Hidroelektrik enerji

Hidroelektrik enerji, Alm. Hydroelektrische Energie (f), Fr. Energie (f) hydroèlectrique, İng. Hydroelectric energy. Hidroelektrik santralların (HES) (su kuvveti tesislerin) ürettiği elektrik enerjisi. Esas prensip, suyun potansiyel enerjisini önce mekanik, sonra elektrik enerjisine çevirmektir. Tabiî veya sun'î olarak mevcut belli bir seviyedeki su, daha düşük seviyedeki türbinlere iletilir. Türbin çarklarına büyük bir hızla çarpan su, türbin milini döndürür ve dolayısıyla jeneratörü çalıştırır.

Ortalama olarak, dünyâdaki elektrik enerjisinin 1/6'sı HES tarafından üretilmektedir. Norveç ve İsveç'de kullanılan elektriğin tamamı HES ile elde edilmektedir. 1972 yılına göre, kişi başına elektrik enerjisi tüketimi, Norveç'te 13200, İsveç'te 6400 kwh/yıl olmuştur. Bu ülkeler ısınmayı bile elektrikle yapmaktadır. Aynı yıla göre, Türkiye'de 450, ABD'de 5800, Sovyet Rusya'da 2200, Japonya'da 1900, İtalya'da 1600 ve Hindistan'da 100 kwh/yıl x nüfus olmuştur. Türkiye'nin mevcut enerji üretimi, 1990 yılında 17.9 milyar kilovatsaattır. Hâlen ülkemizde inşaatları süren 15 yeni hidroelektrik santralları devâm etmektedir (1992). Bunların tamâmının 1993 yılının sonuna kadar bitirilmesi planlanmıştır. Bu zaman Türkiye'nin hidroelektrik enerji üretimi 35 milyar kilovatsaat'a çıkacağı hesap edilmektedir.
Ülkemizin hidroelektrik enerji üretim potansiyeli, 100 milyar kilovatsaat olduğu tahmin edilmektedir. Buna göre HES tarafından üretilen enerji, mevcut potansiyelin 1/10'i civârında olmaktadır. Ayrıca, 12 büyük projeden ibâret Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) tamamlanınca çok sayıda hidroelektrik santralları ile yılda toplam 22 milyar kilovatsaatlık enerji üretimi yanında 18 milyon dönümlük arâzi sulaması da gerçekleşecektir. GAP Türkiye'nin en büyük ve çok yönlü bir gelişme projesidir.

Hidroelektrik santraller (HES): Hidroelektrik santraller, teknik, su yapıları, kurulu güç, topoğrafik ve düşüş yüksekliklerine göre sınıflandırılabilir. Daha yaygın olarak, düşüş yüksekliklerine göre olanı kullanılmaktadır. 25 m'den küçük olan HES alçak basınçlı, 25-100 m arasındakiler orta basınçlı, 100 m'den büyük olanlar yüksek basınçlıdır.

Alçak basınçlı hidroelektrik santraller, daha ziyâde bir akarsu üzerine inşâ edilmiş hareketli bağlamada yapılır. Medcezir (gelgit) olaylarından faydalanılarak yapılan HES'ler de alçak basınçlıdır. Tek hazneli veya çift hazneli yapılabilir. Tabiî veya sun'î bir koy hazne vazîfesini görebilir. Koyun denizle olan irtibat ekseni üzerinde kapaklar ve santraller vardır. Tek yönlü olabildiği gibi iki yönlü de olabilir. Yâni hem med durumunda koya doğru, hem de cezir durumunda denize doğru suyun hareketi santrallerden geçirilebilir. Fransa'daki Rance gelgit tesisinin yapımı 25 yıl sürmüş ve santral tamâmen otomatik olarak ve yalnız bir kişi ile işletilebilmektedir. Tesisteki türbinler iki yönlü olarak çalışmakta ve 13,5 m seviye farkı ile yılda 544 milyon kilovatsaatlik enerji üretilmektedir. Böyle tesisler 1000 MW civârındaki güçlerde ekonomik olabilir. Kanada'da Fundy Körfezinde ve İngiltere'de Severn Nehri ağzında bu tip tesis çalışmaları vardır.
Orta basınçlı tesisler, daha ziyâde baraj gövdesinde inşâ edilirler. Gövdeye yerleştirilen basınçlı borularla baraj gölündeki su, türbinlere iletilir. Yurdumuzda kurulan Karakaya ve Atatürk Barajlarında orta basınçlı sistem vardır. Barajların gövdelerine kurulan bu sistemlerle yılda Karaka Barajından 7,5, Atatürk Barajının hemen eteğine kurulan aynı sistemle 8,1 milyar kilovatsaat enerji üretilecektir. Karakaya'nın kurulu gücü 1800 MW, Atatürk'ün 2400 MW'dır. Atatürk hidroelektrik santrali, kurulu güç bakımından dünyâda 17. sıradadır.

Yüksek basınçlı tesislerde baraj haznesinin uygun bir yerinden alınan su, açık kanal, serbest yüzeyli veya basınçlı galeri ile yükleme odası veya denge bacasına kadar getirilir. Su iletim tesisinin eğimi azdır. Buna mukabil uzunluğu kilometrelerce olabilir. Emniyet tesisi de denen yükleme odası veya denge bacasından alınan su, eğimi daha büyük fakat uzunluğu az olan bir veya daha fazla sayıdaki birbirine paralel basınçlı (cebrî) borularla santral binâsındaki türbinlere iletilir. Santral binâsından çıkan su, tekrar akarsuya verilir.

Alçak basınçlı ve yüksek basınçlı HES'lerde suyun alınıp iletim tesisi ile türbinlere iletilmesinden dolayı bunlara çevirmeli tesisler de denir. Alçak basınçlı ve orta basınçlı HES'ler, doğrudan doğruya kabartma yapımı üzerinde olduğundan böyle tesislere çevirmesiz tesisler de denir. Bunların yanısıra bir de depresiyon tesisleri vardır. Bunlar genellikle, çöl iklimi olan yerlerde yapılır. Depresiyon tesislerine en güzel örnek, Mısır'daki Kattara tesisidir. Akdeniz'den alınan su, saniyede 600 m3 su ileten bir tünelle yaklaşık 80 km ötedeki Kattara çukuruna götürülmektedir. Bu çukur deniz seviyesinden 135 m daha aşağıdadır. Çukurda 75 m derinlikteki su seviyesi sabit tutulmaktadır. Deniz seviyesinden 60 m aşağıda kalan çukurdaki su seviyesinde meydana gelen göl alanı 12.000 km2dir. Yılda 19 milyar metreküp su, tabiî olarak buharlaşıp (-60 m) seviyeli su sâbit kalmaktadır. Böylece santral 60 m'lik düşüş altında çalışmaktadır. Santral yeraltında olup türbin, pompa olarak da hizmet görmektedir. Deniz seviyesinden 215 m yükseklikte 50 milyon metreküplük bir hazneye su pompalanarak, ihtiyacın çok olduğu saatlerde kullanılmaktadır. Bu şekilde suyun, ihtiyaç olmadığı zamanlarda daha yukarlardaki hazneye pompalanıp, ihtiyaç durumlarında bu hazneden santrale su alınarak enerji üretimi yapan bu tesislere pompajlı tesisler denilmektedir.

Suyun alındığı yerdeki su seviyesi ile santrala verildiği yerdeki su seviyesi arasındaki düşüş yüksekliği, sürekli ve tabiî kayıplarla azalır. Böylece hesaplanan net düşüş yüksekliği H (m) ile, işletme debisi Q (m3/sn) yardımıyla, santralden elde edilecek güç N (KW) türbin, jeneratör ve transformatörün ortalama randıman katsayılarının da gözönüne alınması sonucu elde edilmiş olan aşağıdaki formülle bulunur:

N = 8 QH

N güç değeri, santralin işletmede bulunduğu süre t (saat) ile çarpılırsa gözönüne alınan sürede elde edilecek toplam elektrik enerjisi E (KWh=kilovatsaat) olarak bulunur. En çok kullanılan birimler şöyledir:

Buhar beygiri 1 BB = 0,736 KW
Kilovat 1 KW=1000 W
Megavat 1 MW=1000 KW=106W
Gigavat 1 GW=1000 MW=106KW=109W