zama dilimide kullaılabilecek debidir. 6
Temel Terimler_2 Güç: HES de bir saiyede üretile eerjidir. Kurulu Güç: Üretilmesi mümkü ola maksimum aktif güçleri toplamıdır. Türbi mili üzerideki mekaik güçleri toplamıdır. Maksimum Güç: E büyük güçleri toplamıdır. Sürekli Yük: Tesiste devamlı elde edilebilecek güçtür. Pik Yük: Tüketici şebekeside oldukça kısa sürede ihtiyaç duyula ve tesisi şebekeye vermesi gereke e büyük güçtür. Garati Edilmiş Güç: Kurak bir yılı pik saatleride sürekli üretilebilecek güçtür. Yük Faktörü: Belirli bir zama süreside üretile ortalama yükü tesisi pik yüküe oraıdır. Temel Terimler_3 Üretilebilir Eerji: HES ıda belirli bir zama dilimide ideal işletme şartlarıda üretilmesi mümkü ola eerji miktarıdır. Güveilir (Firm) Eerji: Hem kurak hem sulak yıllarda emiyetle üretilebile eerjidir. Güveilir olmaya (ikicil-sekoder) Eerji: Üretim ve kapasitesi öcede tahmi edilemeye ve herhagi bir zamada beklee talebi karşılamada güveilmeye eerjidir. Kapasite Faktörü: Bir HES ıı belirli bir sürede ürettiği eerjii, tam kurulu güç ile çalışması durumuda üretebileceği eerjiye oraıdır. Eterkoekte Sistem: Farklı bölgeledeki çeşitli eerji üretim kayaklarıı birbirie bağlaya iletim şebekesidir. 7
Su Gücüü Belirlemesi Potasiyel Eerji Ep (kg m) E p Q H t Q: İşletme debisi (m3/s) H: düşüm (m) T: zama ɣ: birim hacim ağırlık İş Güç zama Potasiyel Eerjii Mekaik Eerjiye Döüştürülmesi Suyu potasiyel eerjisi türbilerde mekaik eerjiye döüştürülür. Türbi çarkıı döüşü ile elde edile mekaik eerji jeeratörler ile elektrik akımıa döüştürülür. Trasformatör ile alçak ve yüksek gerilim döüşü sağlaır. Türbi, jeeratör ve trasformatör souda çıka eerjii sisteme gire eerjiye oraı su kuvveti tesisii toplam verimidir (η). ηt : Türbi verimi 0.85-0.90 ηj : Jeeratör verimi 0.91-0.96 ηtr : Trasformatör verimi 0.97-0.985 T J TR 8
E p Q H t Q: İşletme debisi (m3/s) H: et düşüm (m) t: zama ɣ: birim hacim ağırlık (kg/m3) η: tesisi toplam verimi Tesisi Net Gücü (N) Güç İş zama N Q H N: tesisi et gücü (kg m/s) Beygir Gücü (BB) = 75 kg m/s Kilowat (kw) = 102 kg m/s Kilovat (kw) : 10 3 vat= 1kW Megavat (MW) : 10 6 vat = 10 3 kw Gigavat (GW): 10 9 vat = 10 6 kw Teravat (TWw): 10 12 vat =10 9 kw N Q H Suyu özgül ağırlığı 1000 kg/m 3 yer çekim ivmesi 9.81 m/s 2 ise BB) 13.3 Q H kw ) 9.81 Q H BB) (10ile11) Q H kw ) (7ile8) Q H 9
Akarsuyu su kuvveti potasiyelii belirlemesi_örek Uzuluğu 60 km ola akarsuda eğim 0.0006 ve ortalama debi 220 m 3 /s olduğua göre teorik ve özgül su kuvveti potasiyelii hesaplayıız. N ( kw ) 9.81 Q H N ( kw ) 9.81 Q H H=60000x0.0006= 36 m N=9.81x220x36 =77695 kw 1 km akarsu uzuluğua düşe özgül eerji=77695/60=1295 kw/km Su kuvveti tesisleride brüt ve et düşü ile toplam eerji üretimi belirlemesi Bir kabartma tesiside alıa su, eğimi 0.0004 ola 7 km uzuluğudaki iletim kaalı ile dağ yamacıda götürülerek basıçlı boru ile türbilere verilmektedir. Basıçlı boruda yük kaybı 2.39 m dir. Su kuvveti tesiside işletme debisi 12 m 3 /s, brüt düşüm yüksekliği 140 m ve su alma yerideki yersel yük kayıpları toplamı 0.35 m olduğua göre; a- Satralı brüt gücüü hesaplayıız. b- Türbi, jeeratör ve trasformatör verim katsayıları sırası ile 0.88, 0.92 ve 0.96 olduğua göre tesisi et gücüü buluuz. c- Satral yılda 7500 saat çalıştığıa göre yıllık toplam eerji üretimii hesaplayıız kw ) (7ile8) Q T J H kw ) 9.81 TR Q H 10
Su kuvveti tesisleride brüt ve et düşü ile toplam eerji üretimi belirlemesi_çözüm a- N = 8xQxHb = 8x12x140 = 13440 kw kw ) (7ile8) Q H Su kuvveti tesisleride brüt ve et düşü ile toplam eerji üretimi belirlemesi_çözüm b- Net düşüm= Brüt düşüm (su alma yeri kayıpları-iletim kaalı kayıpları basıçlı boru kayıpları) Net güç tüm kayıpları dikkate alıdığı et düşüm ve veri,m katsayıları kullaılarak hesaplaır. Yersel yük kayıpları= 0.35 m İletim kaalıda yük kaybı (JxL) = 0.0004x7000= 2.8 m Basıçlı boruda yük kaybı= 2.39 m Toplam yük kaybı= 0.35+2.8+2.39 = 5.54 m Net Düşüm= 140-5.54 =134.46 m Tesisi Net Gücü N= 12302 kw kw ) 9.81 T J TR Q H 11
Su kuvveti tesisleride brüt ve et düşü ile toplam eerji üretimi belirlemesi_çözüm c- Yılda toplam 7500 saat çalıştığıa göre yıllık toplam eerji üretimi E = Nxt = 12302x7500= 92.27 x 10 6 kwh Güç İş zama Su Kuvveti Tesislerii Sııfladırılması Kurulu Gücüe Göre Çok Küçük 100 kw Küçük 100-999 kw Orta 1000-9999 kw Büyük >10000 kw Biriktirme hazesi olup olamasıa göre Tabii debili Biriktirme hazeli Düşüm yüksekliğie göre Alçak basıçlı tesisler Yüksek basıçlı tesisler <50 m > 50 m Suyu mekaik eerjiside faydalama şeklie göre Akarsuları eerjiside faydalaa Deizleri eerjiside faydalaa Pompaj biriktirmeli (offstream dams) 12
Debi Süreklilik Eğrisi_Örek Debi (m3/s) Trabzo Haldize Suyu üzerideki Şerah akım gözlem istasyouu 30 yıllık akım gözlem verileride elde edilmiş aylık ortalama akımlar aşağıda verilmiştir. Bu istasyo içi yıllık ortalama akımı hesaplayıız ve debi süreklilik eğrisii çiziiz. Ekim 2.39 Kasım 2.37 Aralık 1.83 Ocak 1.40 Şubat 1.47 Mart 2.29 Nisa 6.96 Mayıs 11.97 Hazira 11.00 Temmuz 5.78 Ağustos 2.81 Eylül 1.83 Debi Süreklilik Eğrisi_Çözüm Debi (m3/s) Sıralı debi Zama (%) Ekim 2.39 11.97 8.33 1 Kasım 2.37 11.00 16.67 2 Aralık 1.83 6.96 25.00 3 Ocak 1.40 5.78 33.33 4 Şubat 1.47 2.81 41.67 5 Mart 2.29 2.39 50.00 6 Nisa 6.96 2.37 58.33 7 Mayıs 11.97 2.29 66.67 8 Hazira 11.00 1.83 75.00 9 Temmuz 5.78 1.83 83.33 10 Ağustos 2.81 1.47 91.67 11 Eylül 1.83 1.40 100.00 12 Yıllık ortalama debi>> 4.34 13
Debi Süreklilik Eğrisi_Çözüm Debi (m3/s) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 Zama (%) ÖDEV Zamatı Nehri Fırakti Köprüsü akım gözlem istasyou 1970-1990 döemie ait aylık akım gözlemlerii kullaarak debi süreklilik eğrisii oluşturuuz. Verilere www.yuus.hacettepe.edu.tr/~ozyurt adreside ulaşabilirsiiz. Teslim tarihi 28 Kasım 2013 14
Su Kuvveti Tesisileri ile İlgili Bağlatılar USEergy Iformatio Admiistratio http://www.eia.gov/reewable/data.cfm#hydro Itaipu Brazil HPP (largest before Three Gorges Dam) http://www.itaipu.gov.br/e/eergy/dam HESİAD http://www.hesiad.org.tr/ IMO http://www.imo.org.tr/resimler/dosya_ekler/d8c5e9986a1c41b_ek.pdf?dergi=260 EPDK http://www.epdk.gov.tr/ DSİ http://www.dsi.gov.tr/faaliyetler/hessu-kullaim-alasmalari 15