Elektrik Enerjisi Üretimi,
Dağılımı ve Depolanması
Bölüm-4
Elektrik Enerjisi Dağılımı
• Teknolojide gelişme, 19. yüyılda, Elektrik
jeneratörü ve elektrik motorunun icadından
sonra mekanik enerjiyi elektrik enerjisine
dönüştürmeye veya tersini yapmaya imkan
verdi.
• Fosil yakıtların yanmasından elde edilen
mekanik enerji, lokomotiflerde, imalat yerinde,
buhar gemilerinde, olduğu yerde kullanılıyordu.
Elektrik Enerji Dağılımı
• Elektrik güç üretimi, mekanik enerijinin
üretildiği noktadan elektrik enerijisi olarak, uzak
mesafelerde kullanıcılara, grit sistemi ile
ulaştırılmasına imkan sağladı.
• Buna paralel olarak, uzak mesafelerde, elektrik
enerjisinin varlığı, yeni cihazların icadı ile
(aydınlanma, iletişim cihazları, yeni elektrikle
çalışan cihazlar gibi)
Elektrik Enerjisi Üretimi
• Bu gün, özellikle ülkemizde, elektrik
enerjisi üretimi,
• Fosil yakıtlar,
• Hidrolik santrallerden üretilmektedir, ve
• Nükleer santrallerin de devreye sokulması
planlanmaktadır.
• Fosil yakıt sistemlerinde,esas itibari ile 3
bileşeni önemlidir
Elektrik Enerjisi
• Yanmanın cereyan ettiği, ısının açığa
çıktığı,
• Kazan ( Buhar kazanı), akışkan su
• Türbin, ısı enerjisini mekanik enerjiye
dönüştürür.
• Jeneratör, mekanik enerjiyi elektrik
enerjisine dönüştürür.
Elektrik Enerjisi
• Nükleer güç santrallerinde ise ısı, reaktör
içerisinde, Uranyum’un fisyona uğraması
sonucu açığa çıkar.
• Hidrolik santraller de ise, yakıt yoktur, su
debisi ve düşü ile mekanik enerji, su
türbinlerinde üretilir.
• Bunları ileri bölümlerde göreceğiz.
Elektri Üretimi
1. Fosil yakıtların problemi: CO2 salınımları!
Bunun için karbon dioksit, geliştrilmekte,
ve güç santrallerinin verimini artırarak,
karbondioksit salınımlarını azaltmağa
çalışılmaktadır.
Diğer tarftan, altenatif enerji kaynakları,
yenilenebilir enerji kaynakları
geliştrilmektedir.
Dağılım -Şebeke
• Bu bölümde elektrik enerjisi üretimi,
şebekeye dağılımı, ve enerjinin
depolanmasını göreceğiz.
• Bir güç santralinde, mekanik güç üretilir ve
elektriki enerjiye(Elektriki işe)
dönüştürülür, ve dağıtım şebekesine ve
oradan ülkenin muhtelif bölgelerinde
kullanıcıların hizmetine sunulur.
Dağılım-Şebeke
60- 500 kilovolt
Dağılım
Elektrik enerjisi ihtiyacı hızla arttı. Bu sebepten,
gelişmiş ülkelerde, enerjinin1/3’ü elektrik enerjisi
olarak kullanılmaktadır.
• Kitabınızdaki Şekil 4.6’yı inceleyiniz; güç
satralinde üretilen mekanik enerji, jeneratörle
elektrik üretilmekte, voltajı yükseltilerek (yüksek
voltajlı transformatör) nakil hatları (grit) ile uzak
mesafelere dağıtılmakta, kulanılacağı bölgede
de voltajı düşürülerek, son kullanıcılara
verilmektedir (Şekil 4.6)
Dağılım
• Bu gün dünyada, elektrik enerjisi büyük
kapasiteli, fosil yakıt, nükleer santraller de
(1000-1500 MWe güçlerinde) ve hidrolik
potansiyelden üretilmektedir. Mekanik güç,
elektrik jeneratörleri ile AC akımı olarak
dağıtım şebekesine verilmektedir.
Dağılım
• Elektrik şebekesinde bir çok güç santralleri
mevcut olup, hepsi bu elektrik şebekesine
bağlıdır ve bu şebekeye bağlı olan, her
kullanıcının emrindedir. Bu santraller:
• Küçük santraller olabilir
• Gaz türbinli santraller-kombine sistemler
• Fosil yakıt yakan termik santraller
• Hidrolik santraller
Dağılım-Şebeke
• Nükleer santraller
• Doğal gaz santralleri
• Co-generation (kojenerasyon), combined
(kombine) güç santrali vb.
• Bu santrallerin, bazılarında yakıt masrafları
fazladır, bazılarında sıfırdır; bazılarında daha az
olabilir; bazıları güvenilir bir kaynaktır, bazıları
güvenilmez, veya dışa çok bağımlıdır.
Elektrik Şebekesi
• Elektrik enerjisi,yenilenebilir enerji
kaynaklarından da üretilebilir. Bunların bazıları
risklidir, yani her an, ihtiyacımız olduğu zaman
hazır olmayabilir, örneğin rüzgar enerjisi, güneş
enerjisi ile elektrik üretimi gibi.
• Üretilen elektrik enerjisine tam ihtiyaç olmadığı
zamanlar, saatler olabilir. Bu dururumda, fazla
enerji depo edilir. Depolama metotları
kitabınızda verilmiştir.
Şebekede kayıplar
• DC ve AC dağıtım şebekelerinde kayıplar
mevcuttur, ve değeri W= i2R olup, R hattın
direncidir. Bu direnci azaltmak için bakır,
belirli bir güç için, iletim hatlarının
kesitlerinin büyültülmesi, ve akımın
minimize dolayısı ile akımın çok yüksek
voltajlarda şebekeye gönderilmesi gerekir:
• W=i.V ( v= 60- 500 kV)
Dağılım-Elektrik Şebekesi
• Ülkemizde de dağılım, elektrik şebekesi, interkonnekte ve, sistemle son kullanıcılara
ulaştırılmaktadır. Dağıtım şebekesinde voltaj
yüksektir (60- 500 kilovolt), kullanılan son
bölgelerde voltaj tekrar 12-35 kilovolta düşürülür.
Oturma bölgelerinde tekrar yerel
transformatörler ile 110-120 volta düşürülerek
evlerde rahatça kullanılmaktadır. Şekil 4.6
inceleyiniz.
Şebeke kayıpları ve Ekonomi
• Dağıtım hatlarının enerji verimliliği ve
dağılımı, tamamen ekonomik bir tercihtir.
Yapılan masrafların elektrik enerjisi
kazancı ile amortismanı söz konusudur.
Elektrik sistemlerinde,nakil ve dağıtım
şebekelerinin kaybı genel olarak % 5-10.
Elektrik Enerjisi İhtiyacı
• Daha evvel belirtmiş olduğumuz gibi, elektrik
enerji ihtiyacı 24 saat değişir. Kitabınızdaki Şekil
4.1’i iyice inceleyiniz.
Şekil 4.1 Gece-gündüz 24 saat boyunca elektrik
enerjisi ihtiyacı
Dağılım
• Bu şekil, ülkeden ülkeye, yerel şartlara,
endüstrinin ihtiyacına göre değişir.
Dağılım ve Depolama
• Enerji ihtiyacının az olduğu saatlerde, bazı
santraller devreden çıkarılabilir, yakıtı ucuz olan
ve termodinamik bakımdan verimi yüksek,
güvenilir bazı santraller çalışmaya devam eder.
Bu santrallere baz santral denir. Bu santraller
minimum ihtiyacı karşılayan santrallerdir.
Dağıtım Şebekesi
• Ortalama enerji ihtiyacının üstünde enerji ihtiyacı
• için, yeni santraller devreye girer veya elektrik
• enerjisi depolama sistemi varsa, bu enerji
• ihtiyacının ortalama ihtiyacın üstünde olduğu
• saatlerde kullanılır ve “peak load” karşılanmış
olur.
Elektrik Enerjisi Depolama
• Elektrik sistemlerinde depolanıp, şebeke tekrar
verilen bir sistem yok denecek kadar azdır, zira
elektrik üretip satanlar daima ihtiyaca göre
üretir.Yalnız, hidrolik santrallerde pompalı
depolama vardır. Kitabınızdan okuyunuz!
• Depolama: Elektrik enerji depolama, Manyetik
enerji depolama, elektrokimyasal depolama
mekanik enerji depolama, Flywheel.Bunlar
kitabınızda verilmiştir. Fiziğine girmeden genel
bilgisinden sorumlusunuz.
Depolama
• Elektrik güç santrallerinde,elektriğin az
kullanıldığı anlarda, pompa ile suyun daha
yüksek bir seviyeye pompalanarak, enerji
potansiyel enerji olarak depolanır ve
sonra, depolanan su turbojeneratör
sisteminden geçerek ve daha aşağıda bir
rezervuarda toplanır.W=m.g.h?
Depolama
• Fakat, elektrik enerjisi genel olarak
üretildiğinde kullanılır ve sistemde ihtiyaca
göre üretilir.
• Yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektrik
enerjisi( PV, rüzgar, solar, med-cezir)
üretildiğinde kullanılmayabilir, yani enerji
ihtiyacının olmadığı zamanlarda hazır
olabilir, ve depolanır.
Dağılım-Elektrik Şebekesi
• Ülkemizde de dağılım, elektrik şebekesi, interkonnekte ve, sistemle son kullanıcılara
ulaştırılmaktadır. Dağıtım şebekesinde voltaj
yüksektir (60- 500 kilovolt), kullanılan son
bölgelerde voltaj tekrar 12-35 kilovolta düşürülür.
Oturma bölgelerinde tekrar yerel
transformatörler ile 110-120 volta düşürülerek
evlerde rahatça kullanılmaktadır. Şekil 4.6
inceleyiniz.
AC/DC akım
• Elektrik güç,AC akımı olarak interkonnette
sisteme bağlıdır. Diğer taraftan, önemli
DC, doğru akım kullanan sistemler vardır:
• Telefonlar, bilgisayarlar gibi çeşitli
haberleşme sistemleri DC kullanır.
• Arabalarda üretilen AC akımı alternatörde
12 Voltluk DC akımına çevrilir ve akü,
ışıklar, radyo, vantilatör vb. DC kullanır.
Kitabınızdan okunacak kısımlar
• AC/DC dönüşümü: Elektrik genel olarak
AC olarak üretilir ve kullanılır, fakat
• Arabalarda da dahil, bir çok alet DC
kullanır, bütün haberleşme sistemleri,
elektrikli trenler DC kullanır. “Rectifier”
converts AC to DC. “Inverter” DC akımı,
AC akımına dönüştürür.
• Bu kısmı, dikkatli okuyunuz.
Rectifier
• AC akımını, DC doğru akıma çeviren bir
elektrik devresidir ve mevcut diodes,
akımın yalnız bir yönde akımına müsaade
eder.Bu dönüşümde bir güç kaybı vardır.
DC –Doğru akım
• Fotovoltaik (PV- güneş pilleri) , ve Yakıt
Pilleri DC, doğru akım üretir.Eğer
şebekeye bağlanacak olursa “inverter” ile
AC akımına dönüştürülür, ve yine bir güç
kaybı vardır.
Sistemden Kayıplar
• Alternatif ve doğru akım(AC-DC)
devrelerinde, şebekede i.i.R değerinde bir
kayıp vardır ve bu kayıp şebekenin R
direncine bağlıdır.Bunu azaltmak için,
kablo tel kalınlıkları fazla yaparak akımı
minimuma indirip voltaj farkını çok
artırarak yapılır.(500-1000 kV gibi).Nakil
ve dağıtım kayıpları % 5-10 seviyesinde
olmalı.
Okuyunuz!
• 4.4.3 Elektro-kimyasal depolama:
Aküler hakkında fazla kimyasal olaylara
girmeden bilgi sahibi olmak yeterlidir.
• 4.4.4 Mekanik depolama: Pompalı hidro
güç!
• Flywheel enerji depolama!
Depolama sistemlerin özellikleri
• 4.4.5 bu kısmı okuyunuz ve Tablo 4.2 de
değerlerin manalarını iyice anlayınız.
• Verim= out put power/input power
Depolama verimliliği
Sonuçlar-Özet
• - Elektrik- Üretim- Dağılım
• -Elektrik ihtiyaca göre üretilir ve dğıtılır
• -Elektrik şebekesi “Peak” ihtiyacı
karşılamalıdır; “peak” ihtiyacı ortalama
değerin % 25 üzerinde olabilir.
• - Elektrik enerjisi akülerde depolanabilir.
• Diğer depolama sistemleri
Problems
Problemler: 4.1, 4.4, 4.5
• Çözümler için Çağı’nda Çözüm kitabı!
Elektro-Kimyasal Depolama
• Elektrik enerjisinin depo edildiğini ve tekrar
kullanıp, tekrar devreye bağlayarak,
doldurulan AKÜ lerden bahsediyoruz.
Örneğin arabalarda kullanılan aküler gibi.
• W= V.i dt
kWh
Aküler
• Akülerde, negatif ve pozitif iki elektrot ve
bir elektrolit vardır.
• Elektrotlar, kimyasal enerjiyi depolar ve
akü boşalması, bu kimyasal enerjinin
elektrik enerjisine çevrilmesisdir. Akünün,
doldurulması bunun tersi bir işlemdir.
• Doldurma esnasında yapılan iş boşaltme
esnsında alınan işlen daha fazladır ve
kayıp söz konusudur.
Aküler
• Elektrot reaksiyonları, elektrot
yüzeylerinde, elektrik enerjisini abzorbe
eder veya açığa çıkarır. Elektrot birim
hacim başına yüzeyi artırmak için “sünger”
porous” tipi bir yapıya sahiptir. Dolayısı ile,
elektrot malzemesinin birim kütlesi başına
enerji depolanması maksimum olur.
Kurşun- asit tipi akü
• Pozitif Elektrot (PbO2), negatif elektrot (Pb)
• Negatif Elektrot reaksiyonu:



P b  H SO 4 {  el }  P bSO 4  H {  el }  2 e {  n }
• Pozitif Elektrot Reaksiyonu:



P bO 2  2 e {  el }  3 H {  el }  H SO 4 {  el }  P bSO 4  2 H 2 O
• Net Reaksiyon iki reaksiyonun toplamıdır.




P b  P bO 2  2 H {  el }  H SO 4 { el }  P bSO 4  2 H 2 O  2( e { n }  e { p })
Akü sistemleri
• Tablo 4.1 de bazı Akü tipler sıralanmıştır
Mekanik depolama
• Genel olarak, elektrik üreten firmalar
tarafından kullanılan “pompalı hidro
güçtür. Bundan daha evvel bahsettim.
Elektrik enerjisinin ucuz olduğu veya
kullanılmadığı zaman, suyu h düşüşü olan
bir rezervuara pompalamaktır, sonra m
kg/s debisi ile türbinlerden geçerek iş
üretilir: W= m.g.h
Bolüm -4 özeti
• Elektrik enerji üretim ve dağılımı,
• İnterkonnekte “Grit” enerji kayıpları
• Elektrik enerji ihtiyacının 24 saat değişimi,
“baz” santralleri, santrallerin devreye grip
çıkması,
• Enerji depolama, aküler ve çeşitleri,
verimleri, ağırlık ve fiatları bakımından
sınırlamalar vb incelendi.
Bölüm -4 Özeti
• Enerji hatlarında kayıplar, yüksek voltaj
dan, transformatörler yardımı ile
kullanıcıya kadar voltaj düşümleri,
sebepleri, izah edildi.
• Bu konularda çalışan, elektrik Müh. de,
• Elektrik makineleri ve yüksek akım
diye,ayrı bir bölüm vardır.
Download

MAK 486 C Bolum-4