Hidroelektrik Enerji Nedir ve Nasıl Üretilir?

Yenilenemeyen enerji kaynaklarının her geçen gün azalması insanlığı yenilenebilir ve sürdürülebilir kaynaklar aramaya iter. Dünya nüfusunun da giderek artması enerji ihtiyacının artışına yol açar.

Dolayısıyla yenilenebilir ve doğa dostu enerji kaynakları önem kazanır. Yenilenebilir kaynaklar arasında olan hidroelektrik enerjisi; hareket halinde olan akarsu, nehir, şelale gibi suların gücünden elde edilir.

Yunanca su anlamındaki hydro kelimesinden türetilen hidroelektrik enerjisi, uzun yıllardır kullanılmaktadır. Hem antik Yunan hem de antik Roma’da insanlar tahıl öğütmek, un ile ekmek yapmak amaçlarıyla akan sudan faydalanmışlardır.

Akan su ile dönen çarklara sahip türbinler inşa edilmiş ve bu türbinler uzun süre kullanılmıştır.  

Hidroelektrik enerji elde etmek için diğer bir kaynak da su değirmenleridir. 1900’lü yıllara kadar yaygın bir şekilde kullanılan su değirmenleri, nehir kıyılarında büyük çarklar şeklinde görülmüştür.

Tahıl öğütmenin yanı sıra su değirmenleri ile kereste kesmek ya da çelik üretmek gibi faaliyetler için güç sağlanmıştır.

Hidrolik enerji ve santralleri, santrallerin bölümleri ve çeşitleri ve hidrolik enerjinin nerelerde kullanıldığına dair daha fazla bilgi almak için yazımızı okumaya devam edin.

Hidrolik Güç Nedir?

Hidrolik güç, en basit tanımı ile sudan elde edilen enerjidir. İnsanlığın ilk çağlardan beri en yaygın şekilde kullandığı enerji kaynaklarının başında hidrolik enerji gelir. Hidrolik enerji üretiminde suyun potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüştürülerek elektrik elde edilir. Yüksek seviyelerden, daha düşük seviyelerdeki tribünlere iletilen suyun gücü ile elektrik üretimi gerçekleştirilir.

Hidroelektrik Enerji Santrali (HES) Nedir?

Hidrolik enerji, en yaygın kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları arasında yer alır. Bu enerjiden yararlanabilmek için barajlar kurulur ve su biriktirilir. Biriktirilen bu suyun hareket enerjisi sayesinde türbinde elektrik enerjisi üretilir. Hidroelektrik santraller de bu amaçla kurulur.

Ülkelerin hidroelektrik potansiyelleri, ülke sınırları içerisinde yer alan tüm doğal su akışlarının %100 verimle değerlendirilmesi hesabına göre belirlenir.

Bu, bir ülkenin brüt teorik hidroelektrik potansiyelidir. Fakat bu potansiyelin tamamının değerlendirilebilmesi mümkün olmaz.

Hidroelektrik enerji, özellikle gelişmekte olan ülkeler için büyük bir potansiyel kaynak olarak öne çıkar. Mevcut enerji kaynakları göz önüne alındığında en temiz kaynaklar arasında yer alır.

Dünya genelinde enerji ihtiyacı karşılanırken çevre de düşünülmelidir. Bunun için yenilenebilir kaynaklara yönelmek her geçen gün önemini artırır.

Bu noktada verimliliği artıracak ve ihtiyaçlara iyi bir şekilde yanıt verecek olan, gücünü hidrolojik döngüden alan hidrolik enerji tercih edilebilir.

Hidroelektrik enerjisinin yenilenebilir olmasının nedeni, suyun doğal döngüsüdür. Su buharlaşır, bulutlar oluşur ve sonrasında yağmur yağarak su tekrar yeryüzüne döner. Bu döngü dolayısıyla suyu bir enerji kaynağı olarak kullanmak güvenli ve ideal bir seçim olur.

Tüm dünyada yenilenebilir enerji kaynakları ile üretilen elektriğin %71 kadarı hidroelektrik enerjisi kaynaklıdır.

Yağış rejimine bağlı olarak elde edilen hidrolik enerji sayesinde fabrikaların çalışması, şehirlerin aydınlatılması gibi ihtiyaç duyulan yüksek miktardaki elektrik sağlanabilir.

Hidroelektrik enerji santrallerinde akan suyun gücünden faydalanılarak elektrik üretilir. Ortaya çıkan enerji miktarı, suyun akış ya da düşüş hızına göre değişir. Yüksekten akan su büyük miktarda enerji taşır. Bu enerji, elektrik enerjisine dönüştürülerek kullanılır.

Hidroelektrik Santrallerinin Ana Bölümleri Nelerdir? Hidroelektrik Enerjisi Nasıl Üretilir?

HES’lerin temel bölümleri şu şekilde sıralanabilir:

• Jeneratörler
• Hidrolik türbinler
• Tüneller
• Transformatörler
• Cebri borular
• Su giriş kapları
• Baraj seti arkasında bulunan rezervuar suyu
• Türbinden geçip suyun dışarı aktığı kısımlar
• Su akışı ile elektrik enerjisi dağıtımını kontrol eden donanımlar

Bu sistemlerde giriş gücünü suyun kinetik ve potansiyel enerjisi oluşturur.  Cebri borular ise suyu türbinlere aktaran büyük boru veya tünellerdir.  Türbinler, hidrolik enerjinin mekanik enerjiye dönüşmesini sağlar.

Transformatörler de jeneratörlerin ürettiği alternatif gerilimin uzak mesafelere iletilmesi için gerilimi yükseltir.

Rezervuardan cebri borulara akan suyun potansiyel enerjisi ile türbine ulaşana kadar kazandığı kinetik enerji sayesinde türbinler döner. Böylece elektrik enerjisi üretilmiş olur.

Hidroelektrik Enerji Nerelerde Kullanılır?

Hidrolik enerji, ağaçları kesmek ve tahıl üretmek gibi çeşitli alanlarda kullanılmıştır. Hidroelektrik santrallerinin kurulumunun temel amacı elektrik üretmektir. Hem diğer enerji kaynaklarıyla kıyaslandığında düşük maliyetli olması hem de doğa dostu bir yöntem olması dolayısıyla tercih edilme oranı yüksektir.

Hidroelektrik enerjisi, enerji açığını kapatmak amacıyla da kullanılır. Kömür, benzin ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar kullanıma bağlı olarak her geçen gün azalmaktadır. Bunun sonucunda da doğal, yenilenebilir ve sürdürülebilir kaynaklara olan talep artar. Güneş ve rüzgârın yanı sıra bu ihtiyacı karşılamak için suyun gücünden de yararlanılır.

Hidroelektrik Santral Çeşitleri Nelerdir?

Hidroelektrik santral çeşitleri, birkaç farklı şekilde sınıflandırılabilir. Santralin kurulduğu suyun özelliği, düşü yüksekliği, barajın malzemesi, santralin kapasitesi, yapım yeri ve elde edilen enerjinin karakteri ve değeri bu sınıflandırmalarda dikkate alınır.

HES’ler kuruldukları suyun özelliğine göre çeşitlendirilecek olursa beşe ayrılır. Bunlar akarsu tipi, depo tipi, gel-git, pompalama ve depresiyon tesisleridir.

• Akarsu Tipi (Barajsız) HES

Bu HES tipinde elektrik üretimi için baraj kurulmasına gerek yoktur. Suyun doğal debisinden faydalanılarak elektrik enerjisi üretilir. Akarsu öncelikle bir kanala ya da tünele alınır ve suya meyil kazandırılır.

Türbin kanalın üst kısmına bir köprü gibi kurulur. Burada dikkat edilmesi gereken nokta santralin kurulacağı akarsuyun yıllık debisinin asgari elektrik üretimi için yeterli olmasıdır. Bununla birlikte akarsuyun türbin milini çevirebilecek potansiyelinin bulunması gerekir. 

• Depo Tipi (Barajlı) HES

Depo tipi yani barajlı HES ise en bilinen ve dünyada en çok kullanılan yöntemdir. Bu HES tipinde öncelikle baraj yapılarak su biriktirilir.

Biriktirilen bu su belirli bir potansiyel enerjiye sahiptir. Bu sayede kurak geçen yıllarda dahi elektrik üretimi yapılabilir. Barajlarda yer alan türbinlerden geçen bu su ile elektrik enerjisi elde edilir.

• Pompaj Depolamalı HES

Pompa depolamalı HES, elektrik enerjisi üretme yöntemi olarak değil, fazla enerjinin depolanması içindir.

Bu yöntemde elektrik enerjisi talebinin ve fiyatının düşük, elektriğin ise çok olduğu saatlerde su yüksek noktada bulunan bir rezervuara pompalanır.

İhtiyacın çok ve elektrik enerjisinin pahalı olduğu saatlerde de yüksekteki su serbest bırakılarak alt rezervuara iletilir ve enerji üretilir.

Bunların dışında HES, sınıflandırması ölçeğe göre de yapılabilir. Büyük, küçük, mini ve makro ölçekli olarak çeşitlenen bu sistemler, elektrik üretme kapasitesini belirtir.

• Gel-Git HES

Med cezir hidroelektrik santrali olarak da bilinen gel-git HES türü kuvvetli gel-gitlerin yaşandığı yerlere kurulur. Güçlü med cezirler sırasında açığa çıkan enerji, HES ile elektriğe dönüştürülür.

Bu hidroelektrik santrali türünde yükselen su kapaklar kullanılarak bir koy içine alınır. Su yükseldikçe türbin çalışır ve enerji üretimi gerçekleştirilir.

• Depresiyon HES

Deniz seviyesinin altında yer alan çöllerde ya da denize kıyısı bulunan sıcak yerlerde buharlaşan su kullanılarak elektrik enerjisi üretilir. Bu yöntemin uygulandığı hidroelektrik santrallerine, depresiyon santralleri adı verilir.

Hidroelektrik santralleri boyutlarına göre de sınıflandırılır:

• Büyük Ölçekli HES

Büyük ölçekli olarak adlandırılan HES’lerin gücü 50 MWh üzerindedir. Bu güç ile her biri 100 Wh olan 500.000 ampule gereken enerji karşılanabilir. Başka bir deyişle bir evin ihtiyaç duyduğu elektrik 5 kWh ise büyük ölçekli HES 10.000 evin ihtiyacı olan elektriği üretebilir. Her evde 5 kişinin olduğu düşünüldüğü takdirde 50.000 kişilik bir yaşam alanının elektrik ihtiyacının karşılandığı görülür.

• Küçük Ölçekli HES

Küçük ölçekli HES’ler ise 10-50 MW harasında bir güç üretir. Bu HES’lerin ürettiği enerji ulusal enerji şebekesine bağlanarak dağıtılabilir ya da bir yerleşim bölgesi veya büyük bir fabrikanın elektrik ihtiyacını karşılamak üzere kullanılabilir.

Gücünün 10 MWh olduğu kabul edilirse, bu güç ile 2.000 evin enerjisi karşılanabilir. 

• Mini Ölçekli HES

Mini ölçekli HES’lerin gücü 101 kWh ile 10.000 kWh arasında olur. 1000 kWh ile toplamda 20 evin elektrik ihtiyacı karşılanabilir. Küçük ölçeklilerin aksine bu sistemlerin ulusal enerji şebekesine katkısı az olur. Çoğunlukla akarsu kenarlarında bulunan küçük yerleşim alanlarının veya balık çiftlikleri gibi yerlerin enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılır.

• Mikro Ölçekli HES

Mikro ölçekli HES’ler ise son derece küçük ölçekte olup ulusal enerji şebekesine elektrik enerjisi sağlamaz. Büyük yerleşim bölgelerine uzak olan, ulusal enerji şebekesinin ulaşmadığı yerlerde tercih edilir. Mikro ölçekli olarak adlandırılan HES’lerin gücü ise 200 Wh ila 100 kWh arasındadır. Yani bir yerleşim yeri veya bir çiftliğin aydınlanma, ısınma ve pişirme gibi ihtiyaçları için kullanılabilir. 

Hidroelektrik Enerjisinin Avantajları Nelerdir?

HES’lerin elektrik enerjisini çevre dostu bir şekilde üretmesinin yanı sıra pek çok farklı avantajı bulunur. Bunlardan ilki tesislerin uzun ömürlü olmasıdır.

Aynı zamanda bakım masrafları az olduğu ve yakıt giderleri de olmadığından oldukça avantajlıdır. Kurulum maliyetini 5-10 yıl gibi kısa bir sürede çıkarması ekonomik faydalarından biridir. Bunlara ek olarak kurulduğu bölgede istihdam sağlar.

HES’ler %90 gibi yüksek bir verimliliğe sahip olduğundan dışa bağımlılığı azaltmada rol oynar. Suyun yenilenebilir bir kaynak olması sayesinde sağlanan faydayı uzun süre sürdürmek mümkündür.

Bununla birlikte sera gazı emisyonuna yol açmaması da diğer bir artı özelliğidir. Hidroelektrik enerjisi; toplumun hidrolik konusunda bilinçlenmesini ve istihdam edilmesini sağlar. Ekonomiyi ve sosyal yapıyı canlandırır.

Türkiye'de Hidroelektrik Enerji Üretimi

Türkiye’de 2019 yılında yalnızca hidroelektrik santrallerde üretilen enerji miktarı 68.452 GWh değerindedir. Her geçen yıl hidroelektrik enerji santrallerinin kurulu gücü de artmaktadır.

Ülke genelinde 2020 itibarıyla 653 adet HES bulunur. Ancak her sene iklim dolayısıyla hidroelektrik enerji üretim miktarı değişir. Yine de enerji üretiminde büyük bir paya sahiptir. Türkiye’de de Aydem hidroelektrik santrali yenilenebilir enerji konusundaki çalışmalarını devam ettirmektedir.

Dünya'da Hidroelektrik Enerji Üretimi

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yere sahip olan hidroelektrik enerjinin dünyadaki kullanımı giderek artar.

2018 yılından itibaren hidroelektrik enerji yöntemi ile üretilen elektrik, dünyada yıllık ortalama 4.200 TWh seviyesine ulaşmıştır.

En yüksek hidroelektrik potansiyeline sahip olan ülke 352 GWh ile Çin’dir. Çin’i 104 GWh ile Brezilya, 103 GWh ile Amerika ve 81 GWh ile Kanada izler. Bu 4 ülke, tüm dünyanın HES kurulu gücünün yaklaşık %50’lik bir bölümünü üretir. 

Dünyadaki En Büyük Hidroelektrik Santralleri

1. Çin’de bulunan ve kurulumu 2008-2012 yılları arasında gerçekleşen Three Georges Barajı, 22.500 MWh kapasite ile dünyanın en büyük hidroelektrik santralidir.
   
2. Brezilya’daki Itaipu Barajı, 1984’te açılmıştır ve 14.000 MWh kapasite ile dünyadaki ikinci büyük HES’tir.
3. Çin’deki Xiloudi Barajı, Çin’in ikinci ve dünyanın üçüncü en büyük kapasiteli HES’idir. 2014 yılında kurulan bu baraj ise 13.860 MWh kapasiteye sahiptir.
4. Brezilya’da yer alan Belo Monte Barajı, 11.233 MWh kapasitesi ile Brezilya’nın ikinci, dünyanın dördüncü en büyük kapasiteli HES’idir. Kurulumu ise 2019’da tamamlanmıştır.
5. Venezula’da bulunan Guri Barajı, dünyadaki en büyük kapasiteye sahip beşinci HES’tir. 1986’da tamamlanan baraj, 10.240 MWh kapasiteye sahiptir.
6. Yine Brezilya’da kurulan Tucuruí Barajı, 8.370 MWh kapasite ile altıncı büyük kapasiteli HES’tir. Kurulumu ise 1984’te yapılmasına rağmen resmi olarak 2012’de tamamlanmıştır.
7. 7. sıradaki Grand Coule Barajı, Amerika’da bulunur. Kapasitesi 6.800 MWh olan bu HES, 1942 yılında açılmıştır.
8. Xiangjiaba Barajı da Çin’de bulunur. Resmi açılış tarihi 2012 olan HES’in kapasitesi ise 6.448 MWh’dir.
9. Çin’in Longtan Barajı’nın kapasitesi 6.426 MWh kapasiteye sahiptir. 9. büyük kapasiteli HES, 2009’da açılmıştır.
10. 1978’de çalışmaya başlayan ve Rusya’da bulunan Sayano-Shushenskaya Barajı ise 6.400 MWh kapasitesi ile en büyük kapasiteli HES’ler arasında 10. sırada yer alır.
    
    

    

Hidroelektrik Enerjinin Tarihçesi

İnsanlık var olduğundan beri çeşitli işler için su kullanılmıştır. 2000 yıl kadar önce Yunanlılar buğdaydan un elde etmek amacıyla su çarkları yapmıştır. Mısırlılar MÖ 3. yüzyılda Arşimet’in su vidasını sulama için kullanmıştır.

Modern hidroelektrik türbinlerinin kullanımı ise 1700’lü yılların ortalarında başlamıştır. 1880’de Michigan’da bulunan bir tiyatro ile mağazanın aydınlatması için su türbini tarafından hareket ettirilen bir dinamo kullanılmıştır.

Daha sonra 1881’de bir un değirmeninin türbinine bağlı bir dinamo ile Niagara Şelalesi’nde sokak aydınlatması yapılmıştır. Bu dönem sistemlerinde enerji iletimi doğru akım ile sağlanmıştır.

Bugün kullanılan yöntem olan alternatif akım, enerjinin daha uzak mesafelere iletilmesini sağlamaktadır. 1893’te Kaliforniya’da kurulan Redlands Elektrik Santrali, ilk alternatif akım hidroelektrik santralidir. Su çarklarını kullanan bu santral, güç dağıtımını tutarlı bir şekilde gerçekleştiren üç fazlı bir jeneratör ile çalışmaktadır.

Hidroelektrik ve Diğer Enerji Kaynaklarının Karşılaştırılması

Hidroelektrik enerji, diğer yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında birtakım teknik üstünlüklere sahiptir. Bunlardan ilki güvenli bir enerji olmasıdır.

Diğer bir üstünlüğü ise elde edilen enerjinin depolanarak ihtiyaç halinde kullanılabilmesidir. Depolamalı HES’ler bunu mümkün hale getirir. Bununla birlikte kapasitesi düşük olan HES’lerin yalnızca birkaç saniyede yüksek kapasiteli sistemlere dönüştürülebilmesi de büyük bir avantajdır.

HES’ler düşük işletme maliyeti, uzun işletme ömrüne sahip ve aynı zamanda yüksek verim alınan bir enerji üretim yöntemidir. İlk yatırım maliyeti yüksek olsa da bunu kısa sürede karşılaması, bakım ve onarım masraflarının oldukça düşük olması gibi avantajlara sahiptir.

Ayrıca üretilen enerjinin birim fiyatı da uygundur. HES için yapılan yatırımların büyük bir kısmı yurt içi harcamalarından oluşur ve yerel kalkınmaya katkıda bulunur. Dışa bağımlılığı da azaltan önemli bir kaynaktır.

Siz de hidroelektrik enerjisiyle ilgili tüm görüş, yorum ve sorularınızı aşağıdaki yorum alanında bizimle paylaşabilirsiniz.