Hidroelektrik santrali nedir? Hidroelektrik santrallerinde akan suyun önüne , suyun toplanması için baraj kurulur ve su biriktirilir. Toplanan ve durgun haldeki su kütlesi potansiyel enerjiye sahiptir. Potansiyel enerjiye sahip olan su kütlesi yukarıdan belli bir hızla türbinlere gönderilir. Suyun durgun haldeki potansiyel enerjisi, aşağıya akmaya başlayınca kinetik enerjiye dönüşür. Akan su türbinlere girdikten sonra ise kinetik enerji mekanik enerjiye dönüşür. Ve su türbinleri dönme hareketine başlar ve bu mekanik enerji jeneratörler ile elektrik enerjisine dönüşür.
Hidroelektrik Enerji Kısaca:
Barajda birikmiş su potansiyel enerjiye sahiptir. Yüksekten akan su kinetik enerjiye sahiptir. Su türbinleri döndürme aşamasında mekanik enerjiye sahiptir. Türbinlerin dönmesi ile jeneratörün elektrik üretmesi aşamasında da elektrik enerjisi formunda dır.
Potansiyel Enerji > Kinetik Enerji > Mekanik Enerji > Elektrik Enerjisi
Hidroelektrik Santrali Üniteleri Nelerdir? Nasıl Çalışır?
Hidroelektrik santralleri toplam 8 kısımdan oluşur. Bu kısımlar Baraj, Su Alma Kısmı (intake), Cebri Borular, Valf Vana ve Savaklar, Süzgeçler, Türbinler, Jeneratörler ve Dağıtım Tablolarıdır. Şimdi bu kısımları detaylı olarak açıklayalım.
1- Hidroelektrik Santral Baraj Kısmı
Hes santrallerinin en önemli kısımlarından birisi Baraj kısmıdır. Baraj kısmını oluşturan parçalar şunlardır:
a) Gövde
b) Dolgu ve Savak
c) Derivasyon
d) Dipsavak
e) Enerji iletim kısımları
Baraj kısmını oluşturan kısımlar bunlardır. Hidroelektrik santraller baraj gövdesine ve yapısına göre 3 gruba ayrılır.
Bunlar sırasıyla;
- Dolgu Barajlar (Kaya dolgu barajlar)
- Beton Barajlar (Beton yapıdadır)
- Karma Tip Barajlar (hem dolgu hem de beton gövdeli yapıya sahiptir.)
2- Su Alma Kısmı (Intake)
Hidroelektrik santrallerinin uygun bir yerine elektrik üretim aşamasında kullanılacak suyun alınacağı su girişleri yapılır. Bu kısımda su kanalları, borular,kuvvet tünelleri ve kapaklar bulunur.
Su alma kısmı elektrik üretiminde, suyun gerekli miktarda ve hızda verilmesi için ayarlanabilen kısımdır. Ayrıca, suyun içindeki taş,kum ve çakıl gibi cebri borulara ve türbinlere zarar verebilecek parçaların da tutulduğu kısımdır.
3- Cebri Borular
Türbin ile su taşıma kanalları arasındaki basınçlı borulara cebri boru denir. Hidroelektrik santrallerinde kullanılan cebri boruların en önemli özelliği su kanallarından alınan suyun basıncı arttırmak gibi bir role sahip olmasıdır.
Cebri borular çelik malzemeden üretilir. Ve bu boruların su türbinine yaklaşan kısımlarının çapları daha küçüktür. Bunun sebebi, suyun basıncını arttırmaktır.
Hidroelektrik santrallerinin maliyetinin en büyük kısımlarını cebri borular oluşturur.
4- Valf,Vana ve Savaklar
Cebri boruların giriş kısmına boru emniyet vanası, çıkış kısmına ise türbin vanası konulur. Cebri boruda arıza,yırtılma,kayma olursa bakım aşamasında boru giriş kısmına konulan emniyet vanası kapatılarak su girişi önlenir.
Hidroelektrik santrallerinde kullanılan vana tipleri şunlardır;
- Sürgülü Vana,
- Küresel Vana,
- Konik Vana,
- Kelebek Vana,
- Basınç Düşürücü Vana.
Cebri boru emniyet vanaları kelebek tipi vanalardır. Türbin durdurulduğunda sulama ve başka amaçla su verilmesi gerektiğinde sürgülü vana ve konik vanalar ile su kesilir. Basınç düşürücü vanalar ise yüksek düşülü hidroelektrik santrallerinde basıncı ayarlamak için kullanılır.
5- Süzgeçler
Süzgeçler hes santrallerinin su alma kısımlarının girişine konularak, baraj suyundaki kum,çakıl,taş ve odun gibi cisimleri tutarak türbinlerin zarar görmesini engeller. Kış aylarında ise, süzgeçlerin donmasını engellemek için süzgeçlere sıcak su gönderilerek buzlanması engellenir.
6- Türbinler
Türbinler suyun kinetik enerjisini mekanik enerjiye çeviren kısımlardır. Türbin çeşitleri, suyun debisine, düşüşüne ve basıncına göre farklı şekilde bulunur. Hidroelektrik santralleri için kullanılan türbin çeşitleri şunlardır;
- Kaplan Türbinleri,
- Francis Türbinleri,
- Pelton Türbinleri.
Hes tesislerinde kullanılan türbin çeşitleri bunlardır.
a) Kaplan Türbinleri
Kaplan türbinleri, alçak düşü ve yüksek debiler için en uygun türbinlerdir. Verimleri oldukça yüksektir ve bu yüzden çok geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Alternatör şaftı ile beraber düşey olarak yerleştirilir. Uskurdaki kanatçık sayısı 3-8 adet arasındadır. Bu türbinlerin kanatçıkları sabit değildir.
Yapısal olarak Francis Türbinlerine benzer. Ama kaplan türbinlerinde değişen yük durumlarına göre kanatçıklar, yağ basıncı ile çalışan ve rotor gövdesine bağlı bir servo motor ile otomatik olarak ayarlanır.
Eğer yük sabit ise, sabit kanatçıklı kaplan türbinleri tercih edilir.
Büyük ünitelerde rotor çapı 10 metre’yi bulabilmektedir. Ve türbin çıkışları 10 MW ile 235 MW arasında değişebilmektedir.
Kaplan türbinlerinin çalışma prensibi, suyun itme gücü ile değil, suyun rotor çıkışında ki ivmelenmesi ile oluşan tepki kuvveti ile sağlanır. Yapıları genel olarak düşey olup, salyangozlu ve salyangozsuz olmak üzere 2 farklı şekilde yapılır.
b) Francis Türbinleri
Hidroelektrik enerji santrallerinde kullanılan diğer türbin çeşidi Francis Türbinleridir. Bu türbinler hızlarına göre 3 gruba ayrılır. Bunlar hızlı, orta hızlı ve yavaş olanlarıdır. 300 metre’ye kadar olan düşüler ve genelde orta basınçlı hidroelektrik santrallerinde kullanılır.
Bu türbinlerin çalışma prensibi de kaplan türbinlerinin çalışma prensibi ile aynıdır. Suyun, çarklara girişi ve çıkışında oluşan basınç farkında ki kuvvet ile çalışır. Bu türbinlerde rotor kanatları sabittir.
c) Pelton Türbinleri
Pelton türbinleri impuls tipi türbinlerdir. Bu türbinler 300 metreden daha yüksek düşülerde kullanılır. Yani düşü yüksekliğinin çok fazla ve işletme debisinin küçük olduğu hidroelektrik santrallerinde kullanılır.
Pelton türbinlerinin verimi çok yüksektir.
Bu türbinlerde su, uygun şekil ve çaptaki borulardan geçirilip çıkış kısmında su jeti haline getirilir ve kap şeklinde ki rotor kanatlarına püskürtülerek, kinetik enerji türbin rotorun da mekanik enerjiye dönüştürülür. Üretilen enerji, püskürtülen enerji miktarına bağlı olarak değişir.
Pelton türbinlerinde en yüksek verim, rotor hızının, su jeti hızının yarısı kadar olduğun da elde edilir.
7- Jeneratörler
Jeneratörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makinalardır. Jeneratörler, stator ve rotor olmak üzere iki ana parçadan oluşur.
Hidroelektrik santrallerinde ki jeneratörlerin rotoru, türbinin hareketi ile döndürülür. Rotorun uyartım sargılarından geçen doğru akım, sabit manyetik alan oluşturur. Rotorun dönmesi ile bu manyetik alan, stator üzerinde döner manyetik alan etkisi meydana getirir. Stator sargıların da oluşan döner manyetik alan sargılarında, aralarında 120 derecelik faz farkı olan 3 fazlı gerilim endükler.
8- Dağıtım Tabloları
Hidroelektrik santraller de üretimin sürekliliği ve işletmenin güvenliği için yardımcı üniteler kullanılmaktadır. Bu üniteleri kontrol edebilmek için, santrallerde kontrol odaları yapılır ve tüm üretim bu kontrol odaları ile izlenir ve yönetilir.
Ayrıca, hidroelektrik santralinin ürettiği akım,voltaj ve güç gibi değerler de sürekli takip edilir.
Bu kontrol odalarında, uyartım sistemleri, regülatörler, kumanda ve güvenlik sistemleri ile haberleşme sistemleri kullanılır.
Hidroelektrik Santrallerinin Avantajları
Hidroelektrik santrallerinin bazı avantajları şunlardır;
- Yakıt masrafları yoktur,
- Kullanılan eleman(işçi) sayısı azdır,
- Enerjinin birim maliyeti düşüktür,
- Verim kaybına uğramaz,
- Yapısı basit ve sağlamdır,
- Bakım maliyetleri düşüktür,
- Yük değişimlerine uyum sağlar,
- Kayıp oranı çok düşüktür,
- Çevreyi kirletmez.
Dünyanın En Büyük Hidroelektrik Santralleri
1- Three Gorges Dam Hidroelektrik Santrali (Çin,22.500 MW üretim kapasitesi)
2- Itaipu Dam Hidroelektrik Santrali (Brezilya-Paraguay, 14.000 MW üretim kapasitesi)
3- Xiluodu Dam Hidroelektrik Santrali (Çin, 13.800 MW üretim kapasitesi)
4- Guri Dam Hes Santrali (Venezuela, 10.235 MW üretim kapasitesi)
5- Tucuruí Dam Hes Santrali (Brezilya, 8.370 MW üretim kapasitesi)
Türkiyenin En Büyük Hidroelektrik Santralleri
1- Atatürk Barajı Hes Santrali (Şanlıurfa, 2.405 MW üretim kapasitesi)
2- Karakaya Barajı Hes Santrali (Diyarbakır, 1.800 MW üretim kapasitesi)
3- Keban Barajı (Elazığ, 1.330 MW üretim kapasitesi)
4- Altınkaya Barajı Hes Santrali (Samsun, 703 MW üretim kapasitesi)
5- Birecik Barajı Hes Santrali (Şanlıurfa, 672 MW üretim kapasitesi)
