close

Enter

Log in using OpenID

7.Hafta Ders Notu

embedDownload
SU YAPILARI
7.Hafta
Su Kuvveti (Hidroelektrik Enerji)
Tesisleri_2
Doç.Dr.N.Nur ÖZYURT
[email protected]
Su Kuvveti Tesislerinin Sınıflandırılması
Kurulu Gücüne Göre
Çok Küçük
≤100 kW
Küçük
100-999 kW
Orta
1000-9999 kW
Büyük
>10000 kW
Biriktirme haznesi olup olmamasına göre
Tabii debili
Biriktirme hazneli
Düşüm yüksekliğine göre
Alçak basınçlı tesisler
Yüksek basınçlı tesisler
<50 m
> 50 m
Suyun mekanik enerjisinden faydalanma şekline göre
Akarsuların enerjisinden faydalanan
Denizlerin enerjisinden faydalanan
Pompaj biriktirmeli (offstream dam)
Alçak Basınçlı Tesisler H<50m
Genellikle akarsuyun getirdiği debiye göre çalışırlar.
İşletme debisi minimum ve maksimum debi arasında seçilir.
Genellikle akarsuda yılın 90-120 gününde mevcut olan debi işletme
debisi olarak seçilir.
Santral binası ya akarsu yatağında yada bir çevirme kanalı üzerine
olur.
Akarsu Santralları
Kanal Santralları
1
Akarsu Santralları
Genellikle eğimin düşük, arazinin düz olduğu akarsuların mansap
bölgesinde planlanır.
Düşüm yüksekliği küçük, işletme debisi büyük tesislerdir.
Akarsu yatağı genellikle bir bağlama ile kapatılır.
Bağlamanın bir uzantısı olan kuvvet santrali su alma ağzı ve ile iletim
tesisi ile bir bütün oluşturur.
Kanal Santralları
Kanal santrallarında, kabartma yapısının yanısıra çevirme kanalının
topografik farkından yararlanılarak daha büyük bir düşüm yüksekliği
kazanılması amaçlanır.
Taşkın sırasında doğal akarsu yatağı kullanılabilir.
Yüksek Basınçlı Tesisler H>50m
Baraj Santralları
Çevirme Santralları
2
Baraj Santralları
Artan enerji ihtiyacını karşılamak için biriktirme tesislerinin önemi
artmaktadır.
Baraj Santrallarında yüksek akımlarda biriktirilen su düşük akım
dönemlerinde kullanılarak işletme debisi dengelenmiş olur.
Teknik ve ekonomik olarak seçilen hazne hacmine göre işletme debisi
belirlenir.
Baraj santralları genellikle orta ve yüksek düşümlü olarak planlanırlar.
Kuvvet santralı ise etek santralı, derivasyon santralı veya yeraltı santralı
şeklinde düzenlenebilir.
Çevirme Santralları
Yüksek basınçlı su kuvveti tesisleri büyük düşüm yükseklikleri ile
çalıştıklarından düşüm yüksekliği değişimleri fazla önem taşımaz.
Ancak işletme debisindeki kayıplar üretilen enerjiyi azaltır.
Yerüstü santralları ve
Yeraltı santralları olarak planlanırlar.
Yerüstü Santralları
Yüksek basınçlı çevirme santrallarınde su alma yerinden alınan su açık
kanal veya galeri ile denge bacasına getirilir.
Vana odasından sonra dik olarak inen basınçlı borular yerüstü
santrallarında son bulur.
Çoğu zaman düşük eğimli bir basınçlı galeri ile yamacın içinden geçilerek
denge bacasına gelinir ve sonrasında kapatma vanaları, basınçlı boru ve
kuvvet santralı tasarlanır.
Türbinden çıkan su bir boşaltma kanalı ile tekrar akarsuya verilir.
3
Yeraltı Santralları
Jeolojik, topografik koşullar
Ekonomik analiz
Kısa iletim tesisi tasarımı
Statik ve hidrolik olarak yapı
tasarımı
Kış koşullarında inşaatı
sürdürmek
Çevreye zarar vermeyen
estetik bir tasarım
Çığ ve heyelan tehlikesi
Güvenlik vb. nedenler ile
santralın yeraltında
inşaasına karar verilebilir.
Yukarı Tesis: Santral su alma yerine yakındır, denge
bacası gerekmez, boşaltım galerisi uzundur.
Orta Tesis: Su alma ve boşaltım noktaları ortasındadır.
Aşağı Tesis: Boşaltım galerisinin çıkışına yakın
tasarlanır.
Pompaj Biriktirmeli Santrallar
Pompaj biriktirmeli tesislerde suyun depolanacağı bir hazne tasarlanır.
Üretilen baz enerjinin tüketilemediği saatlerde pompaj ile su hazneye bir terfi
hattı ile taşınır ve depolanır.
Depolanan su ihtiyaç oluştuğu saatlerde türbinlere verilerek pik enerji ihtiyacı
karşılanır.
Bu tür tesislerde üretilen enerjiin harcanan enerjiye oranı 0.5 ile 0.6
arasındadır.
Gel-Git nedeni ile oluşan deniz suyu seviye
değişiminden enerji üretilebilir mi?
4
Su Kuvveti Tesisi Yapı Elemanları
•Su kabartma yada biriktirme yapısı
•Su alma yapısı
•İletim kanalı (açık kanal, galeri, basınçlı boru)
•Boşaltım kanalı yada galerisi
•Denge bacası
•Yükleme odası
•Türbin
•Jeneratör
•Transformatörler
•Şalt alanı
Açık Kanallar
Kanal kesiti işletme debisini emniyetle akıtacak şekilde boyutlandırılmalıdır.
Kanal mümkün olan en düşük eğim ile işletme debisini santrala taşımalıdır.
Kaplamasız kanallarda ortalama hız 0.7-1.2 m/s, kaplamalı kanallarda 1.5-2
m/s olarak seçilmelidir.
Sediman çökelimi olmaması için hızın 0.3 m/s altına düşmemesi istenir.
Kanal şev açısı malzemeye bağlı olarak 25o-50o arasında şeçilir.
Kanal boyunca dolgu ve yarma uzunlukları ve kaplama tercihi ekonomik
olarak değerlendirilir.
Galeriler
İletim yolunu kısaltmak için yeraltından geçmek gerektiğinde su alma
yerinden denge bacasına kadar galeriler kullanılr.
Galeriler serbest yüzeyli ve basınçlı galeriler olarak iki şekilde olabilirler.
Serbest yüzeyli galerilerde hidrolik hesaplamalar açık kanal ile aynıdır.
Basınçlı galerilerde tüm kesit alanı suyu iletmek için kullanılır.
5
Galeriler
•Galeri kesiti bütün hat boyunca sabit kalmalıdır
•Galeri cidarları mümkün olduğu kadar pürüzsüz olmalıdır
•Galeri güzergahında asitli sular ve kayaçlarda süreksizlik
bulunmamalıdır
•Minimum galeri kesiti 3.5-4.0 m2 olmalıdır.
Galeri tasarımında;
•Basınç yüksekliği
•Akış hızı
•Sürtünme nedeni ile yük kayıpları dikkate alınır
Basınçlı (Cebri) Borular
İletim kanalı ile yükleme odasına veya basınçlı galeri ile denge bacasına
getirilen işletme debisi basınçlı (cebri) borulaar ile santrala verilir.
Cebri borular açıkta yada yer altında olabilirler
Cebri borular; çelik, betonarme, ahşap ve PVC malzemeden yapılabilirler
Cebri borular aşağıdaki kriterlere göre boyutlandırılırlar
Akış hızı
Boru iç basıncı
Boru dış basıncı-et kalınlığı
Cebri borulara plan ve kesitte olabildiğince doğrusal olarak döşenirler.
Cebri boru ekseni mümkün olan yerlerde santrala doğru yönlendirilmez.
Cebri boruya gelen suyu kesmek için denge bacası veya yükleme odası
sonunda ve cebri boru başlangıcında vanalar tasarlanır.
6
Basınçlı (Cebri) Borular
Cebri borular her 100-150m de yada yön değiştirdikleri yerlerde tespit kütleleri
ile sabitleştirilirler.
Tespit kütlelerine 32 farklı kuvvet ( statik-dinamik su basıncı, sürtünme
kuvvetleri, hacim değişimleri vb.) etki eder.
Ara mesnetler, boru ekseni boyunca oluşacak kuvvetleri ve su ile birlikte kendi
ağırlığını taşıyacak şekilde tespit kütlelerinin arasında her 10-20 m de bir
öngörülen ayaklardır.
7
Basınçlı (Cebri) Borular
Cebri borular son bölümlerinde dağıtım borularına ayrılırlar ve bu
borular suyu türbinlere iletir.
Cebri Borularda Su Darbesi
Su darbesi, kapalı boruda akımın azaltılması sonucu oluşan ve statik
basıncın çok üstünde basınçların oluşabildiği “basınç salınımı”
olayıdır.
Ani ve hızlı kapama durumunda boru içindeki hızın V1’den V2’ye
düşmesi durumunda basınç artışı (∆h) aşağıdaki şekilde hesaplanır.
∆h: basınç artışı
∆h =
a=
a(V1 − V2 )
g
1
γ 1
1 d
 +

g  Es E B e 
a çelik borularda ~1000m/s olur.
a: basınç dalgasının boru içinde yayılma hızı
(Allievi basınç dalgası hızı)
ɣ: suyun özgül ağırlığı
g: yer çekim ivmesi
Es: suyun elastisite modülü
Eb: borunun elastisite modülü
d: boru iç çapı
e: boru et kalınlığı
Su Darbesi Hesabı_Örnek Soru
Bir çelik borunun akış hızı V1= 4.6 m/s’dir. Borudaki hız vananın ani olarak
kısmen kapatılması ile V2=1.7 m/s’ye düşürülmüştür. Basınçlı borudaki su
darbesinin hesaplayınız (Allievi basınç hızını 1000m/s olarak alınız).
∆h =
a (V1 − V2 )
g
∆h =
1000(4.6 − 1.7 )
= 297 m
9.8
8
Denge Bacaları
Denge bacaları, türbinlerin durdurulması veya ayarlanması anında oluşacak
aşırı basınçların boru ve galeriye verebileceği zararları önlemek için galerinin
cebri boruya geçiş kesitinde öngörülen serbest yüzeyli büyük su depolarıdır.
Denge bacaları ile;
•Oluşan yüksek basınçlar sönümlenerek galerinin zarar görmemesi sağlanır
•Türbinlerin ani açılmaları sırasında galeriden işletme debisi alınıncaya kadar
suyu temin eder
•Türbinlerin ani kapanması durumunda galeriden gelen fazla suyu depolar
•Küçük salınınları sönümleyerek tesisin sabit güç ile çalışmasını sağlar
•Debi değişimlerinde büyük salınımların sönümlenmesine yardımcı olur
Farklı İşletme Koşullarında Denge Bacaları
Denge Bacası Türleri
Kuyu (Basit): Silindir şeklinde sabit alanlı kuyulardır, Kesit alanı büyüktür
salınımlara çok geç sönümlenir.
Giriş ağzı daraltılmış (boğmalı): İletim tesisi ile bağlantı yeri daraltılmıştır. Girişte
yük kayıplarının arttırılması ile kısa sürede sönümlemei amaçlanmaktadır.
Yanal hücreli: Denge bacası kesiti küçük tasarlanır ve farklı yüksekliklerde yanal
hücreler yapılır.
Differansiyel: Ortada veya yanda bir ek bacası vardır. Kesit küçüktür salınım
çabuk sönümlenir.
9
Yükleme Odaları
Su iletiminin serbest yüzeyli yapıldığı
durumlarda iletim tesisinin sonunda ve
cebri boru girişinin önünde denge
bacasının tüm işlevlerini yerine getiren ve
çökeltim havuzu görevi de üstenen su
deposuna yükleme odası denir.
Yükleme Odasında su seviyesini kontrol
etmek ve türbinlerin ani olarak
durdurulduğunda kanaldan gelen suyu
tahliye etmek için yan (dolu) savak ve
çökelen maddelerin uzaklaştırılması için
bir dip savak tasarlanır.
Cebri boru giriş ağzında eşik, ızgara ve
yedek kapaklar bulunur.
Yükleme odasında su derinliği cebri boru çapının en az 2.5 katı olarak planlanır.
Cebri boru girişi üstündeki havuz hacminin santralin en az 1 dakikalık ihtiyacını
karşılayacak büyüklükte olması gerekir.
Türbinler
Türbinler, yatay veya düşey eksen etrafında dönen ve suyun kinetik
enerjisini mekanik işe çeviren makinelerdir.
Yalnız kinetik enerji kullanan türbinler Impuls türbinler (Pelton
türbini yada çarkı)
Hem kinetik hemde basınç enerjisini kullanan türbinler basınçlı
türbinler (Francis ve Kaplan Türbinleri)
10
Impuls Türbinler
Türbin çarkı üzerinde çukur çanak şeklindeki kanatlara su fiskiyesinin (su jeti) çarparak su
hızının değişmesi sonucu türbinin dönmesi sağlanır. Daralan bir boru sisteminden (nozul)
geçirilerek suya bir hız kazandırılır ve su jeti oluşturulur. Su jetinin kanatlara çarpması
sonucu kinetik enerji,potansiyel enerjiye dönüşür. Bu sistemde çark kanatlarında basınç
değişimi ortaya çıkmaz ve türbin kapalı bir ortama gereksinim duymaz. Genellikle çok
yüksek düşülerde tercih edilir
Pelton Türbini
Düşüm yüksekliğinin
çok büyük ve
işletme debisinin
küçük olduğu
durumlarda tercih
edilir.
Basınçlı Türbinler
Türbin çarkının dönmesi, suyun çark çıkışında ivmelenmesi sonucu oluşan
tepki kuvvetiyle sağlanır. Su enerjisini türbine verirken basınç değişir.
Burada su basıncı ya da su emişi sağlanması için kapalı bir ortam ya da
çarkın tamamen suyun içinde olması gerekir. Bu nedenle fazla miktarda
suya gereksinim duyarlar.
Francis Türbini
Kaplan Türbini
Büyük debi ve küçük
düşümlerde tercih edilir.
11
Türbin Tipi Seçimi
Türbin tipi, özgül dönme sayısı ve düşüm yüksekliğine göre belirlenir.
Su Kuvveti Tesisleri ile İlgili Bağlantılar
US Energy Information Administration
http://www.eia.gov/renewable/data.cfm#hydro
Itaipu Brazil HPP (Three Gorges Barajından (Çin) sonraki en büyük)
http://www.itaipu.gov.br/en/energy/dam
HESİAD
http://www.hesiad.org.tr/
IMO
http://www.imo.org.tr/resimler/dosya_ekler/d8c5e9986a1c41b_ek.pdf?dergi=260
EPDK
http://www.epdk.gov.tr/
DSİ
http://www.dsi.gov.tr/faaliyetler/hessu-kullanim-anlasmalari
12
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
1 911 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content