Jeotermal santral nasıl çalışır sorusuna yanıt vermeden önce jeotermal enerjinin ne demek olduğu belirtilmelidir. Jeotermal enerji, dünyanın derinliklerindeki sıcak kaynaklardan elde edilen doğal bir enerji kaynağıdır. Bu enerji, yer altındaki sıcak kayaçlar, magma, ve volkanik aktivite gibi doğal süreçler sonucunda oluşur. Jeotermal enerji, hidrotermal kaynaklardan üretilir. Bu kaynaklar, yer kabuğunun derinliklerinde bulunur ve yeryüzündeki havzalardan beslenirler. Gaz ve minerallerle zenginleşmiş buhar ve su, hidrotermal kaynakların karakteristik özellikleridir ve sıcaklık dereceleri bölgeye göre değişebilir. Jeotermal kelimesi, Yunanca kökenlidir ve “geo” (dünya) ile “termal” (ısı) kelimelerinin birleşiminden gelir. Jeotermal enerji, elektrik üretimi, ısıtma, ve seracılık gibi çeşitli alanlarda sürekli kullanılmaktadır. Jeotermal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren tesislere ise jeotermal santral denir.
Jeotermal enerji, elektrik üretimi, ısıtma, ve seracılık gibi çeşitli alanlarda sürekli kullanılmaktadır.
Jeotermal Santral Nasıl Çalışır?
Jeotermal santraller, yerin derinliklerindeki sıcak su ve buharı kullanarak elektrik üretirler. Jeotermal santral nasıl çalışır sorusuna cevap olarak ısı kaynağı, rezervuar, örtü kaya, beslenme alanı ve ısıyı taşıyan akışkanlar olmak üzere dört ana unsurdan oluştuğunu belirtmek gerekir.
İlk olarak jeotermal enerji kaynağın bulunması gerekir. Yani uygun jeotermal kaynakların belirlenmesi sürecidir. Bu kaynaklar genellikle volkanik bölgelerde veya tektonik plakaların sınırlarında bulunur. Jeotermal kaynakların varlığını belirlemek için jeolojik araştırmalar, sondajlar ve jeofiziksel yöntemler kullanılır. Jeotermal sahalarda santral yeri belirlenirken, mimarlarla birlikte elektrik, jeoloji, inşaat ve makine mühendislerinin bilgi birikimi ve sentezi gereklidir. Seçilen jeotermal sahanın işletme modellemesi yapılır ve üretim ile geri-basım (re-enjeksiyon) kuyusu yerleri belirlenerek delme işlemi gerçekleştirilir. Kuyu testleri başarılı olduğunda, santral tipi ve enerji miktarı kesinlik kazanır. Bu aşamada, santral yerine göre değişen yardımcı servis güçleri de hesaplanabilir. Yer seçimi yapılırken jeotermal santralin üretim kuyusuna yakınlığı, kot farkı, akışkan basıncı, geri basım kuyusuna yakınlık, şebeke senkronizasyonu için enterkonnekte sisteme yakınlık ve arazi yapısı göz önünde bulundurulmalıdır.
Jeotermal Enerjiden Elektrik Üretimi
Daha sonra jeotermal kaynaklardan sıcak su ve buhar, derin sondajlarla yüzeye çıkarılır. Bu sıcak su ve buhar, genellikle yüksek basınç altında bulunur ve jeotermal sondajlar aracılığıyla yüzeye ulaştırılır. Jeotermal santrallerde, yüzeye çıkarılan sıcak su ve buhar, türbinler aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Sıcak su veya buhar, bundan sonrası aynı termik santrallerde olduğu gibi türbinlerin kanatçıklarını çevirerek mekanik enerji oluşturur. Bu mekanik enerji, jeneratörler (senkron generatörler) aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik şebekesine aktarılır.
Jeotermal rezervuarlar, deniz suyu, kar, magmatik sular ve yağmurlar gibi doğal kaynaklar tarafından beslenerek oluşur. Bu rezervuarlar, yeraltındaki çatlaklı ve gözenekli kayaç kütlesinde bulunur. Re-enjeksiyon ve sürekli yeraltı koşulları sayesinde, jeotermal rezervuarlar sürdürülebilir ve yenilenebilir özelliklerini korurlar ve kısa süreli atmosferik koşullardan etkilenmezler. Jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretim tamamlandığında, jeotermal akışkanın çevreye atılmasını önlemek ve rezervuarı yeniden beslemek için işlevini tamamlamayan akışkanların yeraltına yeniden enjekte edilmesi gerekmektedir. Bu sisteme re-enjeksiyon denir ve jeotermal tesisin sürekliliği açısından çok önemlidir.
Jeotermal enerji, sürekli olarak yenilenebilir kaynaklardan gelir. Jeotermal kaynaklar, güneşin ve yerin içindeki radyoaktif elementlerin neden olduğu doğal süreçlerle oluşur. Bu nedenle, jeotermal enerji, doğal kaynaklar tükendiği sürece sürekli olarak kullanılabilir. Jeotermal enerji, diğer fosil yakıtlara kıyasla çevre dostudur. Jeotermal santraller, karbondioksit (CO2), sülfürdioksit (SO2) gibi sera gazları ve hava kirleticileri salmazlar. Bu nedenle, jeotermal enerji kullanımı, sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve hava kalitesinin iyileştirilmesine katkıda bulunur. Ayrıca Jeotermal santraller, yerel ekonomilere katkı sağlayabilir. Jeotermal enerji, genellikle bölgesel olarak bulunur ve yerel iş imkanları yaratarak ekonomik kalkınmayı teşvik eder, doğal kaynaklara dayanan bir enerji kaynağı olduğundan, enerji arzının güvenliğini artırır. Ülke jeotermal kaynaklara sahipse, enerji ithalatını azaltabilir ve dışa bağımlılığı azaltabilir. Jeotermal enerji, sürdürülebilir, çevre dostu ve ekonomik bir enerji kaynağı olarak gelecekte enerji ihtiyacının karşılanmasında önemli bir rol oynayabilir. Jeotermal santrallerin teknolojik gelişmelerle birlikte daha verimli hale gelmesi ve jeotermal enerjinin kullanımının yaygınlaşması, dünya genelinde enerji dönüşümünü hızlandırabilir ve iklim değişikliği ile mücadelede etkili bir araç olabilir.
Jeotermal enerji, sürdürülebilir, çevre dostu ve ekonomik bir enerji kaynağı olarak gelecekte enerji ihtiyacının karşılanmasında önemli bir rol oynayabilir.
Jeotermal enerji başta elektrik enerjisi üretimi olmak üzere, mineral ve Hidrojen, Lityum, Karbondioksit, ağır su, gübre gibi kimyasal madde üretiminde, tüketim amaçlı mineralli sularda, proses ısısı temininde, endüstriyel amaçlarda ve kurutmada, sera ısıtması, merkezi ısıtma ve soğutmada, (30 °C) gibi düşük sıcaklıklarda kültür balıkçılığında ve termal turizm yani kaplıcalarda kullanılır.
Jeotermal enerji Türkiye için yerli, yenilenebilir, temiz, ekonomik ve çevre dostu bir yeraltı kaynağıdır. Türkiye, jeolojik ve coğrafik konumu sayesinde dünya genelinde önemli bir jeotermal potansiyele sahiptir, çünkü ülkemiz aktif bir tektonik kuşak üzerinde yer almaktadır. Ülkemiz Dünya’da en çok jeotermal enerji kullanan beş ülkeden biridir. Türkiye’nin dört bir yanında, değişik sıcaklıklarda yaklaşık 1.000 adet doğal çıkış şeklinde jeotermal kaynaklar bulunmaktadır. Genelde Batı Anadolu Bölgesi’nde toplanmıştır. Ancak jeotermal kaynaklarımızın %90’ı genellikle orta ve düşük sıcaklıklarda bulunur ve çeşitli endüstriyel uygulamalarda, termal turizmde ve ısıtma gibi doğrudan kullanım alanlarında değerlendirilir. Bu kaynakların %10’u ise daha yüksek sıcaklıklarda bulunur ve elektrik enerjisi üretimi gibi dolaylı uygulamalar için daha uygun niteliktedir. Türkiye’de şu an yaklaşık 1800 MW jeotermal kurulu gücü bulunmakta olup, toplam kurulu güç içerisindeki oranı yaklaşık %1,7 olarak düşünülebilir.
Rüzgar santrali nasıl çalışır sorusunu sormadan önce enerji kaynağımız rüzgarı tam olarak tanımak gerekir. Rüzgar, gezegenimizin yapısı gereği ısınma ve soğuma farklılıklarından kaynaklanan hava hareketleridir. Rüzgar enerjisi ise bu hava akımlarının elde edilen hareket enerjisi olarak düşünülebilir. Havanın yüzeyde hareket etmesini sağlayan ve rüzgarın hızını etkileyen ana kuvvetler basınç, Dünya’nın dönmesinden kaynaklanan bir saptırıcı kuvvet, havanın merkezkaç ve sürtünme kuvvetleridir. Rüzgarlar genellikle bir merkez etrafında dolaşır ve merkezkaç kuvveti olarak bilinen bir kuvvet etkisi altında bulunurlar. Sürtünme kuvveti ise rüzgar hızını azaltır ve özellikle yer yüzeyine yakın bölgelerde etkisini gösterir. İnsanoğlu rüzgarın bu enerjisini kullanmayı sağlayan teknolojiyi bulmuştur. Rüzgar enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yere sahiptir ve dünya genelinde enerji üretiminde giderek artan bir rol oynamaktadır. Rüzgar santralleri, rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.
Rüzgar santralleri çöl dahil her yere kurulabilir.
Rüzgar Santrali Nasıl Çalışır?
Rüzgar santrali nasıl çalışır sorusunun en genel cevabı rüzgarın hareket enerjisini kullanarak elektrik enerjisi üretmesi olarak düşünülebilir. Temel prensip, rüzgarın santral pervanesine çarpmasıyla oluşan dönme hareketinin jeneratör tarafından elektrik enerjisine dönüştürülmesidir. Bu işlemin belirli adımlarda meydana gelir. Rüzgar, genellikle yükseklikte konumlandırılmış olan türbin adı verilen dev pervanelere çarpar. Pervanelere bağlı rotor, rüzgarın yönüne göre otomatik olarak döner. Rotorun dönüşü, şaft üzerindeki dişli kutusuna gider ve bir asenkron generatörün (jeneratörün) talep ettiği şekilde momenti ve devir sayısını değiştirir. Asenkron generatör (jeneratör), mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren temel bileşendir. Jeneratör, dönme hareketini elektrik enerjisine çevirir. Elde edilen alternatif akım (AC) genellikle elektrik şebekesine aktarılır veya depolanmak üzere batarya sistemlerine yönlendirilir.
Rüzgar Santrali
Rüzgar Santrali Ekipmanları
Rüzgar santralleri karmaşık sistemlerdir ve çeşitli bileşenleri içerir. Genel olarak şu ekipmanlar bulunmaktadır.
Rüzgar Santrali Ekipmanları
Pervane (Türbin): Bu bölüm, rüzgarın kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren rotor mili tarafından taşınır. Genellikle hafif ancak dayanıklı malzemelerden yapılan, örneğin polyester veya fiber-glass gibi malzemeler kullanılır.
Rotor: Pervaneleri (türbinleri) dişli kutusuna bağlayan bölümdür.
Dişli Kutusu: Rüzgarın hareket enerjisinin torkunu ve devir sayısını değiştirerek asenkron generatöre iletir.
Jeneratörler: Rüzgar enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elektrik makinesidir. Elektrik makinesi türlerinden asenkron generatördür.
Şaft ve Dişliler: Rotoru jeneratöre bağlayan ve dönme hareketini ileten yapılardır.
Kontrol Sistemleri: Anemometre, rüzgar vanası, fren gibi yapıların bulunduğu rüzgar hızı, yönü ve gücünü izleyen ve optimize eden sistemlerdir. Bu sistemler, rüzgar santralinin verimliliğini artırmak ve aşırı yüklenmeyi önlemek için önemlidir.
Temel ve Kule: Rüzgar türbininin yerine sabitlenmesini sağlayan temel ve genellikle yüksekliği artırmak için kullanılan kulelerdir. Kuleler genellikle çelik veya betondan yapılmıştır.
Rüzgar Santrali Ekipmanları
Rüzgar Santrali Nasıl Çalışır? Rüzgar Türbini Çeşitleri
Rüzgar santrali nasıl çalışır sorusu cevaplandıktan sonra RES’in en önemli ekipmanı türbinleri detaylıca incelemek gerekir. Birçok çeşit rüzgar türbini bulunmaktadır. Dönme eksenine, devir sayısına, gücüne, kanat sayısına, rüzgar etkisine, dişli kutusu özelliklerine göre veya kurulum yeri özellerine göre rüzgar türbinleri bulunmaktadır. Bunlardan en çok kullanılan sınıflandırmalardan olan dönme eksenine ve kanat sayısına göre sınıflandırma yapılacaktır.
Dönme Eksenine Göre Rüzgar Türbinleri
Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri
Bu türbinlerde, dönme ekseni rüzgar yönüne paralel olarak yerleştirilir ve kanatlar rüzgarın yönüne dik konumlanır. Kanat sayısı azaldıkça, rotorun dönme hızı artar. Bu türbinlerin verimliliği yaklaşık olarak %45’tir. Yer seçimi genellikle, türbinin yerden 20-30 metre yüksekte olması ve çevredeki engellerden 10 metre yüksekte olması şeklinde yapılır. Bu yükseklik, daha güçlü ve sürekli rüzgar akışı için idealdir ve çevredeki yapılardan etkilenmeyi minimize eder. Kanat sayısını belirlemek için bir hesap kullanılır. Rüzgar hızı, rotor kanadının uç hızına bölünerek elde edilen orana kanat uç hız oranı denir. Eğer bu değer 1-5 arasında ise çok kanatlı rotorlar, 6–8 arası ise, üç kanatlı rotorlar, 9–15 arası ise, iki kanatlı rotorlar ve 15’ten büyük ise tek kanatlı rotorlar kullanılır. Dünya genelinde en çok kullanılan türbin çeşididir yatay eksenli rüzgar türbinleridir. Bu tür türbinler, genellikle daha yüksek verimlilik ve kararlılık sağlamak için tercih edilir.
Düşey eksenli rüzgar türbinleri, yatay eksenli de olduğu gibi geleneksel bir pervane görünümüne sahip değildir, çünkü milleri dikey bir yapıya sahiptir. Pek ticari anlamda kullanılmazlar. Yatay eksende yerleştirildikleri için kuleye ihtiyaçları ve dolayısıyla maliyetleri ortadan kalkar. Ayrıca, sistem istenilen rüzgar yönüne çevrilebilir, bu nedenle dümen sistemine ihtiyaç duyulmaz. Verimleri düşüktür. Darrieus ve Savonius tipi olmak üzere iki çeşittir.
Darrieus tipi düşey eksenli rüzgar türbinlerinde, düz tip bir Darrieus tasarımı bulunur. Bu türbinlerde, dikey olarak yerleştirilmiş iki kanat vardır ve bu kanatlar, türbin mili uzun eksenine yaklaşık olarak bir elips oluşturacak şekilde bulunur ve böylece aerodinamik etki sayesinde kanatların içbükey ve dışbükey yüzeyleri arasındaki çekme kuvveti farkı nedeniyle dönme hareketi oluşur. Rüzgarın tek yönden estiği durumda, türbinin ürettiği güç, sinüsoidal bir eğri oluşturur.
Savonius tipi rüzgar türbinleri, yapısı biraz daha farklıdır ve genellikle iki ya da üç adet kepçe şeklinde tasarlanmıştır. En çok kullanılan tip olanı, iki adet kepçenin bulunduğu ve “S” şeklini andıran bir görüntüye sahip olanıdır. Savonius türbinlerinde, akışkan içbükey kanatlar sayesinde dönel hava akışı meydana gelir ve bu türbini döndürür. elektrik üretimi için pek tercih edilmezler. Daha çok su pompalama veya rüzgâr ölçümlerinde kullanılan anemometreler gibi küçük uygulamalarda tercih edilirler.
Yatay ve Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri
Eğik Eksenli Rüzgar Türbinleri
Eğik eksenli rüzgar türbinleri, dönme eksenleriyle rüzgar yönü arasında bir açı oluşturan türbinlerdir. Bu tür türbinlerde, kanatlar ile dönme eksenleri arasında belirli bir açı bulunur. Çok tercih edilen bir türbin çeşidi değildir.
Rüzgar türbinleri, kanat sayısına göre farklı kategorilere ayrılır. Bunlar tek kanatlı, çift kanatlı, üç kanatlı ve çok kanatlı olarak sınıflandırılı.
Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri
Tek kanatlı rüzgar türbinlerinin kullanımının temel amacı, pervanelerin üzerindeki yüksek rotasyonel hızı düşürmektir. Ancak, bu tür türbinler aerodinamik açıdan dengesizdir ve kontrol edilmesi için orta göbek kısmına ek yapılar eklenmesi gerekebilir. Ayrıca, yüksek aerodinamik gürültü seviyeleri gibi bazı dezavantajları vardır. Üç kanatlı pervanelerle karşılaştırıldığında, tek kanatlı türbinlerin üç kat daha yüksek hızlarda çalışması gerekebilir ve bu da genellikle daha fazla gürültüye neden olabilir.
Çift Kanatlı Rüzgar Türbinleri
Eskiden çift kanatlı rüzgar türbinleri Avrupa ve Amerika’da çeşitli pervane çaplarında yaygın olarak kullanılmıştır. Bunlar, üç kanatlı türbinlere göre daha ekonomik görünebilir ancak dinamik etkiler nedeniyle ek ekipmanlara ihtiyaç duyarlar ve bu da üç kanatlı türbinlerle aynı maliyete gelir. Üç kanatlı türbinlerden farklı olarak, çift kanatlı türbinler dönme sırasında ve kuleye yatay eksende ek bir atalet momenti yaratır. Bu, türbine ek bir yük getirir ve yalnızca sallanan bir göbekle giderilebilir. Böylece oluşabilecek atalet değişimlerinin önüne geçilir.
Günümüzde en yaygın olarak kullanılan rüzgar türbinlerinden biri üç kanatlı türbinlerdir. Bunun nedeni, pervanenin tüm hızlarda sabit bir atalet momentine sahip olmasıdır. Üç veya daha fazla kanada sahip olan tüm pervaneler bu avantaja sahiptir ve genellikle rüzgar türbinlerine ek bir yük getirmezler.
Çok Kanatlı Rüzgar Türbinleri
Çok kanatlı rüzgar türbinleri, küçük güçlü uygulamalarda uzun süre sadece su pompalama gibi işlemlerde kullanılmıştır ve moment gereksinimlerini karşılayabilmek için çok kanatlı olarak üretilmiştir. Bu tür türbinler düşük hızlarda çalışır ve genellikle pervane göbeğinden uçlara doğru genişler. Bir dişli kutusu vasıtasıyla pervanenin devir sayısı artırılarak jeneratör miline iletilir. Rüzgar gülleri olarak da adlandırılan çok kanatlı rüzgar türbinleri, rüzgar yönünü her zaman dik olarak alabilmesi için bir rüzgargülü yönlendiricisi taşırlar.
Birçok çeşit rüzgar türbini bulunmaktadır.
Rüzgar Santrali Nasıl Çalışır? Rüzgar Santrallerinin Şebekeye Bağlanması
Güç sistemine bağlanan rüzgar türbinlerinin, şebeke kalitesi problemlerine yol açmayacak şekilde planlanması büyük önem taşır. Bu nedenle, bir rüzgar santralinin şebekeye bağlanması durumunda karşılaşılabilecek potansiyel sorunlar ve kısıtlamalar, yapılacak statik ve dinamik simülasyon çalışmalarıyla önceden belirlenmelidir. Bu çalışmalar sayesinde, rüzgar enerji santralinin (RES) şebekeye entegrasyonu ve hatta türbin konvertörü seçimi doğru bir şekilde yapılabilir. Bu planlama süreci, güvenilirlik, istikrar ve şebeke uyumluluğu gibi faktörleri göz önünde bulundurarak gerçekleştirilmelidir. Bu şekilde, rüzgar enerjisi sistemlerinin şebekeye entegrasyonu sorunsuz bir şekilde sağlanabilir ve istikrarlı bir elektrik tedariki sağlanabilir.
Trafo merkezleri bazen kulenin yukarısında jeneratör odasında bazen de kule dışında bulunur.
Öncelikle kulenin tepesindeki pervanenin bağlı olduğu rotorun bulunduğu bölümde dişli kutusu ve asenkron generatör bulunur. Buradan üretilen elektrik enerjisi OG kablolarla kulenin aşağı kısmında OG odasındaki gaz izoleli RMU hücrelere girer. Burada gaz izoleli hücrelerin kullanılmasının nedeni, yapısının küçük olmasından dolayı kule içerisine sığabilmesindendir. Hücreler, giriş-çıkış olmak üzere iki veya üç adet gaz izoleli hücreden oluşarak asıl üretim tesisinin dağıtım tesisine bir step-up trafo (eğer gerilimin yükseltilmesi durumunda) merkezine gider. Bazı uygulamalarda ise kuru tip yükseltici step-up transformatör ile RMU gaz izoleli orta gerilim hücreleri kulenin yukarısındaki jeneratör odasında da bulunabilir. Trafo merkezindeki orta gerilim hücreleri sayesinde fider koruma röleleri vs. ile ana koruma ve şebeke senkronizasyonu yapılır. Buradaki röleler ve kontrol sistemleri vasıtasıyla rüzgar santralinin aktif güç ve frekans kontrolü sürekli olarak yapılır. Çünkü yapısı gereği rüzgar hareketlerini kontrol edemediğimizden rüzgar santrallerinde 50 Hz frekans değerini bulmak biraz daha karışıktır ve zordur. Bu yüzden bu değerlerin anlık sürekli olarak izlenmesi ve şebekeyi bozucu yönden bir etki etmesinin önüne geçilmelidir.
Rüzgar santralinin yerinin belirlenmesinde mühendisler aerodinamik hesaplar yapar.
RES’lerin (Rüzgar Enerji Santrallerinin) Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği’nde belirlenen aktif güç oranına uygun şekilde, şebeke bağlantı noktasında belirli bir miktarda reaktif güç kapasitesini sağlayabilme yeteneğine sahip olmaları gerekmektedir. Rüzgar türbini üreticileri genellikle her bir türbin için yüklenme eğrisini sağlayabilirler, ancak burada önemli olan nokta, reaktif güç kapasitesinin şebeke yönetmeliğine göre şebeke bağlantı noktası için tanımlanmasıdır. Bu nedenle, türbine bağlı transformatörler, rüzgar santrali OG şebekesi ve gerekiyorsa santral ana transformatörü gibi bileşenlerde meydana gelebilecek reaktif güç kayıpları ve RES OG şebeke gerilimi dikkate alınarak hesaplanmalıdır. Bu hesaplamalar, şebekede istikrarlı bir elektrik enerjisini ve şebeke uyumluluğunu sağlamak için önemlidir.
Rüzgar enerjisi elde etmek için, optimum rüzgar koşullarının olduğu bölgelere rüzgar türbinleri kurulur. Optimum rüzgar seviyesi, genellikle yerden 10 – 50 metre yükseklikte ve saatte en az 4 metre hızla esen rüzgar anlamına gelir. Rüzgar santralleri, temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak önemli bir potansiyele sahiptir. Bu makalede, rüzgar santrallerinin temel çalışma prensipleri ve bileşenleri hakkında genel bir bakış sunulmuştur. Rüzgar enerjisi teknolojilerindeki sürekli gelişmelerle birlikte, rüzgar enerjisi daha verimli ve ekonomik hale gelmekte ve küresel enerji dönüşümünde önemli bir rol oynamaya devam etmektedir.
Çatı tipi Güneş Enerjisi Sistemi (Çatı GES) uygulaması, bireysel veya ticari binaların çatılarına güneş panellerinin kurulması ve bu paneller aracılığıyla güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürerek kendi elektrik ihtiyaçlarını karşılama veya fazla ürettikleri elektriği elektrik şebekesine satma işlemidir. Çatı GES kurulumu nasıl yapılır sorusuna cevap vermek için izlenecek adımlar aşağıdaki gibidir.
Çatı GES Kurulmuş Müstakil Bir Ev
Çatı Keşfi ve Statik
Çatı GES kurulumu nasıl yapılır sorusundan önce, uzmanlar tarafından bina çatısının uygunluğu değerlendirilir. Güneş paneli montajı için çatının yeterli güneş ışığı alması gereklidir. Ayrıca, çatının yapısal dayanıklılığı, güneş panellerinin ağırlığını taşıyacak şekilde olmalıdır. Keşif sırasında dikkat edilecek en önemli noktalar; transformatörün gücü ve kurulumun yapılacağı çatıya olan uzaklığı, kullanıcı ile bağlı bulunan EDAŞ arasındaki sözleşme gücü, çatı malzemesi, ebatları, yönü ve eğimidir. Ardından, sistem için uygun bir tasarım yapılır.
Çatı GES (güneş enerjisi santrali) kurulumu için, öncelikle çatının malzeme özellikleri ve kablo güzergahı planlanmalıdır. Ayrıca, kullanılacak olan konstrüksiyonun tasarımı ve proje için gereken malzemeler hakkında bilgi sunulmalıdır. Tipik olarak, kurulumlar çoğunlukla tesis çatıları üzerine yapılmakta olup, genellikle sandviç paneller veya trapez saçlar tercih edilmektedir. Bu durum, montaj türünün belirlenmesinde etkili olmaktadır. Son dönemde güneş enerjisinin popülerliğindeki artış ve teknolojideki gelişmeler, çatı yapılarına uygun çeşitli alternatiflerin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu sebeple, deneyimli ve uzman mühendisler tarafından mevcut alternatiflerin çatı yapısına uygunluğunun değerlendirilmesi ve en uygun çözümün belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Kullanılacak olan malzemeler, güneş enerjisi santralinin ömrünü ve sağlayacağı faydayı belirlemede kritik rol oynamaktadır. Çünkü solar sistemlerin ortalama 25 yıllık bir ömrü vardır ve yanlış malzeme seçimi büyük verim kayıplarına yol açabilir. Bu nedenle, kurulum aşaması aslında sürecin en kritik basamaklarından birini içermektedir.
Çatı GES Kurulumu Montajı
Çatı tip güneş enerji santrallerinde kullanılan malzemeler aşağıdaki gibidir.
AC/DC Elektrik Panosu (koruma şalterleri, sigortalar, sayaç vs. dahil)
AC enerji kabloları
MC4 Konnektör
Kablo tavası
12V Akü (eğer off-grid ise)
Trafo ve dağıtım panosu bilgisi, çatı GES kurulumu nasıl yapılır sorusunda önemli bir yere sahiptir. Kurulum yapılacak tesisin kendi transformatörü varsa, trafo etiketleri ve ana dağıtım panosu üzerindeki şalter değerleri incelenerek, GES panosunun nereye bağlanacağı belirlenir. Eğer tesisin kendi trafosu yoksa ve EDAŞ’a (Elektrik Dağıtım Anonim Şirketi) bağlı ise, bağlı olunan trafonun gücü tespit edilir. Dağıtım panosu şalter değerleri incelenerek, GES panosunun bağlantı uygunluğu değerlendirilir. Bağlanılacak panolarda yer olmaması veya şalter değerlerinin yetersiz olması durumunda, yatırımcı bilgilendirilerek, pano uygunsa şalter değişimi veya ek bir bağlantı panosu yapılabilir.
Solar İnverter (invertör) ve GES panosu yerinin belirlenmesi, kurulumun bir sonraki adımıdır. Pano ve içerisinde kullanılacak sigorta ve şalterler belirlendikten sonra, inverterlerin (invertörlerin) ve GES panosunun montajı için uygun bir yer seçilir. Bu, kablo metrajının belirlenmesi açısından da önemlidir. Ayrıca, inverterlerin ve GES panosunun güneş ışığı almayan ve serin bir ortamda konumlandırılması tercih edilir. Çünkü sıcaklık artışı, sistem verimliliğini olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle, mümkün olduğunca inverterlerin ve GES panosunun serin bir yerde yerleştirilmesi, sistemin performansını artırabilir ve uzun ömürlü olmasını sağlayabilir.
Bağlantı ve Devreye Alma
Paneller, çatıdaki güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılan invertörlerle bağlanır. Solar invertörler, üretilen doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) dönüştürerek bina içi elektrik ağına veya elektrik şebekesine entegre eder. Sistem, kurulumdan sonra test edilir ve işletmeye alınır. Ek olarak GES sistemleri genellikle uzaktan izlenebilir ve izleme yazılımları aracılığıyla performansı takip edilir. Sistem, periyodik bakım ve temizlik gerektirir. Panellerin düzenli olarak temizlenmesi ve bakımı, verimliliğin ve uzun ömürlerinin korunmasına yardımcı olur.
Örnek olarak, 5 kW’lık bir çatı GES sistemi için bir hesaplama yapalım. Bu güç ortalama bir evin elektrik ihtiyacını karşılamak için 5 kW gücünde bir çatı GES sistemi olarak düşünülmektedir. 5 kW’lık bir güç için yaklaşık olarak ortalama ortalama 30 metrekarelik bir çatı alanı gerekebilir. Bu alan, güneş panellerinin yerleştirilmesi için yeterli olacaktır.
5 kW elektrik üretimi için 200 W güneş panelinden 25 adet veya 300 W güneş panelinden 16 adet kullanmak gerekir. Bu değer 450 W’lık panellerden 12 adet de olabilir. Bu biraz çatı arazisindeki alana vs. bağlıdır. Standart 300 W olarak ilerlenmeye devam edilirse; ortalama 1x6mm2 50 mt’lik solar kablo ve 20 mt AC 4×6 mm2’lik N2XH kablo tüm sistemi beslemeye yetecektir.
Güç: 5 kW
Gerekli Çatı Alanı: 30 m2
Güneş pili gücü: 300 W
Gerekli güneş paneli sayısı: 16
Kablo metrajı: 50 mt. DC kablo, 20 mt. AC kablo
İnverter: 5 kW On-Grid Tam Sinüs İnverter
GES Panosu: 20 A veya 25 A şalterli, çift yönlü sayaçlı pano
Çatı GES sisteminin toplam maliyeti, seçilen panellerin ve invertörün maliyeti, montaj ve bağlantı malzemelerinin maliyeti, kurulumun maliyeti ve gerekirse lisans veya izin masrafları gibi faktörlere bağlı olarak değişir. Yukarıda düşünülen 5 kW’lık On-Grid bir çatı GES sistemi için maliyet izin, onaylar, malzemeler, montaj, kurulum ve devreye dahil yaklaşık 6.000-10.000 USD arasında değişmektedir. Çatı GES sisteminin yatırım maliyeti, tasarruf edilen elektrik faturasıyla karşılaştırılarak geri ödeme süresi hesaplanabilir. Genellikle, çatı GES sistemleri 5 ila 10 yıl içinde kendini amorti eder.
Güneş enerjisi santralleri kısaca adıyla GES hem büyük güçlerde hem de küçük güçlerde kurulabilmektedir. Büyük güçler 100 MW değerinden fazla olan arazi tipi güneş enerjisi santrali kurulumu iken küçük güçler ise ev tipi çatı güneş enerjisi santralleri olarak bilinirler. Arazi tipi güneş enerjisi santralleri on-grid yani şebekeye bağlı çalışırlar. Çatı GES sistemleri ise genelde off-grid yani şebekeden bağımsız, akülü sistemlerle çalışırlar.
On-Grid ve Off-Grid Güneş Enerjisi Santralleri
On-grid güneş enerjisi sistemleri, elektrik şebekesine bağlı olarak çalışan sistemlerdir. Bu sistemler genellikle şehirler veya yerleşim bölgelerinde kullanılır. On-grid sistemlerde, güneş panelleri elektrik üretirken, fazla üretilen elektrik doğrudan elektrik şebekesine aktarılır. Bu şekilde, elektrik şebekesine fazladan elektrik sağlanır veya tüketilirken şebekeden elektrik alınır. On-grid sistemler, net metreleme adı verilen bir sistemle çalışabilir. Bu sistemde, kullanıcılar kendi ürettikleri elektriği şebekeye satıp, ihtiyaç duyduklarında şebekeden elektrik satın alabilirler. On-grid sistemler, elektrik kesintileri durumunda otomatik olarak çalışmazlar ve güvenilir bir şekilde elektrik sağlamazlar. Ancak, maliyeti düşüktür ve şebekeye bağlı olması nedeniyle ek depolama gerektirmez.
Off-grid güneş enerjisi sistemleri, elektrik şebekesine bağlı olmayan, bağımsız sistemlerdir. Bu sistemler genellikle kırsal veya uzak bölgelerde, elektrik şebekesinin olmadığı veya ulaşımının zor olduğu yerlerde kullanılır. Off-grid sistemlerde, güneş panelleri elektrik üretirken, bu elektrik bir batarya sistemi tarafından depolanır. Depolanan elektrik, ihtiyaç duyulduğunda kullanılmak üzere bataryalardan alınır. Off-grid sistemler, elektrik kesintilerinden etkilenmez ve bağımsız çalışabilirler. Ancak, batarya depolama maliyeti yüksektir ve sistemin güvenilirliğini artırmak için düzenli bakım gerektirir.
Arazi Tipi Güneş Enerji Santrali Nedir?
Arazi tipi güneş enerji santralleri geniş arazi alanlarına kurulan ve genellikle büyük ölçekli güneş enerjisi üretimine odaklanan tesislerdir. Bu tesisler, fotovoltaik (PV) güneş panelleri veya termal güneş kolektörleri kullanarak güneş enerjisini elektrik enerjisine veya ısı enerjisine dönüştürmek için tasarlanmıştır. Arazi tipi güneş enerji santralleri, tarım arazileri, boş araziler, çöl alanları veya endüstriyel kullanım için ayrılan büyük alanlar gibi geniş ve açık arazilere kurulabilirler. Bu tür santraller, genellikle elektrik şebekesine bağlı olarak çalışır ve şebekeye fazladan elektrik sağlarlar. Arazi tipi güneş enerji santralleri genellikle yüksek verimlilik ve büyük ölçekli elektrik üretimi için tasarlanmıştır. Bu tesisler, güneş enerjisini geniş alanlarda toplar ve yoğunlaştırır, böylece büyük miktarlarda elektrik enerjisi üretebilirler. Ayrıca, bu tür santraller, genellikle ek depolama sistemleri veya yedek güç kaynaklarıyla desteklenerek, güneş ışığının olmadığı zamanlarda bile sürekli elektrik üretimi sağlayabilirler.
Arazi Tipi Güneş Enerji Santrali
Arazi Tipi Güneş Enerji Santrali Kurulumu Nasıl Yapılır?
Arazi tipi GES santrallerinde temelde kullanılan ana ekipmanlar aşağıdaki gibidir.
Arazi tipi güneş santralleri genelde 1 MW ve üzerindeki güçlerde kurulur. Öncelikle arazi yapısı incelendikten sonra GES tesisi için gerekli izin, onay, ruhsat ve benzeri belgeler alınır. Tesisin kurulacağı yer ile alakalı alınacaklar onaylar ve izinler ayrı bir konudur dolayısıyla bu makalede sadece teknik olarak arazi tipi güneş enerjisi santrali kurulumu anlatılmaktadır. Tesisin yeri ve gücü belli olduktan sonra buna uygun güneş panelleri seçilir. Güneş panelleri ile solar invertör arasında 1x6mm2’lik kırmızı ve siyah renkte DC solar kablolarla bağlantı yapılır.
Bu bağlantı yapılırken önce güç solar panellerden çıkar ve “DC Combiner Box” adı verilen “DC Toplama Kutuları” panolarına gider. Burada DC sigortalar ve şalterler bulunmaktadır. Çünkü her bir solar panelden çıkan kabloyu direkt invertöre bağlanamayacağı için çıkan tüm gücün belirli güçlerde bir panoda toplanıp optimize şekilde solar invertörlere aktarılması gerekir. DC toplama kutularından çıkan enerji solar invertöre bağlanır. Solar invertörler güneş enerjisi santrallerinin en önemli ekipmanlarından biridir. Kabaca beyni gibidir. Genel anlamda solar invertör, (solar inverter veya pv inverter olarak da isimlendiriliyor) güneş panellerinden elde edilen DC gerilimi, AC gerilime çeviren elektriksel bir güç dönüştürücü ekipmanı olarak tanımlanabilirler. Yapısında yarıiletken elemanlarla beraber mikroişlemci kontrollü güç elektroniği devreleri bulunur. Monofaze veya trifaze olarak üretilebilirler. Genelde 1,5 kW’dan, 3 MW veya uygulamaya göre daha yüksek değerlerde üretilebilen solar invertörlerde, Maximum Power Point Tracker” (MPPT- Maksimum Güç Noktası Takibi) denilen bir algoritma mevcuttur. Gün içerisinde panellere düşen güneş ışınlarının açısı değişiklik göstermektedir. Bununla beraber solar panellerin absorbe ettiği ışın miktarı da değişeceğinden üretilen enerji farklı olacaktır. Fakat sistemde sürekli değişen düzensiz bir enerji üretimi istenmediği için üretilen gücün MPPT algoritması tarafından kontrol edilip düzenli ve verimli bir hale getirilmesi sağlanır. Bu işlemler, invertörün içerisinde bulunan mikrodenetleyicideki kompleks algoritmalar sayesinde gerçekleşmektedir. Günümüzde son teknoloji üretilen solar invertörün çoğunda MPPT algoritması bulunmaktadır. Sistemin On-Grid mi veya Off-Grid mi olacağını da belirleyen ekipmandır.
Solar İnvertörler
Solar invertör, dizi (string) invertörler ve merkezi (central) invertörler olmak üzere ikiye ayrılır. Dizi invertörlerde her bir panel dizisi, invertörlere direkt bağlanır. Genelde 1 MW ve altı güçlerdeki küçük ölçekli santrallerde veya çatı tipi güneş santrallerinde tercih edilir. Merkezi invertörler ise, güneş paneli dizilerinin DC korumanın yapıldığı akım toplayıcı kutularında toplanıp tek bir merkezden invertöre bağlandığı invertör tipidir. Merkezi veya dizi invertörlerde dönüştürülen AC gerilim, uygulamaya göre bir transformatör vasıtasıyla daha yüksek bir gerilim seviyesine dönüştürülebilir. Yüksek güçlü güneş santrallerinde çoğunlukla merkezi invertörler tercih edilmektedir. Uygulamaya göre güneş santrallerinin alçak gerilim değerleri 350V ile 800V aralığında dizayn edilebilir. Güneş santrallerinde kullanılacak olan invertörler, kullanılan güneş panellerinin yapısına, güç kapasitesine, arazi ve gölgelenme durumuna, sıcaklık ve rakım değerlerine, servis hizmetinin kalitesine göre doğru bir şekilde seçilmelidir.
Solar invertörler günümüzde arazi tipi güneş enerjisi santrallerinde eğer tesis 1 MW ve üzerindeyse merkezi invertör tercih edilir. Örneğin 10 MW’lık bir tesis ise toplamda 1 MW’dan 10 adet solar invertör kullanılır. İnvertörün çıkış gerilimi de yine invertörün teknik föyünde yazar. Genelde kablo maliyetleri daha çok azalsın diye solar invertörün çıkış gerilimini 400 VAC yerine, 690 VAC veya 800 VAC yapılır.
Solar invertörden elektrik enerjisi AC gerilime dönüştürüldükten sonra “AC Combiner Box” yani “AC Toplama Panolarına” gelir. Buradaki koruma şalterlerinin seçimi çok önemlidir çünkü hem transformatörü hem de solar invertörü korumaktadır. Eğer gerilim değeri 690 VAC’ye kadarsa standart çıkış şalterleri kullanılabilir çünkü 400VAC açık tip şalterler aslında 690 VAC değerine kadar çalışabilir. Eğer gerilim değeri 800 VAC ise 1000VAC değerinde çalışabilen açık tip alçak gerilim şalterlerin kullanılması gerekmektedir.
Ayrıca 800VAC çıkışlı sistemlerde bir adet de 15-50 kVA arasında 800/400VAC dönüştüren küçük bir trafo kullanılır. Bu trafo önemlidir çünkü tesisin kontrol odaları, aydınlatmaları vb. yükler gibi iç ihtiyaçlarında kullanılır. Bu trafo kuru tiptir ve beton köşkün içerisine konur. Bazen de 50 kVA’lık OG/AG dönüşümünü yapan bir dağıtım trafosu kullanılır ve direkt orta gerilim hücrelerine bağlanır. Bu şekilde uygulamalarda sahada karşılaşılmaktadır.
AC toplama panolarından çıkan enerji yağlı tip dağıtım trafosuna giderek orta gerilime çevrilir, orta gerilim hücrelerine bağlanır. Üretilen enerjinin okunması bu orta gerilim hücrelerindeki akım-gerilim ölçü hücresindeki çift yönlü sayaçlar sayesinde yapılır. Ayrıca otoprodüktör koruma, güneş enerjisi santrallerinde üretilen enerjinin şebeke giriş-çıkış bağlantısı vs. orta gerilim hücrelerinde yapılır. GES tesislerinde orta gerilim hücreleri hem dağıtım merkezi olarak şebeke giriş, çıkış, transformatörlerinin bağlantısının yapıldığı ve toplandığı, şebekeye bağlandığı, enerji sayaç okunmasının yapıldığı yerde bulunurken, hem de ayrıca her bir dağıtım transformatörünün bulunduğu noktalarda hat giriş, ölçü ve trafo koruma hücreleri bulunur.
Arazi tipi güneş enerjisi santrali kurulumu yaparken beton köşklerin yeri çok önemlidir. Beton köşklerin içerisinde orta gerilim hücreleri, dağıtım panoları, akü redresör grupları, iç ihtiyaç trafosu, alçak gerilim şalterleri, dağıtım trafoları vs. bulunur. arazi tesisinin belirli bölümlerine yerleştirilir. Bu yerleşim yapılırken kablo maliyetinin en az düzeyde olması göz önünde bulundurulur.
Arazi Tipi Güneş Enerji Santrali
Lisanslı ve Lisanssız GES Güneş Enerji Santralleri
Arazi tipi güneş enerjisi santrali kurulumu yapmadan önce lisanslı ve lisanssız GES nedir, bunu belirtmek gerekir. Lisanslı ve Lisanssız GES olmak üzere iki çeşit güneş enerjisi santral tipi vardır. Lisanslı GES santrallerine göre Elektrik Piyasası Kanunu’nun 6446 sayılı hükmüyle, elektrik üretimi, iletimi, dağıtımı, toptan veya perakende satışı, elektrik ithalatı ve ihracatı ile piyasa işletim faaliyetleri için lisans alma zorunluluğu getirilmiştir. Bu çerçevede, piyasada faaliyet göstermek isteyen ve kurulu gücü 5 MW’tan büyük olan yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı elektrik üretim santralleri için Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu’ndan (EPDK) üretim lisansı alınması gerekmektedir. Burada üretilen enerji piyasa değerinde satılabilir. Lisans süresi 49 yıl gibi uzun bir süreyi kapsar. Üretimin pek bir sınırı yoktur. Genelde arazi tipi güneş enerjisi santralleri 5 MW değerinden büyük olduğu için lisans alınması zorunlu olmaktadır.
Lisanssız güneş enerji santrallerinde ise Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretim Yönetmeliği, gerçek veya tüzel kişilerin lisans almadan veya şirket kurmadan elektrik üretim faaliyetlerini gerçekleştirebilmelerini sağlar. Bu düzenleme ile, belirli bir kurulu güç sınırlaması içinde olan bireyler veya kurumlar, elektrik enerjisi üretimine katılabilir ve ürettikleri enerjiyi elektrik şebekesine satabilirler. Küçük güçlü projeler ve bireysel yatırımcılar için ideal bir seçenektir. Eğer üretici, gereğinden fazla elektrik üretirse, elektrik faturasından bu bedel düşebilir. Ayrıca devlet destekleri ve hibeleri bulunmaktadır.
Güneş panelleri nasıl çalışır sorusuna cevap vermeden önce enerji kaynağımız Güneş ile ilgili bilgiler vermek gerekir. Güneş, muazzam miktarda enerji üreten bir yıldızdır. Güneş, her saniyede yaklaşık olarak 380 milyar milyar megawatt (MW) enerji üretir. Bu, insanlığın şu ana kadar tanıdığı en büyük enerji kaynağıdır. Dünya’nın yıllık enerji ihtiyacı ise sürekli artmakta olup, 2022 verilerine göre yaklaşık olarak 170.000 terawatt-saat (TWh) civarındadır. Bu enerji, elektrik, ısıtma, taşımacılık ve endüstri gibi çeşitli alanlarda kullanılır.
Güneş enerjisi potansiyeli ise oldukça yüksektir. Dünya’nın yalnızca %1’i, güneş enerjisi teknolojileriyle elde edilebilecek enerjinin yıllık toplamından daha fazlasını sağlayabilir. Dolayısıyla güneş enerjisi, dünyanın ihtiyacını karşılayabilecek potansiyele sahiptir. Ancak bu potansiyelin tam olarak değerlendirilmesi, teknolojik gelişmeler, altyapı yatırımları ve politika düzenlemeleri gibi faktörlere bağlıdır. Bugünün teknolojileri ve mevcut güneş enerjisi tesisleri, dünyanın enerji ihtiyacının sadece küçük bir kısmını karşılamaktadır. Ancak gelecekteki gelişmelerle birlikte güneş enerjisi, daha büyük bir paya sahip olabilir ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltabilir.
Güneş panelleri birçok isimle adlandırılır. Bunlardan başlıcaları fotovoltaik panel, fotovoltaik pil, solar panel gelir. Güneş panelleri, güneş ışığını elektriğe dönüştürmek için kullanılan teknolojik cihazlardır. Yüzeyleri kare, dikdörtgen veya daire biçiminde olup, 100 cm2 alanda ve kalınlıkları yaklaşık 0,2 veya 0,4 mm civarındadır. Panelin yapısına ve tipine göre güneşten gelen enerjinin %5 ile %20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevirebilmektedir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak birkaç W’tan MW’lara kadar sistem oluşturulur.
Güneş panelleri nasıl çalışır sorusuna cevap vermeden önce fotovoltaik hücrenin yapısını bilmek gerekir. Fotovoltaik (PV) hücre adı verilen yarı iletken malzemelerden yapılmıştır. Fotovoltaik hücreler, güneş ışığını doğrudan elektriğe dönüştüren temel birimlerdir. Güneş paneli yapımında en çok Silisyum (1.1eV), Galyum Arsenit (GaAs – 1.43eV), Kadmiyum Tellür (CdTe) gibi yarı iletken malzemeler kullanılır. Bu malzemeler, güneş ışığını emerek içlerindeki elektronları serbest bırakır. Fotovoltaik hücresinin (güneş panelinin) iç yapısı, iki katmanlı bir yapıya sahiptir: N-tipi (negatif) ve P-tipi (pozitif) olarak adlandırılan katmanlar. Bu iki katman arasında bir PN birleşim oluşur. Güneş ışığı bu PN birleşimine düştüğünde, fotonlar enerji verir ve elektronları serbest bırakır. Bu serbest bırakılan elektronlar, elektrik akımı oluşturmak için bir devre üzerinden hareket ederler.
Silisyum, en yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılır. N tipi silisyum elde etmek için, silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element eklenir; örneğin, fosfor. Silisyum’un dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde ise 5 elektron bulunur. Bu nedenle, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir. 5. grup elementlerine “verici” ya da “N tipi” katkı maddesi denir. P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element (örneğin alüminyum, indiyum, bor) eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektron bulunduğundan, kristalde bir elektron eksikliği oluşur. Bu elektron yokluğuna “hol” ya da “boşluk” denir ve pozitif bir yük taşıdığı varsayılır. Bu tür maddelere “P tipi” veya “alıcı” katkı maddeleri denir. P ya da N tipi ana malzemenin içerisine gerekli katkı maddeleri eklenerek yarı-iletken eklemler oluşturulur. PN eklemi oluştuğunda, N tipindeki çoğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, P tipine doğru akım oluşturur. Bu olay, her iki tarafta da yük dengesi oluşana kadar devam eder. Yarı-iletken eklemin güneş pili olarak çalışması için, eklem bölgesinde fotovoltaik dönüşüm sağlanmalıdır. Dönüşüm sağlanırken eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-hole çiftleri oluşturulur; sonrasında ise bu çiftler, bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır. Ayrılan elektron-hole çiftleri, güneş pilinin uçlarında bir güç çıkışı oluşturur.
Güneş Paneli Yarıiletken PN Birleşimi (Jonksiyonu)
Fotovoltaik hücrelerinden oluşan güneş panelleri, bu hücreleri bir araya getirerek bir modül oluşturur. Modüller, genellikle bir alüminyum çerçeve içine monte edilir ve birçok farklı boyutta ve güçte bulunabilirler. Paneller, güneş ışığını en verimli şekilde toplamak için genellikle güneşe en çok maruz kalan bir konuma monte edilirler. Bir güneş panelinin katmanlarında üst koruma camı, anti-reflektif kaplama, P ve N birleşiminin bulunduğu silisyum fotovoltaik hücre, üst ve alt kontaklar, çerçeveler bulunmaktadır.
Güneş Paneli Katmanları
Güneş Panelleri Nasıl Çalışır?
Güneşten elektrik üretimi süreci, güneş panellerinin güneş ışığını elektriğe dönüştürme sürecini içerir. Güneş panelleri nasıl çalışır sorusunun cevabı genellikle şu adımlardan oluşur:
Güneş Işığı veya Foton Emilimi: Güneş panelleri, güneş ışığını emmek için tasarlanmış özel bir yüzeye sahiptir. Bu yüzey, güneş ışığını en verimli şekilde absorbe etmek için genellikle koyu renkli ve yansıtıcı olmayan bir malzemeden yapılır.
Elektron Serbest Bırakma: Güneş ışığı, fotovoltaik hücrelerine düştüğünde, önceden bahsedildiği gibi malzeme içindeki atomları uyarır ve elektronları serbest bırakır. Bu serbest bırakılan elektronlar, PN birleşimindeki elektrik alanı tarafından yönlendirilir ve bir devre üzerinden hareket ederler.
Elektrik Akımı Oluşturma: Serbest bırakılan elektronlar, elektrik devresinde kendisinin gidebileceği bir yol bulması halinde yani bir yük bağlandığında bir devre üzerinde hareket ederken, elektrik akımı oluştururlar. Bu elektrik akımı, bir yükü taşıyarak elektrik enerjisi üretir.
Elektrik Enerjisinin Kullanımı: Üretilen elektrik enerjisi, bir aküye depolanabilir veya hemen kullanılmak üzere bir sistemde kullanılabilir. Güneş panelleri genellikle bir şebekeye bağlanır ve üretilen elektrik, bir ev veya iş yerindeki elektrik ihtiyacını karşılamak için kullanılabilir.
Günümüzde güneşten elde edilen elektrik enerjisinin verimini daha çok artırabilmek için güneş paneli (solar panel) üreticileri birçok çeşit panel tipi üretmektedir. Bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir. Aralarında halen en çok kullanılan tipi çok kristalli (polikristal) silisyum güneş panelleridir.
Tek Kristal (Monokristal) Silisyum Güneş Panelleri
Çok Kristalli Silisyum Güneş Panelleri
İnce Film Güneş Panelleri
Amorf Silisyum Güneş Panelleri
Kadmiyum Tellür İnce film Güneş Panelleri
Bakır İndiyum Diselenid Güneş Panelleri
Güneş Paneli Elektriksel Devresi
Güneş panelleri nasıl çalışır sorusuna anlamak için elektriksel devresini modellemek gerekir. Bir güneş pilinin eşdeğer devresi aşağıdaki gibidir. Buradaki değerlerden Iph: Güneş ışığı tarafından üretilen elektrik akımını, Id: Diyot akımını, Ish: Paralel direnç akımını, IL: Yük akımını, Rs: Seri direncini ve Rsh: Paralel direncini sembolize etmektedir.
Güneş Paneli Eşdeğer Devresi
Güneş panellerinin elektrik üretimi, bir akım kaynağı olarak temsil edilir. Hücreye düşen ışık arttıkça, elektrik akımı da artar. Güneş hücresinin gövdesi yarı iletken malzemeden yapıldığı için, diyot olarak modellenir. PN birleşiminde üretilen enerjinin kutuplara iletilmesi sırasında oluşan kayıplar, seri direnç olarak ifade edilir. Bu seri direnç, hücre verimini doğrudan etkiler. Çıkış gücü, belirli bir akım ve gerilim değerinde maksimum olur. Fotovoltaik (PV) pil veya panelinin maksimum çıkış gücü, aldığı güneş ışığı seviyesi ve çalışma sıcaklığına bağlı olarak değişir. Bu nedenle, kurulan ve işletilen bir PV pilinden daha fazla verim elde etmek için, panelin çıkış gücünü mümkün olan en yüksek seviyede tutmak önemlidir.
Güneş Paneli Sıcaklık ve Işık Miktarına Bağlı Olarak Akım, Gerilim ve Güç Karakteristikleri
Güneş panellerini verimli kullanabilmek için panele uygun ortam sıcaklığında, doğru güneş ışığı açısının vurması gerekir. Solar panellerin sıcaklığının arttığında veriminin ve ürettiği gücün düştüğü bilinmektedir. Güneş panelinin sıcaklık ve ışık miktarı ile ilgili grafikleri aşağıda verilmiştir. Buradan anlaşılacağı gibi güneş panellerine gelen ışık miktarı arttıkça, maksimum noktasında üretilen akım ve güç artarken, sıcaklık arttıkça ise bu değerler maksimum noktasında azalmaktadır.
(a) Güneş Paneline Gelen Işık Miktarının Akım-Gerilim (I-V) Değerlerine Etkisi (b) Güneş Paneline Gelen Işık Miktarının Güç-Gerilim (P-V) Değerlerine Etkisi (c) Güneş Paneli Sıcaklık Miktarına Göre Akım-Gerilim (I-V) Değerlerine Etkisi (d) Güneş Paneli Sıcaklık Miktarına Göre Güç-Gerilim (P-V) Değerlerine Etkisi
Hidroelektrik santrali nasıl çalışır sorusuna yanıt vermeden önce suyun potansiyel enerjisinden bahsetmek gerekir. Suyun, potansiyel ve kinetik enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisinin üretildiği sürdürülebilir enerji santrallerindendir. Akan suyun kinetik enerjisi veya bir göldeki durgun suyun potansiyel enerjisi hidroelektrik santrallerde (hes) kinetik enerjiye dönüştürülerek su türbinlerine iletilir. Türbinler ise mekanik enerjiyi alternatörler yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürür.
Hidroelektrik santraller (hes), genellikle büyük nehirler veya göletlerde su depolayarak çalışırlar. Su, yüksek rakımlardan bu depolama alanlarına yönlendirilir ve bu su rezervuarları potansiyel enerji depolamak için kullanılır. Elektrik enerjisi üretimi için su, kontrol vanaları ve kapaklar aracılığıyla kontrollü bir şekilde tahliye edilir. Bu, suyun türbinlere yönlendirilmesini ve kinetik enerjiye dönüşmesini sağlar. Su, tahliye edildiği noktada yer alan türbinleri çevirir. Türbinler, suyun hızını kullanarak mekanik enerji üretirler. Bu mekanik enerji, alternatörün girişindeki türbinleri döndürmek için kullanılır.
Hidroelektrik Santrali (HES) Çalışma Prensibi
Hidroelektrik Enerji Santrali Nasıl Çalışır, Çeşitleri Nelerdir?
Hidroelektrik santrali nasıl çalışır sorusundan önce kurulumundan bahsetmek gerekirse, HES kuruldukları suyun topografik yapısına, yüksekliğine, özelliğine, baraj yapım malzemesine, santral kapasitesine, ihtiyaç olunan enerji miktarına göre çeşitlere ayrılmaktadır. Bunlar akarsu tipi (barajsız), depo tipi (barajlı) ve medcezir (gel-git) tip hidroelektrik santralleridir. Bu hidroelektrik santrali tiplerinin dışında da küçük ölçekli başka tiplerde santraller bulunmaktadır ancak ülkemizde ve dünyada genelde bu üç tip kullanılmaktadır.
Akarsu tipi (barajsız) hidroelektrik santraller (HES): Baraj inşa edilmeden elektriğin üretildiği hidroelektrik santralidir. Elektrik üretimi için baraj olmadan kurulan bir hidroelektrik santrali, genellikle akarsulara veya belirli bir meyile sahip kanallara yerleştirilir. Türbin, genellikle bir kanal üzerine yerleştirilir. Barajsız hidroelektrik santrallerin kurulacağı akarsunun, türbin milini döndürme kapasitesine ve yıllık su debisinin minimum elektrik üretimi için yeterli kapasiteye sahip olması önemlidir. Akarsu tipi santrallerde, en yüksek talep saatlerinde enerji yükünü karşılamak için depolama havuzları oluşturulur. Bu havuzlara yük düşük olduğunda su pompalanır ve daha sonra pik saatlerde bu depolardaki su, ek enerji üretimi için kullanılır.
Depo tipi (barajlı) hidroelektrik santraller (HES): Akarsu üzerine barajlar inşa edilerek yapay göl oluşturulur ve burada su birikmesi sağlanır. Bu suyun belli bir potansiyel enerjisi vardır. Yağmurun yağmadığı kurak geçen senelerde bile bu tip hidroelektrik santrallerde elektrik üretebilmektedir çünkü suyun potansiyel enerjisi kullanılmaktadır. Barajlı hidroelektrik santraller en çok kullanılan ve yüksek güç üretebilen hidroelektrik enerji santrallerindendir. Yüksek güç üretebildiklerinden enterkonnekte sisteme bağlanırlar ve pik yüklerini karşılayabilmektedirler. Herhangi bir gerilim ve frekans düşmesi pek meydana gelmez. Her daim kapasitesi gereğince o an karşılayabileceği yeterli su potansiyeline sahiptir. Bu tip santrallerin kurulum maliyetleri yüksektir. Yüksek kurulu güce sahip Atatürk, Keban, Karakaya Hidroelektrik Santalleri, barajlı tip santrallere örnektir.
Barajlı Tip Hidroelektrik Santrali (HES)
Med-cezir (gel-git) hidroelektrik santraller (HES): Okyanuslardaki gel-git olaylarından faydalanarak elektrik enerjisi üreten santraller, yükselen deniz suyunun bir koya alınmasıyla çalışır. Su alım işlemi, kapaklar aracılığıyla gerçekleştirilir. Deniz suyu yükseldiğinde, türbin çalışmaya başlar ve hazne dolarken enerji üretilir. Yükselme tamamlandığında, su alma kapağı kapanır ve tutulan su, kanal aracılığıyla türbine iletilir. Su çekildiğinde, türbin çalışmaya devam eder ve elektrik üretilir. Yani suyun dolarken ve boşalırken türbin sürekli olarak enerji üretir. Su çekilme işlemi tamamlandığında, kapaklar tekrar açılır ve su girişine hazır hale getirilir. Ülkemiz, gel-git enerjisine dayalı hidroelektrik santrali kurulumu için uygun bir coğrafyaya sahip değildir.
Türkiye enerji kaynakları bakımından zengin bir ülkedir. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı verilerine göre 2023 yılı Aralık ayı sonu itibarıyla ülkemiz kurulu gücü 106.668 MW’a ulaşmıştır. Türkiye’nin kurulu gücünün kaynaklara göre dağılımı; %30,0’ı hidroelektrik enerji, %23,8’i doğal gaz, %20,5’i kömür, %11,1’i rüzgâr, %10,6’sı güneş, %1,6’sı jeotermal ve %2,6’sı ise diğer kaynaklar şeklindedir. Ayrıca ülkemizde elektrik enerjisi üretim santrali sayısı, 2023 yılı Aralık ayı sonu itibarıyla 13.077’ye (Lisanssız santraller dahil) yükselmiştir. Mevcut santrallerin 756 adedi hidroelektrik, 68 adedi kömür, 365 adedi rüzgâr, 63 adedi jeotermal, 344 adedi doğal gaz, 10.990 adedi güneş, 491 adedi ise diğer kaynaklı santrallerdir. Bu değerlerden görüldüğü gibi ülkemizdeki en çok kurulmuş santral tipi, hidroelektrik santralleridir. Ülkemizin dağlık bir yapıya sahip olması, yüzölçümünün büyük olması, yağış alan bir coğrafyada olması, hidroelektrik santrallerinin kapasitesinin yüksek olmasını sağlamaktadır.
Türkiye’nin Yaklaşık Kurulu Gücünün %30’u Hidroelektrik Santralleridir.
Türkiye’nin En Büyük Hidroelektrik Santralleri (HES)
Ülkemizin en büyük beş hidroelektrik santalleri (HES) ve kurulu güç değerleri aşağıdaki gibidir.
Atatürk Barajı ve Hidroelektrik Santrali (HES) – Fırat Nehri, 2,4 GW
Türkiye’nin hidroelektrik santrali (HES) kurulu gücü yaklaşık %30’una denk gelmesi ve elektrik üretiminin ise yaklaşık %19’unun hidroelektrik santrallerinden yapılması, hidroelektrik santrallerinin önemini açıkça göstermektedir. Çeşitli enerji kaynakları içerisinde hidroelektrik enerji santralleri çevre dostu olmaları ve düşük potansiyel risk taşımaları sebebiyle tercih edilmektedir. Hidroelektrik santraller; çevreye uyumlu, temiz, yenilenebilir, yüksek verimli, yakıt gideri olmayan, uzun ömürlü, işletme gideri çok düşük dışa bağımlı olmayan yerli bir kaynaktır. Suyun güçlü ittirme kuvveti sayesinde türbinleri döndürerek elektrik üretimi sağlanır. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı verilerine göre Haziran 2022 sonu itibariyle hidrolik enerjisine dayalı elektrik kurulu gücümüz 31.558 MW, toplam kurulu güç içerisindeki oranı yaklaşık %30 olmuştur.
Nükleer santral nasıl çalışır sorusuna cevap vermeden önce nükleer enerjiyi açıklamak gerekmektedir. Nükleer enerji, atom çekirdeklerinin bölünmesi veya birleşmesi sonucu ortaya çıkan enerjiyi kullanarak elektrik enerjisi üreten bir teknolojidir. Nükleer enerji santralleri, genellikle nükleer reaktörlerde kontrol edilen bir nükleer fisyon sürecini kullanarak enerji üretir. Nükleer enerji, nükleer enerji santrallerinde kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür. Yapısı gereği termik santrallere çok benzerdir ancak kullanılan yakıt çok daha tehlikelidir ve kontrol sistemi farklıdır.
Nükleer Enerji Santrali
Nükleer Fisyon Nedir?
Nükleer santral nasıl çalışır sorusunu yanıtlamadan önce füzyon ve fisyon tepkimelerini açıklamak gerekir. Teknik olarak fisyon, atom çekirdeğinin bölünmesi olayıdır. Bölünme olayının yapılabilmesi için atom çekirdeğinin ağır olması, bölünebilir olması gerekir. Bu bölünmeyi sağlayabilmek için atoma nötronlar fırlatılır. Fisyon tepkimeleri için nükleer enerji santralleri genellikle uranyum-235 gibi bölünebilen atomları kullanır. Fisyon, bir nükleer reaktörde gerçekleşen bir çekirdek bölünmesi sürecidir. Örneğin, uranyum-235 çekirdeği nötronlar tarafından bombardımana uğradığında bölünerek enerji ve ek nötronlar ortaya çıkar. Bu nötronlar diğer uranyum-235 çekirdeklerini de bölerek zincirleme bir reaksiyonu başlatır.
Fisyon ile füzyon birbirlerinin zıt yönde oluşan nükleer tepkimelerdir. Fisyon atom çekirdeğinin bölünmesi olayıdır. Ağır bir atoma nötron fırlatarak çekirdeği bölünebilirken, bu sırada büyük bir ısı enerjisi açığa çıkar. Füzyon ise iki hafif atomun birleşerek ağır bir çekirdek oluşturmasıdır. Bu olay yıldızlarda gerçekleşir. Örneğin bizim yıldızımız olan güneş, füzyon reaksiyonu gerçekleştirerek dışarıya ısı ve ışık enerjisi yayar. Yıldızların çekirdeklerinde yüksek sıcaklık ve basınç altında hidrojen atomları birleşerek yani füzyon tepkimesi oluşturarak Helyum atomuna dönüşür. Bu tepkime sonucunda ortaya büyük bir ısı ve ışık enerjisi ortaya çıkar. Bu yüzden biz güneşten dünyamıza ısı ve ışık enerjisi alabiliyoruz. Eğer güneşte füzyon tepkimeleri sonlanırsa, güneşin yakıtı bitmiş demektir ve artık çevresine enerji yayamayacaktır. Bu sonuçla dünyadaki yaşam da sona erecektir.
Fizyon ve Füzyon Birbirlerine Göre Zıt Nükleer Tepkimelerdir.
Nükleer Santral Nasıl Çalışır?
Nükleer Reaktör Nedir?
Nükleer fisyon süreci, nükleer reaktör adı verilen bir yapı içinde kontrol edilir. Nükleer reaktörde, fisyon reaksiyonunun hızını kontrol etmek için nötron emici malzemeler (genellikle bor veya kadmiyum) kullanılır. Bu malzemeler, fazla nötronları emerek reaksiyonu yavaşlatır veya durdurur. Reaktör içindeki bu kontrol mekanizmaları, istenen enerji seviyesini sağlamak için düzenlenir.
Reaktörün içerisinde, ana madde olarak uranyum-235 atomu kullanılır ve uranyumun parçalanması sonucu ortaya çıkan yüksek enerji miktarı elektrik enerjisine çevrilir. Fisyon tepkimesi ile oluşan bu büyük enerji, su buharını yüksek sıcaklıklara kadar ısıtarak, buharın türbin şaftını çevirmesini sağlar. Oluşan buhar, buhar türbinlerine iletilir ve bu mekanik dönme hareketi elektrik üretimini alternatör vasıtasıyla sağlar. Jeneratörde üretilen elektrik, bir transformatör aracılığıyla yüksek gerilime dönüştürülür ve enerji nakil hatları aracılığıyla kullanılacağı yerlere iletilir.
Türbinden çıkan ve basınç ile sıcaklığı düşmüş olan buhar, yoğuşturucuda (kondenser) tekrar su haline dönüştürülür. Yoğuşturucu, bu faz değişimi için çevrede bulunan su kaynaklarını, örneğin deniz veya göl gibi, soğutucu olarak kullanır. Ardından, yoğuşturulan su tekrar reaktörün merkezine gönderilerek döngüyü tamamlar. Bu sistemde su, aynı termik santrallerde olduğu gibi sürekli bir döngü içinde kullanılarak enerji üretimi sürdürülür.
Nükleer Enerjiden Elektrik Üretimi Prosesi
Nükleer Reaktörde Fisyon Tepkimesi Kontrolü Nasıl Sağlanıyor?
Nükleer reaktördeki kontrol çubukları genellikle nötron absorbe edici materyaller içerir. Bu materyaller, nötronları emerek zincirleme fisyon reaksiyonunu kontrol altında tutar. Özellikle bor, gümüş veya kadmiyum içeren çubuklar sıklıkla kullanılır. Bu materyaller, nötronları absorbe ederek reaktördeki nötron akışını azaltır. Reaktör operatörleri, reaktörün güç seviyesini ayarlamak için bu çubukların konumunu değiştirebilirler. Çubukların tamamen çekilmesi, nötronların serbestçe hareket etmesine izin verir ve zincirleme fisyon reaksiyonunu hızlandırır, böylece reaktörün gücü artar. Tam tersi durumda, çubukların tamamen yerleştirilmesi nötron emilimini artırır ve reaktörün gücünü düşürür. Ayrıca, reaktördeki otomatik kontrol sistemleri, nötron akışını izler ve reaktörün istenilen güç seviyesinde kalmasını sağlamak için çubukların otomatik olarak ayarlanmasını sağlar. Bu sistemler, reaktördeki güç dalgalanmalarını önlemek ve güvenli bir çalışma sağlamak için önemlidir.
Nükleer Santraller Güvenli mi? Nükleer Santrallerdeki Riskler ve Güvenlik Unsurları Nelerdir?
Nükleer enerji, dünya genelinde enerji ihtiyacını karşılamak için önemli bir kaynak olmuştur. Ancak, nükleer santrallerin işletilmesi beraberinde çeşitli riskleri ve güvenlik konularını da getirmektedir. Nükleer santrallerdeki en önemli riskler; nükleer kazalar, radyoaktif sızıntılar, atık materyallerin yönetimi ve geri dönüşümü, terör tehditleridir.
Çernobil Tesisinde Yaşanan Felaketler Gibi Felaketler Yaşamamak İçin Nükleer Santrallerde Üst Düzey Güvenlik Önlemleri Alınır.
Nükleer Kazalar: Nükleer santrallerdeki en ciddi risklerden biri, nükleer kazalardır. Fiziksel hasar, operatör hataları veya doğal afetler gibi etmenler, reaktör güvenliğini tehdit edebilir. Çernobil ve Fukushima gibi tarihi nükleer kazalar, bu endişelerin ne kadar ciddi sonuçlara yol açabileceğini göstermiştir.
Radyoaktif Sızıntılar: Nükleer kazaların bir sonucu olarak ortaya çıkan radyoaktif sızıntılar, çevre ve insan sağlığı için büyük bir tehdit oluşturabilir. Radyoaktif maddelerin su kaynaklarına, toprağa ve atmosfere yayılması, uzun vadeli etkileri beraberinde getirebilir.
Atık Yönetimi: Nükleer santrallerin faaliyetleri sonucunda ortaya çıkan nükleer atıkların güvenli bir şekilde yönetilmesi, önemli bir konudur. Bu atıkların uzun ömürlü radyoaktif özellikleri, doğru bir depolama ve bertaraf süreci gerektirir.
Terör Tehdidi: Nükleer santraller, terörist saldırılara karşı da hassas olabilir. Eğer kötü niyetli kişiler veya gruplar, santrallere yönelik saldırı düzenlerse, bu durum ciddi sonuçlara yol açabilir ve nükleer malzeme ele geçirme riskini artırabilir.
Nükleer enerji santralleri, yüksek düzeyde güvenlik önlemleri ile donatılmıştır. Reaktörlerdeki kontrol sistemleri, acil durum duruşları ve soğutma sistemleri gibi önlemler, çevresel etkileri minimize etmek ve nükleer kazaları önlemek amacıyla tasarlanmıştır. Nükleer santrallerdeki riskleri minimize etmek ve güvenliği sağlamak adına çeşitli önlemler alınmaktadır. Yüksek güvenlik standartları, sıkı denetimler, operatör eğitimleri ve teknolojik gelişmeler, nükleer santrallerin daha güvenli bir şekilde işletilmesini sağlamak için kullanılan araçlardır. Sonuç olarak, nükleer enerji, enerji ihtiyacını karşılamada etkili bir yol olabilir ancak bu avantajlar, beraberinde ciddi riskleri de getirir. Sürekli geliştirilen güvenlik önlemleri ve katı denetimler, nükleer santrallerin güvenliğini artırmak ve olası riskleri en aza indirmek için kritik öneme sahiptir. Nükleer enerji kullanımının gelecekteki sürdürülebilirliği, bu risklerin etkili bir şekilde yönetilmesine bağlıdır.
Geçmişten Nükleer Santral Kontrol Odası
Dünyada Nükleer Enerji Kullanımı
Temmuz 2023’te, dünya genelinde toplamda 410 nükleer reaktör faaliyet gösterirken, 31 ülkede bu reaktörlerin işletildiği, ayrıca 17 ülkede ise toplamda 57 adet nükleer reaktörün inşa halinde olduğu bilinmektedir. Dünya elektrik arzının yaklaşık %10’u, nükleer santrallerde üretilen elektrikle sağlanmaktadır. Burada Fransa elektrik enerjisi ihtiyacının yaklaşık %60 ile dünyada en çok nükleer enerjiden karşılayan ülkedir. Bunun yanında Slovakya, Macaristan, Belçika’da yaklaşık enerji ihtiyacının yarısını nükleer enerjiden karşılamaktadır. Şu an inşa halinde olan nükleer santrallerin çoğu Çin’de bulunurken, bunun yanında Rusya, Hindistan, Güney Kore, Birleşik Arap Emirlikleri, ABD ve Fransa ile Türkiye’de bulunmaktadır.
Ülkemizde Mersin Akkuyu Nükleer Santralinin planlanan kurulu gücü 4800 MW’dır. 1200 MW’lık 4 adet reaktörden oluşan santralin ilk reaktörü 2024 yılında devreye alınması planlanmaktadır. Sinop Nükleer Santrali için de saha onayı değerledirme başvuru süreci başlamıştır. Şu an ki plana göre kurulu gücü 8400 MW’e kadar çıkabilecek en az 4 veya 6 reaktörden oluşması düşünülmektedir.
Türkiye’nin nükleer enerji kullanımındaki temel amacı, diğer ülkerde olduğu gibi enerjinin dışa bağımlılığını azaltmaktadır. Yıllar ilerledikçe ülkemizin enerji ihtiyacı gittikçe artmakta ve dışarıya ödenen enerji bedellerinin maliyeti de buna paralel olarak artmaktadır. Nükleer santrallerle doğal gaz ithalatının büyük ölçüde azaltılması planlanmaktadır. Çünkü şu an ki (2024 yılı) değerlere göre ülkemiz Mersin ve Sinop nükleer santrallerinin devreye alınmasıyla yaklaşık 10-15 milyar USD’lik doğalgaz ithalatından kurtulacaktır. Bu da cari açığı düşürecektir. Her iki santralin yıllık uranyum enerji bedeli yaklaşık 1 milyar USD civarındadır. Doğalgaz ile kıyaslandığında en az 10 katlık bir tasarruf sağlanmış olacaktır. Aynı şekilde enerjide dışa bağımlılık azalması, enerji fiyatlarındaki fiyat istikrarını sağlayacaktır. Ekstra olarak yaklaşık 20.000 insanın istihdam edilmesi düşünülmektedir.
Mersin Akkuyu Nükleer Santralinin 2024 Yılında Devreye Alınması Planlanmaktadır.
Türkiye henüz nükleer enerji kullanımına geçmedi. Mersin Akkuyu Nükleer Santrali’nin ilk reaktörü 2024 yılında devreye alınması planlanıyor. Karşılaştırma tablosunda uranyumun yüksek ısı enerjisi değeri göze çarpmaktadır. Nükleer enerji de karbon emisyonu anlamında çevreye zarar vermez iken, radyasyon yayılımı anlamında büyük çevre felaketlerine sebep olabilir. Bilinen Çernobil faciasından sonra yine 2011 yılında büyük bir depremden sonra Japonya’nın Fukushima nükleer santralinde bir radyasyon yayılımı tespit edilmişti. Diğer enerji kaynaklarıyla kıyaslandığında uranyum, maliyetine göre ortaya çıkarabileceği elektrik enerjisi miktarı, oranı diğerlerine göre daha avantajlı durumdadır. Ancak en ufak bir hataya tahammülü olmayan nükleer santrallerin yönetimi ve işletilmesinde büyük riskler olduğu gerçektir. Özet olarak öncelik yenilebilir enerji kaynaklarına verilmesiyle kaydıyla, yüksek işletme ve radyasyon riskiyle uranyum ülkemizin enerji ihtiyacının karşılanmasında fiyat & performans bakımından avantajlı olduğu gözükmektedir.
Biyokütle enerji santrali kurulumları dünyada gittikçe yaygınlaşmaktadır. Dünya enerji talebindeki sürekli artış, geleneksel enerji kaynaklarının sınırlarını zorlamaktadır. Bu durum, sürdürülebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarına olan ihtiyacı artırmıştır. Biyokütle enerjisi, bu zorluğa çözüm sunan etkileyici bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Biyokütle enerjisi, organik malzemelerin (bitkiler, hayvan atıkları, ahşap vb.) enerji üretimi için kullanılması anlamına gelir. Bu kaynak, fotosentez süreciyle bitkiler tarafından atmosferden karbon dioksit emilerek oluşturulan organik materyallerden elde edilir. Bu organik materyaller daha sonra biyokütle enerjisi üretim süreçlerinde kullanılır.
Biyokütle enerjisi farklı şekillerde kullanılabilir. Biyokütleyi direkt yakarak bu enerji kullanılabilir. Biyokütlenin doğrudan yakılması, enerji üretimi için en eski yöntemlerden biridir. Bitkilerin, odunun ve organik atıkların yakılmasıyla elde edilen ısının enerjiye dönüştürülmesi bu yönteme örnektir. Biyogaz üretmek ise bir diğer enerjiyi kullanma yöntemi sayılabilir. Organik atıkların bakteriler tarafından fermantasyonu sonucunda metan gazı üretilir. Bu metan gazı, biyogaz olarak adlandırılır ve enerji üretimi için kullanılır. Biyokütle baca gazının kullanımı ise bir başka yöntemdir. Biyokütle gazlaştırma yöntemi, organik malzemelerin yüksek sıcaklıklarda gaz haline getirilmesini içerir. Oluşan gaz, enerji üretimi için kullanılır.
Biyogaz Tesisi ve Kojenerasyon Sistemi
Biyokütle Kullanımının Avantajları Nelerdir?
Biyokütle, sürekli olarak yenilenebilen bir kaynaktır, bu da uzun vadeli enerji ihtiyacını karşılamak için uygundur. Biyokütle enerjisi, organik materyallerin yanması sırasında atmosfere ek karbon salımını en aza indirir, bu da sera gazı emisyonlarını azaltır. Biyokütle enerjisi üretiminde kullanılan organik atıkların bertarafı, atık yönetimini etkili bir şekilde sağlar. Biyokütle enerjisi, sürdürülebilir bir enerji geleceğine katkıda bulunan önemli bir oyuncu olmaya devam edecektir. Araştırmalar, biyokütle üretim teknolojilerindeki gelişmelerin verimliliği artıracağını ve maliyetleri düşüreceğini öngörmektedir. Ayrıca, biyokütle enerjisi, enerji güvenliğini artırarak ve çevresel etkileri en aza indirerek dünya genelinde daha yaygın olarak benimsenebilir.
Biyokütle Olarak Biyogaz Üretimi ve Jeneratör Sistemlerinde Kullanılması
Biyogaz, metan içerikli gazın elde edilmesi için organik atıkların biyogaz enerji üretim tesislerinde oksijensiz ortamda fermante edilmesi sonucu ortaya çıkan bir enerji kaynağıdır. Organik atıklar, hayvan gübreleri, gıda sanayi atıkları, bozulmuş sebze ve meyveler, hayvancılık atıkları gibi doğadan elde edilen veya ilk amacıyla kullanılamaz hale gelmiş maddeleri kapsar. Bu biyokütle içindeki güneş enerjisi, tesislerde anaerobik fermantasyonla açığa çıkarılarak tamamen doğa dostu bir enerji elde edilir. Bu süreç sayesinde biyogazla çalışan jeneratör setleri kullanımı, hem doğaya zarar vermeden enerji üretimine katkıda bulunur hem de çevreci ve temiz enerji anlayışını destekler.
Büyükbaş hayvan atıkları bir bölümde toplanır. Toplanan hayvan atıkları, mevcut dengeleme havuzuna iletilir. Mevcut dengeleme havuzunun içerisinde bulunan dalgıç karıştırıcının çalıştırılması ile havuz içerinde bulunan hayvan atıklarının çökmesi engellenmelidir. Mevcut dengeleme havuzundan dalgıç pompa ile emilen hayvan atıkları ön dengeleme havuzuna iletilir. Ön dengeleme havuzunun içerisinde bulunan dalgıç karıştırıcının çalıştırılması ile havuz içerisinde bulunan katı atıkların çökelmesi yine engellenmelidir. Ön dengeleme havuzundan çürütücü besleme pompaları ile emilen hayvan atıkları debimetre ile debisi ölçüldükten sonra iki ayrı hatta verilir. Bu hatlardan biri ile hayvan atıkları biyogaz reaktörüne, diğeri ile de depolama havuzuna iletilir. Biyogaz reaktörü içerisinde bulunan dalgıç karıştırıcıların çalıştırılması ile havuz içerisinde bulunan hayvan atıklarının homojen karışımı sağlanacak ve çökelmesi engellenmelidir. Biyogaz reaktörünün ısıtılması içinden sıcak su geçen plastik borular ile sağlanır. Biyogaz reaktöründen depolama havuzu besleme pompaları ile emilen çürütülmüş hayvan atıkları iki ayrı hatta verilir. Bu hatlardan biri ile hayvan atıkları depolama havuzuna, diğeri ile de ön dengeleme havuzuna iletilir. Depolama havuzunun içerisinde bulunan dalgıç karıştırıcının çalıştırılması ile havuz içerisinde bulunan katı atıkların çökelmesi engellenir. Depolama havuzundan ayırıcı besleme pompaları ile emilen hayvan atıkları debimetre ile debisi ölçüldükten sonra üç ayrı hatta verilir. Bu hatlardan birincisi ile hayvan atıklarının suyu almak üzere mevcut seperatörlere (ayırıcılara), ikincisi ile mevcut lagüne, üçüncüsü ile de ön dengeleme havuzuna iletilir. Seperatörde suyu alınan hayvan atıkları idare tarafından kullanılmak üzere uzaklaştırılır. Oluşan süzüntü suyu ise cazibeyle mevcut lagüne iletilir. Biyogaz reaktöründe üretilen biyogaz, biyogaz balonunda toplanır. Biyogaz balonu iç ve dış membrandan oluşur. Biyogaz balonunun iç ve dış membranı arasına biyogaz balonu bloweri ile hava basılacak ve gaz balonunun sürekli şişik kalması sağlanır. Gaz balonundan alınan biyogaz, köpük tutucudan geçirilerek biyogaz içerisindeki köpük uzaklaştırılır ve biyogaz fanı ile basınçlandırılarak sülfür gazı giderim amacıyla desülfürizasyon ünitesine iletilir. Daha sonra, nem tutucudan ve soğutma ünitesi chillerden geçirilerek içerisindeki nem uzaklaştırılan biyogazın debimetre ile debisi ölçülecek ve biyogaz fanı ile basınçlandırılarak yakılmak üzere gaz jeneratörüne iletilir.
Biyogaz Üretim Prosesi
Biyogaz Enerji Santrali (Biyokütle Enerji Santrali) Nasıl Çalışır?
Biyogaz enerji santrali veya biyokütle enerji santrali çalışma prensibi gaz jeneratörleri çalışma prensibiyle aynıdır. Buradaki tek fark, gaz jeneratöründe kullanılan yakıtın biyogaz olmasıdır. Biyokütle enerji santrali genelde kojenerasyon tesisi olarak da kullanılabilmektedir. Biyogazlar, içlerinde barındırdıkları hidrojen sülfür CO2, H2O nedeni ile kirlilik barındırır. İstenmeyen gazlar, gazın içerisinden temizlenmelidir, filtre edilmelidir. Yoksa gaz motoruna zarar verebilir. Biyogaz içinde CH4 ve H2S miktarlarının sürekli ölçülmesi gerekmektedir.
Biyogaz Tesislerinde Gaz Jeneratörleri Kullanılır
Biyokütle santrallerinde kullanılan jeneratör, biyogaz ile çalışan içten yanmalı bir motor ve buna uygun bir alternatörün akuple edilmesiyle oluşturulan bir elektrik makinesidir. Gaz motorların çalışma prensibi, havanın sıkıştırılıp yakıt ile yakılması ve ortaya çıkan enerjinin pistonlar aracılığı ile mekanik güce dönüştürmesi şeklindedir. Gaz motoru içerisindeki hava ve biyogaz oranın ayarlanması, silindir hacminin, yanma odası hacmine oranı olan sıkıştırma oranının ayarlanması, emme zamanının, sıkıştırma zamanının, bujilerle ateşleme zamanının ve egzoz zamanının doğru ayarlanması çok ince hassas kontrol gerektirir. Gaz motoru tarafından üretilen hareket enerjisi alternatöre iletilir ve alternatör, bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Gaz motorları sadece elektrik üretmek amacı için kullanıldığında verimleri %40-45 dolayındadır. O nedenle biyogaz tesisleri kojenerasyon sistemlerinde yüksek verimli olarak çalışırlar. Gaz motorları V tipi veya sıra tipinde olabilir. Yanma odasına giren gazın oranı ve basıncı ayarlanır. Gaz jeneratörünün ana girişinde bir gaz hattı bulunur. Bu hatta birçok valf ve manometre bulunmaktadır. Bu gaz hattının başına, yani biyogaz üretim tesisinin çıkışına, biyogaz jeneratöründen hemen önce üretilen biyogaz filtrelenmelidir. Biyogaz içerisindeki metan ve hidrojen sülfür oranı doğru bir şekilde ayarlanmalıdır. Bir gaz analizörü ile sürekli bu değerler takip edilmelidir. Gaz motorunda governor bulunur. Governor, motorun devrini sabit tutmayı sağlayan kontrol birimidir. Bunu sağlayan, Actuator denilen bir yapıyı kontrol eder. Actuator, gaz motorlarında gaz+hava karışımının, istenilen devir sayısına göre silindirlere girmesi gereken karışım miktarını ayarlar. Motora giren gaz, hava ile belli oranda karışır. Bu karışım, düzenli, doğru ve verimli yanmanın silindirlerde gerçekleşmesini sağlar. Lambda ise, motora giren gaz ile havanın karışım oranıdır. Elektrik panosunda lambda oranı sürekli izlenir ve kontrol altında tutulur. Lambda ayarı ile, motordan çıkan egzoz gazının çevre etkisi yani emisyonu ayarlanabilmektedir. Lambda makinenin hızını, verimini ve düzenli çalışmasını doğrudan etkiler.
Kojenerasyon Ve Trijenerasyon Sistemi Nasıl Çalışır?
Kojenerasyon Nedir?
Kojenerasyon ve trijenerasyon sistemi enerji verimliliği konusunda öne çıkan enerji tesislerinin başında gelmektedir. Kojenerasyon kelimesi İngilizce ‘co-generation’ kelimesinden dilimize giren, bileşik ısı-güç üretim’ teknolojisidir. İhtiyaç duyulan elektrik ve ısınma enerjisinin tek bir kaynaktan üretilmesi anlamına gelir. Bir başka deyişle Isı ve elektriğin birlikte üretildiği (CHP : Combine Heat Power) sistemleridir. Bunun için gaz motoru ve alternatör ile elektrik enerjisi üretilirken, çıkan ceket suyu sıcaklığının ve egzoz gazlarının ısısından faydalanılarak borulu eşanjörler yardımı ile sıcak su üretilir (95 C°). Elde edilen sıcak su genel ısıtma sistemine verilerek ısıtmaya katkıda bulunulur. Bu sayede %45-%55 civarı enerji verimliliği sağlanmış olur.
Motor–alternatör, radyatör ve su sirkülasyonunu sağlayan pompa ile birlikte suyun egzoz gazı ısısıyla ısıtıldığı eşanjörden oluşan bir set olarak konfigüre edilmiştir. Yüksek güçteki gaz motoru egzozundan çıkan sesi engellemek için ek olarak susturucu da kullanılmaktadır. Gaz motorlarının kojenerasyon amacıyla kullanılması durumunda, sistemden elde edilen ısı enerjisi üç unsurdan meydana gelir: gaz motorunun yağlama devresi, egzoz gazları ve silindir bloğu (ceket suyu) soğutma devresidir. Gaz motorlarında atık ısının yaklaşık %70’i sıcak suya, %30’u ise buhar fazına geçer. Soğutma devreleri; silindir-gömlek (ceket), karterdeki yağın soğutulması ve intercooling soğutmasını içerir. Bu, egzoz eşanjöründen elde edilen ısıyla desteklenir. Kojenerasyon sistemlerinin soğutma ihtiyacı göz önüne alındığında, geri kazanılan ısı, en verimli şekilde ısıtma sistemlerinde ve sıcak kullanma suyu temininde kullanılabilir.
Kojenerasyon Sistemi Modeli
Kojenerasyon ve trijenerasyon sistemleri sürekli çalışması gereken jeneratör setleri olduğu sürekli güç (continuous power) değeri baz alınır. Şebekeye senkron çalışırlar.
Trijenerasyon Nedir?
Aynı enerji kaynağını kullanarak, enerjinin elektrik, ısı ve soğutma formlarını aynı sistemde bir arada üretme sürecine “Combined Cooling Heat and Power (CCHP)” denir ve bu, kojenerasyonun geliştirilmiş bir formudur. Var olan kojenerasyon sistemine entegre edilen soğutma sistemleri, üretimi “Elektrik+Isıtma+Soğutma” olarak birleştirir. Bu entegrasyon, kojenerasyondaki gibi enerji verimliliğini artırmaktadır. Trijenerasyon sisteminde, kojenerasyon sistemlerinde olduğu gibi, aynı miktarda yakıt kullanılmaktadır.
Kojenerasyon sistemlerinde, motor ceket suyu ve egzoz gazlarından elde edilen sıcak su genellikle ısıtma sistemlerinde kullanılır. Eğer uygulamada soğutma suyu ihtiyacı da varsa, bu sıcak su, absorbsiyonlu soğutma sistemi chiller aracılığıyla iklimlendirme sistemlerinde (7-12°C) kullanılır. En basit çevrimle çalışan, yani sadece elektrik enerjisi üreten bir gaz jeneratörü kullanan sistemlerde, enerjinin %35-48’i elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Ancak, kojen ve trijen şeklinde sistemler çalıştırılırsa, enerjiye dönüşecek olan toplam enerji girişi %75-95 oranında değerlendirilir. Özetle kojenerasyon sistemine ek olarak soğutma kulesiyle birlikte absorbsiyonlu soğutma sistemi chiller ünitesi eklenerek kojenerasyon sistemi, trijenerasyon sistemine dönüştürülür.
Trijenerasyon Sistemi Modeli
Trijenerasyon sistemi, yaz aylarında ısıtma ihtiyacının olmadığı durumlarda sadece elektrik ve soğutma ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla kullanılacaktır. İşletme düzeyinde, toplam enerji giderlerinin azalması, maliyetleri düşürerek son ürün kalitesini etkilemeden şirketin rekabet gücünü artıracaktır. Aynı zamanda işletmenin enerji temin güvencesini sağlayacak ve üretim kesintilerinden kaynaklanan zararları ortadan kaldıracaktır. Trijenerasyon sistemi, elektrik üretimini daha ekonomik bir şekilde gerçekleştirebilirken, bu süreçte ortaya çıkan ısı enerjisi, yakıt tüketimi olmadan elde edildiği için ısıtma ve soğutma hizmetlerini daha düşük maliyetle sağlar. Ayrıca, trijenerasyon sistemi çevre duyarlılığı açısından da oldukça yararlıdır.
Kojenerasyon ve Trijenerasyon Sistemleri Enerji Verimliliği Sağlar.
Trijenerasyon Sisteminde Enerji Üretim Aşamaları Nasıldır?
Trijenerasyon sisteminde enerji üretimi aşağıdaki aşamalar ile gerçekleşir.
Gaz motoru vasıtası ile mekanik dönüş hareketi üretilir.
Üretilen mekanik güç, elektrik üreten bir alternatörü çalıştırmak için kullanılır.
Isıl güç üreten motordan, egzoz gazları, soğutma suyu ve yağlama yağı ile açığa çıkan atık ısı enerjisi, ısıtma veya soğutma gereksinimlerini kısmen veya tamamen karşılamak için kullanılır.
Soğutma işlemi, sıcak suyun ısı enerjisi ile çalışan tek veya çift etkili bir absorbsiyonlu chiller ile gerçekleştirilir.
Kojenerasyon Sisteminde Gaz Motorunun Kullanımı
Gaz Motorundaki Termal Enerjiler Nelerdir?
Gaz motorunun etkili ve düzgün bir şekilde çalışabilmesi için, motor ceketi üzerinde oluşan ısıyı uzaklaştırmak önemlidir. Bu nedenle, motorlarda “cekete suyu” olarak adlandırılan soğutma suyu dolaştırılır. Bu su genellikle 80-95°C sıcaklık aralığında olur. Plakalı eşanjörde soğutulan su, eşanjörden çıkışta üç yollu termal vana yardımıyla motor ceketine veya soğutma için radyatöre yönlendirilir. Burada soğutulan su (75-80°C), motor ceketine iletilir. Egzoz gazı ise motorun içinde yanan doğal gazdan oluşan egzoz gazı çok yüksek (400-600°C) sıcaklığa sahiptir. Ayrıca LT hattı denilen motor üzerindeki yağın soğutulması ile elde edilen sıcak su bulunur. Buradan elde edilen termal enerji çok düşük seviyelerdedir. Havuz, musluk suyu ısıtılmasında kullanılabilir.
Gaz Motorlu Kojenerasyon Uygulamalarının Avantajları Nelerdir?
Toplam %40 düzeylerine ulaşabilen elektrik çevrim verimi ile yüksek miktarda elektrik üretilebilir. Elektrik tüketiminin, ısı tüketimine oranı daha yüksek uygulamalar için kullanılması önerilir. Elektrik/ısı oranı 0,8 düzeylerindedir. Bu özellikleri nedeniyle, gaz motorları, elektrik gereksinimi ile birlikte, ısıtma ve/veya soğutma (trijenerasyon) amaçlı ısı enerjisi gereksinimi olan; toplu konut, hastaneler, üniversite kampüsleri, oteller, tatil köyleri, yüzme havuzları ve spor tesisleri gibi alanlarda etkin bir şekilde uygulanabilir.
Kojenerasyon ve Trijenerasyon Sistemlerinde Gaz Motorları Tercih Edilir.
Fakir karışım veya katalizörlü yakma sistemlerinin doğal gazla birleştirilmesi sayesinde, zararlı emisyon seviyeleri önemli ölçüde düşürülmüştür. Modern fakir karışım yakma sistemlerine sahip motorlar, uzun süre izin verilen emisyon değerlerinin altında kalarak NO emisyonlarını azaltmak için katalizöre ihtiyaç duymazlar. Kısmi yük verimlilikleri ve çok modüllü düzenleme yetenekleri, gaz motorlu kojenerasyon sistemlerini son derece esnek kılar. Kısmi yükte çalışma durumunda, verimin önemli ölçüde etkilenmemesi ve modüllerin gerektiğinde sırayla devreye girmesi ve çıkması, sistemin elektrik ve ısı ihtiyaçlarını gün içinde meydana gelen talep değişiklikleri ve EIO değişiklikleriyle rahatça dengeleyebilmesine olanak tanır. Bu durum, enerji maliyetlerini gün bazında en aza indirme konusunda yardımcı olur. Gaz motoru, hızlı bir şekilde devreye alınabilir ve aynı hızda devre dışı bırakılabilir, bunun yanı sıra tesisin kurulumu, diğer sistemlere göre daha kısa sürede tamamlanabilir, çünkü daha az devre elemanı içerir. Ayrıca, tesisin enerji tüketimi düşüktür. Gaz motorları kojenerasyon sistemi uygulamalarında yakıt olarak genelde doğalgaz kullanılır. Bunun yanında atık su arıtma tesisleri, çöp toplama tesisleri gibi ve hayvan ve bitki atık tesislerinden elde edilecek olan gaz yakıtlar da kullanılabilmektedir.
Kojenerasyon ve Trijenerasyon Sisteminde Kullanılan Elemanlar
Gaz Jeneratörü
Gaz jeneratörü, doğalgaz veya biyogaz gibi yakıtla çalışan içten yanmalı bir motor ve buna uygun bir alternatörün akuple edilmesiyle oluşturulan bir elektrik makinesidir. Gaz motorların çalışma prensibi, havanın sıkıştırılıp yakıt ile yakılması ve ortaya çıkan enerjinin pistonlar aracılığı ile mekanik güce dönüştürmesi şeklindedir. Gaz motoru içerisindeki hava ve gaz oranın ayarlanması, silindir hacminin, yanma odası hacmine oranı olan sıkıştırma oranının ayarlanması, emme zamanının, sıkıştırma zamanının, bujilerle ateşleme zamanının ve egzoz zamanının doğru ayarlanması çok ince hassas kontrol gerektirir. Gaz motoru tarafından üretilen hareket enerjisi alternatöre iletilir ve alternatör, bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Gaz motorları sadece elektrik üretmek amacı için kullanıldığında verimleri %40-45 dolayındadır. O nedenle kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinde yüksek verimli olarak çalışırlar ve tercih edilmesinin sebeplerinden biri de budur. Gaz motorları V tipi veya sıra tipinde olabilir. Yanma odasına giren gazın oranı ve basıncı ayarlanır. Gaz jeneratörünün ana girişinde bir gaz hattı bulunur. Bu hatta birçok valf ve manometre bulunmaktadır. Her motorun (dizel veya gaz) bir governoru vardır. Governor, motorun devrini sabit tutmayı sağlayan kontrol birimidir. Bunu sağlayan, Actuator denilen bir yapıyı kontrol eder. Actuator, gaz motorlarında gaz+hava karışımının, istenilen devir sayısına göre silindirlere girmesi gereken karışım miktarını ayarlar. Motora giren gaz, hava ile belli oranda karışır. Bu karışım, düzenli, doğru ve verimli yanmanın silindirlerde gerçekleşmesini sağlar. Lambda ise, motora giren gaz ile havanın karışım oranıdır. Genel olarak bir oran belirlemek gerekirse, Lambda oranının 1 olduğu durum, 1 birimlik gaza karşılık 14 birim havanın girdiği durumdur. Elektrik panosunda lambda oranı sürekli izlenir ve kontrol altında tutulur. Lambda ayarı ile, motordan çıkan egzoz gazının çevre etkisi yani emisyonu ayarlanabilmektedir. Lambda makinenin hızını, verimini ve düzenli çalışmasını doğrudan etkiler.
Gaz Motoru
Gaz jeneratörlerinde yakıt gazı olarak genelde doğalgaz ve biyogaz kullanılır. Bu gazlardan en güvenlisi doğal gazdır. Biyogazlar, içlerinde barındırdıkları hidrojen sülfür CO2, H2O nedeni ile kirlilik barındırır. İstenmeyen gazlar, gazın içerisinden temizlenmelidir, filtre edilmelidir. Yoksa gaz motoruna zarar verebilir.
Pistonlu bir gaz motorunda yanan yakıtın enerjisinin;
% 35 – 40’lık kısmı mekanik güce,
% 30 – 35’lik kısmı motor gömlek ısısına,
% 25 – 30’luk kısmı egzoz ısına,
% 7 – 10’luk kısmı ise radyasyon enerjisi şeklinde kayıp enerjiye dönüşür.
Isı Değiştiriciler (Eşanjörler)
Eşanjörler, ısının bir ortamdan diğerine aktarılmasında kullanılırlar. Birbirlerinden farklı akışkanlar arasında hızlı ve yüksek ısı transferi gerçekleştiren ekipmanlardır. Plaka ve boru tipli eşanjörler olmak üzere iki tipte bulunur. Plaka tipli eşanjörde, birbirine karışmadan dolaşan, ancak birbirine ısı transferi yapabilen iki ayrı akışkan devresi mevcuttur. Bu devreler, ısıtan akışkanın dolaştığı primer devre, ikincisi ise soğutan akışkanın dolaştığı sekonder devredir. Plaka tipli eşanjörler, az yer kaplar ve ekonomiktir. Borulu ısı eşanjörleri ise ısı transfer yüzeyi borulardan oluşur. Bu eşanjörler, doğalgaz, LPG, dizel, biodizel, biogaz gibi yakıtlarla çalışan motor ve jeneratörlerin egzoz gazlarındaki atık ısıyı suya alarak sıcak su ve endüstriyel işlemlerde kullanılan proses suyu üretir.
Boru Tipli Eşanjörler
Uygun eşanjör seçimi, yakıt tipi, egzoz gazı kütlesel debi, egzoz gazı giriş sıcaklığı ve su devresi giriş sıcaklığı ve debisi göz önünde bulundurularak doğru bir mühendislik çalışmasıyla hesaplanır ve seçilir.
Radyatör
Enerji tesislerinde motor türbin gibi makinelerin soğutulacak suyunun soğutulmasında kullanılır.
Radyatör
Absorbsiyonlu Soğutma Ünitesi Chiller
Genelde trijenerasyon tesislerinde kullanılan soğutma ünitesi chiller tipi, absorbsiyonlu chillerlerdir (ABS Chiller). ABS’li soğutma sistemler büyük miktarda soğutma ihtiyacı duyan endüstriyel uygulamalarda kojenerasyon tesisi ile birlikte kullanılır ve üretilen termal enerjinin en yüksek kullanımını sağlar, elektrik üretimini dengeler ve CO2 üretimini azaltır. Trijenerasyon sistemlerinde atık ısıyı kullanarak elde edilen sıcak su (95°C) ile soğutma sistemlerinde soğutma elde etmek mümkündür. Uygulamada iki tür ABS chiller sistemi mevcuttur. Amonyak-su ve su-lityum bromür ikili karışımları ile çalışan sistemlerdir. Amonyak-su ile çalışan çevrimler 0C°altındaki soğutma sistemleri için kullanılır. Lityum-bromür ile çalışan çevrimlerin alt çalışma sınırı 4C°olduğundan genellikle iklimlendirme uygulamaları için tercih edilir.
Absorbsiyonlu Chiller Soğutma Ünitesi
Soğutma Kulesi
Trijenerasyon sisteminin bir elemanı da su kulesidir. Absorbsiyonlu soğutma sistemindeki yoğuşturucudan gelen ılık su su kulelerinde soğutulur ve sisteme geri döner. Bu işlemde atık ısı atmosfere verilir. Hava kuleye aşağıdan çekilir ve yukarıdan çıkar. Yoğuşturucudan gelen ılık su kulenin tepesine pompalanır ve hava akımının içine püskürtülür. Su damlaları yer çekiminin etkisi ile yere düşerken %1 kadarı buharlaşır ve bu eksilen miktar sisteme sürekli eklenir. Soğutulan su kulenin altında toplanır.
Soğutma Kulesi
Vanalar, Sirkülasyon Pompaları ve Emniyet Ventilleri
Vanalar borular içerisinden akan su yolunu kapatıp açan, yönünü değiştiren mekanik açma kapama elemanlarıdır. Termostatik vanalar sıcaklığa bağlı olarak su yolunu açıp kapatan vanalardır. Motorlu olarak kullanılabilirler. Kesme vanaları değildir, sıcaklığa bağlı su yolunu değiştiren vanalar olarak düşünülebilir. Kelebek vanaları ise oldukça basit bir tasarıma sahip bir kapatma vanasıdır. Kojenerasyon tesislerinde kullanılırlar. Akışkana akışa izin vermek için, çeyrek dönüş ile tamamen açık bir konumdan tam kapalı bir konuma veya tam tersi şekilde kolayca yönetilebilir. Sistemlerimizde, kuru rotorlu sirkülasyon pompaları, soğutma amaçlı sirkülasyon için kojenerasyon sistemlerinde hem primer hem de sekonder devrelerde kullanılır. Emniyet ventilleri, basınçlı tanklar ve diğer sistemlerde belirlenen sıcaklık veya basınç limitlerine ulaşıldığında otomatik olarak gaz salımını gerçekleştiren vana mekanizmalarıdır.
Ceket Suyu ve Sirkülasyon Pompaları
Termostatik Vana
Jeneratör Transfer ve Kontrol Panoları
Kontrol panolarında jeneratör kontrol cihazları, röleler, devre kesiciler, akım ve gerilim trafoları, sürücüler, kontaktörler gibi jeneratörün hızını, akımını, gerilimini, içerisinde bulunan pompaları izleyen ürünler bulunmaktadır. Jeneratör kontrol cihazları çok fonksiyonel cihazlar olup, içerisinde PLC programı bile yazılabilecek özellikteki koruma cihazlarıdır. Akım ve gerilim okuyabilirken aynı zamanda analog ve dijital girişler & çıkışlar ile de jeneratörde izlenmesi gereken tüm parametreleri toplar. Hem alternatörün voltaj regülatörüne hem de motorun governörüne sinyal göndererek jeneratörün frekansını, gerilimini ve yüklenmesini kontrol eder. Kontrol cihazın türüne göre birçok haberleşme protokolü ile çalışabilen bu cihazlar jeneratörlerin beynidir. Kojenerasyon ve trijenerasyon tesislerinde ise bu pano üzerinden egzoz sıcaklığı, eşanjördeki su sıcaklıkları, boru hatlarından geçen suyun sıcaklıkları, absorbsiyonlu soğutma ünitesine giren ve çıkan suyun sıcaklıkları ve basınçları vb. gibi değerler takip edilebilmektedir.
Örnek Bir Kojenerasyon Tesisi; Sirkülasyon Pompaları (1 ve 2), Termostatik Vana (3), Plakalı Eşanjör (4)
Jeneratör nasıl çalışır sorusunun yanıt vermeden önce elektrik enerjisinin hayatımızdaki yerinden kısaca bahsetmek gerekmektedir. Hayatımızın en önemli enerji kaynaklarından biri olan elektrik enerjisi kesildiğinde en küçük haneden en büyük yerleşim alanlarına kadar insanların hayatları olumsuz yönde etkilenmektedir. Elektrik şebekelerinde doğal afet, yanlış işletme, insan hatası gibi insan kontrolünde veya dışında hatalar sebebiyle enerji kesintisi meydana gelebilmektedir. Özellikle kritik yüklerin var olduğu hastaneler, askeri tesisler, bankacılık merkezleri gibi bölgelerde enerji kesintisinin olmaması gerektiği, şebekenin enerjisi gitse bile bu tür yerlere elektrik enerjisinin devamının sağlanması büyük önem arz etmektedir. Jeneratör kelimesi İngilizce “generator” kelimesinden dilimize girmiş olup, elektrik üreteci anlamına gelmektedir.
Dizel jeneratörler elektrik kesintilerine karşı yedek güç sağlama, şebekenin ulaşamadığı yerlere enerji temini sağlama, acil durumlarda ekstra güç ihtiyacını karşılama vb. gibi nedenlerle kullanılır. Özellikle kritik sistemlerde, hastanelerde, fabrikalarda ve diğer önemli tesislerde kullanılarak kesintisiz güç temin edilmesini sağlar. Dizel jeneratörler taşınabilir olduklarından, açık hava etkinlikleri, kampçılık, inşaat siteleri ve acil durum durumlarında mobil bir enerji kaynağı olarak kullanılabilirler. Ayrıca elektrik altyapısının olmadığı veya zayıf olduğu uzak bölgelerde enerji sağlamak için kullanılır. Bu, tarım arazileri, ormanlık alanlar veya dağlık bölgeler gibi yerlerde yaygın bir uygulamadır. Büyük endüstriyel tesisler, hastaneler, alışveriş merkezleri ve benzeri yerlerde, enerji talebini karşılamak ve sürekli güç sağlamak amacıyla da jeneratörler kullanılır. Felaket durumlarında, afet bölgelerinde veya acil durum kurtarma operasyonlarında, elektrik jeneratörleri ile enerji temini sağlanarak temel hizmetlerin devam etmesi mümkün olabilir. Özetle, dizel jeneratörler geniş bir uygulama alanına sahip olup, enerji güvenliğini artırmak ve çeşitli sektörlerde iş sürekliliğini sağlamak için kullanılırlar.
Dizel Jeneratörler Enerji Güvenliğini Artırmak ve Enerji Kesildiğinde Çeşitli Sektörlerde İş Sürekliliğini Sağlamak İçin Kullanılırlar.
Dizel jeneratör nasıl çalışır sorusuna direkt cevap vermektense, genel olarak jeneratör nasıl çalışır sorusuna cevap vermek daha doğru olacaktır. Dizel jeneratörler, genellikle bilinen ve yaygın olarak kullanılan jeneratör türüdür. Dizel, fosil akaryakıtlar kategorisine giren ve genellikle mazot olarak bilinen bir yakıt türüdür. Dizel jeneratörler, dizel yakıtla çalışan içten yanmalı bir motor ve buna uygun bir alternatörün akuple edilmesiyle oluşturulan bir elektrik üretim cihazıdır. Dizel motorların çalışma prensibi, otomobillerde bilinen şekilde dizel yakıtın oksijenle yanması esasına dayanır. Dizel, kendiliğinden alev alan bir yakıt türüdür. Motorun çalışma prensibi gereği, havanın sıcaklığı yükseltilir, yanma sonucu ortaya çıkan enerji pistonları itmekte kullanılır ve bu sayede hareket enerjisi elde edilir. Dizel motor tarafından üretilen hareket enerjisi alternatöre iletilir ve alternatör, bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
Dizel jeneratörler 5 kVA’dan 4000 kVA’ya güçte üretilebilir. Dizel jeneratörün gücü içten yanmalı motorun gücüyle orantılıdır. 1 fazlı veya 3 fazlı üretilebilir. Transformatörlerde olduğu gibi dizel jeneratörler paralel çalıştırılabilir. Her türlü senaryoya uygun otomasyon yapılabilir ve enerji kesinti süreleri kontrol edilebilir. Ayrıca kabinli ve kabinsiz olarak da tüm güç seçeneklerinin opsiyonları bulunur. Yüksek güçlerde çok gürültülü çalıştığından ses izolasyonlu kabinli uygulamaları çok kullanılır.
Dizel Jeneratörler 5 kVA’dan 4000 kVA’ya Kadar Güçte Üretilebilir.
Jeneratörlerde Prime Güç, Standby Güç ve Sürekli Güç Ne Anlama Geliyor?
Jeneratörlerde elektrik çıkış gücü prime güç, standby güç ve sürekli güç olarak üç şekilde tanımlanır. Sürekli güç, jeneratörün sabit yük altında sürekli çalışma gücünü ifade eder. Jeneratör bu güçte %100 yüklenebilir ancak aşırı yüklenemez. Sürekli şebekeye senkron çalışacak jeneratör projelerinde kullanılabilir. Standby güç ise değişken yük altında belirli sürede çalışabileceği gücü tanımlar. Örneğin genelde jeneratörler prime güçte %70 yük altında bir yılda ortalama 200 saat çalışabilir. Standby güçler tam yedek güçler için kullanılır. Bir yerin elektrik enerjisi gittiğinde, belirli yükleri belirli bir sürede çalıştırmak için Standby güç değeri jeneratörlerde belirtilir. Standby güçte de jeneratörler aşırı yüklenemez. Prime güç ise jeneratörlerin değişken yük altında sürekli çalışabileceği güç değerini belirtir. Yük değişken olsa da, jeneratörler ortalama en az %70 ile yüklenmelidir. Ayrıca ortalama 12 saatte, bir saat çalışarak %10 aşırı yüklenebilmektedir.
Kontrol Panosu Şasiye Monteli Kabinsiz Bir Jeneratör
Dizel Jeneratörlerin Yapısı
Jeneratörlerin yapısında içten yanmalı motor, alternatör, kontrol panosu, yakıt deposu ve şasi bulunur. Dizel motorlar mekanik veya elektronik tip governörlü (yakıt miktarını ayarlayan cihaz) olarak jeneratörde bulunur. Governör sayesinde hassas hız ayarı yapılabilmektedir. Alternatör ise hassas gerilim ayarı sağlayan elektronik tip voltaj regülatörlü olarak bulunur. Kontrol panoları, jeneratör şasisine monteli gelebilir veya ayrı olarak bulunur. Kontrol panolarında jeneratör kontrol cihazları, röleler, devre kesiciler, akım ve gerilim trafoları, sürücüler, kontaktörler gibi jeneratörün hızını, akımını, gerilimini, içerisinde bulunan pompaları izleyen ürünler bulunmaktadır. Şasi ise dizel jeneratör setinin yükünü taşıyacak özelliktedir. Anti-vibrasyon takozları kullanılarak titreşim seviyesini minimuma indirgenir. Şasilerde kaldırma mapaları içerir. Böylece jeneratörlerin taşınmasında büyük kolaylıklar sağlanır. Genelde 1600 kVA’dan küçük güçteki jeneratör setlerinde yakıt deposu şasiye monteli, entegreli olarak bulunur. 1600 kVA’dan büyük güçteki jeneratör setlerinde ise dikdörtgen tip yakıt tankı jeneratör setinden ayrı bulunur. Her tipteki yakıt deposunda seviyesi göstergesi bulunmaktadır. Jeneratörlerin soğutması, tıpkı otomobil motorlarında olduğu gibi radyatörle sağlanır. Radyatör, genleşme tankı ve soğutucu fandan oluşan soğutma sistemi jeneratör ekipmanlarının uygun sıcaklık derecesinde çalışmasını sağlar. Dizel motorun daha verimli çalışmasını sağlayan turbo şarj sistemi de intercooler soğutmasıyla beraber motorda bulunabilmektedir. Intercooler, turbonun havayı sıkıştırmasıyla daha çok ısınan havanın soğutulmasını sağlayan ek soğutucudur. Kontrol panolarında intercooler sıcaklık değeri sürekli takip edilir.
Dizel Jeneratör Komponentleri
Jeneratör kontrol cihazları çok fonksiyonel cihazlar olup, içerisinde PLC programı bile yazılabilecek özellikteki koruma cihazlarıdır. Akım ve gerilim okuyabilirken aynı zamanda analog ve dijital girişler & çıkışlar ile de jeneratörde izlenmesi gereken tüm parametreleri toplar. Hem alternatörün voltaj regülatörüne hem de motorun governörüne sinyal göndererek jeneratörün frekansını, gerilimini ve yüklenmesini kontrol eder. Kontrol cihazın türüne göre birçok haberleşme protokolü ile çalışabilen bu cihazlar jeneratörlerin beynidir.
Jeneratör Senkron Kontrol Panoları
Jeneratör Teknik Föylerinde Bulunan Parametreler
Jeneratör teknik föylerinde öncelikle jeneratörün üretici marka ve modeli, Standby güç (ESP) ve Prime güç (PRP) değerleri hem kVA hem de kW cinsinden yazar. Jeneratörün kabinli olup olmadığı ve buna göre boyut değerleri ve ağırlık bilgisi verilir. Teknik föyün bir sonraki sayfasında ise hem motor hem de alternatörle ilgili bilgiler bulunur. Motor markası ve modeli, markası, silindir sayısı, hacmi, turbo şarj olup olmadığı vb. yazar. Bunun yanında motorun governör tipi, yakıt sarfiyatı, devir hızı, egzoz gazı sıcaklığı, yanma ve soğutma havası debileri yazar. Bu bilgiler kontrol panosundaki jeneratör kontrol cihazlarına program set ayarı yapılırken dizel motoru korumak için girilir. Ayrıca motor bölümünde dizel motorun yakıt sıkıştırma (kompresyon) oranı yazarken benzinli motorlarda hava & yakıt karışım oranı yazar. Alternatör bölümünde ise yine alternatör markası ve modeli, faz sayısı, kutup sayısı ve dolayısıyla frekansı, güç faktörü, izolasyon sınıfı ve koruma sınıfları yazar. Ayrıca alternatörün (generatörün) ikaz sistemi yani otomatik voltaj regülatörün modeli ve tipi gösterilir.
