HES Nedir ? HES Hakkında Bilmeniz Gereken Herşey!

/in /tarafından

HES suyun gücünü kullanarak elektrik üreten sistemlere verilen isimdir. HES santrallerinde ki sistem, suyun potansiyel enerjisini önce kinetik enerjiye, ardından kinetik enerjiyi mekanik enerjiye, sonra da mekanik enerji ile de elektrik enerjisi üretmedir.

HES demek, hidroelektrik enerji santrali demektir. Hes’ler çok eski çağlardan beri kullanılmaktadır. Günümüzde en yaygın kullanım amacı ise elektrik üretme yöntemidir.

Daha önce sizlere hidroelektrik santralihakkında detaylı bilgiler verdiğimiz bir yazı paylaşmıştık. Şimdi ise Hes (hidroelektrik) santrallerini daha yakından tanımanız için hem konuyla alakası olmayan insanlar hem de mühendislik öğrencilerinin kullanabileceği bir yazı hazırlamaya çalıştık.

Kısaca HES Santrallerinde Elektrik Nasıl Üretilir?

İlk olarak aşağıya bir resim koyduk. Resmin altına da sistemin işleyişini yazdık.

1: Barajdaki su potansiyel enerjiye sahip. Bu aşamadan ikinci aşamaya geçiş sağlanıyor.

2: İkinci aşamada ise durağan su, penstock aracılığı ile türbinlere gönderiliyor. İşte suyun harekete başladığı bu aşamada, su artık kinetik enerjiye sahip oluyor.

3: Üçüncü aşamada ise, su türbinlere çarpıyor ve türbinler dönmeye başlıyor. Türbinlerin bu dönme hareketi ile mekanik enerji elde edilmiş oluyor.

4: Dördüncü ve son aşamada ise, türbinler bir şaft ile jeneratörü döndürüyor. Jeneratör ise bu aşamada elektrik üretmeye başlıyor.

Gördüğünüz gibi, aslında sistemin mantığı çok basit.

HES Santrallerinin Tasarımında Dikkate Alınan Hususlar Nelerdir?

Hes’ler tasarlanırken aşağıda ki koşullar ve gereksinimler dikkate alınır.

HES Santrallerinin Güçlerine Göre Sınıflandırılması

Large-Hydro: 100 MW’ın üzerindeki santrallere denir.

Medium-Hydro: 15 MW ile 100 MW arasındaki güce sahip santrallere denir.

Small-Hydro: 1 MW ile 15 MW arasındaki güce sahip santrallere denir.

Mini-Hydro: 100 kW ile 1 MW arasındaki güce sahip santrallere denir.

Micro-Hydro: 5 kW ile 100 kW arasındaki güce sahip santrallere denir.

Pico-Hydro: 5 kW’ın altındaki güce sahip santrallere denir.

HES’lerin Su Yüksekliğine Göre Sınıflandırılması

High-Head: Suyun 100 metre ve daha fazla yüksekliğe sahip olduğu sistemlerdir.

Medium-Head: Suyun 30 metre ile 100 metre arasında sahip olduğu yükseklikte ki sistemlerdir.

Low-Head: Suyun 2 metre ile 30 metre arasında sahip olduğu yükseklikte ki sistemlerdir.

HES’in Kurulacağı Yere Göre Sınıflandırılması

  • Nehir ve ırmaklar,
  • Baraj kurulacak yer veya suyun toplanması için set çekilecek yer,
  • Entegre su pompalama sistemlerinin bulunduğu yer.

HES’lerde Kullanılan Türbin Çeşitleri

  • Francis,
  • Kaplan,
  • Propeller,
  • Bulb,
  • Tube,
  • Straflo,
  • Tyson,
  • Gorlov,
  • Archimede Screw

Suyun Yüksekliğine Göre Kullanılan Türbinler

  • Suyun 0,2 ile 4 metre arasında sahip olduğu yükseklikler de hidrolik su çarkları kullanılır.
  • Suyun 1 ile 10 metre arasında sahip olduğu yükseklikler de Archimede screw türbinleri kullanılır.
  • Suyun 2 ile 40 metre arasında sahip olduğu yükseklikler de Kaplan Türbinleri kullanılır.
  • Suyun 10 ile 350 metre arasında sahip olduğu yükseklikler de Francis Türbinleri kullanılır.
  • Suyun 50 ile 1300 metre arasında sahip olduğu yükseklikler de Pelton Türbinleri kullanılır.
  • Suyun 50 ile 250 metre arasında sahip olduğu yükseklikler de Turgo Türbinleri kullanılır.

HES’ler de Kullanılan Hesaplamalar

Hidrolik Güç Hesabı:

Ph = p.g.h.Q formülü ile hidrolik güç hesaplanabilir.

Bu formülün anlamı ise;

Ph: Hidrolik güç (J/s),

p: Suyun yoğunluğu (kg/m3),

g: Yer çekimi ivmesi (9,81 m/s2),

Q: Suyun akış hızı (m3/s),

h: Suyun yüksekliği.

Suyun Net Yükseklik Hesabı:

Yukarda ki formülde yer alan h yani suyun yüksekliği 2 şekilde hesaplanır. İlki durağan su için, ikincisi ise hareket halindeki su için yükseklik hesaplanır.

Durağan Suyun Yükseklik Hesabı:

h = Delta.h , Yani suyun giriş yaptığı ve çıkış yaptı noktaların yüksekliklerinin farkıdır.

Hareket Halindeki Suyun Yükseklik Hesabı:

h = (p1 – p2) + 1/2((C1)2 – (C2)2) , yani suyun basınç farkı, suyun hızının farkının 1/2 katının toplamıdır.

Türbin Çıkış Gücü Hesabı:

Pt = Ph.nt , bu formül ile hes santrallerinde kullanılan türbinlerin çıkış gücü hesaplanabilir.

Pt: Türbinin mekanik çıkış gücü,

Ph: Hidrolik güç,

nt: Türbin verimliliği.

Jeneratör Çıkış Gücü Hesabı:

Bu formül için de yukarıda ki formüllerden yararlanıyoruz. Jeneratör çıkış gücü formülü;

Pe = Pt.ng

Pe: Jeneratör çıkış gücü,

ng: Jeneratörün verimliliği.

Kısaca hes santralleri dizayn edilirken kullanılan bazı formüller bunlardır. Tabi bunlar genel formüllerdir.

HES Santrali Hesaplamaları için Örnek Problemler:

Şimdi, yukarda ki formülleri daha iyi anlayabilmek adına, aşağıda 1 tane örnek hesaplama verdik.

Problem-1:

25 metre su yüksekliğine sahip bir akarsu, dakikada 600 litre yoğunluğa sahip. Bu akarsu’ya kurulacak olan HES ile ne kadar enerji elde edilebilir? (Santralin verimliliği %83 olarak dikkate alınacak (n))

Çözüm-1:

İlk olarak sorunun bize verdiği değerleri yazıyoruz.

H = 25 metre,

Q = 600 litre/dakika, bunu m3/saniye şeklinde yazacağız,

= 600 litre/dakika x 1m3 / 1000 litre x 1 dakika / 60 saniye

= 0,01 m3/saniye

n= %83 yani = 0,83

P = 10 x n x Q x H (formülde yerçekimi kuvvetini 10 aldık),

= 10 x (0,83) x (0,01) x (25)

= 2,075 = 2,1 kW.

Sonuç olarak yukarıda ki akarsu için 2,1 kW gücünde HES santrali kurulmalı.

Peki bu HES santrali yıllık ne kadar enerji üretir?

Yıllık üretilen enerjiyi bulmak için aşağıda ki formülü kullanacağız;

E = P x t

= 2,1 kW x 24 saat/gün x 365 gün/yıl

= 18.396 kWh yıllık üretebileceği enerji miktarıdır.

Peki bu santral, 1 yılda kaç kişinin enerji ihtiyacını karşılamış olur?

1 kişinin 1 yıllık tükettiği enerji miktarı yaklaşık 3.000 kWh ise;

E/3000 = 18.396 / 3000 = 6,13 yani yıllık 6 kişinin enerji ihtiyacı karşılanabilir.

HES Santrallerinin Avantajları ve Dezavantajları Nelerdir?

Avantajları;

  • Karbon emisyonu yoktur. Doğaya ve atmosfere hiçbir zararlı gaz bırakmaz.
  • Yenilenebilir enerji kaynakları ile elektrik üretme yöntemlerinin en verimli olanıdır. HES’lerin verimliliği %80 civarındadır (güneş santralleri %15-20 arasında verimliliğe sahiptir).
  • Suyu depolamak mümkündür. Böylece, enerji üretmek için depolanan suyun hareket ettirilmesi yeterlidir. Yani stabildir.
  • Bir adet HES santrali 10 kW ila 20.000 MW kurulu güce tek başına sahip olabilir.
  • İşletme ve bakım giderleri oldukça düşüktür.
  • Çok uzun ömürlüdür.

Dezavantajları;

  • Sık sık olan su baskınlarından dolayı, büyük miktarlar da suyun bırakılmak zorun olunması. Bu da hes’lerin bulunduğu habitatın dengesinin bozulması anlamına gelmektedir.
  • Yağmur ve kar’dan dolayı oluşan su yoğunluğuna bağlı olarak, zaman zaman hes’lerin çıkış güçleri değişmektedir. Yani sabit değildir.
  • Balıkların göçlerinde tehlike arz edebilmektedir.
  • Suda ki oksijen miktarını azaltabilmektedir.
  • Su ekolojisine zararlı etkileri bulunmaktadır.
  • Çok büyük su depolama sistemleri olacağından, hes’in kurulacağı bölgede güvenlik açısından, yerleşim yerlerinin boşaltılması gerekebilmektedir. Yani sosyal yaşama negatif etkisi olabilmektedir.
  • HES kurulum maliyetinin oldukça yüksek ve pahalı olması.
  • Yapımının çok uzun sürmesi.

HES’lerin Ekolojik Etkileri Nelerdir?

  • Orman kaybına yol açabilir (orman kaybına yol açtığında ise vahşi yaşama da zarar verebilir),
  • HES’in etrafındaki bitki örtüsü çürüyebilir. Çürüyen bitki örtüsü ise atmosfere sera gazı salar,
  • Suyun biyo çeşitliliğini yok edebilir,
  • Suyun doğal kalitesini bozabilir,

HES’lerin Çevresel ve Sosyal Yaşama Etkileri Nelerdir?

  • Kitlesel göçe zorlayabilir,
  • Doğal yaşam döngüsünü bozabilir,
  • Biyoçeşitliliğe zarar verebilir,
  • Suyun kimyasını değiştirebilir (oksijen miktarı, nitrat miktarı, vb…),
  • Depremde zarar görürse, çok büyük felaketlere yol açabilir.

Kaynak: HES Nedir ? HES Hakkında Bilmeniz Gereken Herşey!