Enerji Santralleri ve Üretim Aşamaları

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz

Elektrik enerjisinin doğada prizlerde hazır bulunmadığını, birincil kaynakların santrallerde elektriğe dönüştürülmesini ve üretimden tüketime kadar uzanan zinciri bu derste öğreneceksin. Isıl, hidroelektrik, rüzgâr, güneş ve nükleer santrallerin çalışma mantığını, avantajlarını ve sınırlılıklarını karşılaştıracaksın. Ayrıca santral verimliliği hesapları yapacak, şebekada gerilim düzeylerinin neden değiştirildiğini yorumlayacaksın.

Ön bilgi

Enerji yok olmaz, yalnız biçim değiştirir. Bir santralde birincil enerji genellikle önce ısıya, sonra buhar basıncı aracılığıyla mekanik enerjiye, en sonunda jeneratör sayesinde elektrik enerjisine dönüşür. Aşağıdaki hazırlık bilgileri konuyu anlamanı kolaylaştırır.

• Enerji korunum yasası: dönüşümde enerji toplamı korunur, kullanılabilirliği azalır.
• Türbin, akan buhar, su veya gazın enerjisini dönme hareketine çevirir.
• Jeneratör, dönen manyetik alan ile iletken arasındaki indüksiyonla elektrik üretir.
• Transformatör, gerilim düzeyini değiştirir; güç kabaca korunarak akım ayarlanır.
• Kapasite faktörü, santralin gerçek üretiminin teorik azami üretime bölünmesiyle bulunur.

Kavramlar ve Temel Tanımlar

Isıl santrallerde kömür, doğal gaz veya fuel oil yanarak su buharı üretir; bu buhar türbini çevirerek jeneratöre mekanik güç verir. Hidroelektrik santrallerde barajın arkasındaki suyun potansiyel enerjisi su hattıyla türbine iletilir ve suyun basınç enerjisi doğrudan dönme hareketine dönüşür. Rüzgâr santrallerinde kanatlar rüzgârın kinetik enerjisini şafta taşır, güneş santrallerinde ise fotovoltaik hücreler ışığı doğrudan doğru akıma çevirir. Verimlilik, yararlı elektrik çıkışının toplam girdi enerjisine oranıdır ve her santralde kaçınılmaz olarak yüzde 100'ün altındadır. Nükleer santrallerde uranyum çekirdeklerinin bölünmesiyle açığa çıkan ısı, klasik buhar çevrimiyle elektriğe dönüştürülür; bu nedenle bu santrallerde üretim zinciri ısı, mekanik ve elektrik adımlarından oluşur.

Basit örnek

Bir santralde jeneratör çıkışında 8 megavat güç ölçülüyor ve santralin toplam ısı girişi 20 megavatt olduğu görülüyor. Verimliliği bulmak için elektrik çıkışını ısı girişine bölüp yüzde ile çarpmak yeterlidir. Bu basit bölme işlemi, bir santralin enerjiyi ne kadar iyi değerlendirdiğini gösteren ilk göstergedir.

Adım adım çözüm

Öncelikle verimlilik formülünü yaz: verimlilik eşittir elektrik çıkışı bölü ısı girişi çarpı yüzde. Çıkışa 8, girişe 20 değerini yerleştir; 8 bölü 20 işlemi 0,4 eder. Sonucu yüze çarp; 0,4 çarpı 100 eşittir 40. Yani santralin buhar çevrim verimi yüzde 40 olarak bulunur ve kalan enerji soğutma suyu, bacagazları ve sürtünme kayıpları olarak ortama verilir.

İleri örnek

Bir barajlı santralde su, 120 metre yükseklik farkından saniyede 40 metreküp debiyle düşüyor. Sudan elde edilebilecek teorik gücü bulmak için debiyi yoğunluk, yerçekimi ivmesi (9,81) ve yükseklikle çarpmak gerekir; 40 çarpı 1000 çarpı 9,81 çarpı 120 işlemi yaklaşık 47 megavat sonucunu verir. Türbin ve jeneratör verimleri dâhil edildiğinde gerçek güç bu değerden daha düşük çıkar ve aradaki fark tesisin kayıplarına işaret eder.

Kavram karşılaştırma tablosu

Aşağıdaki tablo ana santral türlerinin öne çıkan özelliklerini karşılaştırmaktadır.

Sık yapılan hatalar

Öğrenciler verimlilik hesabında girdiyle çıkışı ters bölerek yüzde 100'ü aşan sonuç üretir. Rüzgâr gücünü hızla doğru orantılı sanıp hızın küpünü yazmayı unutmak sık rastlanan bir hatadır. Gerilim yükseltilmesinin gücü değil akımı azalttığını gözden kaçırmak, iletim kaybı hakkında yanlış kavram oluşturur. Ayrıca megavat ile megavatı karıştırmak sonucu kat kat yanlış çıkarır.

Özet

Elektrik enerjisi santrallerde birincil kaynakların dönüştürülmesiyle üretilir. Isıl ve nükleer santrallerde ısı, buhar, mekanik ve elektrik adımları izlenir; hidroelektrik ve rüzgâr santrallerinde su veya hava akışı doğrudan türbini döndürür. Güneş santralleri ışığı fotovoltaik etkiyle doğrudan elektriğe çevirir. Üretim, iletim, dağıtım ve tüketim aşamalarından oluşan zincirde her basamak verimlilikten pay alır; bu nedenle gerilim düzeyleri iletim ve dağıtıma göre ayrı ayrı ayarlanır.

Kendini dene

Bir santralde 15 megavat elektrik üretimi ve 50 megavat ısı girişi varsa eğer verimliliği hesaplayınız; ardından aynı çıkış için ısı girişi 75 megavata çıkarılırsa verimliliğin nasıl değişeceğini yorumlayınız.