Su yüksek bir yerden akıtılarak suyun içindeki potansiyel enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Bu sayede potansiyel enerjiden elektrik enerjisine dönüşüm olur.

Hidroelektrik santrallerde akan suyun önüne baraj koyularak suyun birikmesi sağlanır. Burada biriken su sahip olduğu potansiyel enerjiyle birlikte türbinlere gönderilerek elektrik enerjisine dönüştürülür.

Burada suyun gerçekleştirdiği enerji dönüşümleri ise sırası ile şu şekildedir;

1. Potansiyel Enerji (Barajda birikmiş su)
2. Kinetik enerji (Yüksekten akıtılan suda)
3. Mekanik Enerji (Su Türbinlerinde)
4. Elektrik Enerjisi (Jeneratörde)

Elektrik enerjisi üretiminin dışında kurulan barajlar, sulama, sel baskınlarını önleme, balıkçılık, su sporları, içme suyu temini gibi amaçlara da hizmet eder. Hidroelektrik santrallerin diğer santrallere göre bazı avantajları da vardır. Bunlardan bazıları;

1. Yakıt masrafı yok
2. Kullanılan eleman sayısı az
3. Enerjinin birim maliyeti düşük
4. Verimleri zamanla azalmaz
5. Yapısı basit ve sağlamdır.
6. Bakım maliyeti düşük
7. Kayıpları az
8. Çevreyi kirletmez.

Hidroelektrik Santrali Üniteleri;

• Baraj Kısmı
• Su alma yapısı
• Cebri borular
• Valf, Vana ve Savaklar
• Süzgeçler
• Türbinler
• Jeneratörler
• Dağıtım Tabloları

Baraj Kısmı Üniteleri;

• Gövde Üniteleri
• Dolgu Savak Üniteleri
• Enerji Üretim Üniteleri

Baraj gövde yapısına ve kullanılan malzeme cinsine göre barajlar;

1. Dolgu Barajlar
   • Homojen Gövdeli
   • Zonlu
   • Geçirimsiz Kaplamalı
2. Beton Barajlar
   • Beton Ağırlıklı Barajlar
   • Beton Kemer Barajları
3. Karma Tip Barajlar (Hem Dolgu Hem Beton Kullanılan Barajlar)

Su Alma Yapısı

Elektrik üretiminde kullanılacak suyun alınacağı su girişleri buradan yapılır. Bu bölümde su kanalları, borular, kuvvet tünelleri ve kapaklar bulunur.

Cebri Borular

Türbin ile su taşıma kanalları arasındaki basınçlı borulara cebri boru denir. Cebri boruların en önemli özelliği, su alma kanallarından alınan suyun basıncı arttırıcı rol oynamasıdır. Su basıncını arttırmak için türbine yaklaştıkça boru çapları azaltılır ve bu bütün ünitelere ait kelebek vanalara yaklaştıkça devam eder.

Hidroelektrik tesislerinde maliyetin büyük bir kısmını cebri borular oluşturur.

Valf Vana ve Savaklar

Cebri boruların giriş kısmına cebri boru emniyeti vanası, çıkışına ise türbin emniyeti vanası konulur.

Cebri boruda arıza olursa bakım ve onarım sırasında boru giriş kısmına konulan cebri boru emniyet vanası kapatılır.

Vana çeşitleri ise şunlardır;

• Sürgülü Vana
• Küresel Vana
• Konik Vana
• Kelebek Vana
• Basınç Düşürücü Vana

Cebri boru emniyet vanaları kelebek vanalardır.

Süzgeçler

Su alma yapılarının girişine konularak baraj suyundaki atık cisimlerin tutulmasını sağlar. Ayrıca türbin girişlerine süzgeç konularak zararlı maddelerin girişi önlenir.

Türbinler

Elektrik enerjisi üretiminde suyun enerjisini mekanik enerjiye çeviren ünitelerden biridir. Santrallerde suyun düşüsüne, debisine ve basıncına göre farklı türbin tipleri vardır.

• Kaplan Türbinleri
• Françis Türbinleri
• Pelton Türbinleri

Düşü= Baraj suyunun üst seviyesi ile türbin çıkışı arasındaki türbin farkıdır.

Su alma ağzı ile yükseklik çıkışı arasındaki yükseklik farkına etkin düşü (faydalı düşü) denilir.

Faydalı Düşüler;

• Alçak Düşüler (Kaplan Türbinleri, 2m-80m)
• Orta Düşüler (Françis Türbinleri, 80m-300m)
• Yüksek Düşüler (Pelton Türbinleri, 300 ve yukarısı düşüler için)

Debi= Birim zamanda birim kesitten geçen akışkan miktarına debi denir. (Q ile gösterilir.)(m³/sn)(L/sn)

Kaplan Türbinleri

Suyun itme kuvvetiyle değil, rotor çıkışı sırasında ivmelenmesiyle oluşan tepki kuvveti ile çalışır.

• Genellikle düşey eksenli
• Yük sabit ise sabit kanatlı kaplan türbinleri kullanılır
• Verimi yüksektir
• Düşey olarak yerleştirilir

Françis Türbinleri

Hızlı, orta hızlı ve yavaş olmak üzere 3 farklı çeşidi vardır.

Kaplan türbinleri gibi reaksiyon türbinleri olup suyun türbin çarklarına girişi ve çarklardan çıkışı sırasında meydana gelen basınç farkının büyüklüğünden faydalanarak oluşturulur.

Rotor Kanatları sabittir.

• Salyangoz
• Dağıtıcı
• Çark
• Emme Boruları

Pelton Türbinleri

Verimi yüksektir.

Küçük güçlerde yatay eksenli, büyük güçlerde ise düşey eksenli olarak imar edilir.

Üretilen enerji püskürtülen su miktarına bağlıdır.

• Gönderme Borusu
• Püskürtücü
• Rotor
• İğne
• Gövde

Örnek Soru 1

Beton bir jeneratöre konulabilecek 3 adet jeneratörün toplam gücü 360000kVA’dır. Jeneratör verimi %80, türbin verimi %75, debi miktarı 120m3 olan bu barajın düşü yüksekliğini, güç katsayısını 0.8 için bulunuz.

ÇÖZÜM

Formüller;

P=VI(cosθ)(ω)

Q=VI(sinθ)

P=g*Q*h*ngen*ntür

Verilenler;

S=360000kVA

Ngen=0.80

Ntür=0.75

Q=120m3/sn

h=?

Jeneratorlerin toplam aktif güçleri;

S=(P/3)/ (cosθ) P=3s(cosθ)

3360000*0.80=864kW bulunur.

Bu durumda barajın düşüsü;

P=g*Q*h*ngen*ntür

h=P/(g*Q*ngen*ntür)
(964000)/(9.8*120*0.8*0.75) =1225m olur.

Örnek Soru 2

Net hidrolik düşüsü 130m ve saniyede 150m3/sn olan bir su kuvvetinden elde edilen güç ne kadardır?

Q=150m3/sn

h=130m

P=?

Üretilecek olan güç beygir cinsinden;

P = (Q*h) / 75
P = (100*150*130) / 75
P = 260000HP

Veya aynı güç watt cinsinden;
P = (Q*h) / 102

P = (1000*150*130) / 102

P = 191176,5Watt

Eğer verim %90 ise;

P=g*Q*h*ngen
260000*0.9 = 234000HP Veya;

191176,5*0.9=172058,85Watt

Özgül Dönme Sayısı

Bir türbinin 1 metre düşü yüksekliğinde ve en iyi verimde 1 beygirlik gücü sağlamak için dönmek zorunda olduğu devir sayısıdır.

Bu sayı türbin tipi seçiminde ve türbinlerin birbiriyle karşılaştırılmasında kullanılan en önemli büyüklüktür.

Bu sayı;

n_s = Özgül Dönme Sayısı (devir/dakika)

n=Türbinin dönme sayısı (devir/dakika) n= 60 * f(P)

N = Tek kutup sayısına düşen güç (Beygir Gücü)

f = Frekans (Hz)

P = Makinenin çift kutup sayısı

JENERATÖRLER

Jeneratörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektrik makinalardır.

Strator (“static” kelimesinden gelmekte ve “duran kısım” anlamında kullanılmaktadır.) ve rotor (“rotate” kelimesinden gelmekte ve “dönen kısım” anlamında kullanılmaktadır.) olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır.

Çalışma Prensibi

Sabit bir mıknatıs içinde dönen bir iletkende E.M.K. yolu ile indüklenme prensibine dayanır.

Dağıtım Tabloları

Hidroelektrik santrallerinde üretim sürekliliğini, işletme güvenliğini ve işletme faaliyetini sağlayabilmek için yardımcı ünitelerin iyi organize edilip bu ünitelerin kontrolünün sağlanması gereklidir.

Santrallerdeki kontrol odalarında bulunan önemli üniteler şunlardır.

1. Uyartım Sistemleri
2. Regülatörler (devir ve gerilim ayarı için)
3. Kumanda ve Güvenlik Sistemleri
4. Haberleşme Sistemleri