Hidroelektrik santralin çalışma prensibi

Hidroelektrik santral nasıl çalışır?

Hidroelektrik santral suyun basıncını kullanma prensibi ile çalışır. Doğal yollarla veya barajlardaki oldupu gibi yapay olarak belli bir yükseklik kazandırılmış su, yüksek seviyeden bırakılınca kinetik enerji kazanmış olur. Bu kinetik su enerjisi, alçak seviyedeki türbinlerine gönderilir ve türbin döndürülür. Türbinlere bağlı olan jeneratörler bu dönme etkisiyle mıknatıslanır ve elektrik üretir.

Hidroelektrik santralin çalışma prensibini biraz daha detaylandıralım.

Doğada enerji hiçbir zaman yok olmaz. Mevcut bir enerji başka bir enerjiye dönüştürülebilir. Hidroelektrik santralde elektrik üretilebilmesi için hareket halindeki bir suya ihtiyaç vardır. Suyu hareket ettirebilmemiz için öncelikle onu bir yerde toplamamız, sonrasında yükseltmemiz, en sonunda ise yüksek bir yerden aşağı akıtmamız gereklidir.

Suyu toplamak için bir baraj gölüne ihtiyacımız var. Doğada yağışlar sonucu oluşan suyu bir baraj gölünde toplarsak ve en sonuna da beton bir set kurarsak elektrik üretmek için gerekli ilk şeyi halletmiş oluyoruz. Artık birikmiş bir suyumuz var. Adeta büyük bir pile sahibiz.

Şimdi bize basınçlı bir su gerekli. Bu büyük su birikintisini tutan baraj setine bir delik açtığımızı düşünün. Açtığımız bu delik ile suya basınç kazandırmış oluruz. Setin dibindeki bu deliğe bir de kontrol kapısı kurabilirsek suyun basıncını da kontrol edebiliriz.

Su hareketlendiğine göre bu hareketli suyu basınçlı bir biçimde pervane şeklindeki bir türbine çarptırabiliriz. Pervanenin çıkışına ise bir elektrik üreteci yerleştirmemiz yeterli. Türbin döndükçe üreteç mıknatıslanacak ve elektrik üretmeye başlayacaktır.

Elektriği ürettiğimize göre artık evlerimizde kullanabilmemiz için taşımamız gerekli. Ancak santral ile evlerimiz arasında yüzlerce kilometrelik mesafe var. Bu enerjinin bize ulaşana kadar kaybolmaması gerekiyor. İşte burada da devreye transformatörler ve iletim hatları devreye diriyor. Üretilen elektrik öncelikle yükseltici trafolar vasıtasıyla yükseltiliyor ve bu yüksek gerilimli elektrik iletim hatlarıyla kullanıcılara doğru taşınmaya başlanıyor. Şehirlere ve mahallelere yaklaşan elektriğin gerilimi de indirici trafolar vasıtasıyla cihazlarımızı çalıştırabileceğimiz seviyeye indiriliyor.

Hidroelektrik santralde suyun yakalanma ve yönlendirme işlemleri çok faklı şekillerde yapılabilir. Hidroelektrik santrallerin sınıflandırılması yapılarına göre 3 farklı tipte yapılabilir:

Baraj tipi hidroelektrik santral

Baraj tipi hidroelektrik santral suyun yapay bir yolla bir baraj gölünde toplandığı santral tipidir.

Su önce bir baraj gölünde depolanır, yükseklik kazandırılmış suyun potansiyel enerjisi kullanılarak mekanik bir basınç etkisi sağlanır. Basınçlı su türbinlerde ve türbine bağlı jeneratörlerde elektriğe dönüştürülür. 

Akarsu tipi hidroelektrik santral

Akarsu tipi hidroelektrik santral hali hazırda akmakta olan ve su debisi ve basıncı yüksek bir akarsu üzerine konumlandırılmış santral tipidir.

Akan suyun basınç etkisi ile türbin çevrilir. Baraj tipi santrale göre verimi daha düşüktür çünkü yüksek su basıncı oluşturulamaz.

Gelgit tipi hidroelektrik santral

Gelgit tipi hidroelektrik santral okyanuslardaki dalgaların gelgit etkisi oluşan basıncını kullanan elektrik santrali tipidir.

Dalgalar yakalanır ve bir türbini döndürür. Gelgit günün belli zamanlarında olduğu için verimi düşüktür ve kurulumu zordur. Türkiye’de örneği yoktur.

---

Hidroelektrik santralin çalışma prensibini daha iyi anlayabilmeniz için santralin temel parçalarına da değinelim.

Hidroelektrik santralin parçaları

Hidroelektrik santrallerde yer alan temel elemanlar ve görevleri şöyledir:

1-Baraj seti

Suyun biriktirildiği rezervuarın sonunda yer alan suyun kaçışını engelleyen beton yapıdır.

2-Cebri basınçlı borular

Suyun iletilmesini sağlayan boru sistemleridir. Su cebri borulardan geçerek türbin çarkının dönmesini sağlar.

3-Türbin

Türbin çarkı, türbin şaftı, türbin kapağı, hız regülatör sistemi, basınçlı yağ sistemi, türbin yatağı, soğutma sistemi, kumanda panosu ve yardımcı teçhizattan oluşur. Su, türbinin geniş pervanelerine vurduğunda pervaneler dönmeye başlar. Bu türbinin şaftı generatöre bağlıdır.

4-Generatör

Jeneratör rotoru, statoru, yatağı, ikaz (uyartım), soğutma sistemi, koruma sistemi, kumanda ve işletim sistemi, doğru akım sistemi, kesici ve ayırıcılar ile yardımcı organlardan oluşur. Türbin pervaneleri döndüğünde, türbin miline bağlı generatörün dev mıknatısları da döner ve bakır bobinlerde alternatif akım üretilmesine sebep olur.

5-Transformatör

Ana gövde, soğutma sistemi, yangın sistemi, koruma sistemi bölümlerinden oluşur. Santralin içindeki transformatör AC’yi alır ve daha yüksek voltajlı akıma dönüştürür.

6-Şalt sahası

Transformatörlerde oluşan yüksek gerilimin elektrik iletim hatlarına bağlandığı bölgedir.

---

Hidroelektrik santral kurulumunun belirli faydaları vardır. HES’in avantajları şöyledir:

• Kurulum maliyeti yüksek olmasına rağmen çalışmaya başladıktan sonra elektrik verimi çok yüksektir. Çok fazla elektrik enerjisi elde edilebilir.
• HES’lerde elde edilen toplam enerjinin verimi %90 ve %95 gibi oranlardadır ve diğer yöntemlere göre oldukça yüksektir. Suyun neredeyse tüm potansiyel enerjisi yakalanabilir.
• Doğalgaz ya da kömür santrali gibi bir yakıt gerektirmez. Kaynağı sudur.
• Ömürler uzundur. Senelerce elektrik üretebilir. Bakım masrafları yüksek değildir.
• Rüzgarın ve güneşin durumu rüzgar ve güneş santrallerindeki gibi elektrik üretimini etkilemez.
• Elektrik depolanamayan bir enerjidir. Üretildiği anda tüketilmelidir. Elektrik depolanamasa bile su depolanabilir. Enerji ihtiyacına göre baraj kapakları açılıp kapatılarak elektrik tüketiminin durumuna göre elektrik üretilebilir.
• Baraj tipi hidroelektrik santrallerin elektrik üretiminin yanı sıra yöre halkının su ihtiyacını karşılama, tarım arazilerinin sulanmasına fayda sağlama, balıkçılık ve turizm gibi faydaları da vardır.

Hidroelektrik santralin zararlı yönleri de şunlardır:

• Kurulum maliyeti yüksektir ve çok zaman gerektirir.
• Her yere kurulması mümkün değildir. Çok ciddi fizibilite çalışması yapılması gereklidir.
• Özellikle akarsu üzerine kurulu olanları doğal kaynaklara ve doğal yaşama zarar verebilir. Ağaçlar kesilir ve akan suların yönleri değiştirilir. Kurulduğu bölgedeki tarihi eserleri yok edebilir. Bitki ve hayvan çeşitliliği azalabilir. Son zamanlarda HES karşıtı protestolarının en temel sebebi çevresel zararlardır.
• Fazla su birikmesi veya fazla su salınması durumunda bölge sakinleri için sel riski oluşturabilir.
• Sulama amacını da içeren geliştirme projelerinin en önemli sonucu, su kaynaklı hastalıkların yaygınlaşmasıdır. Sulama sistemleri, parazitler ve humma, ciğer trematodu, sıtma gibi hastalıklar yapan canlılar için uygun bir ortam oluşturmakta ve bu yüzden canlılar hastalıklardan etkilenmektedir.

---

Hidroelektrik enerji kaynakları yönünden ülkemiz oldukça zengindir. Ülkemizin dağlık ve yüksek bir arazi yapısına sahip olması akarsuların dar ve derin vadiler oluşturmasına neden olmuş, bu durum ise akarsu debilerinin oldukça yüksek olmasına zemin hazırlamıştır.

Topografya ve hidrolojinin bir fonksiyonu olan brüt hidroelektrik enerji potansiyeli, ülkemiz için 433 milyar kWh/yıl mertebesindedir.

Türkiye’deki en büyük hidroelektrik santral Şanlıurfa’daki Atatürk Hidroelektrik Santrali’dir. Bu baraj tipi santralin kurulu gücü 2405 MW’tır.

Kurulu gücüne göre Türkiye’deki diğer büyük hidroelektrik santralleri şöyledir:

• Karakaya Hidroelektrik Santrali – Diyarbakır – 1.800 MW
• Keban Hidroelektrik Santrali – Elazığ – 1.330 MW
• Altınkaya Hidroelektrik Santrali – Samsun – 703 MW
• Birecik Hidroelektrik Santrali – Şanlıurfa – 672 MW