Hidrolik

Hidroelektrik Tesisler

Hidroelektrik tesisler ile hidroelektrik santraller terimleri çok kere birbirine karışmaktadır. Onun için, önce bu terimleri açıklayalım. Hidroelektrik tesisler, suyun potansiyel enerjisini mekanik enerjiye ,buradan elde edilecek mekanik enerjiyi de elektrik enerjisine dönüştürmek için yapılan bir seri inşaat ve sistemler düzenidir.‘ hidroelektrik santral’ ise, bu sistemin bir bölümü ve halkasıdır. Bununla beraber, çok kere bu iki terim aynı anlamda kullanılmaktadır.(HES kısaltmasında olduğu gibi).

Resim 1- Hidro elektrik Tesisi Chemal, Altai, Siberia

Hidroelektrik Santrallerin Sınıflandırılması

Literatürde, hidroelektrik santralleri; düşü yüksekliklerine, ürettikleri enerjinin türüne, kapasitelerine, yapım şekillerine ve kurulu oldukları su kaynaklarının özelliklerine göre sınıflandırır.

Düşülerine Göre Sınıflandırma

Alçak Düşülü Santraller (H < 15 m)

Mühendisler, bu tür santralleri genellikle debisi yüksek, eğimi az olan nehirler üzerine ve düz arazilere kurar. Kaplan türbinlerini yaygın olarak kullanır. Baraj yüksekliği az olduğundan cebri boru sistemine genellikle ihtiyaç duymazlar.

Orta Düşülü Santraller (H = 15–50 m)

Çeşitli debiye sahip nehirler üzerine kurulur. Kaplan veya Francis türbinleriyle donatılır. Çoğunlukla cebri boru sistemi yerine giriş yapısı doğrudan suyu iletir. Kanal tipi santraller de bu gruba dâhildir.

Yüksek Düşülü Santraller (H > 50 m)

Engebeli veya dağlık arazilerde, yüksek kot farkına sahip bölgelerde kurulur. Debileri farklılık gösterebilir. Yaklaşım kanalı veya tüneli ile uzun cebri borular bulunur. Francis veya Pelton türbinleri tercih edilir.

Yapılışlarına Göre Sınıflandırma

Yer Altı Santralleri

Topografik, jeolojik veya ekonomik nedenlerle santrali yer altında inşa etmek gerekebilir. Bu tür santrallerde jeneratör ve türbin birimleri yer altı galerilerinde yer alır.

Yarı Gömülü / Batık Santraller

Santral, dar ve kayalık vadilerde, yer darlığı nedeniyle kısmen yer altına, kısmen açık alana yerleştirilir. Örneğin, Keban ve Yahşi Han HES bu türdedir. Üst kısımda yer alan gezer vinç, ağır ekipmanları alt kotlara taşır.

Yer Üstü Santralleri

Jeneratör dairesi ve üst yapı tamamen yer üstündedir. Genellikle geniş alanlara sahip bölgelerde tercih edilir. Kuruldukları su kaynağının fiziksel özellikleri, tasarım şekillerini belirler.

Hidroelektrik Santral Tesisleri ve Yapı Elemanları

Hidrolik santraller, suyun potansiyel ve kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek amacıyla kurulur. Bu tesisler, depolamalı (barajlı) veya depolamasız (nehir tipi) olarak iki ana grupta toplanır.

Depolamalı Santraller

Yapay ya da doğal göllerden oluşan rezervuarlar kullanılır. Su, ihtiyaç duyulduğunda türbinlere yönlendirilir. Enerji üretimi daha kontrol edilebilir ve süreklidir.

Depolamasız Santraller

Nehir akışı doğrudan türbinlere yönlendirilir. Bu sistemlerde baraj bulunmaz ya da çok küçük yapay setler kullanılır. Su debisinin doğal değişimlerine bağlı olarak üretim değişkenlik gösterir.

Her iki tip santralde aşağıdaki ana yapı bileşenleri yer alır:

• Baraj Gövdesi ve Su Alma Yapıları: Suyu toplar ve iletim yapısına yönlendirir.

• Su İletim Tesisleri: Tünel, kanal veya cebri borularla suyu türbinlere taşır.

• Santral Binası: Türbin, jeneratör, transformatör ve kontrol sistemlerini barındırır.

• Çıkış Yapıları: Kullanılmış suyu nehir yatağına geri iletir. Aynı zamanda dolu savak ve tahliye sistemlerini içerir.

Santral binası içerisinde;

• Hidrolik türbinler

• Jeneratörler

• Transformatörler

• Şalt sahası

• Gerilim ve hız regülasyon tesisleri

• Kumanda–kontrol ve koruma sistemleri gibi birçok elektrik ve mekanik alt sistem birlikte çalışır.

Hidrolik Düşü, Su Debisi ve Ön Tasarım Esasları

Bir hidroelektrik santralin tasarımı için iki temel parametre gereklidir:

• Q: Nehirdeki ortalama su debisi (m³/s)

• H: Hidrolik düşü, yani su seviyeleri arasındaki yükseklik farkı (m)

Bu parametreler kullanarak santral gücü ve kullanılacak türbin-jeneratör sayısı belirlenir. Q ve H sabit değildir; mevsimsel değişiklikler, yağış rejimi ve doğa koşulları bu değerleri doğrudan etkiler.

Debi ve Düşü Değişkenliği

• Nehirlerde su debisi; yılın kurak ve yağışlı dönemleri, kar erimesi, buharlaşma ve toprak geçirgenliği gibi etkenlere bağlı olarak 1/50 ila 1/1000 oranında değişir.
• Debi azalınca, hidrolik düşü de azalır.
• Barajlı (depolamalı) sistemler, debi dalgalanmalarının etkisini azaltır.
• Göl tipi rezervuarlarda düşü genellikle sabit kalır; ancak aşırı kuraklık düşüyü azaltır, yoğun yağış ise artırır.

Ön Tasarım İçin Gerekli Veriler

• Mühendisler, santral tasarımına başlamadan önce uzun yıllar boyunca akım ölçümleri yapar, su gelirlerini ve düşü verilerini istatistiksel olarak analiz eder.

• Özellikle ortalama debi değerinin doğru belirlenmesi, türbin ve jeneratör seçimi açısından hayati öneme sahiptir.

Kaynakça:

Yüksel, İ. (2012). Hidroelektrik Tesisleri [Ders Notları]. Sakarya Üniversitesi, Yapı Öğretmenliği Bölümü.