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