Hidroelektrik enerjisi: Nedir ve nasıl çalışır?

Belki de en görünür yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan hidroelektrik enerjisinin işleyişi ve enerji depolamadaki rolü, bilinmediği kadar ilgi çekicidir.

Platon ve Aristoteles gibi büyük Yunan düşünürleriyle çağdaş ve Roma İmparatorluğu’nun büyümesinde temel bir araç olan hidrolik enerji, binlerce yıldır insanlık için büyük faydalar sağlamıştır. Ancak hidrolik enerjinin, 19. ve 20. yüzyıllarda toplumların gelişiminde hidroelektrik enerjiye dönüşerek önemli bir rol oynaması, sanayi devrimi ve elektrik enerjisinin ortaya çıkışıyla mümkün olmuştur. Bugün, bu tür yenilenebilir enerjinin geçmişine ve geleceğine bakacağız; ayrıca nasıl çalıştığını da inceleyeceğiz. Hidroelektrik enerjisinin nasıl çalıştığını keşfetmek için suyun gücüyle yapacağımız bu yolculuğa bize katılır mısınız?

Doğanın gücünü kontrol etmek ve onu kendi avantajımıza kullanmak, insanlığın en büyük çabalarından biri olmuştur. Böylece, nesilden nesile, öncelikle hayatta kalmamızı sağlamak ve ikincil olarak yaşam kalitemizi iyileştirmek için çevremizi kendi yararımıza değiştiriyoruz. Antik çağın büyük medeniyetleri, doğal kaynakları kendi avantajlarına kullanmak ve bu kaynaklar sayesinde büyümek için dünyalarını şekillendirdiler. Gezegenimizin temel unsurlarından biri olan suyun gücü buna yabancı değil; aksine, bu değişimin ana kahramanıdır. Yunan su çarkı, Roma değirmeni veya Mısır saqiası, hidrolik gücün su pompalamak veya tahıl öğütmek gibi görevler için ne kadar önemli olduğunun sadece birkaç örneğidir. O zamanlar önemli olan rolü, 19. yüzyıldaki Sanayi Devrimi sırasında yaşanan teknolojik ve bilimsel patlamayla daha da kritik hale geldi. Bu dönemde elektrik, şehirlerin ve dolayısıyla sanayileşmiş ülkelerin ekonomilerinin omurgasını oluşturdu. Bugün bildiğimiz hidroelektrik enerjisi de bu dönemde ortaya çıktı.

Elektrik jeneratörlerinin geliştirilmesi ve türbinlerin karmaşıklaşmasıyla birlikte hidroelektrik santralleri en gelişmiş ülkelerde çoğalmaya başladı. “Baraj” ve “rezervuar” gibi terimler vatandaşların sözlüğünde yaygınlaşmaya başladı ve artan elektrik ihtiyacını karşılamak için büyük hidrolik inşaat projeleri Avrupa ve Amerika’da baş döndürücü bir hızla ortaya çıktı ve doğamızın çehresini değiştirdi. O dönemde, tüm elektrik enerjisinin önemli bir kısmı su gücünden elde ediliyordu.

Rüzgar ve güneş gibi diğer yenilenebilir enerji üretim türleriyle birlikte var olan hidroelektrik enerjisi, günümüze kadar varlığını sürdürmüş ve temel bir enerji kaynağı olmaya devam etmiştir. Dünya elektriğinin neredeyse dörtte birinin bu enerji kaynakları sayesinde üretilmesi boşuna değildir; bu oran Norveç (%99), Kongo Demokratik Cumhuriyeti (%97), Brezilya (%96) veya Kanada (%60) gibi ülkelerde çok daha yüksektir. Bu teknolojinin büyük önemine bir örnek olarak, zamanımızın en büyük inşaat projelerinden bazılarının Üç Boğaz Barajı (Çin 22.500 MW) veya Itaipu Barajı (Brezilya ve Paraguay 14.000 MW) gibi hidroelektrik santralleri olmasıdır. Peki hidroelektrik enerjinin nasıl çalıştığını biliyor muyuz?

Hidroelektrik enerji nasıl çalışır?

Aşağı yukarı standart bir hidroelektrik santraline odaklanalım. Bu türdeki herhangi bir santral, çalışması için birkaç ana unsurdan oluşur. Şimdi bunlara tek tek bakalım:

Hidroelektrik enerjisi: Bir hidroelektrik üretim santralinin bölümleri

Baraj: Su hacminin barajdan boşaltılmasını sağlayan, çoğunlukla betondan yapılmış sivil yapıdır. merkezi işletmecinin kullanımına sunulmak üzere muhafaza edilir ve saklanır. En etkileyici şelalelerin bazıları yüzlerce metre yükselir.
Rezervuar: Bu, tesisi barındıran ve kollardan akan suyu toplayan su depolama alanıdır.
Filtre kapıları veya ızgaraları: Bunlar, suyun içlerinden geçmesine izin vermek için açılıp kapanan hareketli elemanlardır.
Geçiş boruları: Suyun elektrik üretimine doğru giderken iletildiği ana atardamarlardır.
Türbinler: Bunlar, içinden geçen suya güç veren ve mekanik enerji üretilmesini sağlayan motorlardır.
Elektrik jeneratörleri: Bunlar, türbinlerin mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmekten sorumlu elemanlardır.
Enerji hatları: Yeni üretilen elektriği farklı tüketim noktalarına taşır.
Drenaj: Bu, elektrik üretim sürecinde kullanılan tüm hidrolik akışın kaçış yoludur.

Kısacası, hidroelektrik santralleri, farklı yüksekliklerdeki iki nokta arasında düşen suyun kuvvetini kullanır. Elektrik enerjisi üretmek için yükseltiler. Başka bir deyişle, tüm tesis, yerçekimi kuvvetini ve su kütlesini, bu enerji potansiyelini daha sonra elektrik enerjisine dönüştürmek üzere emen bir dizi mekanik elemanın yararına kullanarak çalışır. Bu bağlamda, rezervuarda tutulan su, barajın hidrolik devrelerinde dolaşarak iki nokta arasındaki seviye farkını kapatır. Doğal şelalelerdeki suları taklit eden bu yapay şelale, yerçekiminin etkisiyle sıvının bir hız kazanmasını sağlar ve bu hız, altyapının alt noktasında bulunan türbinlere kinetik enerji olarak aktarılır. Böylece su, türbinin içinden dolaşır ve türbinin dönüşünü hızlandırarak mekanik enerji üretir ve bu mekanik enerji, elektrik enerjisine dönüştürülmek üzere elektrik jeneratörüne aktarılır.

Ancak su, tesisten ayrılır ve çevreye herhangi bir zarar vermeden nehrin alt kesimlerine akar. Tüm bu süreç, suyun potansiyel enerjisinin neredeyse %90’ının elektrik üretmek için kullanıldığı ve yalnızca hidrolik devre yüklerinde ve hidroelektrik grubunun (türbinler) sürtünme sürecinde performans kayıpları oluştuğu olağanüstü bir performansa da ulaşıyor.

Bu sayede, yüksek sürdürülebilirlik ve yeniden kullanım seviyesi göz önüne alındığında en olumlu sonuçlardan biri olan ve atmosfere sera gazı emisyonlarının azaltılmasına yardımcı olan %100 yenilenebilir elektrik enerjisi elde edebiliyoruz. Ayrıca, süreçte kullanılan su evsel tüketim veya sulama için de kullanılabilir. Uzun ömürlü bu teknoloji, nehir akışlarının düzenlenmesi ve sellerin önlenmesi açısından da özel bir öneme sahiptir; Çin’de Üç Boğaz Barajı’nın inşa edilmesinin temel nedeni, enerji üretme amacının 1931’de meydana gelen ve milyonlarca insanın ölümüne ve yaralanmasına neden olan sel gibi bir felaketi önlemekle birleşmesidir.

Hangi tür hidroelektrik santralleri vardır?

İşlevleri ve konumları nedeniyle, bugün üç ana hidroelektrik santrali türü ayırt edebiliriz:

Hidroelektrik santrali türleri

Akan su: Bu, meteorolojik koşullara veya beslendiği nehrin akışına en çok bağımlı olan modeldir; Su depolama kapasiteleri olmadığından, bunun yerine enerji üretmek için dolaşımdaki suyu kullanırlar. Bu, çoğunlukla diğerlerinden daha küçük ve daha düşük kapasiteli olan bu santrallerin elektrik talebinin ihtiyaçlarına uyum sağlayamayacağı anlamına gelir. Avantajları, nehrin akışını kesmemeleri ve çevre üzerindeki çevresel etkiyi en aza indirmeleridir.
Düzenleme: Bunlar, sorulduğunda hepimizin aklına gelecek hidroelektrik santral türüdür. Herhangi bir zamandaki elektrik talebine göre çalışmalarını düzenlemek için farklı su türlerinin depolanmasına dayanırlar. Bunlar, su kaynakları yeterli olduğu sürece toplumun enerji ihtiyaçlarını karşılayabildiğimiz büyük yarı doğal enerji pilleridir.
Pompalı: Bunlar, suyun sürekli bir su kaynakları devresi oluşturmak için pompalandığı, üst üste bindirilmiş yüksekliklerdeki farklı rezervuar seviyelerine dayanan düzenleyici hidroelektrik santralleridir.

Hidroelektrik enerjinin enerji depolamadaki rolü nedir?

Hidroelektrik enerjisinin en önemli özelliklerinden biri, rezervuarları büyük enerji bataryalarına dönüştürme imkânı sayesinde, en yüksek talep dönemlerinde elektrik enerjisi sağlama işlevidir. Birkaç on yıl öncesine kadar son derece faydalı olan bu özellik, değişen hava koşulları nedeniyle üretim akışı azalan diğer yenilenebilir teknolojilerin ortaya çıkmasıyla daha da önem kazanmıştır. Böylece, hidroelektrik enerjisinin rolü, hidroelektrik üretim sürecinde kullanılan suyu yukarı akışa yönlendirmek için fotovoltaik veya rüzgar santrallerinden gelen fazla enerjiyi kullanan pompa istasyonlarının ortaya çıkmasıyla daha da güçlenmiştir. Böylece, üretim sırasında şebekeye verilmeyen rüzgar veya fotovoltaik enerji, bu hidrolik santrallerde altyapının üst rezervuarlarını beslemek için kullanılır ve bu su kaynağının daha sonra yenilenebilir bir şekilde kullanılmasına olanak tanır; böylece üretilen rüzgar veya fotovoltaik enerji israf edilmez. Rüzgar her zaman lehimize esmese ve güneş ışığı her zaman gerekli enerjiyi sağlamasa da, hidroelektrik enerjisi yeşil enerji üretimi için bir sığınak görevi görecektir. Bir rezervuarın devasa bir bataryaya dönüşme şekli böyledir.

Bu tür bir teknolojinin başarısının ve büyük büyüme potansiyelinin açık bir örneği, El Hierro (Kanarya Adaları) adasında bulunan İspanyol Gorona del Viento Hidroelektrik Santrali’dir. 2014 yılında faaliyete geçen bu santral, bu küçük Kanarya Adası’nın toplam elektrik ihtiyacının %70’ini %100 yenilenebilir enerji kullanarak karşılıyor; hatta enerjinin %100’ünün bu yöntemle karşılandığı günler bile elde ediliyor.

https://youtube.com/watch?v=KHS-C2svskk&si=EnSIkaIECMiOmarE