Prof. Dr. Övgün Ahmet Ercan
İTÜ Maden Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü
ahmetercan@ahmetercan.net
www.ahmetercan.net
Devinen her olgu güre (enerji) yüklüdür. Yüklendiği güreyi dönüştürerek boşaltabilir.
1977 Yılında Malatya-Pötürge kırsalında Karakaya Büvetinin (barajının) yerseçimi için depremcik yoğunluğu çalışmasını yaparken, kıvıl (elektrik) gelmemiş dağ başındaydım. Burada bir sürücünün evinin damına yerleştirdiği bir yellengeçi (pervane) bağladığı bir üreteçle, üretmiş olduğu -bedava- kıvılı kullanarak, evini aydınlattığı, TV izlediği, radyo dinlediğini, kuyudan su çektiğini, ayrıca biriktireci (aküyü) doldurduğunu görünce şaşırmıştım.
Ne var ki, kıvıl güresi, küçük boyutlu biriktireçler ya da piller dışında bugün için saklanamıyor: ürettiğince kullanıyorsun.
Güre (enerji) üretmek için, geri dönüşümü olmayan, kayayağı (petrol), kayauçunu (doğal gaz), ya da kömürü yakmak bir kıyımdır. Ayrıca, bitki örtüsü ile toprağı besleyen küçük su çaylarını toplayıp, yüksekten düşürerek kıvıl (elektrik) üretmekte doğanın kıyımı, doğa-kişi yaşam bağlantısını koparan bir işlemdir. Keza, Kızık (jeotermal) alanlarda buğu basıncından yararlanarak güre üretirken, ılıman suların derelerle ırmaklara verilmesi, tarımsal toprakların çoraklaşarak elden çıkmasına neden olmaktadır. Bunun güncel örneklerini Özbekistan'da, Baykal gölünde, Büyük Menderes Irmağında görüyoruz.
Bu durumda ereğimiz, üretirken bozmamak olmalıdır. Bu nedenle akan, yer değiştiren, patlayan, kızan, baskı yapan, düşen her olaydan erke (enerji) üretmenin yollarını araştırmalıyız.
Yıllardır yürüdüğüm İstanbul Boğazı'nda da akıntıyı görüp, “boşu boşuna akıyor” diye üzülürüm. Boğazın alt-üst iki katmanlı ters akışı çarkları çevirerek kıvıla (elektriğe) dönüştürülebilir. Ayrıca bu akan su kıvıl yükleri taşıması sonucu Maxwell Yasası’na göre akışa dik yönde çevrilen kapar (manyetik) alanı yaratır. Bu çevrim akılarının en yoğun olduğu yerler Boğaziçi ile Fatih Sultan Mehmet Köprüleri üzerinden geçer. Köprüler dolayında yoğunlaşan kıvılkapar(elektromanyetik) alan tüm boğaz boyunca güçlü olarak algılanır. Bu gürenin toplanıp kullanıma sokulup sokulamayacağı kıvıl sayışmanlarınca (elektrik mühendislerince) çalışılmalıdır. Burada daha çok akışın değerlendirilmesine odaklanacağız.
Güre (enerji) Seçenekleri: 2030 yılında kişi başına ortalama tüketim yaklaşık 2 KW/yıl, ülkelerin güre (enerji) tüketiminin ise 16 TW/yıl olması beklenmektedir. Bunun yanında kayauçununun(doğal gazın) birim kuruluş yatırımı 680 $/KW, kömüre bağlı üretimevlerinin 1600 $/KW, çekirdek (nükleer) üretim evlerinin 2700 $/KW'dır. Geri dönüşümsüz(fosil) yakıt kullanımı sürdürülürse, bu durum yerin ortalama sıcaklığını 3 ±1.5 0C artmasına neden olabilecektir.
Arınık güre (temiz enerji) diye bilinen, sudan güre üreten büvetlerin (barajların) yaşamı 40 ile 50 yıl, kömüre bağlı üretim evlerinin 25 yıl dolayındadır. Ne yazık ki, ülkemiz, sudan kıvıl üretme gizil gücünün yüzde 20'sini kullanmaktadır.
Su Düşümlü-Düşümsüz, Yavaş Akan Sulardan Güre Üretimi:
Yüksekten düşen sular ile esginden (rüzgârdan) kıvıl güresi (elektrik enerjisi) üretilebiliyor. Bir akarsuyun gizilgücünden güre(elektrik) üretmek için iki yöntem kullanılmaktadır. Ya, akarsuyun üzerinde gölet ya da büvet gibi su yapıları dikilir, ya da akarsuyun doğal akımı kullanılır. İstanbul ya da Çanakkale Boğazlarına büvet yapılma olasılığı yoktur. Türkiye'de ilk suya dayalı üretimevleri “doğal akışlı” olarak yapılmıştır. Günümüzde ise biriktirmeli (büvet) türü “su düşürmeli” üretimevleri kullanılmaktadır.
Bir su düşümlü güre üretimevinde (HES), bir çark çevrilerek, üreteç çalıştırılıp, dalgalı akım üretimi sağlanır. Üretimevinde; üreteç, uyartım dizgesi, çevrim ile gerilim ayar kurguları, dönüştürücüler ile biriktirici doldurma düzenekleri, kesintisiz güç kaynakları yer alır(1,2).
Akışın az olduğu yerlerde, döndürme hızını arttırmak üzere uyumsuz (asenkron) işlergeler (makineler) kullanılır. Uyumlu(senkron) işlergelerden ayrı olarak, uyumsuzlarda dönme hızı ayarlı hıza eşit olmaz. Bu hız, motor olarak çalışmada, uyumlu hızdan küçük; üreteç olarak çalışmada hızdan büyüktür[3].
Gerilim ile sıklığı (frekansı) değişmeyen bir dizgeye bağlanmış olan bir uyumsuz işlerge, döner alan yönünde uyumlu devir sayısı üstünde uyarılacak olursa, uyumsuz işlerge kapar (manyetik) akımını dizgeden çekerek, üreteç gibi çalışmaya, bunun sonucu kıvıl (elektrik) üretmeye başlar(6). İşte yavaş akan sulardan kıvıl üretme ilkesinin temeli de budur.
Ülkemizin, su güresi gücünün büyük bölümünü oluşturan yavaş akışlı akarsu, çay ile derelerin, su düşüşü olacak bölgeleri Karadeniz'de doğayı bozarak değerlendirilmeye başlanmıştır. Bu amaçla kurulan küçük akarsu türü su türbinlerinden yararlanarak, yerel tüketicilerin kullanımına sunulmaktadır(8,9,10). Türkiye'de kurulmuş olan böyle 93 tane çok küçük sudan üretimevinin %70'i başarıyla çalışmaktadır(8,9,10).
Tüm sudan kıvıl güresi üreten küçüklü büyüklü üretimevlerinin toplam kıvıl üretimindeki payı ise %5 ile %10 arasındadır(6). Küçük ile çok küçük üretimevleri 2 metreden yüksek su düşüşlerini kullanırlar. Böyle, üzerinde üretim yapan küçük derecikler, ülkemizde bu yıl üretilen gürenin yalnızca %0,04' ünü sağlamaktadır(6).
Suya dayalı üretimevlerinde türbin türünü belirleyen etmenler, akış tezliği ile tutarı, ayrıca düşüş yüksekliğidir. Suya bağlı üretimevlerinin güre üretimi, P, akımın verimi (debisi) Q (m3/sn)'nün, akımın geçtiği yolun düşüm yüksekliği H (m), ayrıca 9,81 durağanının çarpımıyla bulunur(6).
P=9,81.Q.H.γ (KW) (1)
Bağıntıda (kg/m3) akışkanın yoğunluğu olup, su için 1 kg/m3' tür. Ancak Türk Boğazlarında H=0 dır. Bu durumda ne yapmalı da o akışı güreye çevirmelidir?
İstanbul Boğazındaki Akışı Güreye Çevirme: İstanbul Boğazı yeryüzünün en dar, en kıvrımlı, en akıntılı geçitlerinden biridir. İstanbul Boğazında altta Ege Denizi'nden Karadeniz'e doğru güçlü bir akıntı, ayrıca üstte Karadeniz'den Ege Denizi'ne doğru yine gücü değişen bir akıntı neredeyse 8 bin 500 yıldır vardır (13). Karadeniz ile Ege arasındaki tuzluluk ayrılığından kaynaklanan, yüzeyden, Karadeniz'den Ege'ye akan suyun verimi en açık olarak Arnavutköy Akıntı Burnu ile Kandilli'de görülebilir. Boğazdaki akıntının hızı ortalama 0,5144 m/sn, Kandilli'de ise 1 m/sn'dir. Üst akıntının nedeni Karadeniz'in, Marmara ile Akdeniz'e göre yüksekliğidir. Karadeniz'deki su yüksekliği Marmara denizine göre 30 ile 40 cm yüksektir. Yüzey akışı en çok 25–30 cm olan mevsimsel değişim gösterir. En çok 6.ayda(Haziran) en az 10.aydadır (Ekimdedir). Haziran ayında yüzey suyu eğimi, kuzeyden güneye 1,12 dereceye varır(12). Karadeniz'e yılda 735,1 km3/yıl su girer. Esginlerin en güçlü olduğu Mayıs-Haziran arasında yüzey su akış hızı en yüksektir. En az olduğu dönem ise Eylül-Ekim dönemidir. Karadeniz girişindeki hız Güney girişe göre 0,5 ile 0,7 oranında yavaştır. Güneyden gelen 14-16 km/s olan Lodos yeli güneye 0,1 m/s'e dek düşürür. Kuzeyden gelen 10-14 km/s hızlı poyraz esgini ise Dolmabahçe önlerinde yüzey akış hızını 2 m/s'e dek artırır(12).
Ayrıca Boğazın altından 37 kilometre uzunluğunda, akış hızı saatte 6,5 kilometre, debisi 22 bin metreküp olan yoğun tuzlu su akıntısının, tatlı Karadeniz'e doğru aktığı İngiliz araştırıcılarca belirlenmiştir. Bu akışların nedenleri; Karadeniz'in göreceli yüksekliği, ırmaklarla bolca beslenmesi, tuzluluk ayrılığı, kalık (hava) durumu, yel, deniz tabanındaki pürüzlülük biçimdir. Güçlü Kuzey esginleri (rüzgârları) üst su akışını tezleştirirken, alt su akıntısının hızını düşürebilmekte, bazen de güney esginleri yüzey akıntısını durdurarak deniz şişmesine neden olabilmektedir.
Kıvıl (elektrik) üretmek için bir çarkı, bir güçle çevirip, bir üreteci (dinamoyu) çevirerek kıvıl güresine dönüştürülür. Kıvıl üretim oranı, üretecin dönüş tezliğiyle orantılıdır. Büvetlerde (barajlarda) olduğu gibi düşen sularda suyun aktığı yükseklik ile birim sürede birim alandan geçen su tutarı, üretimi doğrudan etkiler.
Boğazın özellikle daraldığı, suyun akış verimi ile tezliğinin arttığı büzük yerlerin kıyılarına su değirmeni gibi ardışık çok sayıda çark yapılırsa, bunların güçlerinin birleştirilmesiyle çok sayıda kıvıl üreteci döndürülüp kıvıl gücü elde edilebilir.
Gençer ile Sevim'in (2008) yaptıkları bir çalışmada boğaz alt akıntısından kıvıl (elektrik) üretmek için özel bir düşey eksenli türbin tasarlanmıştır. Bu türbin, alt ile üstünden yataklanmıştır. Böylelikle üzerine düşey yönde kanatlar takılmış bir boru, akışla düşey eksen çevresinde kolayca dönecektir (6). Böyle bir türbinin su içerisinde uygun yönde yerleştirilmesiyle, yaklaşık 19 devir/dakika'lık bir devir elde edilebilmektedir. Borunun üzerine yerleştirilen dişli takımının büyük dişlisi ile üreteç döndürülür. Boğaz'ın 1m/sn'lik akıntı hızı, 19 devir/dakikalık devir hızı sağlayabilmektedir (6). Mil 1 tur attığında üreteç mili 25 tura ulaşabilmektedir. Böylelikle sudan alınacak dakikada 19 devir, dört tane zincir dişli kullanılarak üreteç miline yaklaşık 477 devir olarak verilebilmektedir.
Uyumsuz(asekron) üreteçlerle kıvıl güresi üretebilmek için, uyumlu devrinden yüksek olması gerekmektedir. Ki bu değer elde edilebilmektedir.
Gençer ile Sevim (2008)'in bu buluşlarını kullanarak Türk Boğazlarındaki alt akıntıdan kıvıl güresinin elde edilebileceği kanıtlanmıştır. Böyle bir düzenekle, en azından boğaz kıyısındaki yolların kıvılı(elektriği) karşılanabilir. Boğaziçi gibi büvet(baraj) kurulamayan yerlerde düşey yönlü asma üretimevi yerine yatay yönlü asma üretimevi kullanılarak güre elde edilebileceği kuramsal olarak kanıtlanmıştır.
Bence bu uygulama, araştırmacıların ilerisini düşünmeleri için yapılmalıdır.
Kaynaklar
1. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi, 1997. “1996 Enerji Raporu” , Ankara, Kasım.
2. MEGEP(Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Teknolojisi, 2006. “Enerji Üretimi”, Ankara.
3. Sarıoğlu M.K., 1983.“Elektrik Makinalarının Temelleri: Asenkron Makinalar”, İstanbul.
4. Schuısky W., 1983. İlhami Çetin, “Elektrik Motorları I. Kısım”, İstanbul.
5. Türksoy M., 1983. “Türkiye'de Küçük Hidroelektrik Potansiyelin Geliştirilmesi”, “Üçüncü Dünya Ülkeleri Enerji Sorunlarına Bakış Sempozyumu”, Tahran.
6. Gençer,Ç., Sevim,D., 2008.” İstanbul Boğazı Alt Akıntısından Yararlanarak Bir Hidroelektrik Santral İle Elektrik Üretilebilirliği”. Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları.
7. Yörükören N., Katırcıoğlu A., 1997.“ Küçük Akarsu Santralleri ile Enerji Üretimi”, “Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Türkiye Enerji Kongresi”, ODTÜ, Ankara.
8. Güney İ.,Terzi Ü.K.1997. “Ülkemizin Enerji Kaynaklarının Değerlendirilmesi”, Türkiye 7. Enerji Kongresi Enerji Politikaları ve Planlama, Cilt I, S. No:351-363, ODTÜ, Kasım Ankara.
9. Türkiye Hidroelektrik Potansiyeli, TEK Planla-ma ve Koordinasyon Dairesi Başkanlığı İstatistik Şube Müdürlüğü.
10. Güney İ.1993 “Elektrik Tesisleri I”, M.Ü Yayın No: 520, İstanbul, 1993.
11. Smith N. 1997 “Motors as Generators For Micro-Hydro Power”, Intermediate, Techonology Publications, London.
12. Türker,A.,2005. “İstanbul Boğazının Akıntı Rejimini Belirleyen Başlıca Etmenler”. 6.Ulusal Kıyı Mühendisliği Semp.
13. Ercan,A. 2010. “Türk Boğazlarından Elektrik Enerjisi Elde edilebilir”. Anadolu Ajansı Haberi.