Elektrik Enerjisi Üretimi, Dağılımı ve Depolanması Bölüm-4

Elektrik Enerjisi Dağılımı Teknolojide gelişme, 19. yüyılda, Elektrik jeneratörü ve elektrik motorunun icadından sonra mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmeye veya tersini yapmaya imkan verdi. Fosil yakıtların yanmasından elde edilen mekanik enerji, lokomotiflerde, imalat yerinde, buhar gemilerinde, olduğu yerde kullanılıyordu.

Elektrik Enerji Dağılımı Elektrik güç üretimi, mekanik enerijinin üretildiği noktadan elektrik enerijisi olarak, uzak mesafelerde kullanıcılara, grit sistemi ile ulaştırılmasına imkan sağladı. Buna paralel olarak, uzak mesafelerde, elektrik enerjisinin varlığı, yeni cihazların icadı ile (aydınlanma, iletişim cihazları, yeni elektrikle çalışan cihazlar gibi)

Elektrik Enerjisi Üretimi Bu gün, özellikle ülkemizde, elektrik enerjisi üretimi, Fosil yakıtlar, Hidrolik santrallerden üretilmektedir, ve Nükleer santrallerin de devreye sokulması planlanmaktadır. Fosil yakıt sistemlerinde,esas itibari ile 3 bileşeni önemlidir

Elektrik Enerjisi Yanmanın cereyan ettiği, ısının açığa çıktığı, Kazan ( Buhar kazanı), akışkan su Türbin, ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Jeneratör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

Elektrik Enerjisi Nükleer güç santrallerinde ise ısı, reaktör içerisinde, Uranyum’un fisyona uğraması sonucu açığa çıkar. Hidrolik santraller de ise, yakıt yoktur, su debisi ve düşü ile mekanik enerji, su türbinlerinde üretilir. Bunları ileri bölümlerde göreceğiz.

Elektri Üretimi Fosil yakıtların problemi: CO2 salınımları! Bunun için karbon dioksit, geliştrilmekte, ve güç santrallerinin verimini artırarak, karbondioksit salınımlarını azaltmağa çalışılmaktadır. Diğer tarftan, altenatif enerji kaynakları, yenilenebilir enerji kaynakları geliştrilmektedir.

Dağılım -Şebeke Bu bölümde elektrik enerjisi üretimi, şebekeye dağılımı, ve enerjinin depolanmasını göreceğiz. Bir güç santralinde, mekanik güç üretilir ve elektriki enerjiye(Elektriki işe) dönüştürülür, ve dağıtım şebekesine ve oradan ülkenin muhtelif bölgelerinde kullanıcıların hizmetine sunulur.

Dağılım-Şebeke 60- 500 kilovolt

Dağılım Elektrik enerjisi ihtiyacı hızla arttı. Bu sebepten, gelişmiş ülkelerde, enerjinin1/3’ü elektrik enerjisi olarak kullanılmaktadır. Kitabınızdaki Şekil 4.6’yı inceleyiniz; güç satralinde üretilen mekanik enerji, jeneratörle elektrik üretilmekte, voltajı yükseltilerek (yüksek voltajlı transformatör) nakil hatları (grit) ile uzak mesafelere dağıtılmakta, kulanılacağı bölgede de voltajı düşürülerek, son kullanıcılara verilmektedir (Şekil 4.6)

Dağılım Bu gün dünyada, elektrik enerjisi büyük kapasiteli, fosil yakıt, nükleer santraller de (1000-1500 MWe güçlerinde) ve hidrolik potansiyelden üretilmektedir. Mekanik güç, elektrik jeneratörleri ile AC akımı olarak dağıtım şebekesine verilmektedir.

Dağılım Elektrik şebekesinde bir çok güç santralleri mevcut olup, hepsi bu elektrik şebekesine bağlıdır ve bu şebekeye bağlı olan, her kullanıcının emrindedir. Bu santraller: Küçük santraller olabilir Gaz türbinli santraller-kombine sistemler Fosil yakıt yakan termik santraller Hidrolik santraller

Dağılım-Şebeke Nükleer santraller Doğal gaz santralleri Co-generation (kojenerasyon), combined (kombine) güç santrali vb. Bu santrallerin, bazılarında yakıt masrafları fazladır, bazılarında sıfırdır; bazılarında daha az olabilir; bazıları güvenilir bir kaynaktır, bazıları güvenilmez, veya dışa çok bağımlıdır.

Elektrik Şebekesi Elektrik enerjisi,yenilenebilir enerji kaynaklarından da üretilebilir. Bunların bazıları risklidir, yani her an, ihtiyacımız olduğu zaman hazır olmayabilir, örneğin rüzgar enerjisi, güneş enerjisi ile elektrik üretimi gibi. Üretilen elektrik enerjisine tam ihtiyaç olmadığı zamanlar, saatler olabilir. Bu dururumda, fazla enerji depo edilir. Depolama metotları kitabınızda verilmiştir.

Şebekede kayıplar DC ve AC dağıtım şebekelerinde kayıplar mevcuttur, ve değeri W= i2R olup, R hattın direncidir. Bu direnci azaltmak için bakır, belirli bir güç için, iletim hatlarının kesitlerinin büyültülmesi, ve akımın minimize dolayısı ile akımın çok yüksek voltajlarda şebekeye gönderilmesi gerekir: W=i.V ( v= 60- 500 kV)

Dağılım-Elektrik Şebekesi Ülkemizde de dağılım, elektrik şebekesi, inter-konnekte ve, sistemle son kullanıcılara ulaştırılmaktadır. Dağıtım şebekesinde voltaj yüksektir (60- 500 kilovolt), kullanılan son bölgelerde voltaj tekrar 12-35 kilovolta düşürülür. Oturma bölgelerinde tekrar yerel transformatörler ile 110-120 volta düşürülerek evlerde rahatça kullanılmaktadır. Şekil 4.6 inceleyiniz.

Şebeke kayıpları ve Ekonomi Dağıtım hatlarının enerji verimliliği ve dağılımı, tamamen ekonomik bir tercihtir. Yapılan masrafların elektrik enerjisi kazancı ile amortismanı söz konusudur. Elektrik sistemlerinde,nakil ve dağıtım şebekelerinin kaybı genel olarak % 5-10.

Elektrik Enerjisi İhtiyacı Daha evvel belirtmiş olduğumuz gibi, elektrik enerji ihtiyacı 24 saat değişir. Kitabınızdaki Şekil 4.1’i iyice inceleyiniz.

Şekil 4.1 Gece-gündüz 24 saat boyunca elektrik enerjisi ihtiyacı

Dağılım Bu şekil, ülkeden ülkeye, yerel şartlara, endüstrinin ihtiyacına göre değişir.

Dağılım ve Depolama Enerji ihtiyacının az olduğu saatlerde, bazı santraller devreden çıkarılabilir, yakıtı ucuz olan ve termodinamik bakımdan verimi yüksek, güvenilir bazı santraller çalışmaya devam eder. Bu santrallere baz santral denir. Bu santraller minimum ihtiyacı karşılayan santrallerdir.

Dağıtım Şebekesi Ortalama enerji ihtiyacının üstünde enerji ihtiyacı için, yeni santraller devreye girer veya elektrik enerjisi depolama sistemi varsa, bu enerji ihtiyacının ortalama ihtiyacın üstünde olduğu saatlerde kullanılır ve “peak load” karşılanmış olur.

Elektrik Enerjisi Depolama Elektrik sistemlerinde depolanıp, şebeke tekrar verilen bir sistem yok denecek kadar azdır, zira elektrik üretip satanlar daima ihtiyaca göre üretir.Yalnız, hidrolik santrallerde pompalı depolama vardır. Kitabınızdan okuyunuz! Depolama: Elektrik enerji depolama, Manyetik enerji depolama, elektrokimyasal depolama mekanik enerji depolama, Flywheel.Bunlar kitabınızda verilmiştir. Fiziğine girmeden genel bilgisinden sorumlusunuz.

Depolama Elektrik güç santrallerinde,elektriğin az kullanıldığı anlarda, pompa ile suyun daha yüksek bir seviyeye pompalanarak, enerji potansiyel enerji olarak depolanır ve sonra, depolanan su turbojeneratör sisteminden geçerek ve daha aşağıda bir rezervuarda toplanır.W=m.g.h?

Depolama Fakat, elektrik enerjisi genel olarak üretildiğinde kullanılır ve sistemde ihtiyaca göre üretilir. Yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektrik enerjisi( PV, rüzgar, solar, med-cezir) üretildiğinde kullanılmayabilir, yani enerji ihtiyacının olmadığı zamanlarda hazır olabilir, ve depolanır.

Dağılım-Elektrik Şebekesi Ülkemizde de dağılım, elektrik şebekesi, inter-konnekte ve, sistemle son kullanıcılara ulaştırılmaktadır. Dağıtım şebekesinde voltaj yüksektir (60- 500 kilovolt), kullanılan son bölgelerde voltaj tekrar 12-35 kilovolta düşürülür. Oturma bölgelerinde tekrar yerel transformatörler ile 110-120 volta düşürülerek evlerde rahatça kullanılmaktadır. Şekil 4.6 inceleyiniz.

AC/DC akım Elektrik güç,AC akımı olarak interkonnette sisteme bağlıdır. Diğer taraftan, önemli DC, doğru akım kullanan sistemler vardır: Telefonlar, bilgisayarlar gibi çeşitli haberleşme sistemleri DC kullanır. Arabalarda üretilen AC akımı alternatörde 12 Voltluk DC akımına çevrilir ve akü, ışıklar, radyo, vantilatör vb. DC kullanır.

Kitabınızdan okunacak kısımlar AC/DC dönüşümü: Elektrik genel olarak AC olarak üretilir ve kullanılır, fakat Arabalarda da dahil, bir çok alet DC kullanır, bütün haberleşme sistemleri, elektrikli trenler DC kullanır. “Rectifier” converts AC to DC. “Inverter” DC akımı, AC akımına dönüştürür. Bu kısmı, dikkatli okuyunuz.

Rectifier AC akımını, DC doğru akıma çeviren bir elektrik devresidir ve mevcut diodes, akımın yalnız bir yönde akımına müsaade eder.Bu dönüşümde bir güç kaybı vardır.

DC –Doğru akım Fotovoltaik (PV- güneş pilleri) , ve Yakıt Pilleri DC, doğru akım üretir.Eğer şebekeye bağlanacak olursa “inverter” ile AC akımına dönüştürülür, ve yine bir güç kaybı vardır.

Sistemden Kayıplar Alternatif ve doğru akım(AC-DC) devrelerinde, şebekede i.i.R değerinde bir kayıp vardır ve bu kayıp şebekenin R direncine bağlıdır.Bunu azaltmak için, kablo tel kalınlıkları fazla yaparak akımı minimuma indirip voltaj farkını çok artırarak yapılır.(500-1000 kV gibi).Nakil ve dağıtım kayıpları % 5-10 seviyesinde olmalı.

Okuyunuz! 4.4.3 Elektro-kimyasal depolama: Aküler hakkında fazla kimyasal olaylara girmeden bilgi sahibi olmak yeterlidir. 4.4.4 Mekanik depolama: Pompalı hidro güç! Flywheel enerji depolama!

Depolama sistemlerin özellikleri 4.4.5 bu kısmı okuyunuz ve Tablo 4.2 de değerlerin manalarını iyice anlayınız. Verim= out put power/input power

Depolama verimliliği

Sonuçlar-Özet - Elektrik- Üretim- Dağılım -Elektrik ihtiyaca göre üretilir ve dğıtılır -Elektrik şebekesi “Peak” ihtiyacı karşılamalıdır; “peak” ihtiyacı ortalama değerin % 25 üzerinde olabilir. - Elektrik enerjisi akülerde depolanabilir. Diğer depolama sistemleri

Problems Problemler: 4.1, 4.4, 4.5 Çözümler için Çağı’nda Çözüm kitabı!

Elektro-Kimyasal Depolama Elektrik enerjisinin depo edildiğini ve tekrar kullanıp, tekrar devreye bağlayarak, doldurulan AKÜ lerden bahsediyoruz. Örneğin arabalarda kullanılan aküler gibi. W= V.i dt kWh

Aküler Akülerde, negatif ve pozitif iki elektrot ve bir elektrolit vardır. Elektrotlar, kimyasal enerjiyi depolar ve akü boşalması, bu kimyasal enerjinin elektrik enerjisine çevrilmesisdir. Akünün, doldurulması bunun tersi bir işlemdir. Doldurma esnasında yapılan iş boşaltme esnsında alınan işlen daha fazladır ve kayıp söz konusudur.

Aküler Elektrot reaksiyonları, elektrot yüzeylerinde, elektrik enerjisini abzorbe eder veya açığa çıkarır. Elektrot birim hacim başına yüzeyi artırmak için “sünger” porous” tipi bir yapıya sahiptir. Dolayısı ile, elektrot malzemesinin birim kütlesi başına enerji depolanması maksimum olur.

Kurşun- asit tipi akü Pozitif Elektrot (PbO2), negatif elektrot (Pb) Negatif Elektrot reaksiyonu: Pozitif Elektrot Reaksiyonu: Net Reaksiyon iki reaksiyonun toplamıdır.

Akü sistemleri Tablo 4.1 de bazı Akü tipler sıralanmıştır

Mekanik depolama Genel olarak, elektrik üreten firmalar tarafından kullanılan “pompalı hidro güçtür. Bundan daha evvel bahsettim. Elektrik enerjisinin ucuz olduğu veya kullanılmadığı zaman, suyu h düşüşü olan bir rezervuara pompalamaktır, sonra m kg/s debisi ile türbinlerden geçerek iş üretilir: W= m.g.h

Bolüm -4 özeti Elektrik enerji üretim ve dağılımı, İnterkonnekte “Grit” enerji kayıpları Elektrik enerji ihtiyacının 24 saat değişimi, “baz” santralleri, santrallerin devreye grip çıkması, Enerji depolama, aküler ve çeşitleri, verimleri, ağırlık ve fiatları bakımından sınırlamalar vb incelendi.

Bölüm -4 Özeti Enerji hatlarında kayıplar, yüksek voltaj dan, transformatörler yardımı ile kullanıcıya kadar voltaj düşümleri, sebepleri, izah edildi. Bu konularda çalışan, elektrik Müh. de, Elektrik makineleri ve yüksek akım diye,ayrı bir bölüm vardır.