TERMİK SANTRAL NEDİR?
Termik santral nasıl çalışır sorusuna yanıt vermeden önce kısaca termik santral tanımını yapmak gerekir. Termik santraller, elektrik enerjisi üretmek için termal enerjiyi kullanarak çalışan tesislerdir. Bu santraller, fosil yakıtlar veya nükleer enerji gibi kaynaklardan elde edilen ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürerek güç üretirler. Bu makalede, termik santrallerin çalışma prensipleri ve teknolojik detayları ele alınacaktır.
Katı, sıvı ve gaz formundaki termik kaynaklar, uygun şartlarda ve uygun ortamlarda yanarak yakıtın sağladığı ısı enerjisi ve genleşme prensibinden faydalanılarak mekanik enerji elde edilir. Bu elde edilen mekanik enerji, alternatörler aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülen tesislere termik santraller adını taşır. Termik santrallerde üretilen elektrik enerjisinin birim maliyeti, hidroelektrik santrallerde üretilen elektriğe göre oldukça yüksektir. Şu anda, kömür, doğal gaz, jeotermal enerji, petrol ürünleri, biyogaz ve nükleer yakıt gibi çeşitli termik kaynakları kullanan birçok termik santral bulunmaktadır.
Termik santrallerin, yakıtın ve mekanik enerji üreten makinenin cinsine göre çeşitleri şunlardır:
- Buhar türbinli santraller
- Gaz türbinli santraller (İçten yanmalı motorlarla çalışan santral)
- Nükleer santraller (Buhar santrali)
- Dizel veya biyogaz santraller (İçten yanmalı motorlarla çalışan santral)
Yukarıdaki termik santral tiplerinden bu makalede buhar ve gaz türbinli santraller incelenecektir. Nükleer santraller ve dizel santraller ayrı teknik makalelerde anlatılacaktır.
Buhar Türbinli ve Gaz Türbinli Termik Santraller
Termik Santral Nasıl Çalışır? Buhar Türbinli Termik Santraller
Termik santrallerde buhar kazanlarında yakıt ve hava karışımı uygun şartlarda yakılır. Bu sırada kazanda bulunan sudan, yüksek sıcaklıkta yüksek basınçlı buhar elde edilir. Elde edilen yüksek basınçlı buhar, buhar türbinine gönderilerek mekanik enerji elde edilir. Buhar türbinine akuple olan alternatörde bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Bu prensiple çalışan termik santrallere buhar türbinli santraller denir. Buhar türbinli santrallerde yakıt olarak linyit kömürü, fuel-oil, doğal gaz ve büyük şehirlerin çöp atıkları vb. kullanılır. Termik santraller, üretilen elektrik enerjisinin maliyetini daha fazla artırmamak için kullanılan yakıtın bulunduğu yerin yakınına kurulur. Santralin kurulacağı yere yakın, büyük su kaynağının da bulunması gerekir. Çünkü buhar elde etmek için çok fazla suya ihtiyaç vardır.
Prensip olarak bir buhar türbinli termik santralin çalışması şu şekildedir: Besleme suyu pompasından basılan su, kazana gönderilir. Kazanda ısıtılan su ilk önce buharlaşır, sonra kızdırıcılardan geçerek kızdırılır (nemi alınır). Elde edilen kızgın buhar, buhar türbinine gönderilir. Buhar türbininin kanatlarına çarpan buhar, türbini döndürür. Buhar türbinine bağlı alternatör bu dönme şeklindeki mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Alternatör çıkışı bir yükseltici trafo ile enerji nakil hatlarına verilir. Buhar türbininde işi biten çürük buhar, kondanser denilen yoğunlaştırıcılara gelerek tekrar su hâline dönüştürülür ve besleme suyu pompası ile tekrar kazana girer. Bu işlem bir döngü içerisinde devam ederek termik yolla elektrik enerjisi üretimi gerçekleşmiş olur. Buhar türbinli santraller, yıllık yağış ortalamasının düşük olduğu zamanlarda, hidroelektrik santrallere alternatif olarak termik enerji kaynaklarının kullanılmasıyla elektrik enerjisi üretimine devam eder. Yılın her mevsiminde istenilen niteliklerde ve sürekli enerji üretebilmesi özelliğinden dolayı elektrik enerjisi üretiminde önemi büyüktür. Isı değeri düşük linyit kömürü gibi katı yakıtların değerlendirilmesine imkân sağlamakla beraber, santral bacalarından çıkan atıklar nedeniyle asit yağmuru ve sera gazı etkisi yaratmaları da söz konusudur.
Buhar türbinlerde bulunan başlıca bölümler şu şekilde açıklanabilir. Kömür silosu (bunker), besleyici, öğütücü, yakıcı gibi bölümler kömürün depolandığı, uygun miktara getirildiği, yakıldığı bölümleri içerir. Kazan ise buharın toplandığı bölüm olup, bu buhar kızdırıcıda basıncı artırılır. Ekonomizer oluşan sıcaklığın besleme suyunun ısıtılmasında kullanılır. Böylece sistemin verimi artar. Türbinler, yüksek sıcaklıktaki buharın kinetik enerjisini, mekanik enerjiye dönüştürdüğü yapıdır. Ortalama 500-1000 derece arasında bir sıcaklıkta çalışırlar. Alternatör ise rotor miline bağlı türbin milinin hareket sayesinde mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü elektrik makinesidir. Kondenser (yoğunlaştırıcı) ise türbinden çıkan kullanılmış buharın yoğuşturularak tekrar suya dönüştürülmesinde kullanılan yapıdır. Külhan, yakılmış kömür küllerinin toplandığı kısım olup, baca ise kazandaki artık kullanılmayacak duman gazının dışarıya, atmosfere atıldığı bölümdür.
Termik Santral Nasıl Çalışır? Gaz Türbinli Termik Santraller
Küçük ve orta ölçekli enerji taleplerini karşılayan, puant dönemlerinde hızla devreye giren ve bu süre zarfında faaliyet gösteren tesislerdir. Elektrik şebekelerinde, enerji talebinin zirve yaptığı (puant saatleri) anlarda ani talep artışlarına hızlı bir tepki verebilen tesislere büyük bir ihtiyaç vardır. Bu ihtiyacı karşılamak üzere devreye giren tesisler genellikle gaz türbinli santrallerdir. Buhar türbinli santrallere göre daha küçük bir alan kaplar, daha az su kullanır ve daha hızlı tepki verebilirler. Gaz türbinli santrallerde genellikle motorin, benzin ve doğal gaz gibi çeşitli yakıtlar tercih edilir. Bu tesisler, enerji üretiminde esneklik ve hızı ön planda tutarak tasarlanmıştır, böylece elektrik şebekelerindeki dalgalanmalara etkili bir şekilde yanıt verebilirler.
Gaz türbininden mekanik enerji elde etme sürecini biraz daha teknik bir dille anlatmak gerekirse: Gaz türbinli sistem, mekanik enerjiyi elde etmek için bir dizi hassas hareket içerir. İlk adım, türbinin dönme hareketini başlatan asenkron motorun devreye girmesiyle olur. Bu motor, genellikle “start motoru” olarak adlandırılır ve gaz türbinini başlangıç hızına getirmekle sorumludur. Start motoru, gaz türbinini belirli bir hıza getirene kadar devrede kaldığından, sistemi kendi kendine hızlandırma yeteneğine sahiptir. Bu hız seviyesine ulaşıldığında, start motoru devre dışı bırakılır ve gaz türbini, belirli bir hızın altında dönmeye devam eder. Gaz türbini belirli bir hızda dönerken, yanma odasındaki ateşleme sistemi devreye girer. Bu aşamada, doğal gaz yanar ve bu yanma basıncı, türbinin kanatlarına etki ederek dönme hareketini sürdürür. Start motoru devre dışı bırakıldığından, gaz türbini artık kendi enerjisiyle hareket eder. Gaz türbininin dönme hareketi, türbine bağlı bir alternatör sayesinde elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu şekilde, mekanik enerji elektrik enerjisine çevrilerek sistemin verimli çalışması sağlanır.
Buhar Türbinli ve Gaz Türbinli Santraller Arasındaki Fark Nedir?
Buhar türbinli santraller, genellikle kömür, doğal gaz, petrol ürünleri veya nükleer enerji gibi farklı kaynaklardan elde edilen ısıyı kullanarak çalışır. Bu ısı, bir kazan içinde su buharı üretmek için kullanılır ve bu buhar türbinin kanatlarını döndürerek mekanik enerji üretir. Genellikle Rankine çevrimi olarak bilinen bir çevrimi kullanır. Bu çevrimde, su buharı türbinin çarklarını döndürdükten sonra soğutulup tekrar su haline getirilir. Gaz türbinli santraller ise, genellikle doğal gaz gibi yanıcı gazları kullanarak çalışır. Bu gazlar, bir türbin içinde yakılır ve yüksek hızda çıkan sıcak gazlar, türbinin kanatlarını döndürerek mekanik enerji üretir. Genellikle Brayton çevrimi olarak bilinen bir çevrimi kullanır. Bu çevrimde, gaz doğrudan türbine gider ve ardından soğutulup tekrar kullanılır.
Özetle, gaz türbinli santraller daha hızlı yanıt verme yeteneğine sahipken, buhar türbinli santraller genellikle daha yüksek verimlilik sağlar, ancak daha uzun başlangıç ve duruş süreçlerine sahiptir. Her bir tür, belirli uygulama ve enerji ihtiyaçlarına yönelik avantajlara sahiptir.
