Hidrolik Enerji

HİDROLİK ENERJİ Hidrolik enerji de güneş enerjisinin sağladığı hidrolojik çevrim neticesinde oluşan bir enerji kaynağıdır. Deniz, göl veya nehirlerdeki sular güneş enerjisi ile buharlaşmakta, oluşan su buharı rüzgârın etkisiyle de sürüklenerek, dağların yamaçlarında yağmur veya kar halinde yer yüzüne ulaşmakta ve akarsuları beslemektedir. Böylelikle hidrolik enerji kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı olmaktadır.

Hidrolik çevrim

Hidrolik enerji, suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesiyle sağlanan bir enerji türüdür. Suyun belli bir yükseklikten düşmesi sonucu açığa çıkan enerji, türbinlerin veya su çarklarının dönmesini sağlamaktadır. Elde edilen mekanik enerji, başka amaçlarla kullanılabildiği gibi, türbin hareketi bir jeneratöre aktarılarak elektrik enerjisi de elde edilebilmektedir.

Hidrolik potansiyel, yağış rejimine bağlıdır Hidrolik potansiyel, yağış rejimine bağlıdır. Dolayısıyla, hidrolik enerji, iklim şartlarındaki değişimlere karşı hassas bir enerji türüdür. Hidroelektrik santraller, diğer enerji üretim türleri arasında en düşük işletme maliyetine, en uzun işletme ömrüne ve en yüksek verime sahiptirler. Türkiye, 25 adet hidrolojik havzaya ayrılmıştır. Havzaların ortalama yıllık toplam akışları 186 milyar m3 tür.

DÜNYA HİDROELEKTRİK POTANSİYELİ * TANIMLAMA TEORİK POTANSİYEL (GWh) TEKNİK EKONOMİK AFRİKA 4.000.000 1.665.000 1.000.000 ASYA 19.000.000 6.800.000 3.600.000 AVUSTRALYA/OKYANUSYA 600.000 270.000 105.000 AVRUPA 3.150.000 1.225.000 800.000 KUZEY VE ORTA AMERİKA 6.000.000 1.500.000 1.100.000 GÜNEY AMERİKA 7.400.000 2.600.000 2.300.000 DÜNYA 40.150.000 14.060.000 8.905.000 TÜRKİYE 433.000 216.000 160.000** * Kaynak : Hydropower & Dams World Atlas

ÜLKEMİZİN SU POTANSİYELİ Yıllık Yağış : 501 milyar m3 Yıllık Kullanılabilir Yerüstü Suyu : 98 milyar m3 Yıllık Kullanılabilir Yeraltı Suyu : 14 milyar m3 Yıllık Toplam Kullanılabilir Su : 112 milyar m3 DSİ Sulamalarda Kullanılan: 32 milyar m3 (% 73) İçme Suyunda Kullanılan : 7 milyar m3 (% 16) Sanayide Kullanılan : 5 milyar m3 (% 11) Toplam Kullanılan Su : 44 milyar m3

HİDROELEKTRİK POTANSİYEL VE FİİLİ ÜRETİM Türkiye’nin hidroelektrik teknik potansiyeli; Dünya potansiyeli içinde % 1.5, Avrupa’da % 17.6 paya sahiptir. (Rusya’dan sonra ikinci sırada)

Türkiye’de elektrik kurulu gücün enerji türlerine göre dağılımı Kurulu Güç: 62 GW (enerji.gov.tr - Ekim, 2013)

HİDROELEKTRİK KURULU GÜÇ GELİŞİMİ Devlet Özel Sektör (MW /yıl) HİDROELEKTRİK KURULU GÜÇ GELİŞİMİ

HİDROELEKTRİK SANTRALLAR Anadolu’da ilk baraj, Hititler tarafından MÖ. 1300 yılında inşa edilmiştir. Dara Barajı, Anadolu’da Mardin’de 6. yüzyılda kurulmuştur ve bu baraj dünyadaki ilk ince kemer tipli baraj olarak kaydedilmiştir. Osmanlılar zamanında İstanbul’da inşa edilen su taşıma sistemlerinin ve barajların bazıları hala kullanımdadır. Türkiye Cumhuriyeti dönemindeki ilk baraj 1936 yılında açılan ve Ankara’nın içme suyunu temin amacıyla yapılan Çubuk-1 Barajıdır.

Türkiye’de 1950’lerde yılda sadece 800 GWh enerji üretimi kapasitesi varken, bugün bu oran yaklaşık 400 kat artarak yılda 310.000 GWh düzeylerine ulaşmıştır. 62 GW’a ulaşan kurulu güç ile yılda yaklaşık 360.000 GWh enerji üretimi mümkündür. Arızalar, bakım onarım, işletme programı politikası, küresel ekonomik kriz, tüketimde talebin azlığı, kuraklık, randıman vb. sebeplerle, kapasite kullanımı % 74 düzeylerinde gerçekleşmektedir.

Hidroelektrik Santrali Nasıl Çalışır?

Hidroelektrik santralar ırmaklara kurulan barajlar üzerinde yapılmaktadır. Barajların, elektrik üretiminin yanı sıra; Yerleşim yerlerinin suyunu karşılama Sel ve taşkınları önleme Tarım arazilerini sulama Balıkçılık Ağaçlandırmaya katkı Erozyonu önleme Turizmi geliştirme Ulaşım İklimde yumuşama gibi yararları vardır.

4628 sayılı Kanun gereğince piyasada faaliyet gösterebilmek için EPDK’dan lisans alma zorunluluğu getirilmiştir. Türkiye’de lisans almış işletmede olan veya incelemesi devam eden projelerin kurulu güç dağılımına bakıldığında, büyük çoğunluğunun 10 MW’ın altında küçük HES’ler olduğu görülür. DSİ tarafından EPDK’ya ulaştırılmamış olan projelerin de büyük bir bölümü 10 MW ve altında yer almaktadır. Türkiye’de halen üretilen hidroelektrik enerjinin %71’i kurulu güçleri 100 MW’ın üzerinde 30 adet santralden elde edilmektedir.

Türkiye hidroelektrik santralleri haritası

Hidroelektrik Santral Çeşitleri Hidroelektrik Santraller, çeşitli kriterlere göre sınıflandırılabilir. 1. Depolama Yapılarına Göre Depolamalı (rezervuarlı) HES’ler Nehir Tipi (regülatör) HES’ler 2. Düşülerine Göre Alçak düşülü HES’ler (H<10m) Orta düşülü HES’ler (H= 10-50 m arası) Yüksek düşülü HES’ler (H>50 m den büyük)

3. Kurulu Güçlerine Göre Çok küçük (mikro) kapasiteli (<100 kW) Küçük (mini) kapasiteli (100-1000 kW) Orta kapasiteli (1000-10000 kW) Büyük kapasiteli (>10000 kW) 4. Ulusal Elektrik Sistemi Yükünü Karşılama Durumuna Göre Baz Yük HES Puant (Pik)Yük HES Hem Baz hem de Puant (Pik)Yük HES

5. Baraj Gövdesinin Tipine Göre Ağırlıklı Beton Gövdeli Barajlı HES Beton Kemer Gövdeli Barajlı HES Kaya Dolgu Gövdeli Barajlı HES Toprak Dolgulu Gövdeli HES vb. 6. Santral Binasının Konumuna Göre Yer Üstü HES Yer Altı HES Yarı Gömülü veya Batık HES

Hidroelektrik Santrallerin Yapısı Baraj gövdesi ve gölü Nehir suyunun depolanması ve düşünün elde edilmesine hizmet eder.

Su yolları tesisleri Su iletim kanalı veya su iletim tüneli (basınçsız tünel) veya enerji tüneli (basınçlı tünel) veya cebri boru vs.

Santral binası İçine türbinler ve yardımcı sistemler ile jeneratörler gibi elektromekanik; koruma, kontrol‐kumanda gibi elektrikli teçhizatın yerleştirilmesine yarayan binadır. Santral çıkış suyu kanalı Türbinlerden çıkan suyun nehir yatağına iletimini sağlayan bir tesistir. Şalt tesisleri Transformatörler, elektrikli devre kesicileri, ayırıcılar gibi elektrikli teçhizatın monte edildiği bölümlerdir.

Dip savak tesisleri Baraj gölü suyunu gerektiğinde nehir yatağı mansabına bırakmaya yarayan tesislerdir. Dolu savak tesisleri Aşırı yağışlı yıllarda baraj gölü maksimum su seviyesine kadar dolduğu zaman, baraj gövdesinin zarar görmemesi için fazla gelen suların nehir yatağının mansabına atılmasını sağlar.

Hidroelektrik Santrallerin Ana Elemanları Salyangoz (spiral) Cebri boru sonuna monte edilen, salyangoz biçimindeki basınçlı su haznesi, suyun çarka çevresel olarak ve her bir noktadan eşit debide girmesini sağlar. Sabit kanatçıkları suya yön verir, açılıp-kapanabilir kanatçıkları ise çarka verilen suyun debisini ayarlar.

Jeneratör Elektrik enerjisinin üretildiği elemandır. Rotor, stator, yatak, soğutma sistemi, koruma sistemi, kumanda sistemi, doğru akım sistemi, kesici ve ayırıcılardan oluşur. Elektrik enerjisi stator sargılarından alınır. Türbin Çark, şaft, kapak, hız regülatör sistemi, türbin yatağı ve soğutma sisteminden oluşur.

Transformatör: Gerilimi yükseltme ya da alçaltma işlevini üstlenmişlerdir. Tek fazlı, üç fazlı olabilirler. Şalt alanı Transformatörden çıkan yüksek gerilimli enerjinin iletim hatlarına bağlantı noktasıdır. Kesiciler, ayırıcılar, topraklama sistemi, koruma sistemi gibi kısımları vardır.

TÜRBİNLER Türbinler, akışkanın hidrolik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Basit olarak bir mil ve mil üzerindeki kanatçıklardan oluşurlar. Sistemdeki akışkan (su) türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir. Hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür ve jeneratörler ile elektrik üretilir. Su türbinleri kullanım alanlarına, ürettikleri güce, güç üretme biçimlerine göre değişik şekillerde sınıflandırılabilirler.

Düşü değerine göre türbinlerin sınıflandırılması Düşü Sınıfı Türbin Tipi Aksiyon (Etki) Reaksiyon (Tepki) Yüksek Düşü (>50m) Pelton Turgo Multi‐jet Pelton Orta Düşü (15‐50m) Cross‐flow Turgo Francis (salyangozlu) Düşük Düşü (<15m) Francis (açık su odalı) Propeller Kaplan

Özgül hızlara göre türbinlerin sınıflandırılması Türbin Tipi Özgül Hız (ns-d/dak) Pelton 12‐30 Turgo 20‐70 Cross‐flow 20‐80 Francis 80‐400 Kaplan 340‐1000

PELTON TÜRBİNLERİ 150 m brüt düşünün üzerinde Pelton türbini kullanılır. Mikro hidrolik sistemlerde daha alçak düşülerde de bu türbin kullanılabilir. Bu tip türbinlerde suyun enerjisi önce bir borudan geçirilip, çıkış ağzında su jeti haline getirilerek, kinetik enerjiye dönüştürülür. Daha sonra bu jet, kap şeklindeki rotor kanatlarına püskürtülür. Pelton türbinleri, düşey veya yatay olarak konumlandırılır. Jetlerin sayısını artırarak bir rotordan sağlanan gücü arttırmak mümkündür.

Pelton Türbin yapısı ve çalışma prensibi

Güç artıkça bu tip türbinlerin çarkının çapı büyür ve türbin yavaş döner. Eğer bu durum problem olarak kabul edilmezse Pelton türbini rahatlıkla alçak düşülerde de kullanılabilir.

15.09.2018

TURGO TÜRBİNLERİ Çalışma prensibi bakımından Pelton türbinlere benzeyen Turgo türbinlerin kepçe yapıları farklılık gösterir. Düşük maliyet, daha hızlı devir sayısı gibi özellikleri vardır. Aynı güçteki bir Pelton türbinin çark çapının yaklaşık bir buçuk katıdır. Bu da daha yüksek devir sayılarına çıkmasını sağlar.

BANKİ (Michell - Ossberger) TÜRBİNLERİ Banki türbin tipini Macar asıllı Banki ile İngiliz asıllı Michell bulmuştur. Genel olarak Banki (Michell-Ossberg) su türbini olarak adlandırılır. Küçük ve orta güçlü su kuvvetlerinde rahatlıkla kullanılır.. Verimleri % 80 civarıdır. Dönme sayıları ise 50 ila 200 d/dak arasında değişir. Su türbini, gövde, tambur tipi dönel çark ve yönelticiden oluşur. Bu tip türbinlerin en önemli özelliği suyun dönel çarktan iki kez girip çıkmasıdır.

Banki-Michell Ossberger Su Türbininin Genel Görünüşü

FRANCİS TÜRBİNİ Su, dönel çarka dıştan girip, çark kanatları boyunca aşağıya doğru giderek çarkı terk eder. Türbin tipi karşı basınçlıdır (Reaksiyon tipi). 600 m düşüye kadar çalışır ve 500 MW’a kadar güç elde edilebilr. Pelton türbinine göre avantajı, daha küçük boyutlarda imal edilerek, daha yüksek dönme sayılarında çalıştırılabilir. Türkiye’de DSİ denetiminde bulunan su türbini tesislerin büyük çoğunluğunda Francis tipi türbin kullanılmaktadır.

15.09.2018

Dikey Eksenli Francis Türbini

Francis Tipi Dönel Çark

KAPLAN (Uskur Tipi) TÜRBİNİ 1913 yılında Prof. Victor Kaplan tarafından patenti alınan bu türbin tipi eksenel olarak dönmekte ve etki türbinleri sınıfına girmektedir. Yani suyun girişi ile çıkışı arasında basınç farkı vardır. Yüksek debi ve alçak düşülerde (80 m altı) çalışırlar. Kaplan türbinleri ya salyangoz gövdeli veya boru tipi olarak imal edilirler. Kaplan tipi türbinler klasik nehir türbinleri olarak ta ifade edilirler. Kaplan türbininin, gemi pervanesine benzeyen, ama onun tersi biçimde çalışan bir çarkı vardır. Bu türbinlerde su giriş ve çıkışı aynı eksendedir.

Kaplan Türbin Çarkı ve Çalışma Prensibi

1- Giriş Izgarası, 2- Yöneltici çark, 3- Dönel çark, 4- Türbin mili, 5- Salmastralar, 6 - Konik dişli redüktör, 7- Jeneratör, 8- Kumanda panosu,

Bir Hidroelektrik Santralde Toplam Güç Çıkışı ve Kayıplar

ATATÜRK BARAJI KEBAN BARAJI

KARAKAYA BARAJI GÖKÇEKAYA BARAJI

HİDROELEKTRİK SANTRALLARIN ÖNCELİKLİ OLMASINI GEREKLİ VE ZORUNLU KILAN NEDENLER 1- EKONOMİK Yatırımda En Az Dışa Bağımlılık ve Döviz Harcaması En Uzun Ekonomik Ömür En Düşük İşletme ve Döviz Gideri Elektrik Üretiminde Ucuzluk, Rekabet İşletmede Esneklik, Sistemde Yük Dengelenmesi 2- ÇEVRESEL : En Düşük Emisyon, En Düşük Kirlilik Türkiye’nin Kyoto Protokoluna Uyumunda En Önemli Unsur Erozyonun Önlenmesi 3-TOPLUMSAL ve STRATEJİK : Enerji Depolanması Enerjide Dışa Bağımlılığın Azaltılması Yöre Halkına Ekonomik ve Sosyal Katkılar

Ayrıca barajların, elektrik üretiminin yanı sıra; Yerleşim yerlerinin suyunu karşılama, Sel ve taşkınları önleme, Tarım arazilerini sulama Balıkçılık Ağaçlandırmaya katkı , erozyonu önleme Turizmi geliştirme Ulaşım İklimde yumuşama gibi yararları bulunur.

ENERJİ TÜRLERİNİN ÇEVRESEL ETKİLERİ

ENERJİ KAYNAKLARI VE KARBONDİOKSİT EMİSYONU

Enerji Santrallarının İlk Yatırım Maliyetleri Enerji Santrallarının İşletme Maliyetleri

UYGULAMALAR Doğal hayatın devamlılığı açısından, son on yılın ortalama akımlarının en az % 10’ unun mutlaka dere yatağına bırakılması sağlanmalıdır. Ayrıca endemik türlerle ilgili veya balık göçleriyle ilgili gerek görüldüğü takdirde bu oran artırılabilir. Tespit edilen su miktarına havzadaki diğer ihtiyaçların tespiti amacıyla hazırlatılan mansap su haklarında tespit edilen su miktarı ayrıca ilave edilmektedir.

HES projelerinde mansap suyu miktarının kontrolü amacıyla kurulan, AGİ (debi ölçerlerin) cihazlarının, on-line olarak DSİ Bölge Müdürlükleri tarafından kurdurulması ve anlık izlenmesi sağlanmaktadır. Sistemin kurulmaması ve cihazların çalıştırılmaması durumunda anlaşmalardan kaynaklanan cezalar verilmektedir. Bütün projelerde özelliğine göre balık geçitlerinin yapılması sağlanmakta, balık geçidi olmayan projelerin kabulü yapılmamaktadır.