hes hidroelektrik santrallerin yapısı ve çeşitleri
hes hidroelektrik santrallerin yapısı ve çeşitleri, Nehir Tipi , kanal tipi, baraj tipi, hes hidroelektrik santrallerin sınıflandırılması, çalışma özellikleri, su alma yapısı çeşitleri, denge bacası nedir, hes santral binası, hidroelektrik santrali maketi nasıl yapılır, hes için su kapatma, hes tünel imalatında dikkat edilmesi gerekenler, hes ne demektir, hes Santral Binası, hes elektroniği nedir, hes kelebek vana nın görevi, hidroelektrik santrallerde yapılan bakım, kanal tipi hes nasıl çalışır, hidroelektrik santrali nasıl çizilir
3. HES’LERİN YAPISI VE ÇALIŞMA ÖZELLİKLERİ
3.1. HES’lerin Sınıflandırılması
a) Alçak düşülü santraller
b) Orta düşülü santraller
c) Yüksek düşülü santraller
3.1.2. Üretilen Enerjinin Karakter ve Değerine Göre
a) Baz santraller
b) Pik santraller
3.1.3. Kapasiteye Göre
a) Küçük kapasiteli santraller
b) Düşük kapasiteli santraller
c) Orta kapasiteli santraller
d) Orta kapasiteli santraller
3.1.4. Santral Yapılarına Göre
a) Yer altı santrali
b) Yarı gömülü veya batık santral
c) Yer üstü santrali
3.1.5. Üzerinde Kuruldukları Suyun Özelliklerine Göre
a) Nehir santralleri
b) Kanal santralleri
c) Baraj santralleri
3.1.6. Baraj Yapısına Göre
a) Kaya dolgu santraller
b) Beton ağırlıklı santraller
c) Kemer tipi santraller
3.2. HES’lerin Yapısı
3.2.1. Nehir Tipi Santraller
Nehir tabanı yeterince genişse, bütün yapı bu genişliğe yerleştirilir, değilse, o kesit kazılarak genişletilip bütün tesisler aynı en kesit üzerine yerleştirilir. Regülatör ve ilgili yapılar.(nehir nakil araçları geçiş yeri, tomruk yolu, balık geçiş yeri)
Perde ve benzeri duvar
Dalgıç perde (yüzer buzlar için deflektör)
Giriş yapısı ve bölme ayakları
Kuyruk suyu kanalı
Koruyucu yan duvarlar (istinat duvarları)
3.2.2. Kanal Tipi Santraller
Kanal Tipi Santralleri yapabilmek için su, bir çevirme yapısı ile bir kanala (veya tünele) çevrilerek santraller ve ilgili yapılar bu kanalın üzerine yapılır. Ya da bu kanal (veya tünel) düşü kazanmak için epeyce uzatılarak topografyanın ve jeolojinin en uygun olduğu yerden cebri boru ile santrale bağlanır. Avrupa ve Amerika’da nehirlerin debileri büyük, eğimleri az olduğu için, hem su üzeri nakliyat yapılabilmekte ve hem de nehirlerdeki balıklar önem kazanmaktadır. Buralarda yapılan santraller bu iki fonksiyonu da yerine getirecek şekilde projelendirilmektedir. Klasik bir kanal santralı ile ilgili yapılar şu bölümlerden oluşmaktadır.
3.2.3. Baraj Tipi Santraller
Tipik bir baraj santraline ait yapılar şunlardır:
Çıkış suyu kanalı
Şalt sahası ve iletim hatları
a) Baraj gövdesi: Genel anlamda baraj gövdesinin görevlerini şöyle sıralayabiliriz.
- Gerekli olan hidrolik düşünün, su miktarının depo edilmesine ve istenilen su debisinin alınmasını temin etmek.
- Çamurlu ve kumlu olarak gelen suyun dinlenip temizlenmesini böylece türbinlere temiz su alınmasını sağlamak.
- Fezeyan mevsimlerinde gelen suyun depolanmasını sağlamak.
Baraj gövdesi statik su basıncı zorlamaları ile dinamik su basıncı zorlamalarına emniyetle dayanabilecek ve su sızdırmayacak şekilde inşa edilmelidir.
b) Su alma ağzı tesisleri: Elektrik üretiminde kullanılan suyun, gölden türbin ayar kanatlarına sevk edilmesi için gerekli donanıma su alma ağzı tesisleri denir.
Su alma ağzı gölden cebri borulara aktarılan suyun giriş kısmıdır. Su giriş kapakları cebri borulardan suyun irtibatını kesen kapaklardır. Bu kapaklar elektrik motorları ile tahrik edilirler. Makaralı ve kızaklı tipleri mevcuttur.
Su giriş ızgaraları sayesinde, suyun getirdiği yüzer yabancı maddelerin tutulması, cebri boruya ve oradan da türbin ayar kanatlarının aralıklarına intikal etmeleri önlenmiş olur. Izgara aralıkları, normal yükteki türbin ayar kanat aralıklarından daha dar olacak şekilde yapılmalıdır.
c) Dolu savak: Baraj su seviyesinin fazla miktarda akması halinde, gölde biriken fazla suyu kinetik enerjisini kaybedecek şekilde çıkış suyuna aktaran tesistir. Barajın temeline zarar vermeyecek şekilde kaymalı akmalı üç adet su iletim kanalı yapılmalıdır.
d) Derivasyon tünelleri: Baraj gövdesinde çalışmaların yapılabilmesi için nehir yatağının değiştirilmesi icap eder.Bu amaçla yapılan tünellere derivasyon tünelleri denir.
e) Denge bacası: Denge bacaları daha ziyade yüksek düşülü ve uzun cebri borulu santrallerde kullanılır. Su ile dolu olan ve içinde su akmakta olan her cebri borunun kelebek veya küresel vana gibi kapama organı bulunur. Böyle bir kapama organından sonra türbin salyangozu ve ayar kanatları yer alır. Herhangi bir nedenle cebri borunun sonundaki kapama organı veya türbin ayar kanatları ani olarak kapanacak olursa boruda ve cebri boruya irtibatlı olan su kuvvet tünelinde ani ve geçici basınç yükselmeleri meydana gelebilir. Türbin ayar kanatları ani olarak %100 açılırsa bu defa da cebri boruda ve kuvvet tünelinde ani ve geçici bir basınç düşmesi meydana gelebilir. Cebri boru veya kuvvet tünelinde ani olarak meydana gelebilecek olan geçici basınç yükselmeleri ve veya geçici basınç düşmeleri suyun kütlesel ataleti ve su ile cebri borunun elastikiyeti nedeni ile bazı tesislerde tehlikeli boyutlara ulaşarak tahribatlara neden olabilir.
Meydana gelen bu ani geçici basınç darbelerinin cebri boruya ve kuvvet tüneline zarar vermesini önlemek amacı ile cebri boruların baş tarafına veya kuvvet tünellerinin sonuna denge bacaları tesis edilir. Tesis edilen bu denge bacaları sayesinde cebri borularda meydana gelen ani geçici basınç darbeleri sönümlendirilir.
Denge bacaları betonarme veya çelik saçlardan kaynak konstrüksiyonlu olarak yapılır. Denge bacaları basınçlı ve basınçsız denge bacaları diye ikiye ayrılır. Basınçlı denge bacaları yüksek düşülü veya cebri boru boyu uzun olan santrallerde kullanılır. Basınçsız denge bacaları ise kanal tipi veya nehir tipi santrallerde kullanılır. Bu tip santrallerde cebri boruların baş tarafına yapılan yükleme havuzları olarak adlandırılan su depoları aynı zamanda basınçsız denge bacası görevini de görürler.
Keza orta hidrolik düşülü ve baraj tipi hidrolik santrallerin basınçlı su galerileri veya baraj gölleri de basınçsız denge bacası görevini görürler.
f) Kuvvet tünelleri: Hidrolik santraller tesislerinde türbin tahrik suyunun iletimi için kullanılan tüneller, su yüzeyi havaya açık basınçsız tüneller, kapalı basınçlı tüneller ve cebri boru tünelleri olmak üzere üç türlü tesis edilirler.
Üstü açık su iletim kanallarından dolayı, heyelan, sel suları gibi doğa şartlarından ve ağaç yaprakları veya parçaları gibi dış etkenlerden kolayca etkilendikleri ve büyük su basınçlarına dayanamadıkları için büyük su basınçlarının ve debilerinin iletilmesinde kanalların yerine tüneller kullanılmaktadır. Ancak su iletim tünellerinin (Kuvvet tüneli) tesis edilmesi çok pahalı olduğu için sadece gereken yerlerde ve gereken çap ve uzunluklarda inşa edilirler.
Kuvvet tünellerinin şekilleri ve özellikleri, tünelin geçireceği su debisine, su basıncına, tünelin inşa edildiği arazinin yapısına ve tünelin üzerindeki dağın büyüklüğüne göre değişir. İç basınçların büyük olması halinde tünelin betonarme kaplaması ve beton enjeksiyonu yapılarak özel sızdırmazlık önlemleri alınması gerekir.
g) Cebri borular: Cebri borular, tünel ile türbin salyangozu arasında veya doğrudan doğruya su alma tesisleri ile türbin salyangozu arasında tesis edilen ve genellikle çelik saç levhaların bükülüp kaynak edilmesi ile imal edilen dairesel kesitli iletim tesisleridir.
Cebri borular devamlı ve tam olarak su ile dolu ve basınç altında çalışabilecek şekilde dairesel kesitli olarak imal edilirler ve düz veya meyilli olarak döşenirler. Meyilli olarak tesis edilen açık arazi üzerindeki cebri boruların içindeki su hızının belirli değerlerin üzerine çıkmaması gerekir.
Sıcaklık değişmeleri ve basınç dalgalanmaları nedeniyle cebri boru boyunca meydana gelecek olan genleşme ve büzülmelerin, cebri boru ek yerlerine zarar vermesini önlemek için belirli yerlere civatalar ile bağlanan çelik kuşaklar yapılır.
Cebri boru güzergahı kesinlikle heyelan bölgesinden, yamaç molozu, kil veya benzeri zayıf zeminlerden geçirilmemelidir. Sağlam kaya veya benzeri zeminden geçirilmelidir. Genellikle topografyanın gösterdiği sırtlar sağlam zeminler olabilir. Yüzeyde sağlam zemin bulunamıyorsa, şaft veya tünel sistemi seçilmelidir. Güzergah seçimi çok tecrübeli bir jeolog ve mühendisler grubu tarafından yapılmalıdır. Aksi takdirde uygulama esnasında çok büyük sorunlarla karşılaşılabilir ve beklenmedik maliyet artışları olabilir. Cebri borular en kısa yoldan santrale indirilmelidir. Cebri boru uzarsa hem maliyeti ve hem de düşü kayıpları artar. Düşü kaybı ise enerji kaybı demektir. Fazla kurb yapılmadan ve en az kazı yapılacak şekilde güzergah seçimi yapılmalı, kurb noktaları kaya veya çok sağlam zeminin oluşturduğu yerlerde seçilmelidir. Keskin kurblarda büyük mesnet kuvvetlerinin oluşacağı unutulmamalıdır.
Hidrolik santrallerin cebri borularından geçen suyun hızı genellikle 3-5 m/sn arasında seçilir. Özel hallerde 8 m/sn ’ye kadar seçim yapılabilir. Buna karşın boyu kısa olan cebri borularda hız yüksek seçilebilir. Cebri borularda su hızının yüksek seçilmesi, cebri boru çapının küçük olarak yapılmasını ve cebri borunun ilk tesis bedeli ve amortismanlarının düşük olmasına olanak verir. Ancak bu durumda ise sürtünme kayıpları artar. Cebri borular tek veya bir kaç tane olabilir. Bu ekonomik hesaplar neticesinde belirlenir. Her ne kadar, tek cebri boru ekonomik çıkarsa da büyük çaplı cebri borular seçilirken çok dikkatli olunmalıdır. Büyük çaplı cebri boruların taşıma ve montaj güçlüğü olduğu gibi stabilite sorunu da olabilir. Özellikle açıkta yapılan cebri borularda bu hususa çok dikkat edilmelidir. Cebri boru seçimi yapılırken ekonomikliği, et kalınlığı ve buna benzer kriterler göz önünde tutulmalıdır.
h) Kelebek vanalar: Kelebek vanalar orta hidrolik düşülü santrallerde 7-8 m çaplardaki cebri boruların sonunda ve türbinlerden önce açma kapama organı olarak kullanılırlar. Kelebek vanalar çelik döküm malzemelerden veya çelik saç malzemelerin kaynak konstrüksiyon olarak imal edilirler. Kelebek vanaların açılması basınçlı yağ ile çalışan servomotorlar vasıtası ile ve kapamaları ise, ya bir ağırlık yardımıyla veya basınçlı yağ ile çalışan servomotor vasıtası ile olur.
Kelebek vananın açılabilmesi için giriş ve çıkıştaki basıncın eşitlenmesi gerekir. Eşitlenmenin sağlanabilmesi için By-Pass vanası teçhizatı konulmuştur. Teçhizata start verdiğimiz zaman, By-Pass vanası otomatik olarak açılır, salyangoz dolar. Salyangoz dolunca basınç eşitlenmiş demektir. Basınç eşitlenince kelebek vana otomatik açılma kumandası alır. Kelebek vana kapama kumandası aldığı zaman ise önce kelebek vana kapanır sonra By-Pass vana kapanır.
Kelebek vananın özellikleri :
1. Kelebek vana gövdesi silindir şeklinde ve cebri boru çapına eşittir
2. Kelebek vananın diski daire şeklindedir. Su giriş tarafı kalın çıkış tarafı ise ince şekilde yapılmış olup, merkezden hafif kaçık şekilde yataklanırlar.
3. kelebek vana gövdesi çelik döküm veya pik döküm gibi malzemelerden imal edilirler.
4. Kelebek vanalarda sızdırmazlık kösele, kauçuk, lastik veya karbon malzemeler kullanılır.
5. Kelebek vanalar alçak ve orta düşülü santrallerde kullanılır.
6. Kelebek vanaların açma ve kapamaları basınçlı yağ sistemi ile olur.
7. Kelebek vananın açma (120-180 saniye) ve kapama süresi (40-50 saniye) küresel vanaya göre daha uzun sürelidir.
i) Küresel Vanalar: Küresel vanalar yüksek düşülü ve uzun cebri borulu hidrolik santrallerde denge bacasından sonra cebri boru kollarının hemen başlangıcında kapama ve açma organı olarak kullanılırlar.
Küresel vanalar ya cebri borudaki basınçlı su ile açılıp kapatılabilecek şekilde, yada basınçlı yağ ile çalışan servomotor yardımıyla açılıp kapatılabilecek şekilde imal edilirler. Hangi şekilde imal edilirlerse edilsinler bu tip vanaların açılma ve kapama süreleri çok kısa zamanda gerçekleşebilen ve daha emniyetli olan açma ve kapama organlarıdır.
Türbin uzun süre servis harici olması veya herhangi bir tamir, bakım, onarım veya arıza sırasında salyangoza veya cebri boruya giden suyun kesintisini sağlar.
Silindirik vana merceği (diski) kapandıktan sonra su sızdırmazlığını temin eden sızdırmazlık plakası arkasına mutlaka cebri borudaki basınçlı suyun bağlanması gerekmektedir.
Küresel vanalar, çelik dökümden imal edilmiş parçaların bir araya getirilmesi ile yapıldığı gibi, çelik saç levhaların kesilip şekillendirilmesi ve kaynakla birleştirilmesi sureti ile de imal edilirler.
Küresel vanaların özellikleri :
1. Küresel vana gövdesi küre şeklinde ve cebri boru çapından büyüktür.
2. Küresel vananın diski silindir şeklinde olup, orta kısmı maksimum yükteki suyu geçirecek şekilde delik olarak cebri boru merkezinde yataklanmıştır.
3. Küresel vana gövdesi çelik dökümden imal edilmiş parçaların bir araya getirilmesi ile imal edildikleri gibi çelik saç levhaların kesilip şekillendirilmesi ve kaynakla birleştirilmesi ile imal edilirler.
4. Küresel vanalarda sızdırmazlık çelik şerit veya bronz şerit malzemeler kullanılır.
5. Küresel vanalar yüksek düşülü (h=150 m’den yukarı) ve uzun cebri borulu santrallerde kullanılır.
6. Küresel vanaların açma ve kapamaları ya basınçlı su ile veya basınçlı yağ sistemi ile olur.
7. Küresel vananın açma (80-120 saniye) ve kapama süresi (30-40 saniye) kelebek vanaya nazaran daha kısa sürelidir.
j) Türbinler: Hidrolik türbinler, suyun hidrolik akım enerjisini devamlı olarak döner çarklar (rotorlar) yardımı ile mekanik enerjiye çeviren döner (dinamik) hidrolik makinelerdir. Hidrolik türbinlerde türbin rotoru kanatlarının aralıklarından geçirilen suyun basınç enerjisi ile hız enerjisi, dönen türbin rotorunun kanatlarının aralıklarında mekanik enerjiye dönüşürler.
19. yy içinde Fourneyron, Jonval, Henschel Schwamkrug, Zuppinger vs. tarafından geliştirilmiş olan basit ve küçük güçlü su türbinleri çok çabuk yayılmış ve su türbinlerinin tahrik ettiği generatörlerde üretilen elektrik enerjisi 1891 yılında Oskar Von Miller tarafından enerji iletim hattı ile uzak yerlerdeki tüketim alanlarına nakledilmiştir. Su türbinlerinde elde edilen elektrik enerjisinin enerji nakil hatları ile uzak mesafelere iletilmesi ile birlikte daha büyük, daha güçlü ve birbirleri ile paralel olarak çalışan hidrolik santraller kullanılmaya başlanmıştır. Artık bu tip türbinler çok yaygın olarak kullanılmakta, günümüzde imal edilen büyük güçlü hidrolik türbinlerin verimi %93 ile %95 mertebesine kadar yükseltilmiş bulunmaktadır.
Tahrik suyunun rotor girişindeki basıncına göre hidrolik türbinler;
1. Üst basın türbinleri
a)Francis tipi hidrolik türbinler
b)Kaplan tipi hidrolik türbinler
2. Serbest püskürtmeli türbinler
a)Pelton tipi hidrolik türbinler
b)Michell-Banki tipi türbinler
olmak üzere gruplara ayırabiliriz.Ayrıca Francis tipi hidrolik türbinler eksen durumuna göre, kaplan tipi hidrolik türbinler, rotor kanatlarının durumuna göre, Pelton tipi hidrolik türbinler, eksen durumuna ve düze (Enjektör=püskürtücü) sayısına göre de aşağıda belirtilen değişik gruplara da ayırmak mümkündür.
1) Kaplan tipi türbinleri
a) Rotor kanatları sabit olan pervane tipi hidrolik türbinler
b) Rotor kanatları ayarlanabilen kaplan tipi hidrolik türbinler
2) Pelton tipi türbinler
a) Yatay eksenli pelton tipi hidrolik türbinler
b) Düşey eksenli pelton tipi hidrolik türbinler
3) Francis tipi türbinler
a) Yatay eksenli Francis tipi hidrolik türbinler
b) Düşey eksenli Francis tipi hidrolik türbinler