Ana Sayfa Bilgi Bankası

15 Aralık 2010 Çarşamba

Su enerjisi ? enerji üretimi ? termik santraller ve barajlar ?

Irmakta akan ya da yüksek­ten düşen suyun büyük bir enerjisi vardır. Yüzyıllar boyunca makineleri ve değirmenleri işletmek, su çarklarını döndürmek için hare­ket halindeki sudan yararlanılmıştır. Ama bugün artık su enerjisi bu biçimde doğ­rudan değil, genellikle hidroelektrik ener­jiye çevrilerek kullanılmaktadır. ("Hidro" Yunanca'dan gelen bir sözcüktür ve "suyla ilişkili" anlamına gelir.) Hidroelektrik enerji santrallerinde, türbin denen makineler suyun etkisiyle çalıştırılır. Her türbinin mili, elektrik üreteci ya da jeneratör denen bir başka makinenin miline bağlıdır. Bu ikinci makine, türbin çalıştığı sürece elektrik akımı üretir. Elde edilen akım, kablolar yardımıyla gerek­sinim duyulan noktalara iletilir.
18. yüzyılda buhar makinesi ortaya çıkıncaya kadar sanayide elle ya da hayvan gücüyle çalıştırılamayacak kadar büyük bütün maki­neler ya rüzgâr gücüyle ya da akarsuların yardımıyla çalıştırılırdı.
Su çarkında, akan ya da düşen suyun enerji­siyle bir çark döndürülür; çarkın ortasındaki mü, çalıştırılmak istenen makineye, örneğin bir değirmene bağlıdır. Böylece suyun etkisiy­le çark döndükçe, makine de işler. Geçmişte­ki bu sistemden, özellikle buğdayın öğütülme­sinde kullanılan un değirmenlerinde, ağır değirmentaşının döndürülmesinde yararlanıl­mıştır.
Su çarkını durdurmak için çarkın kanatları­na çarpan suyun kesilmesi gerekir. Bu neden­le su çarkı akarsuyun ana yatağına değil, bir yan kanala yerleştirilir. Değirmenin suyunu sağlayan bu kanalın üst ucunda (yukarı çığı­rında), suyun akış miktarını azaltıp çoğaltma­ya ya da suyu bütünüyle kesmeye yarayan bir savak kapağı bulunur. Suyun çarka gelen kesimine yükleme kanalı, çarktan çıkan kesi­mine ise boşaltma ya da çıkış kanalı denir.
13. yüzyıldan sonra Avrupa'da görülen en yaygın su çarkı tipi, üstten çarpmalı çark'tı. Bunlarda çark, yükleme kanalının yaklaşık 60 cm altına yerleştirilir ve suyu üstten alır. * Çarkın çevresine kepçe biçimli kanatlar takıl­mıştır; üstten akan su bu kepçelere dolar. Çarkın bir yanındaki dolu kepçeler ile öbür yanındaki boş kepçeler arasındaki ağırlık farkı çarkın dönmesini sağlar. Her kepçe dibe yaklaşırken içindeki suyu çıkış kanalına boşal­tır. Üstten çarpmalı çarkların çapı, yükleme kanalı ile çıkış kanalı arasındaki düzey farkından biraz daha azdır. Bu tür çarklarda en yaygın rastlanan çap uzunluğu 6 ile 7,5 metre arasında olmuştur; ama çapı 21 metre­den daha büyük bazı çarkların da kullanılmış olduğu bilinmektedir.
Üstten çarpmalı çarkların verimi oldukça yüksektir; bunlarda, düşen suyun enerjisinin yalnızca dörtte biri boşa gider. Ama üstten çarpmalı çarklar oldukça yavaş döner; bu nedenle çarkın döndürdüğü makineye aktar­dığı hızı yükseltmek için genellikle araya dişli çarklar yerleştirilir.
Alttan çarpmalı çark'lar, çarkın altından akan suyun hızından yararlanır. Su çarkın altındaki kanatlara çarpar ve çarkı döndürür. Bu tür çarkların verimi, üstten çarpmaklara oranla çok daha düşüktür; düz kanatlar kulla­nıldığı zaman suyun enerjisinin yaklaşık dört­te üçü boşa gider. Eğrisel kanatlar kullanılırsa verim iki katına çıkar. Alttan çarpmak su çarkları, Avrupa'da özellikle Ren Irmağı bo­yunca uzun süre kullanılmıştır.
Yandan beslemeli çarklarda ise, yükleme kanalı ile çıkış kanalının arasında, çarkın çemberine yakın bir yerde, göğüslük denen bir bölüm vardır. Su çarka, çarkın hemen hemen eksen düzeyinde girer; eksen düzeyi, suyun kepçeler yoluyla uyguladığı kuvvetin en büyük olduğu düzeydir. Göğüslük,
kepçe­ler çıkış kanalı ile hemen hemen aynı düzeye gelinceye kadar suyun kepçelerden dökülme­sini önler. Yandan beslemeli su çarklarında, üstten ve alttan çarpmak çarkların ilkeleri birleştirilmiştir.
Su çarklarının daha modern bir biçimi de, güçlü bir biçimde püskürtülen suya bağlı ola­rak yüksek hızlarda dönen, özel olarak ta­sarımlanmış Pelton çarkıdır. Pelton çarkı ve su türbinleri TÜRBİN maddesinde anlatıl­mıştır.
Düşen suyun enerjisi, dökülme yüksekliğine, yani yerçekimi etkisi altında düştüğü yüksek­liğe bağlıdır. Düşme sırasında suyun hızı bü­tün düşme halindeki cisimlerde olduğu gibi giderek artar. Örneğin 150 metre yüksekten düşen bir su kütlesi, çarka ya da türbine saat­te 195 km hızla girer. Eğer yükseklik 1.650 metre olsaydı, bu hız saatte 647 km olurdu. Bir hidroelektrik enerji santralı için seçilecek türbinin tipini her şeyden önce suyun düşme yüksekliği belirler.
Jeneratörden elde edilen güç (jeneratörün üretim kapasitesi) kilowatt (kW) ya da mega- watt (MW) olarak ifade edilir. 1 megawatt, 1.000 kilowatt ya da 1 milyon watt değerinde­dir. Kuramsal olarak, 102 metrelik bir yük­seklikten düşen 1 kg ağırlığındaki 1 litre su (ya da bunun tersi olarak, 1 metreden düşen
102 litre su), saniyede 1 kW elektrik enerjisi üretir. Uygulamada bu verim daha azâır, çünkü enerjinin bir bölümü boru ve makine içindeki sürtünmeleri yenmek için harcanır.
Büyük tesislerde suyun akışı saniyede met­reküp (metreküp bölü saniye) olarak ölçülür.
İsviçre, İtalya, İsveç ve Norveç gibi, buhar enerjisiyle çalışan termik santrallarda kullanı­lacak yeterli kömürü ya da petrolü bulunma­yan ülkeler su enerjisi kaynaklarını geliştir­mişlerdir. Su, kömür, petrol ve doğal gaz kaynaklan yeterli olan ülkelerde elektriğin hangi kaynaktan yararlanılarak üretileceği (su enerjisi, dizel motorları, gaz türbinleri ya da buhar enerjisi santralleri mı kullanılacağı) bir seçim ya da tercih sorunudur. Buhar enerjisi santralleri konusunda da, yakıt olarak kömür ya da petrol yakmak ile nükleer reaktörlerden yararlanmak arasında bir seçim yapılması gerekir.Bu yüzden çoğu kez pek çok karmaşık koşulun göz önünde tutulmasını gerektiren son karan vermek zordur.
Su enerjisi kaynaklan yalnızca belirli bölge­lerde, genellikle de dağlık yörelerde bulunur. Bir hidroelektrik santralın yatırım tutan, aynı güçteki bir kömürlü termik santralın yatınm tutannm en az üç katı, bir nükleer enerji santralın yatınm tutannm da bir buçuk katı­dır. Ama hidroelektrik santralın işletme gi­derleri öbürlerine göre çok daha düşüktür; çünkü yakıt gideri yoktur ve daha az perso­nelle işletilebilir.

Bir hidroelektrik enerji santralı ya bol yağ­mur alan bir dağlık bölgede ya da bir ırmağın vadisinde kurulur. Birinci durumda, yamaç­larla kuşatılmış, olabildiğince geniş bir alan­daki sulann akaçlandığı yüksek bir kesimde bir su toplama alanı kurulur. Akaçlama hav­zası da denen bu su toplama alanında çoğu kez bir göl bulunur. Su toplama alanının çı­kışı bir baraj yapılarak kapatılır. Bu baraj havzadaki gölün büyüklüğünü önemli ölçüde artırır.
Su baraj tabanından tüneller ya da borular­la enerji santralına alınır. Suyu enerji santra- lındaki türbinlere ulaştıran borulara cebri boru denir. Cebri borular genellikle çelikten yapılır ve çok dayanıklıdır. Çünkü, cebri borudaki su basıncı, düşme yüksekliğine ve bundan doğan çarpma şiddetine bağlı olarak çok yüksek bir değerde olabilir ve dayanıklılı­ğı yeterli olmayan herhangi bir boruyu patla­tabilir. Bugüne kadar uygulamada kullanılan en büyük düşme yüksekliği 1.650 metredir; bu yükseklikten düşen su cebri boru yüze­yinde milimetre kareye 1,5 kilogramın üze­rinde bir basınç yaratır. Öte yandan, genel­likle tepelerin ve dağların içinden açılması gereken tüneller, iç duvarları beton ya da çelikle kaplanarak daha sağlam duruma ge­tirilir.
1   Güçlü çelik borular göletteki suyu enerji santralına getirir.
2    Enerji santralındaki su türbinleri jeneratörleri çalıştırır.
3    Enerji santralının altından su ırmağa dökülür. 4 Bazı türbin tiplerinde, türbinden geçen su dev kanatları olan bir pervaneyi döndürür. 5 İskoçya'da Dalchonzie enerji santralını, barajın oluşturduğu Lednock Gölü beslemektedir.
Eğer bir jeneratöre elektrik bağlanırsa, jeneratör bir elektrik motoru gibi çalışabilir ve bağlı bulunduğu türbini döndürebilir; bu durumda türbin pompa işlevi görür. Pompalı depolama sistemlerinde, elektrik tüketiminin düşük, yani yükün az olduğu saatlerde jenera­törler elektrik şebekesinden beslenerek mo­tor gibi çalıştırılır ve su daha alçak düzeydeki bir göletten daha yüksek düzeydeki bir gölete pompalanır. Yükün yüksek olduğu saatlerde ise bu kez yüksekteki gölette depolanan su kullanılarak, türbin-jeneratör grupları çalıştı­rılır ve yeniden elektrik üretimine geçilir.
Irmak üzerinde kurulan hidroelektrik enerji santrallarının ana gövdesini, ırmağın önünü kesecek biçimde yapılmış bir baraj oluşturur. Bu, ırmağın yukan çığırında su düzeyini yükseltir ve böylece barajın yüksekliğine bağ­lı olarak belirli bir su düşme yüksekliği elde edilir. Barajın yukarı kesiminde toplanan su, çoğu kez kurak mevsimde ırmağın sulan çekildiği zaman bile akış sürekliliğini sağlaya­cak kadar büyük bir göl oluşturur. Bu tür ba­rajlardan taşkınları denetim altına almak için de yararlanılabilir.
Enerji santralı barajın üzerinde, iç yanında ya da hemen aşağı çığıra bakan kesiminde yapılabilir. Barajın alt kesiminden alınan su, türbinlerden geçirildikten sonra yeniden ır­mak yatağına verilir. Irmağın bütün suyu türbinlerden geçmez. Suyun türbinlerden geç­mesi gerekmeyen bölümü, genellikle barajın tepesinde yer alan taşma savakları'ndan, kü­vetteki suyun taşmasına oldukça benzer bir biçimde aşağı çığıra verilir.
Az çok kesintisiz bir eğimi olan bir ırmağın üzerinde, bir biri ardına bir dizi baraj yapıla­bilir. Bunun bir örneği ABD'de Tennessee Irmağı'dır; bu ırmağın üzerinde dokuz, kolla­rı üzerinde ise 13 baraj yapılmıştır. Bu baraj­ların uzunlukları yaklaşık 800 metre ile 2,3 km arasında değişir. Irmağın düzeyindeki yükselmeler de bir barajdan ötekine farklılık gösterir. Örneğin bir barajda bu yükselme 50 metreyken, başka birinde yalnızca 21 metre­dir. Bu baraj dizisi Tennessee ve kollarından çok büyük miktarlarda enerji elde edilmesini sağlar. Yeni Zelanda'daki Waikato Irmağı Avustralya'daki Karlı Dağlar Projesi de ç sayıda barajın kurulduğu sistemlerdir.
Irmak suyundan enerji elde etmeye ya yan biraz daha değişik bir sistem de ABD' Nevada ile Arizona arasındaki Hoover Ba jı'nda kurulmuştur. Buradaki derin Siy Kanyon, 221 metre yüksekliğinde bir bara yapımını olanaklı kılmıştır. Barajın gerisin 185 km uzunluğundaki Mead Gölü oluşmı tur. Mısır'da Nil Irmağı üzerinde kurul Assuan Barajı'nın oluşturduğu Nâsır Gö Mead Gölü'nün dört katı büyüklüğündeki Dünyanın en büyük baraj gölü yaklaşık 5.C km2'lik bir alanı

kaplamaktadır ve bu [ Afrika'nın güneyindeki Zambia ile Zimbal arasında, Zambezi Irmağı üzerinde kurulu
bulunan Kariba Barajı sisteminin bir parçasıdır. Dünyadaki su enerjisi sistemlerinin büyüklerinden bazıları
da SSCB'dedir. 1 nisey Irmağı'nın üzerinde yapılan Krası yarsk Hidroelektrik Santralı 6.000 IV
gücündedir.
Elektrik üretmek için gelgit enerjisinden, ] ni suların yükselmesi ve alçalmasından yar lanılabilir (bak. Gelgit). Gelgit enerjisi si trallanyla ilgili bugünkü tasarımlar, gel genliğinin büyük olduğu belirli bir kıyı ke mindeki ırmak ağzına ya da deniz girişine 1 baraj yapılmasına dayanır. Eğer bu bara içinden bazı tüneller açılırsa, sular yükseli zamanında bunlardan içeri girecek, alçalı zamanında da dışarı akacaktır. Tünellerin i ne yerleştirilmiş olan türbinler de süyun a şıyla dönecek ve bunlara bağlı jeneratörl den böylece elektrik üretilmiş olacaktır.
Gelgit sırasında suların yükselmesi ile alçalması arasındaki düzey farkı ender olar 10 metrenin üzerine çıkar. Sıradan bir hid elektrik enerji santralındaki 160 metrelik düşme yüksekliğiyle karşılaştırıldığında çok ] çük kalan böyle bir yükseklikten yararlanmak için büyük bir su hacmine gereksinim v dır. Bu nedenle, gelgit enerjisi santralleri barajın büyük miktarda su tutmasını gerektirir.
İlk büyük gelgit enerjisi santralı 1966' Fransa'da yapılmıştır. Bu santral Bretan daki St. Malo yakınlarında, Rance Irmanın ağzındadır. Baraj uzunluğu yaklaşık 800 metredir ve 24 tüneli vardır. Her tünele 10 megawattlık bir türbin-jeneratör grubu yer­leştirilmiştir. Türbinlerin kanatlan tersine çevrilebilmekte ve böylece suyun akış yönü değiştiğinde de dinamolar çalıştıralabilmektedir.
ABD ile Kanada arasındaki Fundy Körfezi' nin girişindeki Passamaquoddy Körfezi ve İn­giltere'de Severn Halici'nde gelgit enerjisi santralların kurulması öngörülmektedir.
Dalga enerjisi deniz dalgalarının enerjisine dayanır. Örneğin bu, Atlas Okyanusu'nun or­talarında 1 metrelik dalga uzunluğu başına or­talama 90 kW kadardır. Fırtına koşullarında bu miktar metre başına 5 MW düzeyine kadar çıkar. Bu enerjiden yararlanmak için geliştiril­miş aygıtlardan biri, içi kısmen suyla dolu uzun ve esnek bir torbadan oluşur; dalga bu torbaya ulaştığında torba sıkışır ve içindeki su türbinlerden geçmeye zorlanır. Sanayi ölçe­ğindeki herhangi bir dalga enerjisi jeneratörü henüz işletilmemektedir, ama bu konuda özellikle Norveç \t Japonya'da yoğun araştır­malar yapılmaktadır.
Su enerjisinden yararlanmada, başlıcalan ABD, Kanada, Avustralya, Yeni Zelanda ve Avrupa'da olmak üzere büyük gelişmeler sağ­lanmış olmakla birlikte, okyanuslar ve ırmak­lar hâlâ büyük ölçüde el değmemiş dev enerji kaynaklandır.
Türkiye önemli bir su gücüne sahiptir. Su enerjisinden elektrik üretme potansiyeli bakı­mından Avrupa ülkeleri arasında SSCB ve Norveç'ten sonra üçüncü sırada yer almasına karşın, bu olanaktan yeterince yararlanılma- maktadır. Gene de, özellikle 1950'den sonra üretilen toplam elektrik enerjisi içinde hidro­elektrik santralların payı giderek yüksel­miştir.
Türkiye'de Osmanlılar döneminden başla­yarak çeşitli büyüklükte barajlar yapıldı. Ama ilk dönemlerdeki bu barajlar daha çok su gereksinimini karşılamaya yönelikti. Su enerjisinden yararlanan ilk elektrik santralı 1902'de Tarsus'ta kuruldu.
Cumhuriyet döneminde, 1950'ye kadar elektrik üretiminde ağırlık daha çok termik santrallara verildi. Bu dönemde ilk hidroelek­trik santral, Trabzon'da 1926'da yapımına başlanan ve 1929'da işletmeye açılan Visera' dır. 1951'ç kadar Visera tek hidroelektrik santral olarak kaldı. 1950'de elektrik enerjisi üretiminin ancak yüzde 3,8'i su gücünden ya­rarlanılarak elde ediliyordu. 1936-55 arasında tamamlanan Çubuk I, Gölbaşı, Gebere ve El­malı II gibi barajlar doğrudan sulama ve kent­lerin su gereksinimini karşılamak için yapıl­mıştı. 1950'lerde elektrik enerjisi üretiminde su kaynajdanna verilen önemin artmasıyla
birlikte, yeni hidroelektrik santralların yapı­mına hız verildi.
1956'da tamamlanan Sanyar ile Seyhan ba­raj lan ve hidroelektrik santrallarının önemli katkısıyla, 1960'ta toplam elektrik enerjisi üretimi içinde hidroelektrik santralların payı yüzde 35,6'ya ulaştı. 1972'de Gökçek aya ve 1975'te Keban baraj lan ve hidroelektrik san- tralları hizmete girdi. Daha sonra kurulan önemli barajlar ve hidroelektrik santrallar arasında, Yeşilırmak üzerindeki Hasan Uğur­lu (1981) ve Suat Uğurlu (1981), Ceyhan üze­rindeki Aslantaş (1984) ile Manavgat üzerin­deki Oymapınar sayılabilir. 1985'te elektrik enerjisi üretiminde hidroelektrik santralların payı yüzde 35,2 olmuştur.
Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) kapsa­mında yer alan Karakaya Barajı ve Hidro­elektrik Santralı 1987'de işletmeye açılmıştır. Aralarında Türkiye'nin en büyük barajı olan Atatürk Barajı'nın da bulunduğu 13 büyük projeden oluşan GAP tamamlandığında top­lam 15 baraj ve 18 hidroelektrik santral hiz­mete girecektir. Bu hidroelektrik santralların bugün var olan hidroelektrik gücün dört katı güç sağlayacaktan öngörülmektedir.

Türkiye'de Toplam Elektrik Enerjisi
Üretiminde Hidroelektrik ve Termik

Santrallann Payı

Yıllar
Toplam
Hidroelektrik
Termik

Üretim
(yüzde)
(yüzde)

(milyon



kilovvatt/



saat)


1940
379
3,5
96,5
1945
528
4,5
95,5
1950
790
3,8
96,2
1955
1.580
5,6
94,4
1960
2.815
35,6
64,4
1965
4.953
44,0
56,0
1970
8.623
35,2
64,8
1975
15.623
37,8
62,2
1980
23.275
48,8
51,2
1985
34.219
35,2
64,8
1990*
57.000
37,5
62,5

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder