Fırat Üniversitesi-Elazığ

ÇOK KÜÇÜK H İDROLİK POTANSİYELLERİN ENERJ İ ÜRETİM AMACI İLE YEREL İMKANLARLA DE ĞERLENDİRİLMESİ

Mahmut Temel ÖZDEMİR1, Ahmet ORHAN1,Mehmet CEBECİ1

1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

{mto,aorhan,mcebeci}@firat.edu.tr

ÖZET

Türkiye, enerji kaynakları potansiyeli açısından zengin bir ülkedir. Ancak ülkenin enerji potansiyelinin tam olarak değerlendirilmesine yönelik bir politika izlenilememesi nedeni iledir ki dış alımla karşılanan enerjinin toplam enerji tüketimdeki payı % 70 civarındadır. Bu bağlamda Mini ve Çok Küçük Hidroelektrik Santral (HES)’lerin enerji üretimine ismi ile zıt özellikte bir katkısı olacağı açıktır. Ülkemizdeki 0-10 MW potansiyeli net olarak belirli olmamakla birlikte takribi tüm potansiyelin % 15-’i kadar olacağı öngörülmüştür. Çalışmada Havza bazında Türkiye’nin bu Potansiyeli verilerek özellikle 100 kW’ın altındaki HES’ler için elektromekanik kısımların yerel imkanlarla üretilebilirliği değerlendirilmiş ve 5 kW gücünde bir sistem tasarlanarak üretilmiştir. Anahtar Kelimeler: Çok Küçük Hidroelektrik Santraller, Hidrolik Türbinler, Pelton Türbin

1. GİRİŞ

İnsanlık tarihinde çok önemli bir yeri olan su ve kullanımı günümüzde, ülkeler için artık stratejik bir meta halini almıştır. Canlılar için hayat kaynağı olmasının yanı sıra artık geleneksel bir enerji kaynağı olarak da kullanılmaktadır. Bu geleneksellik ülkemizde farklı bir şekilde algılanmış ve elektrik enerjisi üretiminde ezici bir oranla büyük güçlü santraller ile süregelmiştir[1-2].

Su enerjisi nehir ve ırmaklarda kinetik enerji, yüksek dağlarda ve yaylalardaki doğal göllerde potansiyel enerji olarak karşımıza çıkmaktadır. Suyun akım enerjisi hidrolik santrallerdeki su türbinleri vasıtasıyla mekanik enerjiye, su türbinlerinin tahrik ettiği generatörler vasıtasıyla elektrik enerjisine çevrilmektedir.

Özellikler çok küçük ve daha altı için karmaşık hesaplar gerektiren tasarımlara gerek olmaksızın bu türbinlerin üretimi yerelde de yapılabilir olmalıdır[1-2]. Bu tür santrallerin yaygın olarak kullanıldığı ülkelerde türbinler yerel atölyelerde ya da küçük işletmelerde imal edilmektedir. Bu durum, bilgi ve nakit akışının yereli de kapsaması sonucunu doğurur ve gelirin tabana yayılmasını sağlamaktadır[3-4].

Çok Küçük HES (ÇKHES)’lerin yerel imkânlarla elde edilmesi yönünde birçok akademik ve ticari çalışma yapılmıştır. Bu türden çalışmalar genel itibari ile Uzakdoğu ülkelerindedir [5]. Bu ülkelerin genel itibari ile profillerine bakıldığında kırsalına elektrik enerjisi götürememiş ülkelerdir. Bu ülkelerden Çin buna dahil değildir. Çin bu yönü ile özel olarak incelenmesi gereken bir ülkedir. Dünyada hidrolik potansiyel olarak birinci sıradadır [6]. Ülke hidrolik potansiyelin değerlendirmesinde bizden daha ileri durumdadır ve bu potansiyelin değerlendirmesinde sadece büyük ya da

çok büyük HES düşünmemiş küçük özellikler ÇKHES kurmuştur. Bu gün ülkede 80.000’in üzerinde ÇKHES mevcuttur. Çin örneği ülkemiz için değerlendirilmesi gereken bir örnektir. Bu bağlamda ÇKHES kurulumu ve geliştirilmesi noktasında ülkenin tecrübelerinden faydalanmak gerekir.

2. TÜRK İYE HİDROLİK POTANSİYEL İ

Bir ülkede, ülke sınırlarına veya denizlere kadar bütün doğal akışların % 100 verimle değerlendirilebilmesi varsayımına dayanılarak hesaplanan hidroelektrik potansiyel, o ülkenin teorik hidroelektrik potansiyelidir.

Tablo 1: Havzaların Hidrolik Potansiyelleri[7]

HAVZA

Brüt Hidro Potan.

Tek.Hidro Potan.

Kurulu Güç

Kul. Oranı

GWh/yıl GWh/yıl (MW) % Fırat 84,112 46,267 11,713 55% Dicle 48,706 24,353 6,165 50% D.Karadeniz 48,478 24,239 6,136 50% D.Akdeniz 27,445 12,350 3,127 45% Antalya 23,079 9,231 2,337 40% B.Karadeniz 17,914 7,166 1,814 40% Batı Akdeniz 13,595 6,118 1,550 45% Marmara 5,177 - - - Seyhan 20,875 9,394 2,378 45% Ceyhan 22,163 9,973 2,525 45% Kızılırmak 19,552 7,821 1,980 40% Sakarya 11,335 4,534 1,133 40% Çoruh 22,601 12,431 3,108 55% Yeşilırmak 18,685 8,408 2,129 45% Susurluk 10,573 2,643 669 25% Araş 13,114 5,901 1,494 45% Konya 1,218 104 32 9% B.Menderes 6,263 831 221 13% Van Gölü 2,593 257 62 10% Kuzey Ege 2,882 42 16 1% Gediz 3,916 243 94 6% Meriç Ergene 1,000 - - - K. Menderes 1,375 143 48 10% Asi 4,897 102 37 2% Burdur 885 - - - Akarçay 543 - - - Türkiye Toplamı

432,976 192,551 48,768 44%

Mevcut teknoloji ile değerlendirilebilen maksimum

potansiyele ise, teknik hidroelektrik potansiyel denir. Öte yandan teknik olarak gerçekleştirilebilen her tesis ekonomik

371

Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011

olmayabilir. O nedenle teknik potansiyelin, mevcut ve beklenen yerel ekonomik şartlar içinde geliştirilebilecek bölümü ekonomik hidroelektrik potansiyel olarak adlandırılır.

Ülkemizin teorik hidroelektrik potansiyeli 433-442 TWh/yıl (1 TWh =1 milyar kWh)’dır. Türkiye’nin teknik hidroelektrik potansiyeli 250 TWh/yıl civarındadır [8]. Ekonomik hidroelektrik potansiyeli ise 141 TWh/yıl’dır [9]. Küçük Hidroelektrik Santrallerin değerlendirmeye alınması halinde, bu potansiyel 180–200 TWh/yıl’a çıkabilecektir [8].

Ülkemiz, bu verilere göre Dünya’da % 1 ile 8. sırada, Avrupa’da ise yüzde 14 ile Rusya ve Norveç’ten sonra üçüncü sırada yer almaktadır [10].

Hidroelektrik enerji potansiyelinin değerlendirilmesinde küçük ve çok küçük HES’lerin yakın zamana kadar önemi fark edilmemiştir. Öyle ki 10 MW’ın altındaki potansiyelimizin bile daha ne kadar olduğu belli değildir. Yakın zamanda bu potansiyelin belirlenmesi ve bu paraleldeki çalışmalarda yetki EİEİ’ne verilmiştir. İdarenin 26 havzada yaptığı çalışmalar sona yaklaşmıştır. Yapılan bu çalışmalarda ortaya çıkan genel sonuç, Küçük (mini), çok küçük (mikro) ve en küçük (piko) HES potansiyeli, Türkiye’nin teknik değerlendirilebilir hidrolik potansiyelinin %15’i civarında olacağıdır. Buna göre, 10 MW’ın altındaki değerlendirilebilir hidrolik potansiyel ise 37,5 milyar kWh/yıl’dır [11].

Küçük girişimcilerin bu sektöre girmesi ile sektörde bir hareketlenme olacak ve üretim maliyetleri düşecektir. Dolayısı ile Ekonomik değerlendirilebilir potansiyelin aslında daha da artacağı bir gerçektir [2].

Sonuç olarak; ülkemizin hidroelektrik enerji potansiyelinin gelişmesinden sorumlu Genel Müdürlükleri, HES projelerinin seçiminde kullanılan ekonomik kriterleri yeniden gözden geçirerek ve EİEİ Genel Müdürlüğü tarafından ÇKHES Potansiyelini belirleme çalışmasının tamamlanarak Türkiye’nin ekonomik hidroelektrik enerji potansiyelini yeniden tespit etmelidirler.

3. ÇOK KÜÇÜK GÜÇLÜ H İDROELEKTR İK SANTRALLER

ÇKHES’ler genellikle nehir veya kanal santrali olarak tasarlandıklarında ekonomik olmaktadır. Şekil 1’de tipik bir ÇKHES yapısı verilmiştir. Tipik olarak regülatör ve çevirme yapıları, çökeltim havuzu, iletim kanalı ve enerji tüneli, biriktirme ve yükleme havuzu, cebri boru, santral binası, çıkış suyu yapısından oluşmaktadır.

Bütün bu yapılarda yer seçimi yapılması, projenin ekonomisini belirleyen çok önemli bir aşamadır. Yer seçimi yapılırken aşağıdaki hususlar göz önünde bulundurulmalıdır. Yapılar gevsek zeminler üzerine oturtulmamalıdır. Heyelanlı bölgelerden ve fay hatlarından kesinlikle uzak mahaller seçilmelidir. Özellikle su alma yapısı, cebri boru ve santral binası sağlam kayaya oturacak şekilde yerleştirilmelidir. Bu kriterlere ilave olarak bir ÇKHES’in ekonomisini etkileyen diğer önemli faktörler: Pınarlar veya yer altı suları ile beslenen, böylece minimum akımı ortalama akımına yakın değerde olan akarsular üzerindeki santraller diğerlerine göre daha ekonomik olurlar. Bu durumda santralin kapasite kullanım oranı artar, minimum akıma tekabül eden ünite sayısı azalır ve işletme esnasında türbinlerin daha yüksek verimli bölgede çalıştırılması mümkün olur. Proje düşüsünün fazla olması, elektromekanik teçhizatın fiziki ebatlarını küçülterek birim teçhizat bedelinin azalmasını sağlar. Ayrıca, düşünün az debinin fazla olduğu yerlerde küçük atölyelerde

imal edilebilecek Cross-Flow türbini, debinin az düşünün fazla olduğu yerlerde ise Pelton türbini tercih edilmelidir.

Şekil 1 : ÇKHES Yapısı

HES’ler Literatürde farklı farklı sınıflandırma yapılmıştır. Güçlerine göre ülkemizde genel kabul gören sınıflandırma, Tablo 2’de verilen UNIDO’nun sınıflandırmasıdır.

Tablo 2: HES’lerin Güçlerine Göre Sınıflandırılması [12]

Sınıfı Güç (kW) Büyük HES >100.000 Orta HES 10.000-100.000 Küçük HES 1.000–10.000 Mini HES 100–1.000 Çok Küçük 5–100 Piko 0-5

Tablo 3: HES’lerin Bazı Karakteristikleri [13]

ÇKHES Küçük HES

Büyük HES

İnşaat Süresi (Yıl) 1-2 2-5 6-9

Ekonomik Ömür (Yıl) >50 >50 >50

İlk Yatırım Maliyeti ($/kW)

750-1000 850-1200 1200-1500

Yatırımdaki Döviz Gereksinimi (%)

0-10 Nehir Tipi: 45

Biriktirmeli : 30

Tablo 3’den de görüleceği gibi ÇKHES’lerin birim yatırım maliyeti projenin maliyeti projenin özelliklerine göre farklılık göstermekle birlikte, yaklaşık bir değer olarak 750-1000 $/kW aralığında değişmektedir. Bu maliyet projeye göre daha alçak ya da daha yüksek olabilmektedir.

Küçük HES’lerde türbin tipinin seçimi ve tasarımı yapılırken uzun süren ölçümler sonucu elde edilen su akım değerlerinden yararlanılarak farklı debiler için yapılan işletme çalışmaları sonucunda en uygun proje debisi ve elde edilebilecek enerji hesaplanır. Debinin mevsimsel değişmeleri dikkate alınarak ünite sayısı belirlenir, burada amaç her bir

372

Fırat Üniversitesi-Elazığ

türbinin nominal debide çalışmasını sağlamaktır. Belirlenen ünite debileri ve düşü değeri için en uygun türbin tipi seçilir.

Türbin tipi seçiminde türbin veya generatörün hızı da önemlidir. Türbin hızının generatör hızında olması durumunda generatör türbin miline doğrudan bir kavrama ile bağlanır. Üreticiler bunu tavsiye ederler. Büyük güçlerde rotor un yavaş dönmesine karşılık, 50 Hz frekanslı gerilim üretmek için kutup sayısı artırılarak (generatör boyutları artırılarak), türbin ile doğrudan bağlama gerçekleştirilir. Mini ve özellikle mikro HES’lerde ise, çoğu zaman türbin tarafından döndürülen generatörler, tipik bir türbinin optimum hızından daha yüksek bir devirde dönerler. Bu bağlantı kayış kasnak veya dişli mekanizması yardımıyla sağlanır. Burada hız oranının minimum olması tercih edilir. Bu durumda bağlantı daha kolay ve maliyet daha düşüktür. Kural olarak 3:1 oranından kaçınmak gerekir en azından 2.5:1 oranı veya altı tercih edilmelidir. Şayet 1500 d/d ile dönen bir generatör varsa seçilecek türbinin hızı en az 500 d/d veya üzeri olmalıdır.

Küçük ve Çok Küçük HES’lerde, kurulacak santralin gücüne bağlı olarak Senkron Generatörler, Asenkron Generatörler ve DA Generatörleri kullanılabilir. Senkron ve Asenkron Generatör uygulamalarında, lokal besleme veya ulusal şebeke ile bağlantı sağlanabilir. DA Generatörü uygulamaları ise, çok küçük güçlerde ve sadece lokal beslemeler için yapılır. Kırsal kesimde, yaylalarda P<0,5 kW üreten DA generatörleri akü ile desteklenerek aydınlatma amaçlı kullanılabilir. Ayrıca bir inverter aracılığı ile AA yükleri de beslenebilir. Elektrik üretiminde en temel beklenti, frekans ve gerilim stabilitesin sağlayacak şekilde kumanda ve kontrolü gerçekleştirmektir [2-14-15-16-17].

İşletme sürecinde kullanıcı tarafından çekilen gücün zaman zaman değişiklik göstermesi türbinin devrinin, dolayısıyla çıkış geriliminin ve frekansının değişiklik göstermesine sebep olur. Sistemden çekilen güç arttığında generatördeki zorlanmaya bağlı olarak türbin devri düşer, gerilim ve frekans istenilen değerin altına düşer. Türbini normal devrine getirmek için sisteme daha çok su almak gerekir. Aynı şekilde, sistemden çekilen güç azaldığında, alternatördeki boşalmaya bağlı olarak türbin devri artar, gerilim ve frekans istenilen değerin üstüne çıkar. Bunları normal değerlerine getirmek için sisteme giren suyu azaltmak gerekir.

Bunun için otomatik kontrol sistemi kullanılmaktadır. Bu sistem türbin devrini ölçen bir sensör ve devri sabit tutmak için sensörden alınan bilgiye göre ayar kanadını açıp kapatarak sisteme giren suyun miktarını ayarlayan bir mekanizmadan oluşur. Regülâtörler türbin hızını kontrol etmek için kullanılırlar.

Geleneksel olarak hidrolik sistemlerde kullanılan bütün hız regülâtörleri, türbine giden suyu ayarlayarak güç değişimi sağlamaktadır. Hız Regülatörünün görevi, değişen yüke bağlı olarak türbin devir sayısını ayarlamak ve bunu anma devir sayısında sabit tutmaktır. Dolayısıyla, fazla güce ihtiyaç duyulduğunda türbin girişine daha fazla su verilir, benzer olarak daha az güce ihtiyaç duyulduğunda ise türbin girişi kısılarak daha az miktarda suyun türbine girişi sağlanır.

Geçmişte bu çok zor bir işti. Ancak günümüzün otomasyon teknolojisi, bu problemi kolayca çözülebilir bir yapıya dönüştürmüştür. Günümüzde dezavantajlarının olmasına rağmen özellikle çok küçük sistemler için yük kontrol regülâtörleri de kullanılmaya başlanmıştır. Bunların yapısı çok daha basittir. Maliyetin düşük olması istenen bütün

mikro hidrolik sistemlerde yük kontrol regülatörleri tercih edilir. Yük kontrolü bir elektronik cihaz olup, kullanıcı yükünün değişmesinde dahi generatörde sabit bir elektrik yükü sağlar [19-20-21]. Türbinde debi akış kontrol cihazına ve regülatör sistemine ihtiyaç duymaz. Türbin debisi sürekli aynı sabit değerinde tutulur. Türbin çıkış gücü sabittir, dolayısıyla hız da sabit olacaktır. Çalışma prensibi ise kısaca şu şekildedir: Daha az yüke ihtiyaç olduğu anda türbin hızı ve frekans düşmeye başlayacaktır, bu durum yük kontrolü tarafından algılanacak ve ilave yükü sağlamak üzere dirençler devreye girecektir, böylece kullanıcı yükünün değişmesi durumunda da generatördeki toplam yük sabit kalacaktır. Yük kontrolü normalde frekansı veya gerilimi sürekli ölçerek türbin hızını kontrol edecektir. Bu sistemin en büyük avantajı ucuzluğu ve basitliğidir. Tamir ve hareketli parça gerektirmez.

3.1. Hidrolik Türbinler

Türbinler, akışkanın hidrolik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Basit olarak bir mil ve mil üzerindeki kanatçıklardan oluşurlar. Kullanılan akışkana göre türbinin yapısı değişmektedir. Genel olarak şu prensiple çalışırlar; Sistemdeki akışkan (su) türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir, hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür ve mekanik işten jeneratörler vasıtasıyla elektrik üretilir. Hidroelektrik güç tesislerinde kullanılan türbinlere hidrolik türbinler veya su türbinleri adı verilir. Su türbinleri kullanım alanlarına, ürettikleri güce, güç üretme biçimlerine göre birçok şekilde sınıflandırılabilirler.

Aksiyon tipi türbinler (Pelton, Turgo, Banki) - Reaksiyon tipi türbinler (Francis, Kaplan, Uskur, Boru)

Tablo 4 : Türbin Tiplerinin Kullanım Aralıkları

Tipi Düşü Aralığı Kaplan ve Propeller 2 < H < 40 Francis 10 < H <350 Pelton 50 < H < 1300 Banki-Michell 3 < H < 250 Turgo 50 < H < 250

Tablo 5: Türbin Tiplerinin Özgül Hız değerleri

Tipi Özgül Hız (ns) Pelton 12-30 Turgo 20-70 Michell Banki -Ossberger-Cross Flow

20-80

Francis 80-400 Uskur veya Kaplan 340-1000

Türbinin projelendirme aşamasında imal edilmek istenen

esas türbin rotoruna geometrik olarak benzer olan ve H= 1m faydalı hidroelektrik düşü ve Q=1 m3/s’lik hacimsel debi ve seçilen işletme devrinde (n) çalışan model bir türbin rotorunun devir sayısı olan ns özgül devir sayısı türbin boyutlarını belirlemektedir. Özgül devir sayı tespit edildikten sonra her bir imalatçının kendisi için belirlediği ampirik formüller ile ns den faydalanılarak türbinin projelendirilmesi yapılmaktadır.

373

Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011

4/3H

Qnns = (1)

4. ELEKTROMEKAN İK KISMIN TASARIM VE ÜRETİM İ

Bu çalışmada ÇKHES çalışma bölgesine giren bir santral tasarımı yapılmıştır. Yapılan çalışmada generatör olarak Senkron Makine, türbin olarak ise Pelton Türbini seçilerek boyutlandırılması yapılarak üretimi yapılmıştır.

4.1. Pelton Türbini

Pelton türbin kullanılacak olan bir yerde ayrıntılı hesap yapmadan da türbinin tasarımını yapmak mümkündür. Ama bu genelde küçük işletmeler için geçerlidir, yani büyük güç üretmeyen santrallerde ve verimin çok önemli olmadığı yerlerde kullanılabilir. Tüm ayrıntıları projelendirilmeyen ve hesaplanılmayan türbinlerin doğal olarak bazı eksiklikleri olabilir. Ama bunu yanı sıra bazı getirileri de olacaktır. Bu daha sonra ifade edilecektir. Sonuçta türbin tasarımını daha kolay ve kısa olarak yapabilmek için aşağıdaki denklemler kullanılabilir.

Şekil 2 ve 3’deki büyüklüklerin hesaplamalarında kullanılacak formüller:

ec HgKC ..21 = (2)

1C (m/sn) su jetinin mutlak hızı, 98,0.....96,0=CK arasında

değişmekte olan bir katsayı, g (m/sn2) yerçekimi ivmesi ve

eH (m) ise net düşüdür [3-4-18].

0d (m) optimal jet japı ve Q su debisidir.

Şekil 2: Pelton türbin hesabı için prensip şeması

HgkU u ..21 = (4)

1

0 .

.4

C

Qd

π= (3)

Şekil 3 : Pelton türbini kepçesinin hesaplarında kullanılan prensip şekil

1U (m/sn) optimal çevresel hız, 49,0.....45,0=uk arasında

değişmekte olan bir katsayıdır [3-4-18].

( ) 0.2,3....5,2 db = (5)

b (m) kepçe genişliğidir.

( ) 0.7,2....1,2 dh = (6)

h kepçe uzunluğudur.

( ) 01 .35,0....0 dh = (7)

( ) 02 .5,1....85,0 dh = (8)

h1ve h2 Şekil 3’de gösterilmiştir.

0.9,0 dt ≈ (9)

t (m) kepçe derinliğidir.

n

iUD

.

..60 1

π= (10)

D (m) çark çapı, i iletim oranı (türbin, generatöre direk akuple bağlı ise 1 alınır) ve n (d/d) türbin devir sayısıdır.

D

iUn

.

..60 1

π= (11)

0.2,1 da = (12)

a (m) kepçenin uç açıklık genişliğidir.

( ) 0.17,0....1,0 dK = (13)

K (m) kepçenin ofsetidir.

02d

DZ

π= (14)

hDDa .2,1+= (15)

374

Fırat Üniversitesi-Elazığ

Da(m) çarkın dış çapıdır.

1000

1..... ηρgHQP e= (16)

P (kW) çıkış gücü, ρ (kg/m3) su yoğunluğu ve η ise verimdir. Kepçelerin dayanabileceği maksimum kuvvetler için;

püskürtücüsünden fışkıran suyun C hızının kepçeye girişte çevresel hız yönündeki bileşenin değeri CU1=C0=0,98.√2.g.H ve nominal debi değeri Qn=(π.d0

2/4)C0 (m3/s) olarak alınarak.

Denklem 15 ve 16’de yerine yazıldığında aşağıdaki ifadeler elde edilmiş olur [3].

)(..3000 20 kpHdP eSmaks≅ (17)

)(..1500 20 kpHdP eSsn ≅ (18)

değerleri bulunur. Yukarda verilen hesaplara göre hesabı yapılan Pelton

türbinin ana boyutları aşağıdaki gibidir.

d=1.42cm Su jeti çapı U=20.61 m/sn Çevresel hız C1=43.98 m/sn Su jeti mutlak hızı b=4.41 cm Kepçe genişliği h= 3.41 cm Kepçe boyu t=1.28 cm Kepçe derinliği Z=43 Adet Kepçe Sayısı D=39.38 cm Çark çapı Da=43.48 cm Çarkın dış çapı nt= 1000 d/d Türbin devir sayısı İmalat sırasında birçok zorluklarla karşılaşılmış ve

hesaplara mümkün mertebe riayet edilmiştir.

4.2. Senkron Generatör

Pelton türbinin üretebileceği mekanik güç göz önüne alındığında kullanılacak olan generatörün gücü yaklaşık olarak 5 kW’tır. Türbinle generatör akuple olduğundan mekanik hızları aynıdır. Generatör ulusal şebekeye paralel bağlanmak istendiğinden, frekansı 50 Hz olacaktır. Bu bilgiler ışığında senkron generatörün hem türü hem de kutup sayısı ortaya çıkmıştır. Yüksek hızlı olduğu için yuvarlak rotorlu olması tercih sebebidir. Böylece 1000 d/d ve 50 Hz için çift kutup sayısı 3 (6 kutuplu makina) olacaktır. Bu bilgilere göre üretimi yaptırılan generatörün belirli parametreleri aşağıda verilmiştir: Değişik kontrol stratejilerinin denenmesi için generatörün uyartım şekli döner diyot ve bilezikli olmak üzere iki farklı yapıdadır ve Şekil 4’de verilmiştir.

S= 6,25 kVA Görünür güç P= 5 kW Aktif güç I=9 A Hat akımı UF/UH=231/400 V Faz-nötr/Faz-faz gerilimi ng= 1000 d/d , Devir sayısı f=50 Hz Frekans p=3 Kutup çifti sayısı cos ϕ= 0,8 Güç faktörü

Şekil 4: İki Farklı Uyartıma Sahip Senkron Generatör

Döner Diyotlu Uyartım

Uf= 39 V Uyartım gerilimi I f=3,2 A Uyartım akımı

Bilezikli Uyartım

Uf= 12 V Uyartım gerilimi I f=30 A Uyartım akımı

5. SONUÇLAR

Bu çalışmada ÇKHES sınıfına giren bir HES’e ait türbin ve generatör ana boyutlandırılması-parametre hesabı yapılarak yerel imkanlarla üretimi yapılmıştır. Çalışmanın amacı, boşa giden sularımızdan bir an önce elektrik enerjisi üretmek ve bunu sadece yerel imkanlarla yapılabilirliğini göstermektir. ÇKHES’ler yerel imkanlarla üretildiğinde 24 aydan daha az bir sürede kendini amorti edebilmektedir. Dolayısı ile boşa akan suları değerlendirecek küçük yatırımcılar için önemli fırsatlar ortaya çıkmaktadır.

Ülkemizde kullanılmayan hidrolik potansiyelin büyük kısmı Küçük ve Çok küçük HES’ler için uygundur. Kullanılmayan bu potansiyelin bir an önce değerlendirilebilmesi için bu su kaynaklarını işleyebilecek insanların yeterli bilgi ile donatılması gerekir. Bir insan kendi başına herhangi bir makinayı tasarlayabilir ama onu geliştirmesi zahmetli ve yorucudur. Dolayısı ile su makinalarının bu girişimciler tarafından üretilebilmesi için bazı kaynaklara sade bir şekilde ulaşabilmeleri gerekmektedir. Bu bağlamda gerekli çalışmalar yapılarak standartizasyona gidilmelidir. Bu amaçla kurulan TEMSAN daha aktif bir almalı ve sektörü hareketlendirmelidir. Bu bağlamda küçük elektrik üretimlerini gerçekleştirecek basit yapılı, kullanımı pratik ve kolay prototiplerin geliştirilmesidir.

Bireysel olarak küçük olmasına rağmen toplamda yekün teşkil edecek olan ÇKHES’ler artık nerdeyse hiç kullanılmayan un değirmenlerinin yerine rahatlıkla kurulabilirler. Bu küçük yatırımcıların gözünden kaçmaması gereken bir gerçektir.

Su potansiyelinin değerlendirilmesinde yılın tamamında enerji üreteceği gibi bir ön şart ile projelendirmeye başlamak pek doğru bir yaklaşım değildir ve buna özellikle dikkat

375

Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011

edilmelidir. Su kullanımının sadece mevsimsel zorunluluk olduğu yerlerde özellikle bu yöntem tercih edilmelidir.

Çin gibi hidrolik potansiyeli ve kurulu gücü çok büyük olan bir ülkede bile ÇKHES’ler üzerine hem akademik hem ticari olarak çok fazla sayıda çalışma yapılmaktadır. Her ne kadar geç kalınmışsa da ülkemizde de ÇKHES’lerin üzerinde yoğunlaşılması gerekmektedir.

Unutulmamalıdır ki değerlendirilmeyen hidrolik potansiyel, boşa akan paradır.

6. KAYNAKLAR

[1] Özdemir, M.T., Dağhan, İ.H., Orhan, A., Cebeci, M. “Türkiye'nin Enerji Politikasında Küçük ve Çok Küçük Hidroelektrik Santrallerin Yeri ve Önemi”, İCANAS 38, 10-15 Eylül 2007, Ankara, Türkiye

[2] Özdemir, M.T., Orhan, A., Cebeci, M. ,"Kapalı Çevrim Çalışan Çok Küçük Bir Hidroelektrik Santral Prototipinin Tasarımı", The 6th International Advanced Technologies Symposium- IATS 2011, ELAZIĞ.

[3] Eisenring, M., “Micro Pelton Turbines”, MHPG Series, Volume 9, 1991, St. Gallen: SKAT, and GATE: Eschborn,

[4] Thake, J, “The micro-hydro Pelton turbine manual: Design, Manufacture and Installation for Small-scale Hydropower”, ITDG Publishing, UK, 2000, pp 33-35.

[5] Quarashi, M. M. and Engr. Tajammul Hussain, “Renewable Energy Technologies for Developing Countries: Now and to 2023,” Islamic Educational, Scientific and Cultural Organization, 2005. http://www.isesco.org.ma/english/publications/Renewable%20Energy%20Technologies/Renewable.pdf

[6] IEA, World Energy Outlook 2010 [7] http://www.hesiad.org.tr/hid_pot.htm [8] Eroğlu,V., “Tek sorun para”, Global Enerji, Mart, sayı:19, syf:

26-29. EİE, 2006

[9] Basmacı, E., Enerji Darboğazı ve Hidroelektrik Santrallarımız, DSİ Vakfı Yayını, 2004.

[10] Ünsal, İ.,, Turke’s Hydroelectric Potential And Energy Policies, Stradigma EJournal Of Strategy And Analysis, issue 6 july 2003, www.stradigma.com

[11] A.Gurbuz, O.Yılmaz, International Congress On River Basin Management ,333- 345, 2007, Sustainable Energy Supply Studies In Turkey And The Role Of EİE, 22 to 24 march, 2007 in Antalya

[12] UNIDO, “Small Hydro Power”, Bulletin, 1984. [13] Paish, O., “Micro-Hydro Power: Status And Prospects”, Journal

of Power and Energy, Professional Engineering Publishing. 2002.

[14] Harvey, A., “Micro-Hydro Design Manual”, London: IT Publications Ltd, 1993.

[15] Fraenkel, P. Paish, O., Bokalders, V., Harvey, A. Brown, A., Edwards, R., “Micro-Hydro Power: a guide for development workers” London: IT Publications Ltd, 1991.

[16] Fulford, S., Mosley, P., Gill, A., “Recommendations on the use of micro-hydro power in rural development”, Journal of International Development 2000;12:975–83 John Wiley & Sons Ltd.

[17] Khennas, S., Barnett, A., “Best Practices for Sustainable Development of Micro-Hydro in Developing Countries”, ESMAP Technical Paper 006, IBRD, World Bank, 2000.

[18] Inversin, A.R.,” A Pelton Micro-Hydro Prototype Design”, Appropriate Technology Development Institute, Lae, 1980

[19] Henderson, D.S., Macphemn, D.E., “Development of a Three-Phase Electronic Load Governor for Micro Hydro Generation”, Roceedings 25th UPEC, 1990, Aberdeen, UK.

[20] Henderson, D.S., “An advanced electronic load governor for control of Micro hydroelectric power generation”, IEEE Trans. Energy Convers, vol. 13, no.3, pp: 300-304, Sep 1998.

[21] Henderson, D.S.,”Recent Developments of an Electronic Load Governor for Micro Hydroelectric Ocneraton”, Roceedlings HIDROENERGIA 93, 1993, Munich, Germany

Şekil 5: Akuple Bağlı Türbin-Generatör Sistemi

376

Fırat Üniversitesi-Elazığ

Şekil 6: ÇKHES ve Kontrol Birimlerinin Genel Görünümü

Şekil 7: Sistemin İmalat Safhasından Bir Görünüm

377