Hidroelektrik Sistemlerin Sınıflandırılması ve Tasarımı

Hidroelektrik sistemlerin sınıflandırılması ve tasarımı

Hidroelektrik güç sistemleri şu şekilde sınıflandırılmaktadır:

a) Büyük ölçekli hidroelektrik sistemler: Bu sistemlerinin gücü 50 MW’ın üzerindedir 1 MW’ lık bir

güç yaklaşık 20000 elektrik lambasının ihtiyacı olan enerjiyi üretir 1 KW' lık bir güç ise 4 lambalı

(50 watlık) 5 evin aydınlanma için gerekli olan enerjiyi verir 50 MW’lık bir güç 250000 evin ışık ihtiyacı olan enerjiyi verir

b) Küçük ölçekli hidroelektrik sistemler: Güç bölgeleri 10-50 MW arasındadır

c) Mini ölçekli hidroelektrik sistemler: Bu sistemler ulusal enerji şebekesine daha az katkıda bulunurlar Bunlar 101 kW ile 10000 kW güç bölgesinde çalışırlar

d) Mikro ölçekli hidroelektrik sistemler: Mikro hidroelektrik sistemler çok daha küçük ölçekte olurlar ve ulusal enerji şebekesine elektrik enerjisi sağlamazlar Ana yerleşim bölgelerinden uzaktaki alanlarda yani ulusal enerji şebekesinin ulaşmadığı bölgelerde kullanılır Güçleri, genellikle sadece bir yerleşim yeri veya çiftlik için yeterlidir Güç bölgeleri, 200 wattan başlayarak bir grup evin veya çiftliğin yeterli aydınlanma, pişirme ve ısınma enerjisini sağlayacak şekilde 100 kW’a kadar çıkabilir Küçük fabrikaların veya balık çiftliklerinin enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde ve ulusal enerji sisteminin bir parçası olmaksızın çalışabilir Mikro hidroelektrik sistemlerde elektrik enerjisi üretimi de şart değildir Bir çok uygulamada, mekanik enerjisinden de yararlanılarak değirmen sistemlerinde kullanılabilir Her iki kullanım için de sistem özellikleri aynıdır

Enerji literatüründe büyük hidroelektrik enerji, klasik yenilenebilir kaynak grubunda ele alınırken; mini ve mikro hidroelektrik enerji yeni ve yenilenebilir kaynaklar grubuna sokulmaktadır 101kW-10 MW arasındaki hidroelektrik olanaklar mini hidroelektrik enerji olarak varsayılmaktadır Mini hidroelektrik sistemler çeşitli şekillerde sınıflandırılmaktadır Düşüye göre yapılan sınıflandırmada; 2-20 m alçak düşü, 20-150m orta düşü ve 150 m ve yukarısı yüksek düşü olarak kabul edilir Genellikle düşük birim maliyeti nedeniyle orta ve yüksek düşülü sistemlerin yapılması tercih edilir Düşü, debi ve güç arasındaki bağıntı şu şekilde verilmektedir:

Burada Pe türbin milinden alınan gücü (W), ρ suyun yoğunluğunu (1000 kg/m3), g yerçekimi ivmesini (981 m/s2), Ho net düşüyü (giriş ağzı ile kuyruk suyu arasındaki kot farkından toplam düşü kayıplarını çıkartarak bulunur, m), Q türbine gelen debiyi (m3/s), ηg genel verimi göstermektedir Bir hidroelektrik güç sisteminde toplam güç çıkışı ve kayıpların oluşumu şu şekilde gösterilmiştir (Şekil 24):

Depolamalı sistemde ise suyun önü bir baraj sistemi ile kapatılmaktadır Bu sistemin avantajı yağışlı sezonda su barajda tutulur Böylece yağışsız ve kuru sezonda da gerekli potansiyel enerji sağlanmış olur Depolamasız sistemde suyun önü kesilmez, sadece bir kısmı bir kanal içerisine alınır Mikro hidroelektrik sistemler genellikle depolamasız sistemlerdir Bu sistemlerin en büyük dezavantajı kurak sezonda türbin için gerekli debiyi verememeleridir En büyük avantajı ise lokal olarak çok düşük bir maliyetle yapılabilmeleridir Akarsu yatağına en az zararı verirler Yükleme odasında günlük bazda yapılan ayarlarla da su debisi kontrol edilir Depolamalı sistemler daha karmaşık ve pahalıdırlar Zaman içerisinde çeşitli problemlerle karşılaşırlar Örneğin baraj gölü belirli bir zamandan sonra kum ve kil ile dolmaktadır Böyle durumda boşaltılması hem pahalı hem de çok zordur Bir süre sonra baraj ömrünü tamamlar

Şekil 27'de depolamasız, Şekil 28'de ise depolamalı bir hidrolik güç sisteminin ana bileşenleri görülmektedir Burada; set savağı suyu akarsu yatağından bir açık kanala yönlendirir; çökeltme havuzu su içerisindeki kum parçalarının çökmesini sağlar; kanal, suyu yamaç boyunca ve gerekli yerlerde su kemerlerinden geçirerek yükleme odasına kadar getirir Burada bir cebri boru içinden geçen su türbin veya bir çarka ulaşır Türbin mili mekanik bir aletle birleştirilir Bu bir jeneratör veya bir değirmen olabilir

Şekil 28 Depolamalı bir hidroelektrik santralin kısımları

Mini hidroelektrik sistemlerin diğer bir sınıflandırma şekli de enerjinin kullanım tarzı ile ilgilidir Burada üretilen elektrik ya merkezi enerji sistemini besler ya da bağımsız olarak küçük kasabaların ve yerleşim bölgelerinin enerji ihtiyacını karşılar

Bir hidroelektrik sistemin tasarımı 4 aşamada gerçekleşir Bunlar:

a) Kapasite ve talep araştırması: Bir enerjiye talep olduğunda ‘’ne kadarlık bir enerji hangi amaç
için isteniyor’’ sorusunun cevabı doğru olarak belirlenmelidir Bu aşamada ayrıca kullanıcıların
kullanım kapasitelerinin de belirlenmesi önemli olmaktadır Genelde mikro hidrolik sistemler,
insanların çoğunun karmaşık makinaları kullanmadığı kırsal bölgeler için planlanmaktadır Bu
sistemin tasarımı ve yapımı için gerekli paranın büyük bir kısmı o yöre insanları tarafından
karşılanacaktır

b) Hidrolojik çalışma ve mevki araştırması: Bu aşamada sistemin kurulacağı yerin hidrolik
potansiyeli belirlenir Akarsuyun debisinin yıl boyunca değişimi ortaya konur, su alma ağzının en
verimli ve en ucuz olarak alınacağı yer tespit edilir Ayrıca, dönem dönem ne kadarlık bir güç
sağlanabileceği de tespit edilir Çalışma suyun farklı kullanılması (örneğin zirai sulama amaçlı)
durumunu da dikkate alır

c) Ön fizibilite çalışması: Bu bir hızlı fiyat belirleme çalışmasıdır Hidrolik sistem tasarımcısı talebi
karşılayacak şekilde genellikle 3 veya dört farklı seçenek ortaya koyar Bunların ilk ikisi iki farklı
hidrolik sistemin yerleştirilmesi, üçüncüsü merkezi enerji nakil sisteminin geliştirilmesi ve sonuncusu
ise ihtiyacı karşılayacak şekilde bir dizel jeneratör kullanılması olabilir Ön fizibilite çalışması, bu
seçenekleri karşılaştırır ve bunların önemli özellilerini ortaya koyar Tüketici, bu seçenekleri ve
bunların karşılaştırmalı fiyatlarını bilmek isteyecektir Ön fizibilite çalışmasında ayrıca, enerji talep
çalışmalarının hidrolojik çalışma sonuçları ile karşılaştırması da yapılır Talep çalışması bize güç

değişimleri karşısında talebin nasıl olacağını hidroloji çalışması bize güç değişimlerinin nasıl sağlanacağı hakkında bilgi verir Ayrıca bu bölümde farklı sorulara da cevaplar verilir d)Tam fizibilite çalışması: Ön fizibilite çalışmasında hidrolik sistemin uygulanabilir olduğu belirlenirse; mühendislik hesapları, maliyet hesapları detaylı olarak tam fizibilite çalışmasında yapılır Ayrıca, ekonomik kriterleri kullanarak yapılan parasal çalışmalar, işletme ve bakım masraflarının hesaplanması da önemlidir Fizibilite çalışmasında altın kural şu şekildedir: çalıştırma ve bakım (O + M) birinci, ekonomi ve tesis faktörü ikinci, mühendislik tasarımı ise üçüncü önceliktedir Fizibilite çalışmasında ayrıca kontratlarla detaylı olarak kullanma tarifesi de belirtilmelidir Yani kurulacak sistemden üretilecek elektrik enerjisi hem ev elektriğinde ve hem de güç kaynağı olarak sanayide kullanılacaksa bu koşullar kontratta ayrıntılı olarak belirtilmelidir Aynı yolla, farklı amaçlı kullanıcılar için öncelik hakları (sulama ve hidrolik güç) ortaya net bir şekilde konmalıdır Bu durum daha sonra ortaya çıkabilecek zorlukları çözmeye yardım edecektir