Elektrik Nasıl Üretilir? Elektrik Üretiminin Çeşitleri

Günümüzde kullanılan çoğu cihazın güç kaynağı olan elektrik, yenilenebilir ve yenilenemez kaynaklardan elde edilebilir.

Dünya genelinde daha çok kullanılan fosil yakıtlar gibi yenilenemez kaynaklara alternatif olarak güneş ve rüzgâr enerjisinden, biyokütleden ya da jeotermal kaynaklardan elektrik enerjisi üretiminde yararlanmak mümkündür.

Elektrik enerjisinin nasıl üretildiğini ve elektrik üretiminde kullanılan kaynakları bu yazımızdan öğrenebilirsiniz. 

Elektrik Nedir?

En çok kullanılan enerji çeşidi olan elektrik temel enerji kaynakları arasında bulunan petrol, kömür gibi yenilenemez enerji kaynaklarının yanı sıra güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan da elde edilen ikincil bir enerji türüdür. 

Elektrik nedir? blog yazımızı okuyarak konu hakkında detaylı bilgi edinebilirsiniz.

Elektrik Enerjisi Nasıl Üretilir?

Elektrik enerjisi günümüzde ağırlıklı olarak termik santrallerde, hidroelektrik santrallerinde ve nükleer enerji santrallerinde üretilir. Bu santrallerde yenilenemez enerji kaynakları kullanım oranı yüksek olsa da çevre dostu olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı giderek artmaktadır.

Elektrik enerjisi üretiminde motor, türbin ya da elektrik jeneratörü gibi kimyasal veya mekanik enerjiyi çevirecek bir mekanizmaya ihtiyaç duyulur. Enerjinin kaynağına göre su türbinleri, içten yanmalı veya benzinli motorlar, rüzgâr türbinleri ya da buhar türbinleri kullanılabilir.

Türbinler, sıvı ya da gaz halde bulunan bir maddenin kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Bir buhar türbininde şaft üzerinde kanatlar yer alır. Buhar gücü, bu kanatları döndürerek jeneratöre bağlı olan şaftın çevrilmesini sağlar. 

Fosil yakıtların kullanıldığı türbinlerde kömür, petrol ve doğal gaz gibi yakıtlardan yararlanılarak su ısıtılır ve buhar elde edilir. Türkiye’de en çok kullanılan enerji kaynağı kömür olsa da günümüzde buhar açığa çıkarmak için sıvı ve gaz yakıtlardan da yararlanılır. 

Buhar gücü elde etmek için yenilenemeyen kaynakların yanı sıra, yenilenebilir jeotermal kaynaklardan da yararlanılır. Jeotermal kaynaklardan enerji üretiminde yeraltında ısınmış hâlde bulunan sıcak su, buhar türbinlerinde elektrik enerjisi elde etmek amacıyla kullanılır.

Türbinlerin döndürülmesinde aynı zamanda su da kullanılabilir. Hidroelektrik santrallerde elektrik üretmek için bir barajda biriken su, yüksek bir noktadan aşağı akıtılır. Türbin kanatları üzerine suyun basınç uygulaması sağlanır ve jeneratör çalıştırılır.

Bazı sistemlerde baraj yerine doğrudan doğal bir kaynak olan ırmak veya nehirlerden de yararlanılır. Yapı itibarıyla rüzgâr millerine benzeyen rüzgâr türbinleri ise rüzgârın hızının sağladığı enerjiyi elektrik enerjisine çevirir.

Bu büyük kapsamlı türbinler ve santrallerin yanı sıra limon ve patates gibi meyve ve sebzelerden veya çöplerden de elektrik üretilebilir. Örneğin patatesten enerji elde etmek için patatesin elektrik devresinde pil yerine kullanılması gerekir.

Pil, kimyasal enerjiyi elektrokimyasal tepkime sonucunda elektrik enerjisine dönüştürür. Çöpten elektrik üretmek için ise atıkların çözünmesi sırasında doğal olarak oluşan metan gazı kullanılır.

Yenilenebilir Kaynaklarla Elektrik Enerjisi Üretmenin Yolları 

Dünyada giderek artan nüfus ve doğal kaynakların kısıtlı olması, enerji ve tüketim ihtiyaçları için yenilenebilir kaynakları öne çıkarır. Ayrıca geleneksel enerji kaynaklarının tükenebilir olması ve çevre kirliliğine neden olması da yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmenin sebepleri arasında yer alır. Bu kaynaklar şu şekildedir:

• Hidroelektrik Enerji

Akan suyun elektrik enerjisine dönüştürülmesi anlamına gelen hidroelektrik enerji, dünya çapında en sık kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları arasında yer alır. Barajlarda biriken suyun hareket enerjisinden yararlanılarak türbinler döndürülür ve bu sayede enerji elde edilir. İşlemin ardından kullanılan su, kaynağına geri verildiği ve işlem sırasında hava kirliliği oluşmadığı için çevre dostu bir yöntemdir. 

Nehir ve akarsular üzerinde sürekli devam eden bir akış olduğu için bu yöntem ile kesintisiz enerji üretimi sağlanabilir. Hidroelektrik santrallerin işletme giderleri düşüktür ve kurulan sistemler uzun süre kullanılabilir. 

Dünyada hidroelektrik enerjisine dayalı kurulu güç miktarı her geçen yıl artmaktadır. Uluslararası Hidroelektrik Birliği (IHA) 2021 verilerine göre dünyadaki elektriğin yaklaşık %16’sı düşük karbonlu elektrik üretiminde önemli bir rol oynayan hidroelektrik enerji kullanılarak üretilir. T.C Enerji Bakanlığı Haziran 2022 verilerine göre ise Türkiye’deki hidroelektrik enerji kurulu gücü toplam kurulu gücün ortalama %31’i kadardır.

• Güneş Enerjisi

Dünya genelinde en yaygın kullanılan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi, yalnızca elektrik değil; ısınma ve soğutma sistemi ihtiyaçlarını da karşılar. Teknolojik sistemlerin ve üretim maliyetlerinin yıldan yılda azalması ve teşviklerin artması ile güneş enerjisinden elektrik üretiminde artış beklenmektedir.

Türkiye’de güneş enerjisi potansiyeli en yüksek olan bölgeler yıllık ortalama 2.965 saatlik güneşlenme süresi ile Akdeniz Bölgesi ve 2.993 saatlik güneşlenme süresi Güneydoğu Anadolu Bölgesi’dir. Ancak yıllık güneşlenme süresi diğer bölgelere göre az olan Karadeniz Bölgesi dışında elektrik üretiminde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür. 

Yapılan çalışmalar; ülkemizin güneş enerjisi güç kaynağının, kurulu gücün yaklaşık 500 katı olan 376 TW olduğunu gösterir. Bu gücün enerjiye dönüştürülmesi için yatırımlar devam etmektedir.

Dünyada en yüksek güneşlenme süresine sahip bölge yılda 4.000 saatlik güneşlenme süresiyle Amerika Birleşik Devletleri sınırları içerisinde yer alan Yuma şehridir.

En yüksek kurulu güç potansiyeline sırasıyla  Avrupa, Kuzey Amerika ve Asya kıtaları sahiptir. Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Almanya, İtalya ve Japonya  fotovoltaik sistem kapasitesi yüksek ülkeler olarak bilinmektedir.

• Rüzgâr Enerjisi

Geniş kullanım alanı ile öne çıkan rüzgâr enerjisi, elektrik ihtiyacının karşılanmasında büyük bir öneme sahiptir. Bu enerji kaynağı, doğal kaynakları tüketmediği ve karbon emisyonuna neden olmadığı için çevreye duyarlıdır. Elektrik talebinin karşılanması için rüzgâr hızına göre uygun bölgelere rüzgâr enerjisi santralleri kurulur. 

Türkiye’de kara ve deniz rüzgâr enerjisinden yararlanılarak elektrik üretimi yapılmaktadır. Her yıl yayımlanan Türkiye Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli Atlası Raporu ile rüzgâr santrali kurulabilecek alanlar belirlenir. 

Yatırımların geri dönüş süresi ve bölgedeki rüzgâr enerji kapasitesinin kullanım oranları, bu enerji kaynağı değerlendirilirken dikkate alınan başlıca kriterlerdir. 

2021 yılında Türkiye elektrik üretiminin %9.4’ünü rüzgâr enerjisi ile sağlamıştır. Dünyada ise Danimarka, toplam elektrik enerjisi üretiminin ortalama yarısını rüzgâr enerjisinden karşılar. Almanya, Portekiz, İtalya, İrlanda gibi ülkeler de rüzgâr enerjisinden yararlanırken Hindistan ve Birleşik Krallık yüksek potansiyeli ile öne çıkar. 

Rüzgâr enerjisi üretiminde ve dağıtımında büyük rol oynayan Amerika Birleşik Devletleri ve Çin ise elde edilen elektriğin küçük bir kısmını kendi ülkelerinde kullanır. 

• Jeotermal Enerji

Çevreye dost ve temiz bir enerji kaynağı olan jeotermal enerji, hava ve iklim şartlarından etkilenmemesi sayesinde avantajlıdır. 

Jeotermal potansiyeli olan sahalarda açılan kuyularda akışkanlar yani kayalar içinde dolaşan sıvı ve gazlar yer alır. Bu akışkanlar su ve buhar olarak ayrıştırıldıktan sonra jeneratör ve türbin kullanımı ile elektrik enerjisine dönüştürülür.  

Alp-Himalaya kuşağında bulunan Türkiye, jeotermal enerji potansiyeli yüksek ülkelerden biridir. Ülkemizde yaklaşık 1000 kadar sıcak su kaynağı mevcuttur. Özellikle Batı Anadolu, bu kaynaklar sayesinde potansiyeli en yüksek bölgelerin başında gelir. 

Endonezya, Amerika Birleşik Devletleri, Yeni Zelanda ve Filipinler ise dünyada jeotermal enerji potansiyeli en yüksek ülkelerdir.

Uluslararası Enerji Ajansı’nın yaptığı araştırmalar, 2050 yılına gelindiğinde dünya genelinde elektrik ihtiyacının %3,5 kadarının jeotermal enerjiden karşılanacağını gösterir. 

• Biyokütle Enerjisi

Her canlıda belli oranlarda elektron taşıma kapasitesi bulunur ve bu sayede canlılar bünyesinde enerji barındırır. Biyokütle enerjisi; karbonhidrat içerikli hayvansal ve bitkisel ürünlerin yanı sıra atıkların bünyelerinde bulunan potansiyel bu enerjinin kullanılarak kinetik enerji elde edilmesidir.

Yağlı tohumlar, bitkisel atıklar, orman atıkları, hayvan dışkıları gibi pek çok ürün enerjinin üretilmesi amacıyla kullanılır. Bu kaynakların büyük çoğunluğu ülkemizde genellikle ısınma amacıyla kullanılır. 

Yalnızca orman atıklarının bir kısmı, havasız çürütme yöntemi ile elektrik enerjisi üretiminde değerlendirilir.

Bu yöntemde oksijensiz ortamda yaşayan mikroorganizmalar organik maddeyi fermente ederek geriye gübre, metan ve karbondioksit bırakır. Ortaya çıkan metan elektrik üretiminde kullanılabilir.

Biyokütle enerjisi çoğunlukla biyokütlenin yüksek basınçlı kazanlarda yakılması ile elde edilir. Bu yöntemde ortaya çıkan yüksek basınçlı buhar türbinleri döndürerek jenaratörü çalıştırır.

Bunun dışında kullanılan bazı deneysel yöntemler de vardır. Örneğin bitkilerden elde edilen elektrik enerjisi bataryalar ile depolanamadığı için bu sistemlerde kondansatörler kullanılabilir.

Kondansatör elektronların kutuplanmasıyla elektriksel yükün depolanmasını sağlar. Kondansatör kullanımının nedeni, bataryaların devreye girdiği volt değerinin gelen enerjiden daha küçük olmasıdır. Ancak kondansatörler, gelen elektrik miktarı fark etmeksizin kapasitesi kadar depolama yapabilir. 

Birden fazla kondansatör seri bağlanarak birbirine entegre edilebilir. Böylece enerjinin devreye daha yüksek volt değerleri ile verilmesi sağlanır. Paralel bağlandığında ise normalden daha yüksek amper değeri ile iletim yapılır. Bir bitkiye birden fazla kondansatör bağlandığında volt ve amper değerlerinde artış görülür.

• Gel-Git Enerjisi

Ayın hareketleri, deniz sularının yerçekiminin etkisi ile alçalıp yükselmesine neden olur. Bu yükselen sular bir havuzda toplanarak elektrik enerjisi üretiminde kullanılır. 

Yapılan hesaplamalar, okyanuslardaki gel-git hareketlerinin günlük ortalama 3000 TWh değerinde enerji kapasitesine sahip olduğunu gösterir.

Ancak bu enerjinin yaklaşık %2’sine tekabül eden 60 TWh’lik kısım elektrik enerjisine dönüştürülerek kullanabilir. 

Dünyada gel-git enerji potansiyeli en yüksek bölgeler arasında Filipinler, Japonya, Çin ve Endonezya’nın yanı sıra Avrupa kıtası bulunur. Fransa ve Kanada’da da önemli gel-git işleme santralleri mevcuttur. 

Elektrik Enerjisinin Yenilenemez Kaynaklarla Üretilmesi 

Türkiye’de kullanılan elektrik enerjisinin yaklaşık %70’i yenilenemez enerji kaynakları ile elde edilir. Katı, sıvı ya da gaz şeklinde bulunan termik kaynaklar, açığa çıkardığı ısı ile elektrik elde edilmesini sağlar. Termik santrallerde kömür, petrol ve doğal gaz gibi kaynakların yakılmasıyla kazanlarda bulununan su kaynatılır ve su buharı elde edilir. Elde edilen su buharı tübinleri döndürerek elektrik üretir.

Petrol, kömür, biyogaz ve doğal gaz en çok kullanılan enerji kaynaklarıdır. Bunların dışında nükleer enerji gibi Türkiye’de aktif kullanılmayan ancak dünyada geçerli olan kaynaklar da mevcuttur.

• Kömür

Türkiye’de ve dünyada enerji üretiminde en sık kullanılan kaynak kömürdür. Enerji Görünümü Raporu’na göre 2017 yılında dünyada üretilen toplam 25 bin 551 teravatsaatlik enerjinin 9 bin 723 teravatsaati kömürden elde edilir.

Türkiye’de elektrik üretiminde en çok kullanılan katı yakıt linyit kömürüdür. Siyah ya da kahverengi renkte olup, 1000-5000 kcal/kg arasında ısı değerine sahiptir. Sinop, Beypazarı, Soma gibi bölgelerde bulunur. 

• Petrol ve Türevleri

Termik santrallerde elektrik üretimi için kullanılan petrol ve petrol türevleri elektrik üretmek amacıyla kullanılır. Türkiye’de kullanılan petrolün büyük çoğunluğu yurt dışından ithal edilir.

• Doğal Gaz

Doğal gaz; yanıcı, metan oranı oldukça yüksek olan organik kökenli bir gazdır. 8500-10000 kcal/kg arasında ısı değerine sahip olması ile tercih sebebidir. 

Doğal gaz genellikle ısı elde etmek amacıyla kullanılsa da termik santrallerde elektrik enerjisi üretiminde de kullanılır. 

• Nükleer Enerji

Nükleer enerji, kontrollü bir şekilde parçalanan atom çekirdeğinden açığa çıkan ısı ile elde edilir.

Plütonyum, uranyum ve toryum, en çok kullanılan radyoaktif elementlerden bazılarıdır.

Nükleer enerji santrallerinde bu kaynaklardan açığa çıkan ısıdan, diğer fosil yakıtlarda olduğu gibi kazanlardaki suyu buhara çevirmek için faydalanılarak elektrik enerjisi üretilir.

Türkiye’de nükleer enerji santrali yoktur ancak Türkiye’nin toryum rezervi, dünya genelinde bulunan toryumun %54’üne tekabül eder.

Elektrik Akımı Nasıl Oluşur?

Elektrik akımı, elektrikle yüklü olan parçaların ya da elektrik yükünün belli bir yönde hareket etmesi anlamına gelir. Kısaca, iletken bir cisimden birim zamanda geçen elektrik yüküdür. 

Akımın oluşması için cisme elektrik verilmesi gerekir. Bu durumda elektronlar, negatif (-) yönden başlayarak pozitif (+) yöne doğru hareket etmeye başlar.

Jeneratör ile Elektrik Enerjisi Üretme

Jeneratörler, elektrik enerjisini mekanik enerjiyi çeviren mekanizmalardır. 

Herhangi bir manyetik alanda, iletken maddelerin hareketi ile elektrik akımı oluşur. Jeneratörler de durgun iletken maddelere sahiptir.

Bu durgun iletken maddelerin içinde mıknatıs bulunur. Halka şeklindeki iletken madde ise tel ile sarılır.

Mıknatısın dönmesi, halkayı saran telin her bir noktasında elektrik akımı oluşturur.

Bu küçük akımlar ise birleşerek çok daha büyük bir akımı meydana getirir. Elektrik enerjisi de bu akımlar sayesinde oluşur.

Hangi enerji çeşidinin Türkiye’de kullanılmak için daha elverişli olduğunu düşünüyorsunuz? Cevaplarınızı yorumlarda iletebilirsiniz.