Elektrik Enerjisi Nasıl Üretilir Kullanım Alanları Kısaca

elektrik enerjisi, mekanik ya da kimyasal enerjinin ya da ısı enerjisinin elektriğe dönüştürülmesiyle elde edilen ve tüketicile­rin kullanımına sunulan enerji. Elektrik enerjisinin üretimden tüketime ulaştırılma­sında başlıca üç aşama vardır:Üretim, iletim ve dağıtım. Elektrik enerjisi, günümüzde, aydınlatma, makinelerin çalıştırılması, bil­gisayar ve benzeri aygıtlara enerji sağlan­ması gibi alanlarda kullanılan başlıca enerji kaynağıdır. Buna karşılık sanayide ve ko­nutların ısıtılmasında, demiryolları gibi alanlarda elektrik enerjisinin yanı sıra baş­ka enerji türleri de kullanılır.

Elektrik enerjisinin kullanımına yönelik ilk çalışmalar, 1878’de Ingiliz mucit St. George Lane-Fox ile ABD’li mucit Thomas A. Edison’m geliştirdikleri, aydınlatma amaçlı elektrik enerjisi dağıtım şebekesi tasarımlarıyla başladı. İlk elektrik santralı Londra’da 1882’de hizmete girdi, aynı yıl New York kentinde de bir santral açıldı. Bu santrallar doğru akım üretiyordu. Doğru akımın büyük uzaklıklara elektrik iletilmesi­ne elverişli olmadığı kısa sürede anlaşıldı. 1886’da ilk alternatif akımlı iletim sistemi (uzunluğu 1.200 m) ABD’de hizmete girdi. Bu sistemde gerilim, ilkin bir transformatör aracılığıyla 3 bin volta yükseltiliyor, tüketici tarafta ise 500 volta indiriliyordu. 1888’de Sırp asıllı ABD’li mucit Nikola Tesla çok- fazlı sistemi ve pratik kullanıma elverişli ilk alternatif akım motorunu geliştirdi. Böylece alternatif akımlı sistemler, doğru akımlı sistemler karşısında büyük üstünlük sağladı. 1898’de 40 bin voltluk iletim gerilimlerine ve 120 km’lik hat uzunluklarına ulaşıldı. Elektrik enerjisi üreten jeneratörler 1890’larda pistonlu buhar makineleriyle ça­lıştırılırken, 1900’lerin başında buhar tür­binleri kullanılmaya ve giderek yaygınlaş­maya başladı. 1920’lerde büyük hidroelek­trik santrallarm yapımı ağırlık kazandı. Hat uzunluklarının ve enerji gereksiniminin bü­yümesi, iletimde giderek daha yüksek ge- rilimlerin kullanılmasını zorunlu kıldı. 1920’lerde ve 1930’larda 220-287 kilovoltluk iletim sistemleri hizmete girdi.

Elektrik üretiminde yararlanılan hidrolik enerji potansiyelinin SSCB ve Kanada dı­şındaki gelişmiş ülkelerde hemen tümüyle hizmete sokulmuş olması bu ülkelerde II. Dünya Savaşı’ndan sonra petrol ve kömüre dayalı santrallara yeniden ağırlık verilmesi­ne yol açtı. Buna karşılık SSCB ve Kanada’- da büyük hidroelektrik santrallannın kurul­ması sürdü. 1971’de hizmete giren 6 bin MW’lik Krasnoyarsk Santralı ve 5.225 MW’hk Churchill Çağlayanları Santralı bunlar arasında sayılabilir.

  1. Dünya Savaşı’ndan sonra kömür ve petrol gibi geleneksel yakıt kaynaklarının tükenebileceği endişesi nükleer santrallara geçişi başlattı, ama 1950’lerde kömür ve petrolün hâlâ bol ve ucuz bulunmakta oluşu, nükleer enerjinin ancak 1960’larm ortalarından sonra geleneksel yakıtlarla re­kabet edebilir duruma gelmesini sağladı.

Enerji iletiminde, bir yandan çok yüksek gerilimli (750 kilovolt dolayında) alternatif akım sistemleri geliştirilip kullanıma soku­lurken, bir yandan da doğru akımla iletim konusu yeniden gündeme geldi. Yüksek gerilimlerde çalışabilen cıva buharlı arklı doğrultucuların (redresör) geliştirilmesinin sonucu olarak, doğru akımla iletim, İsveç, İngiltere, Fransa, SSCB ve ABD’deki bazı sistemlerde 1954’ten sonra kullanıma girdi.

Elektrik üretiminde temel olarak iki enerji kaynağından yararlanılır: Su enerjisi ve ısı enerjisi. Su enerjisiyle çalışan hidroelektrik santrallarm en önemli üstünlükleri yakıta ve soğutma suyuna gereksinimlerinin olmama­sı ve çevre kirlenmesine yol açmamalarıdır. Buna karşılık bu santrallar yağmura ve akarsuların mevsimden mevsime 10-100 kat değişiklik gösterebilen debilerine bağımlı­dır. Buna karşılık ısı santrallarında yer seçimi, tüketim merkezleri göz önüne alına­rak yapılabileceğinden, iletim hatlarının çok uzun olmasından kaçınmak olanaklıdır.

Termik santrallarda, yakıttan elde edilen ısı ilkin mekanik enerjiye dönüştürülür, mekanik enerjiden de elektrik üreteçleri (jeneratör) aracılığıyla elektrik enerjisi elde edilir. İlk zamanlarda kullanılan pistonlu buhar makinelerinin yerini, 1900’lerden sonra, hemen tümüyle buhar türbinleri aldı. Buhar türbinli santrallarm verimi, buhar kazanlarının (boyler), türbinlerin ve üreteç­lerin tasarım ve yapımındaki sürekli geliş­melerin. sonucu olarak, 1900-60 arasında yüzde 5’ten yüzde 40’lara yükseldi. Uçak motoru olarak yaygın kullanım alanı olan gaz türbinleri 1939’dan bu yana elektrik üretiminde de kullanılmaktadır.

Gaz türbin­lerinin kuruluş giderleri düşüktür, buna karşılık özel nitelikli sıvı ya da gaz yakıt kullanılması gerektiği için yakıt giderleri yüksektir. Ayrıca verimleri de düşük (yüzde 22-24) olan bu tür santrallar, toplam çalış­ma süresinin yılda 500-1.000 saati geçmediği uygulama alanlarında kullanılırlar. Dizel motorlu santrallarm boyutları küçüktür, güvenli çalışırlar, ısı verimleri de yüksektir (yüzde 30-38); ama bunlar ancak küçük birimler (birkaç bin kW’a kadar) olarak yapılabilir. Nükleer santrallarda ısı, çekir­dek bölünmesi)*) yoluyla elde edilir. Bu ısıyla oluşturulan buhar, türbinlere gönderi­lir ve böylece mekanik enerji elde edilir. İlk nükleer santral 1956’da hizmete girdi. 1978’de dünya elektrik üretiminin yüzde 7,5’i nükleer santrallardan elde edilmekte idi. Nükleer santrallarda yakıt gideri fosil yakıt (kömür, petrol) kullanan santrallara oranla daha düşüktür, ama bunların kuruluş giderleri çok yüksektir. Bu tür santrallarm en önemli sakıncaları, radyoaktif artıkların yol açtığı çevre kirliliği ve işletim güvenliği sorunlarıdır. Çekirdek bölünmesi yerine çekirdek kaynaşmasından)*) yararlanan ter­monükleer santrallara geleceğin ideal enerji santrallan olarak bakılmaktadır. Yakıt ola­rak doğada çok bol bulunan döteryum ve trityum (hidrojenin izotopları) kullanmala­rı, radyoaktif artık sorununun hiç bulunma­ması, herhangi bir kaza sonucunda çevreye radyoaktiflik yayılması gibi bir tehlikenin söz konusu olmaması, gerçekten de bu tür santrallara çok büyük üstünlük sağlamakta­dır. Bu nedenle, ABD, eski SSCB, İngiltere, Japonya, Almanya ve Fransa gibi ülkelerde termonükleer reaktör alanında yoğun araş­tırmalar yürütülmektedir. Bu tür reaktörle­rin tasarımında, özellikle çok yüksek sıcak-

 

lıkların (100.000.000°C dolayında) gerek­mesi nedeniyle, büyük zorluklarla karşılaşıl­maktadır. 1960’lardan bu yana bu alandaki araştırmalar, SSCB’de geliştirilen Tokamak reaktörü üzerinde yoğunlaştırılmıştır. Yer­altı kaynar su ya da kuru buhar kaynakla­rından yararlanan jeotermal enerji santral- ları da giderek yaygınlaşmaktadır.

Hidroelektrik santrallarda suyun düşüş (kinetik) enerjisini mekanik enerjiye çevi­ren su türbinleri kullanılır. 6 m’den 1.500 m’ye kadar düşülerde kullanılabilen çeşitli türbin türleri geliştirilmiştir. Pervaneli tür­binler ve Kaplan türbinleri 30 m’ye kadar düşülerde, Francis ve Deriaz türbinleri 20-300 m’lik, Pelton türbinleri ise 100-1.000 m’lik düşülerde kullanılır. Tam yükte yüzde 90-94’lük verimlere ulaşabilen su türbinleri­nin verimleri, yük azaldıkça yüzde 60-85 dolaylarına kadar düşer.

İyonlaşmış gazların güçlü bir magnetik alandaki hareketini doğrudan elektrik ener­jisine çeviren magnetohidrodinamik üreteç­ler^) yüksek verimleri ve daha az hava kirliliğine yol açmaları nedeniyle üzerinde araştırmaların yoğunlaştığı bir üreteç türü­dür. Işık enerjisini doğrudan elektrik enerji­sine dönüştüren güneş pilleri de giderek önem kazanmaktadır.

Elektrik enerji sistemlerinde başlangıçta 16 % Hz’den 133 Hz’ye kadar çok çeşitli frekanslar kullanıldı. Yıllar süren standart­laşma çabaları sonucunda bugün, ABD ve Kanada’da 60 Hz, öteki ülkelerde 50 Hz kullanımı yaygınlaşmıştır. Japonya’da ise hem 50, hem de 60 Hz kullanılmaktadır. Elektrikli trenlerde, genellikle 16 % ve 25 Hz gibi düşük frekanslar kullanılır. Evlere ulaştırılan elektriğin gerilimi, ABD’de 120 volt, Avrupa’da ve başka pek çok ülkede 220 volt olarak standartlaştırılmıştır. Kimi ülkelerde ise 200, 230 ya da 240 voltluk şebeke gerilimleri kullanılmaktadır. Sanayi­de ve yüksek güçlü aygıtların çalıştırılmasın­da kullanılan enerji, 220/380 voltluk üç fazlı elektrikle sağlanır. Ayrıca bak. elektrik.

Türkiye’de elektrik enerjisi üretimi. Tür­kiye’de ilk elektrik üretimi, 1902’de Tar­sus’ta bir İsviçre ve İtalyan şirketler gru­bunun kurduğu küçük bir hidroelektrik santralla başladı. Bundan sonraki ilk elek­trik santralı 1910’da İstanbul’da yapıldı. Bir Macar şirketinin yaptığı santral o tarihten sonra Belçikalılar tarafından işletildi. 1923’e değin Türkiye’de yalnızca İstanbul, Adapa­zarı ve Tarsus’ta elektrik üretiliyordu. Yılda 50 milyon kW-sa olan bu elektriği nüfusun ancak yüzde 6’sı kullanabiliyordu.

Cumhu­riyetin ilk yıllarında elektrik üretimi yaban­cı şirketlerin elinde olduğu için elektrik fiyatı kısa vadede kâr etmek amacıyla sürekli artırılıyordu. 1935’te yabancı şirket­lerin tasfiye edilmesine karar verildi ve elektrik üretimi ve dağıtımı belediyelere bırakıldı. Bu dönemde kurulan termik san- trallar taşkömürü yaktığı için oldukça paha­lı bir yakıt tüketicisi durumundaydılar. Bu­nu engellemek amacıyla 1948’de düşük değerli kömür yakan Çatalağzı termik san­tralı hizmete girdi. Bu santralla birlikte 1952’de İstanbul-Çatalağzı elektrik iletim hattı işletmeye açıldı ve böylece Türkiye’de ilk kez uzak mesafelere elektrik enerjisi taşınması sağlandı. 1950’den sonra elektrik üretiminde imtiyazlı elektrik şirketlerine izin verildi ve 4 özel şirket kuruldu. Ancak bu şirketlerden 2’si daha sonra varlıklarını sürdüremedi ve kapandı. Elektrik üretimi ve dağıtımı konusunda yıllarca devlete bağlı bir kurumun oluşturulması çabaları sürmüş­se de ancak 1970’te Türkiye Elektrik Kuru- mu’nun (TEK) kurulmasıyla bu amaca ula­şılabilmiştir. Türkiye hidrolik gücünün brüt potansiyeli yılda 430 milyar kW-sa, teknik potansiyeli yılda 215 milyar kW-sa olarak belirlenmiştir. Ama maliyet açısından yapı­lan hesaplarda yararlanılabilir hidrolik po­tansiyelin, yılda yaklaşık 118 milyar kW-sa olduğu saptanmıştır. Bu potansiyel, dünya hidroelektrik santradan potansiyelinin yak­laşık yüzde 1,2’sini oluşturur. Türkiye’nin kurulu güç kapasitesi toplam 17.206 MW’tir. 1991’de Türkiye’de toplam 60,2 milyar kW-sa olan elektrik üretiminin 37,5 milyar kW-sa’lik bölümü (yüzde 62,3) ter­mik, 22,7 milyar kW-sa’lik bölümü (yüzde 37,7) ise hidroelektrik santrallardan sağlan­mıştır. 1990’da net elektrik ihracatı 731 milyon kW-sa olan Türkiye, 1991’de 252 milyon kW-sa’lik net ithalat yapmıştır.

Türkiye hidrolik potansiyelinin yüzde 3 Ti Fırat’ta, yüzde ll’i Dicle’de, yüzde 10’u Doğu Karadeniz’de ve yüzde 9’u Çoruh havzasında bulunmaktadır. Güneydoğu Anadolu ve Karadeniz bölgelerinde yer alan bu dört havza hidrolik potansiyelin yaklaşık yüzde 61’ini oluşturur.

Türkiye’de 1990 sonunda çalışır durumda olan 67, yapımı süren 20 hidroelektrik santral vardı. Bunlara ek olarak Türkiye’ nin 23 adet termik santralı vardır. Ayrıca Denizli-Kızıldere’de 20 MW gücünde bir jeotermal santral bulunmaktadır.

1990’da tüketilen 46,8 milyar kW-sa elek­trik enerjisinin yüzde 25’i konut ve hizmet­lerde, yüzde 69,4’ü sanayide ve yüzde 2,6’ sı sokak aydınlatmasında kullanılmıştır.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir