Başka enerji biçimlerini (ısıl, nükleer, hidrolik, gel-git, jeotermal, güneş, rüzgar) elektrik enerjisine dönüştürmek üzere bir araya getirilmiş donanımlardan oluşan işletmeye Enerji Santrali adı verilir.
Bir elektrik santrali doğada bulunan çeşitli enerji biçimlerini (Rüzgar, jeotermal, hidrolik, gel git, nükler, güneş ve ısıl) kullanan devindirici aygıtların tahrik ettiği alternatif akım üreteçler (Çoğu kez alternatörler, kimi kez asenkron üreteçler) yardımıyla elektrik üretir.
Günümüzde büyük güçlü sınai donanımların hemen tümü hidrolik ve termik (klasik ve nükleer) santrallardan oluşmaktadır. Tipi ne olursa olsun her elektrik santralı, temel olarak bir enerji kaynağı, devindirici bir aygıt, bir alternatör ve bir dönüştürme istasyonundan oluşur. Dönüştürme istasyonu, alternatörün ürettiği gerilimi, genel, ulusal ya da uluslararası enterkonnekte şebekenin besleme hatları için uygun bir değere yükseltir. Elektrik santralı tipinin seçimi, bir kilowatsaatlik enerjinin maliyetinde belirleyici rol oynayan ilk kuruluş maliyetine olduğu kadar işletme ve bakım giderlerine de bağlıdır.
Bir termik santralın kuruluş giderleri, eşit güçteki bir hidroelektrik santrala oranla iki ya da üç kat daha düşüktür.
Ancak, bir hidroelektrik santral için uygulamada göz ardı edilebilecek kadar küçük olan işletme giderleri, sürekli olarak pahalı bir yakıt gerektiren bir termik santrallde daha yüksektir. Amortismanların yüksek olmasına rağmen hidroelektrik enerji, termik enerjiden daha ucuzdur. Günümüz teknik koşullarında bir nükleer santralın kuruluş giderleri, bir hidroelektrik santralinkiyle hemen hemen aynıdır. Oysa hidroelektrik santralın yalnızca, göz ardı edilebilecek kadar küçük işletim giderleri olmasına karşın, bir nükleer santralın bakım ve işletim giderleri, çok daha ucuza kurulan termik santralınkiyle hemen hemen aynıdır. Parçalanabilir yakıtın fiyatı, fosil yakıtlara oranla çok düşük olduğundan, nükleer enerjinin kilowatsaati, termik enerjininkinden daha ucuzdur.
Nükleer santrallerin gelişmesi yalnız enerjilerinin uygun fiyatlı oluşundan değil, aynı zamanda; yakın gelecekte, hidroelektrik santral kurulabilecek alanların ve fosil yakıtlar kömür, petrol ve doğalgaz kaynaklarının tükeneceği görüşünden de kaynaklanmaktadır.
1. HİDROELEKTRİK SANTRAL
Bu santrallerde, bir hidroelektrik türbin çalıştırmak için hareket halindeki suyun kütlesinin kinetik enerjisinden faydalanılır. Kış aylarında, elektrik enerjisi istemi maksimumdur. Bu dönemlerde nehirlerde su çekildiğinden, hidroelektrik enerji üretimi en küçük noktaya düşer. Enerji isteminin yüksek, üretimin düşük olması nedeniyle kış mevsiminde elde edilecek enerji büyük önem taşır. Öte yandan hidroelektrik enerjinin değeri, geceleri gündüze, pazar günleri çalışma günlerine oranla daha düşüktür.
Bir hidroelektrik santrallerin değeri, yalnız üretilen enerjinin niceliğine değil, bu enerjinin niteliğine yani; zaman içindeki dağılımına da bağlıdır.
Oysa hidroelektrik santralinim kurulacağı yerin seçimini doğa belirler. Ve kimi zaman bu yer, kullanım merkezlerinden çok uzakta olabilir. Dolayısıyla enerji nakli nedeniyle, donanımın maliyeti oldukça artar. Bütün hallerde kuruluş maliyetleri termik santrallere oranla daha yüksektir.
Buna karşılık hidroelektik santrallerin tükettiği birincil enerji kaynağı bedavadır. İşletme ve bakım giderleri termik santrallerinkinden oldukça azdır. Hidro bir donanımın, işletme ekonomisi kuruluş giderlerini karşıladığı ölçüde elverişli olduğu düşünülür.
Hidro santrallerde, çok çeşitli niteliklerde ve maliyet fiyatları son derece değişken enerjiler elde edilir. Termik santrallerle karşılaştırma her özel hal için yapılmalıdır; bunun için ortalama üretimi, maksimum gücü, minimum gücü ve coğrafi koşulları göz önüne almak gerekir. Hidro donanımların verimli hale gelmesi uzun vadelidir. Belirli bir gücün elde edilmesi için bu donanımlara yapılacak yatırım, aynı güçteki termik santrale yapılacak harcamanın üç yada dört katına ulaşır.
Hidro santraller kullandıkları enerji rezervlerine göre üç gurupta sınıflandırılırlar: Akarsu santralları, göl santralları ve eklüz santrallerı.
a) Akarsu santralları: Uygulamada hiç bir rezervleri yoktur. Bunlar suların yükselme dönemlerinde toplam güçlerini verir. Ve gereksinim fazlası suyu akıtır.kuraklık döneminde üretilen güç debi ile birlikte azalır. Ve kimi akarsularda, suların çekilmesiyle sıfıra düşer. Rhone ve Rhin üzerinde gerçekleştirilmiş bu tür akarsu santralleri örnek gösterilebilir.
Rhone üzerindeki danzere santralı, ortalama debiye oldukça yakın olan 1500 m3/s`lik debiyi kullanacak biçimde tasarlanmıştır. Rhone, normal su çekilmesinde dahi 400 m3/s`lik bir debi sağlandığından, santralın gücü yılda ortalama 1`e 4 oranında değişir. Rhin`de ortalama debi 110 m3/s ve sular çekildiğinde 300 m3/s olduğundan oran Rhone`ninkiyle hemen hemen aynıdır.
b) Göl santralları: Nehir debisinin belli bir bölümünü rezerv olarak tutatabilen bir biriktirme alanıyla beslenir. Tignes biriktirme alanıyla beslenen Brevieres-Malgovert bütününde, İsere`in ve daha küçük birkaç akarsuyun Mayıs-Eylül dönemi arasında verdiği 240 Mm3 su tümüyle depolanır. Bu rezerv kış mevsiminin kritik dönemi sırasında, yaklaşık 1200 saatte kullanılır. Bu tür donanımların kurulmasına uygun yerler azdır, ayrıca göl santrallarının çoğunda yıllık fazla su miktarının ancak küçük bir bölümü depolanabilmektedir.
c) Eklüz santraller: Depolama olanağı yıllık fazla su miktarının % 5`inden düşük olan ama nehrin en az bir kaç saatlik ortalama debisine denk düşen göl santrallarıdır. Bunların mevsimlik enerji dalgalanmalarına katkıları azdır. Ama günlük dalgalanma dönemlerinin atlatılmasında büyük önem taşır. Örneğin; saat 18 ile 20 arasında tam güçle çalışa bilmek için gece 0 ile 2 arasında su depolayabilen bir donanımın yararı kolayca anlaşılır.
Akarsu santrallarında, düşük su hareketi altında ve düşük hızda çalışan, yüksek debili hidro tribünler kullanılır. Göl santrallarında büyük borularla beslenen, düşey yada yatay eksenli hidro tribünler kullanılır. Her hidro santral şu bölümlerden oluşur:
1. Su alma kulesi.
2. Taşıma borusu yada yük galerisi.
3. Vana odası.
4. Makina daireleri (TRİBÜNLER VE ALTERNATÖRLER)
5. Kaçak borusu ya da galerisi.
6. Dönüştürme postası.
Uzun bir galeri aracılığıyla beslenen ve kaçak suyunu Rhone havzasına akıtan Montpezat santralı gibi kimi hidro santrallar yer altındadır.
Son yıllarda 2 önemli özel hidro santral türünün geliştirilmesine yönelik çalışmalar vardır: Düşük debili akarsular üzerine kurulan mikro santraller. Enerji kullanımının minimum olduğu saatlerde su pompalamak için elektrik tüketen ve kullanımın maksimum olduğu saatlerde tribün gibi çalışarak bu enerjiyi şebekeye geri veren pompalama santralleri.
2. NÜKLEER SANTRAL
Bu santral tipi, aynı alana kurulmuş birçok birimden (ya da dilim) oluşur. Her birimde bir nükleer reaktör, bir turboalternatör grubu ve çeşitli yardımcı donanımlar bulunur. Nükleer santrallarda, bir nükleer tepkime, yani örneğin uranyum 235 izotopu gibi ağır bir atom çekirdeğinin parçalanması sırasında açığa çıkan ısı kullanılarak elektrik üretilir. Dolayısıyla bir nükleer santralın türbini, bir nükleer reaktör kalbinde oluşan parçalanmalardan oluşan ısıyı kullanan bir nükleer kazanın verdiği buharla beslenir. Kimi nükleer kazanlar, buharı doğrudan reaktör içinde üretilecek biçimde tasarlanmıştır. (BWR) tipi santraller ama çoğu kez reaktörün ısısı, bir eşanjör içeren kapalı bir devrede dolaşan sıvı ya da gaz bir akışkan aracılığıyla çekilir. Eşanjör (burada buhar üretici), akışkanın taşıdığı ısıyı, buharlaştırmak üzere türbin devresinin suyuna aktarır.
Nükleer santrallar genellikle,çeşitli ailelere ya da TÜR`lere ait reaktör tiplerine göre sınıflandırılır. Çok sayıda tür incelenmiş ama bunlardan ancak çok azı sınai olgunluğa erişmiştir. Tabloda en yaygın santral türleri ve birkaç kullanıcı ülke belirtilmiştir.
1980 başında, dünyada, gücü 150 MW`ı aşan yaklaşık 200 elektrik üretim birimi vardır. Bunların ürettiği toplam enerji 120.000 MW`tan büyüktür. Bunların yarıdan biraz azı PWR türüne ait reaktörlerle beslenmektedir. (ELEKTRO NÜKLEER) PWR türü bir santralın temel öğeleri şunlardır. Yaklaşık 150 barlık basınç altındaki suyu içeren birincil devre, reaktör kalbinde üretilen ısıyı, buhar üretecine taşır. İkincil devrenin suyu, yaklaşık 70 barlık bir basınç altındadır. Bu su, buhar üretecinde buharlaşır ve genleşerek mekanik enerji oluşturmak üzere türbini besler. Kondansörde, yeniden sıvı hale gelir. Bir üçüncül su devresi, kondansörü soğutarak bundan aldığı ısıyı çevreye verir. Kurumsal nedenlerle bu ısı reaktörde üretilenin hemen hemen 2/3`üdür. Belli sayıda santralda, kondansör bir akarsu ya da deniz suyuyla soğutulur. Bu soğutma biçimi olanaklı olmadığından üçüncül devrenin suyu, doğal çekişli bir soğutma kulesine (120 ile 165 m yüksekliğinde, baca biçimli beton kule) gönderilir. Kondansörden gelen sıcak su, kule içinde dolaşan havanın temasıyla kısmen buharlaşarak soğur. Hava dolaşımının vantilatörlerle sağlandığı, yüksekliği çok daha az başka bir soğutma kulesi türü de vardır.
Hızlı nötronlu bir santralın birincil devresinde, ısı taşıyıcı akışkan olarak sıvı sodyum kullanılır ve üretilen ısıyı iyi soğutan bu akışkan nötronları fazla yavaşlatmaz. Devreye 400 C sıcaklıkta giren bu sodyum 560 C sıcaklıkta çıkar. İkincil bir devrede, ısısını etkin olmayan sodyuma verir. Bu devrenin üçlü bir rolü vardır.
- Buhar üreteci içindeki olası bir sodyumun atılmasını engellemek
- Bu tepkimeye bağlı bir basınç dalgasını kalbe dek gelmesini önlemek.
Bir üçüncü su-buhar devresi buhar üreticini oluşturur.
3. TERMİK SANTRAL
Klasik bir termik santral bir fosil yakıtın yanmasıyla elde edilen ısı enerjisinin kullanılarak elektrik enerjisi üretilir. Termik santrallar taban santralları ve düzenleme santralları olmak üzere ikiye ayrılır. Taban santralları genellikle üretilen kömürlerden elde edilen maddelerin ya da kömür maddelerinin yakınına kurulurlar. Yüksek fırınlardan elde edilen gazları kullanan ya da doğal gazla çalışan türleri de vardır.
Düzenleme santraları da sanayi kömürü ya da ağır yağlar gibi daha nitelikli yakıtlar kullanılır. Bu santrallar yeterli miktarda hidrolik enerjiyle beslenemeyen büyük tüketim merkezlerinin yanına kurulurlar.
Modern büyük termik santralların hemen hemen hepsinde elektrik üreteci olarak buhar türbinleri kullanılır. Dakikada 3000 devirlik hızla dönen bu türbinlere bağlı alternatörlerin birim gücü 600 MW`ı bulmaktadır. Sargıları sıkıştırılmış hidrojenle soğutulan bu alternatörlerin uçları arasında 10 ila 27 KV`luk bir gerilim bulunur. Buhar türbinlerini besleyen buharın sıcaklığı 565 C, giriş arasındaki basıncı ile 150-200 bar arasındadır.
Modern termik santallar genellikle aynı güçte birçok turboalternatörden oluşurlar. Her turboalternatör, ek bölümleriyle birlikte tam bir özerklik içinde çalışabilecek bir dilim meydana getirir. Bu santralın dilimlerinin ortak olarak depolanmış olan yakıtı kullanmak dışında birbirleriyle hiçbir ilişkisi yoktur. Üretilen akım iki çubuk takımına yöneltilir: bu takımlardan birincisi dilimin kendi ek bölümlerine, diğeri ise elektrik enerjisinin 220 ya da 400 KV`luk bir gerilimle genel enterkonekte şebekeye ileten elektrik dağıtım istasyonunun transformatörlerine bağlıdır. Dilimlerin diğer donanımları (yakıtın depolanması ve aktarılması,buharlaştırma grubu, makine salonu, elektrik dağıtım istasyonu) ileride daha önce varolan grupların çalışmasına engel ya da temel öğelerini değiştirmeksizin dilim sayısının artırılabilmesi amacıyla mantıksal bir düzene göre yerleştirilmişlerdir.
Yardımcı ya da yedek santrallarda,maksimum güçleri 100 MW olan gaz türbinleri kullanılır. Bu türbinler hem görece daha az yer kaplar, hem de ürettikleri güç birimi başına düşen ağırlıkları çok küçüktür. Dışarıdan santrala getirilmek zorunda olan yakıt bir kenara bırakılırsa, gaz türbinli bir santralın bütünüyle özerk olduğu söylenebilir. Bu santrallar suya gereksinim göstermeden çalışırlar. Bir diesel motorundan çok daha fazla yakıt tüketiyor olsalarda, yakıt olarak çok daha ucuz olan ağır yağları kullanabilmeleri ve çok düşük bir bakım gideri gerektirmeleriyle bu olumsuzlukları dengelerler.
4. RÜZGAR SANTRALI
Bu santrallarda, bedava ve tükenmez bir kaynak olan rüzgarların enerjisinden yararlanılır; ancak,rüzgarların dağınık ve düzensiz karekteri, sistemli bir işletimi frenler. Bu nedenle, çoğu kez düşük güçlü olan rüzgar santralları, kırsal kesimlerdeki tarım bölgeleri, özerk radyo istasyonları, fenerler ve işaret şamandıraları v.b. gibi özel alanlarda kullanılır. Gerçekte, büyük rüzgar motorları için, rüzgar ancak belli bir hızdan sonra uygundur. Elde edilebilen enerji, yaklaşık olarak, rüzgar enerjisinin küpüyle orantılıdır. 6 m/s yani 21,6 km/h`in altındaki hızlar için, rüzgar enerjisinin gözardı edilebilecek düzeyde olduğu kabul edilir. Özel gereksinimler için, akümülatörlerle (enerjiyi depolamaya yarayan) düzenlenen elektrik üretim tekniği, günümüzde nispeten kullanılsa da gücü onlarca kilowatı geçen makinelerin üretimini, uygun koşullarda düzenleme yolu henüz bulunamamıştır.
5. JEOTERMAL SANTRALI
Bu santral türünde,doğrudan yeraltından gelen ve örneğin sıcak kaynaklarda ve fümerollerde açığa çıkan ısıl enerjiden yararlanılır. "Yüksek enerjili" bir buhar yatağı, sondajlarla işlenir. Kuru buhar doğrudan, bir alternatöre bağlı türbine gönderilir. Sonra atmosfere atılır; büyük donanımlarda ise verimi önemli ölçüde artırmak için, türbin sonrasında buhar bir kondansöre gönderilir.
Nemli buhar, yoğuşturmalı bir türbine gönderilmeden önce sıvı haldeki suyundan arındırılır. İşletilen, kuru buharlı jeotermal alanlar Larderello (Toscana, 380 MW), The Geysers (Kaliforniya 520 MW) nemli buharlı jeotermal alanlar ise Wairakei (Yeni Zelanda, 150 MW), Cerro Prieto (Meksika, 75 MW), Japonya`da (120 MW) ve Salvador`da (75 MW) birer işletmedir.
6. HİDROTERMAL YA DA DENİZ ISIL SANTRAL
Henüz uygulamalı bir örneği bulunmayan bu santral türüyle, denizlerin ya da okyanusların ısıl enerjisinden yararlanılabilir. Ekvatoral ve tropikal bölgelerde ve derin denizlerde, dip suları ile güneşin etkisiyle sıcaklığı birkaç derece daha artan yüzey suları arasında, yeterli bir sıcaklık farkı vardır.
Georges Claude, sıcak tropikal sular ile soğuk kutup suları arasında bir ısıl alışveriş gerçekleştirilmesini önermiştir.
7. GELGİT SANTRALI
Bu santral türü, gelgitlerin enerjisinden yararlanarak elektrik enerjisi üretilir. Gelgitler ancak, yerel rezonans olayları nedeniyle büyük bir değer aldıkları yerlerde kullanılabilir. Okyanusların ortasında bir metreyi geçmeyen gelgit yüksekliği, yer kürenin, bu enerjinin kullanımı için elverişli ekonomik yerleşim alanları oluşturan sayılı noktasında, büyük gelgitte, onlarca metreyi aşar.
Gelgitlerin ortalama yüksekliği çok düşüktür. Genliklerini nitelemek için verilen geleneksel rakamlar, ılım noktasındaki ortalama genliği, ılım noktasındaki büyük gelgit genliğinin % 70`idir. Ortalama küçük gelgit genliği ise ancak % 45`lik bir düzeydedir. Öte yandan, türbinlerin çalıştığı saatlerde, havuz ile deniz arasındaki düzey farkı, med ile cezir arasındaki düzey farkının bir kesri kadardır. Diğer yandan da, gruplar, enerji gereksiniminin minimum olduğu saatlerde, koyda ek bir su rezervi oluşturmak için pompa olarak ta çalışabilmelidir.
Bu tür ilk santral Fransa`da Rance koyuna kurulmuştur. Başka bölgelerde iş alanlarıyla ilgilenmeden, yalnız üretim olanaklarını göz önüne alarak, benzer santralların kurulması tasarlanabilir: Kanada`da Fundy Körfezi, Patagonya`nın G-D kıyısı, İngiltere`de Savern Koyu, Fransa`da Mont-Saint-Michel Körfezi, Baffin denizi ya da körfezi, Avustralya`nın kuzey kıyısı, Kore, Hindistanda Cambay Körfezi, Meksika`da Rio Colorado`nun girişi.
8. BUHARLI ENERJİ SANTRALLARI
Buhar kazanı, buhar türbini ve jeneratörden ibarettir. Buhar kazanda elde edilir. Türbinde mekanik enerjiye çevrilir ve jeneratörde elektrik enerjisi elde edilir.
9. İÇTEN YANMALI MOTORLU SANTRALLER
Bu santraller dizel motorlar ve gaz türbinleri ile tahrik edilirler. Yüksek yakıt ihtiyaçlarından dolayı büyük buhar türbinlerine göre daha pahalıdırlar. 1000-1500 KW arasında güçleri bulunan bu santrallar küçük yerleşim merkezlerine güç temin ettikleri gibi, ihtiyacın yüksek olduğu saatlerde devreye girmek üzere yapılırlar. Buhar türbinlerinin devreye girmesi saatler aldığı halde dizel motorları ve gaz türbinleri birkaç dakikada devreye girerler. Bu sebepten, günün birkaç saatinde ihtiyaç olan ilave gücü elde etmek için kullanılırlar. Ayrıca hastahane gibi kurumlarda elektrik kesildiği durumlarda devreye girerler.
|  anasayfa   |  sayfa başı  |   geri  |