Ünite 2: Termik ve Jeotermal Enerji Santralleri

Termik Santraller

Elektrik enerjisi üretiminde termik santrallerin önemi oldukça büyüktür. Dünyada üretilen elektrik enerjisinin % 80’i termik santrallerden elde edilmektedir. Termik santral kurulurken, santralin enerji kaynağına ve tüketim noktalarına yakınlığı kurulum maliyetini düşüreceğinden termik santrallerden elektrik enerjisi üretimi cazip duruma gelmektedir.

Termik Santrallerde Elektrik Üretimi

Termik santraller katı, sıvı ve buhar halindeki yakıtlarda var olan enerjiyi ısı enerjisine, ısı enerjisini kinetik enerjisine, kinetik enerjisini de elektrik enerjisine dönüştüren, Kazan, Buhar Türbini ve jeneratör gibi temel elemanlardan oluşan tesislerdir (S:42, Şekil 2.2).

Termik santrallerde kazan olarak adlandırılan yerde, yakıtın kimyasal enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesi için kimyasal bir olay olan yanma işlemi gerçekleşir.

Yanma : Yakıt bünyesindeki temel madde olan karbon ve diğer yanabilen maddelerin belirli bir tutuşma sıcaklığının üstünde oksijenle birleşerek belli miktarda ısı ve ışık enerjisinin çıkmasıyla sonuçlanan kimyasal bir olgudur. Yanma olayında ortaya çıkan enerji şu şekilde ifade edilir;

Q=mL

m:Cismin kütlesi, L:Cismin yanma ısısı

Yanma ısısı (L) : Bir yakıtın bir kg‘nın yanması ile elde edilen ısı enerjisi miktarıdır

Isıtılan suyun sahip olduğu enerji suyun sıvı veya sıvıbuhar durumuna göre farklılaşır;

• Sıvı fazındaki suyun aldığı enerji miktarı,

Q _su =mc _su (t _son- t _ilk ) Eşitliğiyle hesaplanır.

Burada c _su (suyun özgül ısısı):1 kg suyun sıcaklığını 1 ? arttırmak için gerekli enerji miktarıdır.

• Sıvı-Buhar fazındaki suyun aldığı enerji miktarı,

Q _su+buhar =mL _buhar

L _buhar (suyun buharlaşma ısısı):1 kg suyu 1 kg buhar haline getirmek için gerekli enerji miktarıdır.

Termik santrallerde kazanda gerçekleşen yanma işleminden sonra elde edilen buhar, buhar türbinine gönderilir (S:44, Şekil 2.3).

Termik santrallerde türbinler, buhar ve gaz türbinleri olmak üzere iki şekilde kullanılmaktadır. Buhar türbinleri kazanda elde edilen buharı kullanarak çalışır. Kazanlarda üretilen buhar çeşitli valflar yardımıyla pistonlu buhar makinelerine veya türbinlerine iletilir. Buhar, türbinde hareketli kanatçıkları hareket ettirerek ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür (S:44, Şekil 2.3). Kanatçıkların diğer ucu jeneratöre bağlı olduğundan, jeneratörün rotorunu döndürür. Rotorun dönmesiyle bağlı bulunan jeneratör elektrik enerjisi üretir. Buhar yoğuşturucudan suya dönüştürülerek tekrar kazana verilir.

Buhar türbinlerinin özellikleri şu şekilde sıralanabilir:

• Çok düşük ve yüksek basınç ve sıcaklıktaki buhar ile çalıştırılmak üzere tasarlanabilir. Bu açıdan yüksek vakum oluşturur.
• Özgül makine ağırlığı, dizel makinelere göre oldukça az olduğundan kolayca taşınabilir.
• Genel verimleri yaklaşık % 32 civarındadır. Bu değer ara ısıtmalı makineler aracılığıyla % 37’lere yükseltilebilir.
• Türbinlerin buharla ilişkisi olan bölümleri, diğer buhar makineleri gibi yağlanmaz. Sadece rotor şaftı taşıyan yataklara yağlama yağı verilir. Böylelikle besleme suyu devresi ile kazanların yağlanması tehlikesi yoktur.
• İki yatak ile taşınan rotor tek hareketli parçasıdır.
• Normal çalışma sırasında arıza olmadıkça titreşim üretmezler.

Termik santralde elektrik enerjisinin üretim aşamalarında bazı kayıplar meydana gelir (S:46, Şekil 2.4). Bu santrallerde elektrik enerjisi elde etme sırasında bazı kayıplar meydana gelmektedir. Bunlardan biri sürtünme kayıplarıdır. Önemli bir diğer kayıp suyun ısıl enerjisini türbinin mekanik enerjisine çevirme aşamasında meydana gelir.

Bir güç santrali için sahip olduğu kapasitede ne kadar süre çalışabileceği önemlidir. Bir santralin, yıl içindeki saatlerin yüzde kaçında çalışır hâlde olduğuna kapasite kullanım faktörü denir.

Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi (TEİAŞ) 2007 istatistiklerine göre ülkemizde toplam yıllık elektrik enerjisi üretimi yaklaşık 192.000 GWh’tir. Bunun 155.000 GWh’lik bölümü termik santrallerden elde edilmektedir. Bu sonuçlardan görüldüğü üzere termik santrallerden elde edilenden miktar, üretilen toplam elektrik enerjisi miktarı içinde oldukça önemli büyüklüğe sahiptir.

Kömürle Çalışan Termik Santraller

Yakıt olarak taş kömürü veya linyit kullanan santrallerdir. Taş kömürünün kalorifik değeri 7800 kcal/kg’dır.

Kalorifik değer : Bir yakıtın 1 kg’nın yanmasıyla ortaya çıkacak kcal (kilo kalori) cinsinden ısı enerjisi miktarıdır.

Linyit kalorifik değeri 3500 kcal/kg olan, ısıl değeri düşük, kül ve nem miktarı fazla olan termik santrallerde kullanılan bir kömür çeşididir.

Termik santrallerde kömür kazanda yakılmadan önce toz haline getirilip önceden mazotla 500 ?’a kadar ısıtılmış olan yanma odalarının brülörlerine kuvvetli hava akımıyla gönderilir.

Brülör : Yakıtların püskürtülerek hava ile karıştırılmasını ve yakılmasını sağlayan araçtır.

Bir termik santralin yeri belirlenirken,

• Çok miktarda ve kısa zamanda kömürün santrale ulaştırılması,
• Akış hızı yüksek soğutma suyunun ekonomik yolla karşılanması,
• Atıkların çevreyi kirletmeden uzaklaştırılması veya depolanması,
• Karayolu ulaşımının kolaylığı,
• Enerji iletim hatlarına bağlantı kolaylığı,
• Zemin şartlarının tesis yapımına elverişli olması,
• Meteorolojik koşulların santral tekniği ve çevre kirlenmesi yönünden uygunluğu,

Koşulları göz önünde bulundurulur.

Fuel Oil ile Çalışan Termik Santraller

Fuel Oil santrallerin kömür santrallerinden farkı sıvı veya gaz yakıtın, brülörden geçirilerek yakılmasıdır. Sıvı yakıtların yakılması için sis haline getirilip hava ile karıştırılması gerekir.

Ham petrolün damıtılmasıyla elde edilen fuel oil yakıtı 6 değişik çeşide sahiptir. Bu sınıflandırma damıtma sırasında elde edilen ürünlerin viskozitesine göre yapılır.

Viskozite : Akışkanın akmaya karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır.

Viskozite değeri en büyük fuel oil 6 numaralı fuel oil yakıtıdır. Termik santrallerde genellikle Fuel Oil 6 numaralı yakıt kullanılır. Enerji eşdeğeri 9800 kcal/kg’dır. 130 ? ’a kadar ısıtılan yakıt brülörlerden basınçla püskürtülerek yakılır. Yakıtın yanması sonrası süreç kömürle çalışan santrallerdeki ile aynıdır.

Dizel Yakıt ile Çalışan Termik Santraller

Dizel, enerji değeri yaklaşık 11.500 kcal/kg olan bir petrol ürünüdür. Dizel ile çalışan termik santrallerde elektrik üretimi kömür, fuel oil veya doğal gaz ile çalışanlardan farklıdır. Bu santrallerde bir dizel motoru ve buna bağlı jeneratör vardır (S:49, Şekil 2.5). Kazan veya buhar türbini bulunmaz. Dizel yakıtın elektrik enerjisine dönüştürme oranı daha yüksektir, ancak birim maliyeti daha yüksektir. Bu nedenlerle dizel yakıtı ile çalışan santraller daha çok yardımcı ve küçük santraller olarak kullanılır.

Doğal Gaz ile Çalışan Termik Santraller

Doğal gaz metan (CH ₄ ), etan (C ₂ H ₄ ) propan (C ₃ H ₈ ), bütan (C ₄ H ₁₀ ) , karbondioksit (CO ₂ ), oksijen (O ₂ ) , azot (N ₂ ) , hidrojen sülfit (H ₂ S) ve az miktarda argon (Ar), helyum (He), neon (Ne), ksenon (Xe) bileşenlerinden oluşur. Kokusuz ve havadan hafiftir. Enerji eşdeğeri 8.250 kcal/kg olan yanıcı bir gazdır. Bu santrallerde kazan ve buhar türbinleri yerine gaz türbinleri vardır. Temel olarak kompresör, yanma odası ve türbinden oluşur (S:50, Şekil 2.6). Gaz türbinlerinin çalışma prensibi, petrol, doğalgaz veya likit petrol gazı gibi yakıtların sıkıştırılmış hava üzerine püskürtülerek yakılması ve elde edilen sıcak gazlardan yararlanılması esasına dayanır.

Ham petrol : Rafine edilmemiş petrole verilen isimdir

Gaz halindeki petrol, imal edilmiş gazdan (Likit Petrol Gazı LPG) ayırt etmek için genelde doğal gaz olarak adlandırılır.

Bazı doğal gaz santrallerinde, türbinden çıkan sıcak gaz dışarı atılmak yerine, soğutulmaksızın, oksijen eklenmesiyle kazana geri verilir ve kombine çevrim denen bu işlemle biraz daha yüksek verim elde edilir. Fakat uygulamada bir termik santralin toplam verimi % 30-35 düzeylerindedir ve yakıttan üretilen ısının üçte iki kadarı, eğer kojenerasyon ile ısıtmada kullanılmıyorsa, termal kirlenme olarak çevreye atılır.

Kombine çevrim : Türbinden çıkan kızgın buharın dışarıya atılması yerine yeniden kazana geri verilmesi yoluyla daha yüksek verim elde edilmesidir.

Kojenerasyon , enerjinin hem elektrik hem de ısı formlarında aynı sistemden beraberce üretilmesidir.

Doğal gaz santralleri, gaz türbini, gaz türbin jeneratörü, atık ısı kazanı, buhar türbini, yoğuşturucu, buhar türbin jeneratörü bileşenlerinden oluşur. Bunların yanı sıra, kuru veya ıslak soğutma kuleleri, su arıtma tesisi, kumanda ve kontrol sistemleri de yer almaktadır.

Doğal gaz termik santrallerinin kömürle çalışan elektrik santrallerine göre üstünlükleri;

• Kurulum süresi daha kısardır,
• Deniz kenarlarına kurulma zorunluluğu yoktur,
• Yatırım maliyeti düşüktür,
• Yakıtın elektrik enerjisine dönüştürme verimi yaklaşık % 20 oranında daha fazladır,
• Çevreye olumsuz etkileri daha azdır.

Doğal gaz santrallerinin bu üstünlüklerine karşılık olumsuz yönleri de şunlardır;

• Yakıtta dışa bağımlılık,
• Dünyadaki doğal gaz kapasitesinin azalması dolaysıyla yakıt giderlerinin artması,
• Az da olsa atık gaz ve suların çevreye olumsuz etkileri

Jeotermal Enerji Santralleri

Jeotermal enerji, fosil yakıtlara göre çok daha az hava kirliliği yaratan çevresel açıdan avantajlı bir enerji kaynağıdır. Jeotermal enerji, elektriksel güç üretimi ve doğrudan ısıtma vasıtasıyla elektrik ve doğal gaz tasarrufu sağlayarak enerji ihtiyacının azaltılmasına katkıda bulunan yerel temiz enerji kaynağıdır.

Jeotermal enerji yer kürenin ısısıdır (S:53, Şekil 2.8). Yer küredeki çeşitli termal olaylar, jeotermal kaynak tiplerinin sınıflandırılmasına neden olmuştur (S:53, Şekil 2.9).

Hidrotermal, basınçlı yer altı ve magma enerjileri yeraltının farklı bölgelerdeki yer küre ısı konsantrasyonunun bir sonucudur. Yer küre enerjisi yer yüzeyine yakın bölgelerdeki ısıl enerjidir. Sıcak kuru kaya enerjisi ise, her yerde yer yüzeyinin 8 ile 16 km derinlikleri arasında ve jeolojik oluşumlar dolayısıyla ısıl artışların olduğu bölgelerde mevcuttur. Doğal olarak oluşan sıcak su ve buhar hidrotermal enerji kaynağını oluştururlar.

Ülkemizde Bulunan Termik Ve Jeotermal Enerji Santralleri

Ülkemizde ilk elektrik enerjisi 1902 yılında Mersin’in Tarsus ilçesinde Berdan Nehri üzerinde bulunan su değirmenine bağlı jeneratör aracılığı ile elde edilmiştir. Bu sistem Anadolu’daki ilk enerji santrali olarak kabul edilmektedir. Ülkemizde elektrik enerjisi ihtiyacı büyük bir oranda termik santrallerden sağlanmaktadır.

Kömürle çalışan termik santrallerimiz; kaynak olarak linyit ve taş kömürü kullanmaktadırlar. Ülkemizdeki kömürle elektrik üreten santrallerimizin kurulu ve toplam güçleri TEİAŞ 2007 İstatistiklerine göre Sayfa 55 Çizelge 2.1’ de verilmiştir. Çizelgede de görüldüğü üzere Kahramanmaraş-Afşin Elbistan termik santrallerimiz en büyük elektrik enerjisi elde etme gücüne sahiptir.

Fuel Oil, Dizel ve Doğal Gazla Çalışan Termik Santrallerimiz; Sayfa 57 Çizelge 2.2’de verilmiştir. Çizelge incelendiğinde fuel oil, dizel ve doğal gaz kullanan santrallerimizin toplam kurulu gücü 4.877 megawatt (MW) olduğu görülmektedir. Bunların içinde en büyük elektrik üretme gücüne sahip Bursa doğal gaz santralimiz ve gücü 1.432 megawatt (MW)’tır.

Jeotermal Santrallerimiz; Türkiye’de ilk defa jeotermal enerji, 1985 yılından sonra kuyulardan yüksek sıcaklık derecesi ve büyük akış hızında sıcak su alınması ile Eynal Kaplıcaları’ndaki otel ve motellerde ısınma ile sağlanmıştır.

TERMİK SANTRALLERİN ÇEVREYE ETKİLERİ

Termik santraller üretim ve depolama aşamalarında toprak, su ve tarım arazilerini kirleterek çevreyi olumsuz yönde etkiler. Elektrik enerjisi üretim tesisleri içinde çevreye en zararlı santral gurubu termik santrallerdir. Termik santrallerden en temizi doğal gaz termik santralidir.