HİDROELEKTRİK ENERJİ NEDİR?

... konulu sunumlar: "HİDROELEKTRİK ENERJİ NEDİR?"— Sunum transkripti:

1 HİDROELEKTRİK ENERJİ NEDİR?
Denizler, göller ve akarsular hidrolik kaynakları oluşturur. Hidrolik kaynaklar, tükenmeyen ve en ucuz enerji kaynaklarıdır. Kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil kaynakların tükenebilir olmasına karşın, hidrolik kaynaklar tükenmez (yenilenebilir) enerji kaynaklarıdır. Suyun kinetik enerjisi, baraj göllerinde potansiyel enerji olarak toplanır. Baraj yakınlarına kurulan Hidroelektrik Santraller (HES) akan suyun gücünü elektriğe dönüştürürler. Akan su içindeki enerji miktarını suyun akış veya düşüş hızı tayin eder.

2 Nehirde akan su büyük miktarda enerji taşımaktadır
Nehirde akan su büyük miktarda enerji taşımaktadır. Ya da su çok yüksek bir noktadan düşürüldüğünde de yine yüksek miktarda enerji elde edilir. Her iki yolla da kanal ya da borular içine alınan su, türbinlere doğru akar, elektrik üretimi için pervane gibi kolları olan türbinlerin dönmesini sağlar. Türbinler jeneratörlere bağlıdır ve mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler.. Dünya elektrik üretiminin çeyreği hidroelektrik gücün kullanılması ile üretilmektedir.

3 Türkiye hidroelektrik potansiyeli yüksek, akarsuyu bol bir ülkedir
Türkiye hidroelektrik potansiyeli yüksek, akarsuyu bol bir ülkedir. Türkiye Avrupa’da Norveç’ten sonra en fazla yıllık hidroelektrik enerjisi üretim potansiyeline sahip ikinci ülke sıfatını taşımaktadır. Ülkemizin 2010 yılı başı itibariyle tespit edilen teknik ve ekonomik hidroelektrik enerji potansiyeli 140 milyar kWh’dir.   EÜAŞ Genel Müdürlüğü verilerine göre 2010’da HES’lerden 52 milyar kWh elektrik üretilmiştir. Ülkemizde, elektrik enerjinin önemli bir kısmı (%47) hidroelektrik santrallerden sağlanmaktadır.

4 Hidroelektrik santrallerinin avantajları
Yenilenebilir kaynak olan sudan enerji elde etmeleri, Elektrik üretmede kullanılan kaynağın dışa bağımlı olmaması, Tükenirlik sorununun bulunmaması, Doğaya sera gazı vb atık bırakmaması, İnşaatın yerli imkanlarla yapılabilmesi, Teknik ömrünün uzun olması, Yakıt giderlerinin olmaması, İşletme bakım giderlerinin düşük olması, Enerji üretimi için yapılan barajların, sulama, taşkın kontrolü, içme suyu temini, akarsu debisinin düzenlenmesi, balıkçılık, ulaşım-taşımacılık, su sporları-turizm gibi çeşitli yan faydalar da sağlaması, Kırsal kesimlerde istihdam imkanı yaratmaları, ekonomik ve sosyal yapıyı canlandırmaları en büyük avantajlarıdır.

5 Hidroelektrik santrallerinin dezavantajları
Bir barajın yapımı öncesinde uzun süreli yağış, su analizi gibi jeolojik çalışmalar yapılması gerekir. Su altında kalan arazi için ödenen istimlâk bedelleri, baraj yapım maliyetinin vb kuruluş maliyetleri yüksektir. Yapım süreleri uzundur. Bunun yanında kuruldukları yerlerdeki vahşi hayatın, doğal kaynakların, kültürel ve tarihi yerlerin ve tarım alanlarının bir kısmının yok olmasına neden olur. Ayrıca de bir dezavantajdır Su altında kalan topraklar bataklığa dönüşür ve metan gazı üretimine yol açar.

6 Santral Binasının Yapısına Göre
Üzerine kuruldukları suyun özelliğine, suyun düşü yüksekliğine, baraj yapım malzemesine, santral yapım yerine göre çeşitlere ayırabiliriz. En genel anlamıyla hidroelektrik santraller; Akarsu tipi (Barajsız) hidroelektrik santraller, Depolamalı tip (Rezervuarlı) hidroelektrik santraller, Med-cezir (Gel-git) hidroelektrik santraller, Depresiyon hidroelektrik santraller, Pompaj Depolamalı hidroelektrik santraller. Santral Binasının Yapısına Göre Yer Üstü HES Yer Altı HES Yarı Gömülü ve Batık HES

7 Su santrallerinde en önemli kısım barajlardır.
Barajlar, bir akarsu vadisini kapatan ve arkasında su biriktiren; enerji üretimi, içme için kullanılma, sulama suyu temini ve akarsuların düzenlenmesi gibi pek çok gayeye hizmet eden ekonomik faydası büyük olan tesislerdir. Barajlar; Ağırlık barajları, Kemer barajları, Dolgu barajlar Payandalı barajlar olarak dört şekilde yapılır.

8

9 Ağırlık Barajları

10

11 Keban HES ve santralin bölümleri
207m yüksekliğinde, beton ağırlık ve kaya dolgu tipindeki Keban Barajı, yükseklik bakımından dünyada 18. sırada yer almaktadır. Keban Barajı 30 milyar m³lük hazne hacmi ile dünya sıralamasında 19. olmaktadır.

12 Payandalı Ağırlıklı Barajlar

13 Payandalı Ağırlıklı Barajlar
Geçirimsiz bir memba yüzü döşemesiyle bunu taşıyan bir dizi payandadan meydana gelen barajlara payandalı barajlar denir.  Yükseklikleri 70 ile 80 metreye kadardır. Su tarafının eğimi, 45 ile 60° olmalıdır. Eğik memba yüzü üzerindeki suyun üzerindeki suyun ağırlığı stabiliteye önemli katkıda bulunabilir. Ayaklar arasındaki tabii zeminden taban suyu kolayca sızabileceği için payandaların maruz kaldığı taban su basıncı ağırlık barajların maruz kaldığı taban su basıncına nazaran az olur. Baraj yükseklik ve tipine bağlı olarak alternatif bir ağırlık barajı için gerekli malzemenin % 30-70’i yeterlidir.

14 49 m yükseklikte Elmalı Barajı, bu türe örnektir.

15 Kemer Barajlar

16

17 Oymapınar Barajı 185 metre

18 Berke Barajı 201 metre

19 Karakaya barajı 187 metre

20 Gökçekaya Barajı 158 m

21 Dolgu Barajlar

22

23 Kaya Dolgu Barajları En kesitleri dik yamuk şeklindedir.
Su ve hava tarafı 1/2 ile 1/2,5 eğiminde ve taş ile kaplıdırlar. Kesit ortasında geçirimsizliği temin eden çekirdek kısımları vardır. Çekirdek, kil veya betondan yapılır. Bazı durumlarda su tarafı, çelik gibi bir malzeme ile de kaplanarak geçirimsizlik sağlanabilir. Ülkemizdeki Keban (207 m), Altınkaya (195 m), Atatürk (184 m), Uzköy (176 m), Kılıçkaya (140 m) gibi mevcut ve inşa edilmekte olan barajlarımız kaya dolgu tipindedir. Türkistan'daki Nurek Barajı, kaya dolgu tipinde ve 310 m yükseklikte olup, dünyanın en yüksek barajıdır.

24 Toprak Dolgu Barajları
En kesitleri, kaya dolgu barajlar gibidir. Baraj gövdesi, sıkıştırılmış toprak tabakalarından ibarettir. Bu tip barajlarda, ortasında geçirimsizliği sağlayan kil veya betondan çekirdek vardır. Su ve hava tarafının eğimi 1/2 ile 1/2,5 arasındadır. Yurdumuzda işletmeye açılan ve inşa halinde olan projesi hazır veya projesi hazırlanmakta olan 90'ı geçkin toprak dolgu barajların yükseklikleri 15 metreden 95 metreye kadar değişmektedir. Toprak veya kaya dolgunun beraber kullanıldığı Kepez Barajının yüksekliği 195 metredir.

25

26 Atatürk Barajından Resimler ;

27 Atatürk Barajından Resimler ;

28 BARAJLARDA ENERJİ HESABI
Bir barajın hacmi V m3 olarak alındığında, Suyun düşme yüksekliği h metre olarak alındığında, bu barajda; 1000.h.V ’lik bir enerjinin varlığından söz edilebilir. 1kWh = Kgm eşitliği bilindiğine göre, bulunan bu enerji (T), kWh cinsinden yazılacak olursa; T = h x v / kWh olur. Bir barajdan saniyede düşen su miktarı Q m3/sn olarak alındığında, suyun düşüş yüksekliği h metre olarak alındığında, bu barajdaki güç potansiyeli P = 1000.Q.h (kilogram.metre/sn) olur. 75 kgm = 0,736 kW eşitliği bilindiğine göre; Hesaplamalar yapıldığında; P = 9,8 . Q. H kW bulunur.

29 ÖRNEK 2400 MW’lık bir barajda su 169 m yükseklikten düşürülüyor. Burada suyun debisini bulunuz. P = 9,8 . Q. H =9,8.Q.169 Q=1449 m3/sn

30 Bilindiği gibi bütün türbinler ve generatörlerde kayıplar bulunmaktadır. Bu nedenle bulunan güç formülüne verimlerin de eklenmesi gerekir. Bu verimler; ηtür : Türbin verimi, ηgen : Generatör verimidir. Türbinlerin enerji kayıpları (Ek), türbine verilen enerji de ( E) ile gösterilecek olursa, türbin verimi (ηtür); ηtür = ( E - Ek) / E formülü ile hesaplanır.

31 Tipik Bir Hidroelektrik Santrali Nelerden Oluşur?

32 HES Genel Yapıları Rezervuar (Baraj Gövdesi ve Gölü)
Giriş (Su Yolları ve Baraj Kapağı) Santral Tesisleri (Generatör, Türbin) Santral Çıkış Suyu Kanalı (Dip Savak - Dolu Savak Tesisleri) Şalt Tesisleri (Yüksek Gerilim Hattı, Kesici, Ayırıcı)

33 HES’lerin Ana Bölümleri
1- Su kaynağı yapısı : Rezervuarlı santrallerde baraj, kanal tipi santrallerde ise bir tünel ya da açık kanaldır. 2- Su alma ağzı yapısı: Cebri boruya suyun giriş kısmıdır. Izgaralar, kapak ve kapak açma-kapama mekanizmalarından oluşur. Rezervuarlı santrallerde su girişi, yüzen cisimlerin borulara girmemesi için baraj gövdesinin orta kotlarında yapılırlar.

34 Baraj Gölü: Nehir suyunun depolanması ve su düşümünün elde edilmesi için gereklidir.

35 Su Yolları Tesisleri: Su iletim kanalı veya iletim tüneli (basınçsız) veya Enerji tüneli (Basınçlı) veya cebri boru gibi tesisler suyun türbinlere iletilmesinde kullanılır.

36 Dolu Savak Aşırı yağışlı yıllarda baraj maksimum su seviyesine kadar dolduğunda, baraj gövdesinin zarar görmemesi için fazla gelen suların kontrollü bir şekilde nehir yatağının mansabına atılmasına yarayan tesislerdir. Maksimum debiyi karşılayacak şekilde dizayn edilir. Dolu savağın en önemli elamanları, Batardo kapağı, Radyal Kapak ve bunları tespit etmek için inşaat yapısı mevcuttur. Dip Savak Baraj gölünün suyunu gerektiğinde nehir yatağı mansabına bırakmaya yarayan tesislerdir.

37

38 HES’lerin Ana Bölümleri
3- Cebri borular: Su alma ağzı ile santral arasında, ölçüleri debi ve düşüye göre hesaplanan kalın etli büyük çaplı çelik veya Cam Elyaf Takviyeli Plastik borulardır. Santralın jeolojik yapısına göre gömülü oldukları gibi, görünür olanları da vardır. Türbin çarkını çeviren suyun geçişine olanak sağlar. Cebri borular basınçlı borular olması dolayısıyla HES Tesislerin toplam maliyeti içerisindeki payı yüksek olabilir. Bu nedenle uzun cebri borulu bir santralde cebri boru ekonomik çap tespiti önemlidir. Borular statik ve dinamik zorlanmalar (Pozitif veya negatif su koçu darbeleri) nedeniyle malzeme kalitesi yüksek, borunun et kalınlıklarının fazla olması, iç yüzey pürüzlülüğü, iç ve dış yüzeyler korozyona dayanıklı olması gibi etkenlerden dolayı pahalı malzemelerdir.

39

40

41 Denge Bacası Basınçlı boru sistemlerindeki basınç değişimlerini düzenleyerek cebri boruların en ekonomik boyutlarda (boy, çap, et kalınlığı) kalmalarını ve türbinlerin uyumlu bir şekilde düzenli ve verimli çalışmalarını sağlayan yapıdır. HES’lerde, türbinlerin ani kapanması, diğer bir deyimle "yük atması" ile, cebri boru içinde hareket halinde olan su kütlesi aniden yavaşlar. Belirli bir ivmeye sahip bu su kütlesi, cebri boruların alt uçlarında büyük basınç artışlarına sebep olur. Bu basınç artışı, cebri boru içinde basınç dalgaları halinde membaya doğru yayılır. Denge bacası, bu basınç dalgalarını kendi serbest su yüzeyinde keserek membaya gitmesine engel olur ve bu suretle de tünelin denge bacasının membadaki kısmı, aşırı basınçtan korunmuş olur.

42 Denge Bacası Eğer santrale basınç düşürücü bir by-pass sistemi ilave edilmemişse veya herhangi bir nedenle bu vana çalışmazsa; denge bacası, cebri borunun kendisini de kısmen bu aşırı basınçtan korumuş olur. Çünkü, türbinin ani kapanması ile cebri boruda oluşacak basınç artışı, kapalı sistemin boyu ile de orantılıdır. Denge bacasının en önemli görevlerinden birisi de, türbinde regülasyonu sağlamaktır. Türbin çalışmaya başlarken veya çalışırken aniden yük ihtiyacı artarsa türbinin su ihtiyacı artar. Tünelin(eğimi yataya yakın) içindeki su kütlesine yeterli ivme sağlanamazsa, çok eğimli cebri boru ile tünelin birleştiği yerdeki su akımında bir kesiklik olabilir. Bu suretle türbin çalışmaz veya verimi düşer.

43

44 HES’lerin Ana Bölümleri
4- Salyangoz : Cebri boru sonuna monte edilen, salyangoz biçimindeki basınçlı su haznesi, suyun çarka çevresel olarak ve her bir noktadan eşit debide girmesini sağlar. Çevresel olarak sabit kanatçıkları suya yön verir, açılıp-kapanabilir kanatçıkları ise çarka verilen suyun debisini ayarlar. Çoğu santralde, cebri boru ile salyangoz birleşme noktasında kelebek ya da küresel tabir edilen, hidrolik basınç ile çalışan, cebri boru çapına uygun vanalar bulunur. 5- Türbin : Türbin çarkı, türbin şaftı, türbin kapağı, hız regülatör sistemi, basınçlı yağ sistemi, türbin yatağı, soğutma sistemi, kumanda panosu ve yardımcı teçhizattan oluşur. Türbin şaftı, suyun kanatlarına çarparak döndürdüğü türbin çarkı ile generatör rotoru arasında akuple olup generatör rotorunun dönmesini sağlar.

45

46

47 HES’lerin Ana Bölümleri
6- Generatör: Rotor, stator, ikaz(uyartım), soğutma sistemi, koruma sistemi, kumanda ve işletim sistemi, doğru akım sistemi ile yardımcı organlardan oluşur. Rotor, çok güçlü tesis edilmiş yatak üzerinde sabit hızla döner. Dönüş sayısı, frekans ve kutup sayısı ile doğru orantılıdır. Enerji stator sargılarından alınır. Hidroelektrik santrallerde kullanılan alternatörlerin rotorları, genellikle düşey milli, çıkıntılı kutuplu olarak tertiplenir. Rotorların dakikadaki devir sayıları d/dk arasındadır.Alternatörlerin çıkış gerilimi, 3-25 kV arasında değişmekle birlikte en çok kullanılan alternatörler 6,3-15 kV gerilimlidir. Verimleri yaklaşık olarak %95'tir.

48

49 Bir generatörün kesit görünüşü

50 HES’lerin Ana Bölümleri
7- Transformatörler: Santrallerde üretilen AA gerilim değeri 0,4-3,3-6,3-10, ,7-15,8 kV'tur. Bu düşük değerdeki gerilimlerin uzak yerlerdeki tüketim merkezlerine iletilmesi için yükseltilmesi gerekir. Elektrik enerjisinin gerilim ve akım değerlerini (frekansta değişiklik yapmadan) indüksiyon prensibine göre değiştiren elektrik makinesidir. Tek fazlı, üç fazlı olabilirler. Her üniteye bir transformatör olabileceği gibi birden fazla üniteye bir transformatörde olabilir. Ana gövde, soğutma sistemi, yangın sistemi, koruma sistemi bölümlerinden oluşur.

51 Güç transformatörlerinin yardımcı üniteleri

52 Ülkemizde transformatörlerle yükseltilip, enerji nakil hava hatları ile tüketim merkezlerine iletilen gerilim değerleri , kV'tur. Bu gerilim değerleri tüketim merkezlerinde kullanma gerilimi olarak 220 ve 380 voltluk alçak gerilim değerine düşürülmesi transformatörlerle sağlanmaktadır. Transformatörler gerilimi yükseltmek için kullanıldıkları gibi düşürmek için de kullanılır. Santral çıkışında yükseltici, tüketim merkezlerinde ise düşürücü olarak kullanılır.

53 HES’lerin Ana Bölümleri
8- Şalt sahası: Salt sahası, elektrik santrali ile enterkonnekte şebeke arasında bağlantıyı sağlayan yüksek gerilim ünitelerinin bulunduğu kısımdır. Kesiciler, ayırıcılar, topraklama sistemi, koruma sistemi, basınç sistemi, ölçü sistemi, iletim hatları üzerinden haberleşme sistemi kısımları vardır. Akım ve gerilim trafoları; Salt sahasında, kumanda binasındaki ölçü aletlerine bağlıdırlar. Kuranportör; Enterkonnekte sisteme dâhil şalt sahalarının kumanda binalarının haberleşmesini sağlayan ve enerji nakil hatlarının herhangi bir fazının üzerine seri olarak bağlanan hat tıkaçlarıdır.

54 Direkler(pilonlar); Elektrik enerjisinin iletimini sağlayan ve enterkonnekte şebekede hava hatlarını taşıyan direkler. Bunların yanında şalt sahasında ayırıcılar, kesiciler, baralar transformatör ve yardımcı gereçlerin. Salt sahası üniteleri gerilimlerin büyüklüğü sebebiyle açık sahaya yerleştirilir. Şalt sahaları üç tiptir;  Cihaz tipi salt sahası, Kiriş tipi salt sahası, Toprak üstü salt sahası. Bütün tiplerde transformatörler beton üzerindeki raylar üzerine, yağlı kesiciler ise betonarme kaideler üzerine yerleştirilir.

55 Cihaz tipi salt sahaları
Arazinin düz olmadığı yerlerde tesis edilir, ölçü transformatörleri gibi hafif olan cihazlar çelik çerçeveler üzerine yerleştirilir. Baralar A tipi demir direklere tespit edilen gergi tipi zincir izolatörler arasına gergin bir şekilde yerleştirilir. Tesisin kuruluş maliyeti ucuzdur.

56 Kiriş tipi şalt sahaları
Bu tip salt sahaları yatay ve dikey şekilde monte edilen kafes kirişlerden yapılır. Baralar gerilmiş şekilde zincir izolatörler veya mesnet tipi izolatörler yardımı ile kirişler arasına gergin bir şekilde monte edilir. Ayırıcılar ve diğer hafif gereçler kirişler üzerine tutturulur. Kiriş tipi salt sahaları cihaz tipi salt sahalarına göre daha pahalı tesis edilir. Ancak daha sağlam ve küçük sahaya tesis edilir.

57 Toprak üstü tip şalt sahaları
Üniteler beton sütunlar üzerine yerleştirilir. Baralar, beton kaideler üzerine monte edilen zincir izolatörler arasına gergin bir şekilde yerleştirilir. Tesisin yerden yüksekliği fazla olmadığı için maliyeti ucuzdur. Ancak bu tip salt sahası için geniş ve düz bir saha gereklidir. Bu tip salt sahaları gevşek zemin, toprak kayması ve deprem kuşağı olan yerler için uygun değildir.

58 HES’lerin Ana Bölümleri
9- Diğer teçhizat: Ana teçhizatlardan ayrı olarak; ısıtma havalandırma sistemleri, aydınlatma sistemleri, doğru akım acil enerji, alternatif akım acil enerji (dizel generatör) sistemleri, sızıntı toplama havuzları, besleme pompaları, drenaj boşaltma pompaları, haberleşme sistemleri, kompresör ve tanklar gibi basınçlı hava sistemleri, yangın koruma ve söndürme sistemleri, bakım, onarım ve küçük imalat atölyeleri, montaj demontaj sahaları, vinçler, taşıma ve kaldırma sistemleri, arıtma sistemleri, ilkyardım bölümü, laboratuvarlar vb bölümlerdir.

59 Hidroelektrik santrallerde elektrik üretimi

60 Çalışma Prensipleri