İçinde bulunduğumuz evrende, her madde belli bir enerjiye sahiptir ( kara delik hariç ) bu enerji çeşitli yollarla dışarı atılır veya daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulan durumlarda dışarıdan temin edilir. Çok hareketli bir insan düşünün, yerinde duramaz ve sürekli bir aktivite içersinde yer almak ister ve fazla enerjisini tüketmek, bir diğer tabir ile boşaltmak ister, işte hidroelektriğin temeli de bu kurama dayanır, gelin hidroelektriğin ne olduğunu ve nasıl elde edildiğini birlikte görelim;
Hidroelektrik nedir?
Yazının Başlıkları
Hidro kelimesi diğer birçok kelime gibi dilimize Fransızca’dan geçmiştir fakat bu kelimenin kökeni Eski Yunanca’ya kadar dayanır ve Su anlamına gelmektedir. Hidroelektriğin ise şimdi ne olduğu daha açık bir şekilde ortadadır, Hidroelektrik kelime anlamınca “Su elektriği” anlamına gelmektedir.
Akışkan madde denilince, aklımıza ister istemez, en temel ihtiyaçlarımızdan biri olan ve gün içinde en çok karşılaştığımız “su” geliyor, oysaki akışkan kavramı oldukça geniş, yemek yağları, meyve suları gibi birçok akma kabiliyetine sahip maddeyi de içinde barındırır.
Bu akışkanlar, akma kabiliyetleri sayesinde viskozite adı ile anılan bir değişkene bağlanmışlardır, bu değişken ise bir akışkanının akmaya karşı gösterdiği dirençtir. Öyle ki bu direnç su akışkanın da oldukça düşüktür yani su akışa karşı direnemez ve sürekli bir akma eğilimindedir.
Peki bu kadar bilgiyi anlattınız, bu neyin bilgisi ? diyebilirsiniz, doğada var olan her maddenin bir enerji aktarma işlemini sürekli hale getirdiği söylemiştim, akışkanların da bir akma kabiliyeti olduğundan bahsettim. İşte akışkanlarda bu akma kabiliyetleri sayesinde sahip oldukları potansiyel enerjiyi, uygun şartlarda viskozitenin el verdiğince kinetik enerjiye ( hareket enerjisi ) çevirdiğini söyleyelim ve potansiyel, kinetik enerjiyi mühendislik anlamında fakat sıradan bir vatandaşında anlayabileceği şekilde biraz açalım;
Nedir bu potansiyel enerji, su ile alakası ne?
Potansiyel kelimesi, “gerçekleşmesi muhtemel olan” olarak Türkçe karşılığını bulabilir, bu anlamda potansiyel enerji de gerçekleşmesi muhtemel, mümkün olan enerjiye verilen addır.
Bir cisim belirli bir yüksekliğe çıktığında, yer çekimine karşı bir mücadele gerçekleştirir ve bunu kazanır, bu aşamada bir enerji dönüşümü ile muhtemelen kinetik – hareket enerjisi ile sahip olduğu kütleyi de taşıyarak bir yüksekliğe ulaşır yani bir potansiyel enerjiye sahip olur. Potansiyel enerjinin de buradan, yükseklikle alakalı ve yer çekimine karşı yapılan bir eylem sonucu ortaya çıktığı tespitini yapabiliriz. Cisim ne kadar yükseğe çıkarsa yer çekimi ve kütlesi ile doğru orantılı olarak bir muhtemel – potansiyel enerji kazanır. Çünkü cisim çıktığı bu yükseklikten atlayabilir, düşebilir ve çıkarken harcadığı enerjiyi kısmi olarak geri kazanabilir.
Potansiyel Enerji = Cisim Ağırlığı x Yerçekimi ivmesi x Yükseklik
Peki bu enerjinin başrolü olan SU, nasıl potansiyel enerji kazanabilir, sonuçta su kendi başına hareket edebilen ve hareket etme kabiliyeti olan bir madde değil ki bir merdiven çıkıp belirli bir yüksekliğe kendini taşıyabilsin? İşte burada, yaratıcının eli ve insanoğlu faktörü devreye giriyor. Suyu bir kaba doldurup yerden yukarı kaldırdığımızda harcadığımız enerji ile suya bir potansiyel enerji kazandırabiliriz ( daha sonra onu döküp yer çekimi sayesinde aşağı yönde enerji harcamadan hareket etmesini planlayabiliriz. ), aynı şekilde yağmurlar sayesinde, doğal taşınım sayesinde su topluluğu, göller, denizler yükselerek potansiyel enerji kazanabildikleri gibi yüksek rakımlardaki bir çukuru bile doldurarak potansiyel enerjisi yüksek su toplulukları oluşturulabilir.
(!) Potansiyel enerjinin, yaylardaki esneklikten kaynaklanan ve elektronik devrelerdeki yük durumundan kaynaklanan 2 versiyonu daha vardır, bu enerjiler konumuza dahil değildir.
Hidroelektrik nasıl üretilir?
Hidroelektrik, hidroelektrik santrallerde, barajlarda üretilir, bu barajlar ise konunun başından bu yana anlattığımız suyun sahip olduğu potansiyel enerjiyi hızlı bir şekilde kinetik enerjiye çevirebilmesinden ve kararlılığından yararlanır.
Buradaki temel prensip, potansiyel enerjiye sahip olan suyun yüksek bir yerden alçak bir kota akması aşamasında bir türbinin kanatlarını çevirerek bir jeneratör yardımı ile oluşan bu mekanik hareketliliğin uygun çevrimlerden sonra şehir şebekesine dağıtıma sunulmasıdır.
Yandaki görselde gerçekleşen bir hidrolik santral çevrimini maddeler halinde açıklayalım ve hidrolik elektriğin doğuşunu konu alan paragraflarımızı sonlandıralım;
- Başlangıçta, su seviyesinin istenilen seviyeye gelmesi için beklenilir, bu potansiyel enerjinin artmasını sağlar, bu su genelde durağan gölet tarzı bir yerde bulunur.
- Kapaklar açıldıktan sonra bir türbin kuyusunda, geçmekte olan su hareketin devam ettirmek ve alt kota geçmek için bu türbini döver ve döndürerek yoluna devam eder.
- Artık su sahip olduğu potansiyel enerjinin çoğunu yitirmiş ve jeneratöre hayat vermiştir.
- Jeneratör dairelerinde türbinlerin dönmesi ile oluşan mekanik enerji elektrik enerjisine çevrilir.
- Bu aşamadan sonra jeneratörden çıkan elektrik enerjisi hem depolanabilecek forma hem de doğrudan şehir şebekesine dağıtabilecek forma çevrilir. Bu aşamada elektrik birçok işlemden geçer, çünkü suyun oluşturduğu akış kinetiği ile oluşan elektrik şebekeye dağıtılmaya, evlerimizde kullanılmaya uygun bir elektrik değildir, düzensiz ve evlerimizde kullandığımız aletler ile uyumsuzdur.
Hidroelektrik enerji nerede üretilir?
Eee, yarım saattir anlatıyoruz, suyun elektriğe hayat verdiği bu serüven barajlarda yaşanır. İnsanoğlu tarafından yapay olarak kurulmuş barajlar, göletler suyun potansiyel enerjisinin elektrik enerjisine dönüştüğü mekanlardır. Aşağıdaki görselde Türkiye’mizin en büyük barajlarından biri olan Keban barajına ait bir yüksek çekimi görebilirsiniz, bu görselde de barajın bir tarafındaki suyun yüksek diğer tarafınında ise alçak kotta yer aldığını görebilirsiniz. Yazının devamında barajların neye göre kategorilendirildiğini ve tiplerini görebilirsiniz;
Depolama Yapılarına Göre:
- Depolamalı(rezervuarlı) HES’ler
- Nehir Tipi(regülatör) HES’ler
Düşülerine – Yüksekliklerine Göre:
- Alçak düşülü HES’ler(H<10m)
- Orta düşülü HES’ler(H= 10-50 m arası)
- Yüksek düşülü HES’ler(H>50 m den büyük düşülü)
Kurulu Güçlerine Göre:
- Çok küçük (mikro) kapasiteli(<100 kW)
- Küçük(Mini) kapasiteli(100-1000 kW)
- Orta kapasiteli(1000-10000 kW)
- Büyük kapasiteli(>10000 kW)
Ulusal Elektrik Sisteminin Yükünü Karşılama Durumuna Göre:
- Baz Yük HES
- Puant(Pik)Yük HES
- Hem Baz hem de Puant(Pik)Yük HES
Hidroelektrik enerji üretiminin avantajları nelerdir?
Hidroelektrik santraller, yenilenebilir enerji kaynağı olan suyu kullandığı için daha uzun seneler insanlığa hizmet edecek bir enerji kaynağıdır. Peki hidroenerjiyi temel alan bu santrallerin avantaj ve dezavantajları nelerdir, bir de bundan bahsedip yazımızı sonlandıralım;
- Yenilenebilir kaynak olan sudan enerji elde etmeleri,
- Sera gazı emisyonu yaratmamaları,
- İnşaatın yerli imkanlarla yapılabilmesi,
- Teknik ömrünün uzun olması ve yakıt giderlerinin olmaması,
- İşletme bakım giderlerinin düşük olması,
- İstihdam imkanı yaratmaları,
- Kırsal kesimlerde ekonomik ve sosyal yapıyı canlandırmaları yönünden en önemli yenilenebilir enerji kaynağıdır.