HES’lerde Elektrik Bölümü Generatör Gerilim Regülatörleri Generatör İkaz Sistemi Ünite Kumanda ve Kontrol Panoları 3,3–18 kV Orta Gerilim Panoları Ana Güç Transformatörleri 30-36 kV Orta Gerilim Kapalı Şalt Panoları ve Teçhizatı 66-380 kV’luk Şalt Sahası Tesisleri Röle ve Kumanda Panoları İç İhtiyaç Transformatörü ve 400 V Şalterler 400v AC, 24 V DC, 48 V DC, 110 V DC Panolar Dizel Jeneratör Panosu

Akarsu Tipi (Barajsız) HES Elektrik üretmek için baraj yapılmaz. Akarsu, bağlama adı verilen bir sistem aracılığıyla kabartılarak su alınır. Alınan su bir tünel veya kanal yardımıyla az bir eğim oluşturacak şekilde, aynı veya başka bir akarsu yatağına bırakılır. Türbin ise bir köprü gibi kanalın üzerine kurulur. Böylece seviye farkından yararlanılarak elektrik enerjisi üretimi sağlanır. Barajsız hidroelektrik santrallerin kurulacağı akarsuyun türbin milini çevirebilecek potansiyele ve yıllık debisinin asgari elektrik üretimine yetecek kadar olması gerekir.

Akarsu Tipi (Barajsız) HES

Akarsu Tipi HES Bölümleri Regülatör ve Çevirme Yapıları Çökeltim Havuzu İletim Kanalı İletim Tüneli Yükleme Havuzu Denge Bacası Vana Odası ve Teçhizatı Cebri Boru Santral Binası Türbin Giriş Vanaları Su Türbinleri Emme Borusu Generatörler

Akarsu tipi santrallerde, pik (en yoğun) saatlerdeki yükü karşılamak için yükleme havuzları yapılır. Bu havuzlara yükün az olduğu saatlerde su pompalanır. Daha sonra pik saatlerinde bu havuzlardaki su ek enerji üretilmesinde kullanılır.

Dicle Nehri Botan kolu üzerinde 1 MW gücünde 5,2 m ortalama düşülü santral kurulmuştur.

Depolamalı Tip (Rezervuarlı) HES Akarsu üzerine barajlar yapılarak önce büyükçe bir yapay göl meydana getirilir ve burada su biriktirilir. Mevsimlik, yıllık veya çok yıllık hazneler oluşur. Dolayısıyla kurak geçen yıllarda bile bu tip HES’lerde elektrik üretilebilir. Barajlı HES, enterkonnekte sisteme uyum sağlar ve enerji üretimi ihtiyaca göre ayarlanarak pik saatlerdeki ihtiyaç kolayca karşılanır. Kuraklık dışında her an yeterli su potansiyeline sahiptir. Günümüzde dünyada en yaygın kullanılan HES çeşididir. Türkiye'de bugüne kadar uluslararası ölçütlere göre baraj niteliğinde olan 504 adet depolama tesisinin yapımı gerçekleştirilmiştir. Atatürk, Keban, Altınkaya, Karakaya HES’leri ülkemizin önemli depo tipi santrallerindendir.

Türkiye’deki bazı hidroelektrik santralleri ve özellikleri

Sır Barajı (depo tipi) ve HES (K.Maraş)

Med-cezir (Gel-git) HES Okyanuslarda, açık denizlerde meydana gelen gel-git olayından yararlanılarak elektrik enerjisi üreten santrallerdir. Yükselen deniz suyu bir koya (Haliç vb.) doldurulur. Su alma işi kapaklar yardımıyla yapılır. Boşalırken, dolarken veya her iki yönde çalışan tek ve çift hazneli gelgit tesisleri yapılmıştır. Su hazneye dolarken türbin çalışmaya başlar. Yükselme tamamlanınca su alma kapağı kapanır ve tutulan su kanal yardımıyla türbine verilir. Su boşalırken de türbin çalışır ve elektrik üretir. Suyun çekilmesi tamamlanınca kapaklar tekrar açılır ve su girişine hazır tutulur. Ülkemiz, gel-git enerjisi bakımından uygun değildir. Ancak dünyada uygulamaları vardır.

Dolarken ve boşalırken aynı türbin çalışabilir Dolarken ve boşalırken aynı türbin çalışabilir. Bu tesislerin en büyüğü Fransa'da Atlantik sahilindeki Rance Tesisidir. Bu santralde her biri 10 MW gücünde 24 türbin-generatör grubu vardır. Tesisi çalıştırmakta sadece bir kişi görevlidir çünkü tesis tam otomatik olarak çalışmaktadır.

Fransa Rance Gel-Git Santrali

Depresiyon HES Denizden seviye olarak alçakta olan çöllerde veya denize kıyısı olan sıcak bölgelerde, suyun fazla buharlaşmasından yararlanılarak elektrik üreten santrallerdir. Depresiyon HES’lerin çalışma prensibi şu şekildedir: Sıcak bölgedeki uygun bir koy, duvarlar vasıtasıyla denizden ayrılır. Denizden ayrılarak oluşturulan göldeki su, sıcaklığın etkisiyle hızla buharlaşır ve su seviyesi deniz seviyesinin altına düşer. Günlük ölçümlerle, buharlaşan su miktarı tespit edilir. Daha sonra günlük olarak buharlaşan su miktarına eşit debide deniz suyu, bu koya (göle) tünel yardımıyla akıtılır.

Tünelden gelen su, belli bir düşü ile türbine verilerek elektrik üretilir. Oluşturulan suni gölün, zamanla deniz suyundan toplanacak tuzu da alabilecek kapasitede olması gerekir. Bir diğer yöntem ise çöllerdeki deniz seviyesinden alçakta bulunan çukurlara, deniz suyunun taşınması ve aynı yöntemle elektrik üretilmesidir. Uygulanması planlanan en büyük proje, Kattara çukurunda (Mısır-Kahire) bu yöntemle elektrik üretme projesidir. Kattara çukuru deniz seviyesinden 135m aşağıdadır. Akdeniz'in suyu, 80 km uzunluğundaki tünellerle bu çukura taşınacak ve 60m düşü yüksekliği ile elektrik üretilebilecektir.

Pompaj Depolamalı HES (PHES) Termik santraller talep değişimlerine kolayca uyum sağlayamamaları nedeniyle baz yükte; HES’ler ise kolayca işletilip durdurulabilen ve aynı zamanda kısa bir sürede tam kapasite yüke çıkışa uyum sağlayabilmeleri nedeni ile pik talebin karşılanmasında kullanılmaktadır. Talebin karşılanmasında rezervuarlı HES’lerin yetersiz kalması durumunda, güvenli bir güç kontrol sistemi tesis etmek, frekans kontrolü yapmak, büyük kapasiteli santrallerin (termik, nükleer) devre dışı kalmaları durumunda yedek güç olarak PHES’lere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu santraller genel olarak, güç talebinin düşük olduğu zamanlarda suyu yüksekte bir haznede depolamak ve bu şekilde biriktirilen sudan puant zamanlarda hidroelektrik enerji elde etmek amacıyla planlanmaktadır.

Pompaj Depolamalı HES (PHES)

Pompaj Depolamalı HES (PHES) İlk pompaj depolamalı sistem kullanımı 1890’larda İtalya ve İsviçre’dedir. PHES’lerin dünyadaki durumuna bakıldığında; yaklaşık olarak 135 GW’ın üzerinde kurulu güç ile 39 ülkede işletmededir. Bu ülkeler arasında 25000 MW’lık kurulu güç ile Japonya ilk sırada yer almaktadır. Bu güç Japonya’nın toplam kurulu gücünün yaklaşık %10’una karşılık gelmektedir. Çin’in PHES potansiyeli hızla artmakta ve yakın gelecekte dünya ülkeleri arasında ilk sırayı alması beklendiği ifade edilmektedir. Elektrik enerjisinin %99’unu hidrolik kaynaklardan elde eden Norveç’te yaklaşık 1300 MW kurulu güçte PHES işletmededir.

Pompaj Depolamalı HES (PHES) Ülkemizin hidrolik kaynaklarının tamamı işletmeye alınmadığı gerekçesi ile PHES planlamalarına karşı çıkanlar vardır. Dolayısıyla ülkemizde örneği yoktur. Lüksemburg'da VIANDEN ve Almanya'nın Stuttgart yakınında 90 MW gücünde 283 m düşüde ve türbin debisi 2x18 m/sn, pompa debisi 2x10 m3/sn olan GLEMS Santrali örnek gösterilebilir.

Dünyadaki PHES’ler

Itaipu dünyanın kurulu güç yönünden en büyük hidroelektrik santralidir Itaipu dünyanın kurulu güç yönünden en büyük hidroelektrik santralidir. Parana nehri üzerinde Brezilya ve Paraguay arasındadır. 12870 MW gücündeki tesis, 18 türbinden ibarettir.

Santrallerin Elektriksel Donanımları Santrallerdeki elektrik enerjisi üretiminde kullanılan üniteler şunlardır: Alternatör (Generatör) ve uyartım sistemleri (Ana ve yedek) Devir ve gerilim ayar sistemleri (Regülatörler) Transformatörler ve akü şarj sistemi ile kesintisiz güç kaynakları Santral kumandası ve güvenlik devresi sistemleri Ölçü ve kontrol elemanları Elektrik santrallerinde, öncelikle mekanik enerji elde edilir ve bu enerji generatör miline aktarılır. Generatörler ise mekanik enerjiyi alternatif elektrik enerjisine dönüştürür. Generatörlerin ürettikleri gerilim, güç trafoları yardımıyla yükseltilerek alıcılara gönderilir.

Jeneratörde üretilen elektrik enerjisi, önce kablolar yardımıyla dağıtım odasına aktarılır. Dağıtım odasından güç trafosuna, güç trafosundan da yükseltilerek kesiciye gelir. Kesiciden bara ayırıcılarına, bara ayırıcılarından baralara, baralardan tekrar kesiciye, kesiciden hat çıkış ayırıcısına, oradan da enerji nakil hatlarına iletilerek alıcılara gönderilir. Bu sistem dönüşümünü sağlayan şalt sahalarıdır. Bir santralde enerji üretiminin sürekliliği ve işletme güvenliği, yardımcı ünitelerin kaliteli ve hızlı devreye girmesi ile sağlanır.

Enerjinin sürekliliği bakımından, bir arıza sırasında yardımcı ünitelerin hemen devreye girebilmesi için alınacak önlemler şunlardır: Enterkonnekte şebekeden alınacak bir hatla santralin kendi gereksinimini temin edebilecek bir transformatör bağlantısı olmalıdır. Santralde yedek olarak bir dizel alternatör sistemi bulunmalıdır. Akü ve akü şarj sistemi bulunmalıdır.

Santral Kumanda ve Güvenlik Devresi Sistemleri Elektrik enerjisi üretiminde kullanılan tüm sistemlerle ilgili gözlem, ölçüm, kontrol ve gerektiğinde müdahale santral kumanda odalarında yapılır. Kumanda odalarında santrallerin bütün birimlerini ayrı ayrı kontrol ve kumanda edebilecek sistemler vardır. Genellikle duvar ve masa tipi panolarla ve monitörlerle donatılmışlardır. Enerji üretiminde kullanılan tüm birimlerle ilgili bilgiler, otomatik kumanda yoluyla panolarda bulunan ışıklı veya sesli cihazlara iletilir. Ayrıca, panolarda bulunan ölçü aletlerinden olumlu veya olumsuz tüm durumlar gözlemlenip kaydedilebilir.

Atatürk Barajı HES Kumanda Odası

Santral kumanda merkezinde enerji kesilmesine karşı, kontrol ve güvenlik sistemine yedek enerji sağlayan sistemler kurulmalıdır. Bu konuda komşu santral ile yapılan bağlantılardan ya da akü şarj sistemlerinden yararlanılabilir. Kumanda masalarında, haberleşmeyi sağlayacak kuranportör (telefon) sistemi de bulunur. Kumanda odalarında 24 saat boyunca ilgili teknik elemanlar hazır bulunur. Teknik elemanlar, her türlü müdahale ve kontrolü yapabilecek bilgi ve tecrübeye sahip olmalıdır.

Santraller Arası Haberleşme Sistemleri YG şebekelerinde santraller, trafo merkezleri ve dağıtım merkezleri arası haberleşme, güvenli ve sürekli bir besleme yapabilmek için çok önemlidir. Haberleşme için kuranportör cihazlarının yanı sıra, telefonlar ve telsizlerden de yararlanılır. Son dönemde yapılan çalışmalarla santraller ve enerji iletim- dağıtım şebekeleri arası haberleşmeler cep telefonu üzerinden de gerçekleştirilmektedir.

Santraller Arası Haberleşme Sistemleri Santraller arası haberleşme, kuranportör denilen cihazlarla sağlanır. Kuranportör bir nevi telefondur. Haberleşme yüksek gerilim iletkenleri üzerinden yapılır. Ayrıca haberleşme iletkeni kullanılmaz. Kuranportör cihazı, yüksek frekans sinyali üzerine daha alçak frekanslı bir sinyalin bindirilmesini ve uzak mesafelere gönderilmesini sağlar. Yüksek gerilimin frekansı 50Hz olmasına karşın, kuranportör cihazı ile yapılan haberleşme frekansı 35-490 kHz'dir.

Türbinler HES’lerde türbin tipinin belirlenmesinde, türbini döndürecek suyun basıncı ve debisi etkilidir. Bütün türbinlerde duran kısma salyangoz, dönen kısma rotor denir. Su debilerine göre: Orta debilerde ve orta düşülerde (25-350m) Francis türbinler Büyük su debilerinde ve alçak düşülerde (2-40m) Kaplan türbinler Alçak su debilerinde ve çok yüksek su düşülerinde (60- 1000m) Pelton türbinler tercih edilir.

Türbin Çeşitleri Yatay/Düşey durumlarına göre: Francis Türbinler • Yatay Eksenli • Düşey Eksenli Kaplan Tipi Türbinler: • Rotor kanatları sabit olan pervane tipi • Rotor kanatları ayarlanabilen tipleri Pelton Tipi Türbinler: • Yatay • Düşey tipleri mevcuttur. Michell Banki Tip Türbinler: Bu tip türbinlerin kullanım sahaları çok dar olup küçük güçlerde ve köylerin enterkonnekte sisteme bağlanmaksızın elektriklenmesinde kullanılır.

Francis Türbinleri Eğri çark kanatları sayesinde suyun radyal olarak girdiği ve eksenel olarak çıktığı türbinlerdir. Düşü yüksekliği 25-350 metre olan orta düşümlü yerlerde, özellikle orta basınçlı olan santrallerde kullanılır. Salyangozlu ve açık su odalı olarak iki çeşittir. Salyangoz tipte 10-20 arasında değişen dağıtıcı kanat çark miline tutturulmuştur. Türbinin en önemli kısımları, salyangoz(dağıtım odası), ön dağıtıcılar, dağıtıcılar, çark kumanda çemberi ve emme borusudur. Bu türbinde rotor kanatları sabittir ve sevk kanalından gelen su rotordaki kanatlara çarparak mekanik enerji elde edilir.

Francis Türbinleri Francis türbinin fotoğrafı ve şekli

Francis Türbinleri Bu türbinler özgül hızlarına göre yavaş, normal ve hızlı olmak üzere üç gruba ayrılırlar; Yavaş dönen 60-125 d/d 350-150m düşülü, Normal dönen125-225 d/d 150-80m düşülü, Hızlı dönen 225-400 d/d 80-25m düşülü’dür. Özgül hız değerinin 60’dan küçük olmamasının nedeni bu durumda çark kanalının çok dar ve uzun olarak kayıpları arttırıp verimi düşürmesidir. Çıkış güçleri 10 MW ile 800 MW arasında değişir. Sabit yüklerde çok iyi verim alınabilir. Değişken yüklerde iyi verim alınan türbinler değildirler.

Bazı büyük güçlü Francis türbinleri:

Bazı büyük düşülü Francis türbinleri:

Kaplan Türbinleri Suyun eksenel akışla çarkı çevirmesi esasına dayanır, alçak düşüler ve yüksek debilerde kullanılan türbinlerdir. Bu türbinler nehir üstü santraller için çok ideal bir türbin tipidir. Kaplan türbinlerinin devirleri 300-1000 d/dk arasındadır. Yüksek özgül hızlarda kısmi yüklerdeki verimi düzeltebilmek ve türbine değişik yük ve düşülerde çalışma kolaylığı sağlayabilmek için bu türbinler hareketli palalı türbinlerdir. Özgül hızın bu kadar büyük olması türbin ve jeneratör boyutlarını küçülterek maliyeti azaltır bu nedenle Francis’ten daha avantajlıdır. Ülkemizdeki Yüreğir Hidroelektrik Santrali'nin türbini kaplan türbinidir.

Kaplan Türbinleri Ek olarak pala ayar mekanizmasını bünyesinde bulundurur. Kaplan türbinlerinin çarkında 3 ile 8 pala bulunur. Palaları sabit olan çarkların kullanıldığı türbinlere uskur türbinler denir. Büyük santrallerde sabit yükle çalışabilecek üniteler uskurlu, değişken yükle çalışacak üniteler ise kaplan çarklı olarak tertip edilir. Değişken düşülerde en uygun türbin tipidir. Salyangoz geometrileri Francis’teki gibi dairesel değil, hızlar daha düşük olduğu için genelde yarım daire şeklindedir.

Kaplan türbini kesiti

Kaplan Türbinleri Bazı yüksek güçlü kaplan türbinleri :

Kaplan Türbinleri Bazı büyük düşülü kaplan türbinleri:

Pelton Türbinleri Pelton türbinleri hız çarklarından çıkan suyun çark kepçelerine çarparak yaptığı etki ile çarkın dönmesinin sağlandığı türbinlerdir. Pelton türbinlerinin özgül hızları küçük olup francis türbinlerine oranla daha yüksek düşülerde kullanılırlar. Fakat debileri küçüktür. Pelton türbinleri genellikle büyük güçlerde düşey, küçük güçlerde yatay eksenli olarak tertiplenmektedir. Dakikada 32 devire kadar dönebilir. Pelton türbinlerinin kullanıldığı santrallere örnek olarak Hazar-I ve Kovada-II santralleri verilebilir.

Pelton Türbinleri

Michell Banki Türbinlere Örnek