KÜÇÜK KAPASİTELİ HİDROELEKTRİK SANTRALLERİNİN HİDROLOJİK PLANLAMASI

ibrahim GÜRER (*) Koray TÖRK (*)

ÖZET

Dünya hidrolelektrik enerji üretiminde % 5 10 arasında paya sahip olan küçük hidroelektrik santraller Türkiye açısından da enterkonnekte sisteme uzak olan yöreler için oldukça önemlidir, özellikle ortalama yağışın 1291 mm olduğu Doğu karadeniz bölgesi diğer bölgelere göre daha düzenli akım rejimi ve coğrafik özellikleri nedeniyle küçük HES'lere oldukça uygun görülmektedir. Tüm elek tirk enerjisi intiyacının enterkonnekte sistemden karşı lanması büyük iletim kayıplarına yol açmakta, dolayısıyla yerel enerji kaynaklarının önemi daha da artmaktadır. Küçük drenaj alanına sahip olan havzalar, yapılacak de taylı hidrolojik, ve jeolojik ön etüdler ile küçük yerleşim birimlerinin enerji ihtiyacına cevap verecek şekilde proje lendirilebilir. Bu amaçla Gelevera deresi (Giresun) ve Fol deresi (Trabzon Tonya) da birer örnek çalışma yapıl mıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda Gelevera deresin de 500 KW ve Fol deresinde 1200 KW kurulu güce sahip olabilecek küçük HES'lerin kurulabileceği görülmüştür.

ABSTRACT Small hydroelectric plants vvhich have 5 10 % of the world hydroelectric energy production are also important lor the places vvhich faravvay from interconnected sys tem in Turkey. Especially, with the geographical proper ties, more homogenous surface flow and with the annual 1291 mm precipitation Easternblaçksea region is more proper for the smal hydroelctric povver plants. To supply ali the energy loss on the way, therefore the local energy sources vvill be more impprant. Small drainage basins ha ving the detailed hydrological end geological investiga tion can be utiled to answer the energy demand of small towns in remote areas.

For this purpose, the energy possibilites of Gelevera river (Giresun) and Fol river (Trabzpn Tonya) have been investigated. İt was found that small hydropovver plants of 500 KVV installed capacity on Gelevera river and 1200 KW instalt capacity on Fol river can be realised.

1. GİRİŞ Bugün dünyada tüm hidroelektrik kaynaklarından yarar lanmada küçük hidroelektrik santrallerin (HES) toplam enerji üretimndeki payı % 5 10 arasında değişmektedir. Çin, bu tür santrallerin geliştirimesine önem veren ülkele rin başında gelmektedir. 1986 yılına kadar Çin'de toplam kurulu gücü 10520 MW olan 80.000 adet küçük HES inşa edilmiştir. (Guanggûan, D., 1988). Öte yandan Fran sa'da 2200 civarında küçük HES olup, toplam üretiıjn ka pasitesi 1800 MW tır. Bu, Fransa'nın toplam üretiminin yaklaşık % 4'dür. Ortalama yıllık yağışın 508.3x10^ m3 (652,5 mm) olduğu Türkiye'de bu yağışın 186,5x109 Wı3'ü yüzey akışına geçmektedir. Yüzeysel akışının 100x109 m3'den 110x109 KWh enerji üretilebilir. Halen bu miktarın % 12.5'luk kısmından (14x109 Kwh) enerji üretilebilmek tedir (Erke, 1985). Daha önceki çalışmalar sonucunda (Türksoy, özgün, 1985) Türkiye genelinde yağış alanı 1000 km2'yi geçmeyen küçük akarsu havzalarındaki teknik yönden üretilebilecek enerjinin toplam üretilebile cek enerji miktarının %5'i kadar olduğu saptanmıştır. To pografik olarak dağların denize paralel uzandığı ve yıllık ortalama yağışın 1291 mm olduğu Doğukaradeniz bölge si diğer bölgelere oranla daha düzenli akım rejimi ve coğ rafik özellikleri nedeniyle küçük HES'lere oldukça uygun görülmektedir. Bu bölgede genelde homojen bir dağılım gösteren akım miktarlarında, karların erimeye başladığı ilkbahar mevsiminde artmalar görülmektedir. Yapılan in celemelerde ortalama ve maksimum akım değerleri ara sındaki farkın Ordu Giresun arasındaki ırmaklarda, Trab zon Artvin arasındaki ırmaklara oranla daha fazla olduğu belirmenmiştir (Gürer, 1979)

2. KIRSAL KESİM ELEKTRİFİKASY ONU Türiye'de kırsal kesim elektrifikasyonuna 1964 yılında başlanmış olup, köylerin yaklaşık % 94'ü enterkonnekte sisteme bağlanmıştır (TEK, 1986). Ancak üretilen enerji nin uzak noktalara enterkonnekte sistem ile götürülmesi iletim hatları boyunca büyük enerji kayıplarına yol aç maktadır. Yapılan hesaplamalar sonucunda bu kayıpların toplamının 623 MW gücündeki santralın üretimine eş değer olduğu bulunmuştur. (Türksoy, özgün, 1985).

(*) HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ BEYTEPE ANKARA

Tablol. Türkiye'deki mikro, mini ve küçük tip HES'lerin Uluslararası Sınai Kalkınma Teşkilatı (UNIDO) ve Türk Milli Komi tesi'nin yapmış olduğu sınıflama ile kuruluşlara göre dağılımı

MikroHES

Yapan Kuruluş

İLLER BANKASI , DSİ

4ETİBANK '.

MKEK

YSE

BELEDİYELER TÜCCAR SÂNAYİCİ BELİRLENEMEYEN

."•"'• ' " . • •

42 __ __

" "û "

•1

Mini HES 100 Kw (Adet)

59 5 *

— 4 2 _ 19

Küçük HES 101 1000 Kw

11 3 2

•—

_

2 1 2

Toplam 100M0000 (Adet).

112 8 2

1 18

TOPLA»

.• '.."

•

73'

. 185

Türkiye'de kurulmuş bulunan mikro, mini ve küçük HES'lerin sayıları ve hangi kuruluşlarca yapıldıkları Tablo 1,'de belirtilmiştir. Türkiye geneline kurulmuş olan 73 adet mikro HES'den 66 adedi, 89 adet mini HES'den yak laşık 44 adedi. 23 adet küçük HES'in ise tamamı değişik problemleri olmasına karşın çalışmaktadır (Başeşme, 1985). Bu problemlerin en önemli kaynağı jeolojik ve hid rolojik verilerin yetersizliğidir. Bundan dolayı düşük ka pasitede çalışma, sediment birikmesi ve toprak kayması gibi olaylarla sık sık karşılaşılmaktadır.

3. Y EREL HİDROELEKTRİK SANAY İİ Türkiye'de yerli elektromekanik endüstrinin kuruluş ça lışmalarına 1970'li yıllarda girişilmiş olup, başlangıçta küçük boyutlu sistemlerin kurulması ve ileriye dönük daha büyük sistemlerin imalatı planlanmıştır. Halen küçük HES'lerin tümü orta ve büyük HES'lerin mekanik yedeklerinin % 100'e yakın kısmı ve elektrik yedek mal zemelerinin %80'i yerel olanaklarla üretilmektedir. (Özgüç, 1985).

nelemeli taşkın hidrograflarının belirlenmesi ve sediment miktarlarının ölçülmesi gereklidir.

5. KÜÇÜK HİDROELEKTRİK SANTRALLERİN ÜNİTELERİ

Küçük HES'lerin belli başlı üniteleri akım dengesini oluş turmak, taşkın debisini santrala zarar vermeden kontrol edebilmek, sediment ve yatak malzemesini tutma ve sonra temizleme amacıyla kabartma, düzenleme ve de polama yapıları, su alma yapısı, galeri, tünel veya iletim kanalı, yükleme havuzu veya denge bacası, cebri boru, santral binası, santral çıkış suyu tesisleri ile su boşaltma tesisleridir (Şekil 1).

4. KÜÇÜK HİDROELEKTRİK SANTRAL KURULMASI DÜŞÜNÜLEN HAVZALARDAKİ HİDROLOJİK ÇALIŞMALAR HES yapımı düşünülen havzalarda genellikle yeterli uzunlukta akım verisi bulunmamaktadır. Her ne kadar 10 yıl süreli akım verisi hidrolojik tahmin için yeterli ise de pek çok küçük havzada bu veri bulunmadığından, aynı hidroklimatolojik özellikteki komşu havzalardan transpo zisyon, hidrolojik yöntemleri ile yıllık akım. ortalama gün lük akımlara ait süreklilik eğrisi, pik debi ve taşkın hid rografi değerleri elde edilebilir. Bu akım süreklilik eğrilerinden z ^ a n ı n %99, %50 ve %1'ine karşılık gelen debi değerleri saptanır. Küçük HES'lerin projelendirilmesi sırasında kurulacak tesisin ne büyüklükte bir taşkınla ve hangi boyutta bir sediment sorunuyla karşı karşıya gele ceğinin bilinmesi projenin ekonomik ömrü ve işletilmesi açısından çok önemli olduğundan akarsuyun değişik yi

Şekil 1. Küçük HES Tesisi Boy Kesiti

Şekil 1'deki bu yapıların yanısıra, santral binası içine yer leştirilecek belli başlı elektromekanik akşam da hidrolik türbin, jeneratör, transformatör, salt sahası tesisleri, hız ve gerilim regülasyon tesisleri, kumanda, kontrol ve ko ruma tesisleri, yardımcı teçhizat ve diğer teçhizatları kapsar (Şekil 2).

ELEKTRİK MÜHENDlSLİĞtâ72

JENERATÖR

VOLAN

KUMANDA TABLOSU

oo DD

TRANSFORMATÖR

Şekil 2. Küçük HES Elektromekanik Aksamı

6. ÖRNEK ÇALIŞMALAR Doğu karadeniz bölgesindeki küçük drenaj alanına sahip olan akasuların taranması ile Gelevera Deresi (Giresun) ve Fol Deresi (Trabzon Tonya) küçük HES kurulması amacıyla yapılacak hidrolojik planlama aşaması için uygun yerler olarak saptanmıştır (Şekil 3).

Havza fiziksel parametreleri bakımından her iki dere bir birlerine benzerlik göstermektedir. Gelevera ve Fol dere lerine ait havza karekteristikleri Tablo 2'de verifmiştir. Havzaların biçimlerini belirleyen Gravelius katsayısından Fol deresinin Gelevera deresine oranla dairesellikten daha uzak olduğu, Schumm katsayısına göre Fol deresi nin daha engebeli olduğu, Biçim katsayısından da Fol de resinin Gelevera deresine oranla daha uzun ve dar ol duğu belirlenmiştir.

El E 2235 G«l«v«ro 0.

N

E I E 2 2 2 6 Fol O.

Şekil 3. Hidrolojik Planlama İçin Seçilen Örnek Çalışma Bölgelerinin Konumu

ELEKTRlKMÜHENDİSLİĞI 372

Tablo 2. Gelevera ve Fol Havzalarının Fiziksel Parametreleri

Gelevera D

Fol D.

Havza Alanı (km2)

'fefatvEA Oouns tİMMihıftu f km\

Havza Uzunluğu (km) Havza OenitffSi (km) Havzanın En üst Kotu (m) Havzanın En Düşük Kotu (m) Ana Su Yolu Uzunluğu (km) Havza Yöneyi Havza Ortalama Eğimi Gravelius Katsayısı Schumm Katsayısı Biçim Katsayısı

136.00

194.00

Cftnn T4.25

i /nV nWVn 34.00

12.75

5.713

2700.00

1715.00

1600.00

16.00

21.50

38.00

Güney Kuzey GOney Kuzey

%5.10

%6.60

1.35

1.41

0.61

0.41

3.39

7.44

.Gelevera deresi için 1969 1976 ve Fol deresi için 1962 1980 yılları arası akım değerlerinden yararlanarak akım süreklilik eğrileri ve ortalama aylık akım grafikleri hazır lanmıştır (Şekil 4 ve Şekil 5). Elde edilen sonuçlar Tablo 3'de verilmiştir.

Q(min) (m^sn)

Q(ort) (m3/sn) Q(mak) (m3/sn) Qt«%99(m3/sn) Qt % 50 (m3/sn) Qt»%1(m3/sn)

Gelevera p.

0.500

3.410

13.500

0.140

i

0.900

25.000

Fol D. '

1.5ÖÖ 3.670 6.500 0.150 2.500 20.000

Şekil. 4 Gelevera ve Fol Dereleri Akım Süreklilik Eğrileri

ELEKmfKMÜHENDfSLİĞI 372

E I E 2 2 2 8 Fol O EİE 2255 GELEVERA AKIM GÖZLEM İSTASY ON L AR I

bu durum kurulu güç hesabında göz önüne alınmıştır. Ortalama debi Gelevera deresinde akım süreklilik eğrisi nin %30'na Fol deresinde ise %40'na karşılık gelmekte dir. Doğal olarak santrallar bu akım değerlerine göre pro jelendirildiklerinde, yılın az yağış alan dönemlerinde hizmet dışı kalacaklardır. Bunu önlemek için, yağışlı dönemlerde gelen fazla suyu toplayabilecek bir depola ma tesisi yapılabilir. Yada değişik akım değerlerinde dev reye girebilecek kademeli üniteler projelendirilebilir.

AY LAR

Şekil. 5 Gelevera ve Fol Dereleri Ortalama Aylık Akım Değerleri

Fol deresinde yıllık taşınan katı madde miktarı toplamı 35737 ton/yıl'dır (Barlas, 1988). Bölgede gözlenen yük sek orandaki yağışlardan ve arazinin çok eğimli olmasın dan dolayı taşınan madde miktarının % 84'ünü kaba da neli materyaller oluşturmaktadır. Tablo 2 ve 3'de verilen parametreler bu akarsuların enerji potansiyelini ve kuru labilecek herhangi bir küşük HES'in gücünü kabaca tah min edebilmek amacıyla kullanılabilirler. Bu bilgilerden yararlanarak havzaların hidrolik potansiyelini

N= 8 * (Hm Ho) * Qo eşitliğinden hesaplamak mümkündür. Burada; Hm= ortalama yükseklik (m) Ho= taban kotu yüksekliği (m)

Qo= ortalama akım (m3/sn) Türbinlerin güçleri ise P=9.8xnxHnxQ eşitliği ile hesaplanabilmektedir. Burada; n= verim (küçük HES'lerde ortalama %75 kabul edilir) Hn= net düşü (m) Q= akım (m3/sn) Bu eşitlikler kullanılarak hesaplanan akarsulara ait enerji . parametreleri Tablo 4' de verilmiştir.

Tablo 4. Gelevera ve Fol Havzaları Enerji Parametreleri

Gelevera D. Fol.D.

Nehir Hidrolik Potansiyeli (Kw) Güvenilir Güç (Kw) (Qt=% 99) Ortalama Güç (Kw) Qt= %50'deki Güç (Kw) Kurulu Güç (Kw) (Qort)

2000.0 20.6

500.0 135.0 500.0

4335.0 90.0

200.0 790.0 1650.0

Fol deresinde santralın kurulması düşünülen yer akım gözlem istasyonundan daha yüksek kottadır. Normalde 194 km2 drenaj alanına sahip olan Fol deresinin santral kurulması önerilen yerdeki drenaj alanı ise 162 km2 olup,

7. SONUÇ Bu çalışmada, küçük HES kurulması için uygun havza ların belirlenmesi amacıyla akımın yıl içinde büyük sap malar göstermediği Doğukaradeniz bölgesi seçilmiş, Ge levera ve Fol dereleri çalışmaya uygun alanlar olarak belirlenmiştir ve gerekli hidrolojik incelemeler yapıl mıştır. Gelevera deresinin 1967 1976 yıllarına ait akım verilerinden yararlanarak elde edilen sonuçlardan hav zanın hidrolik potansiyeli 2000 KW olarak bulunmuştur. Ayrıca akım süreklilik eğrisinden zamanın %99'da 0.14 m3/sn, %50'de 0.90 m3/sn ve %1'de 25 m3/sn'lik akımlar belirlenmiştir. Hidrolik potansiyeli 4335 KW olarak belirle nen Fol deresinde de zamanın %99'da 0.150 m3/sn, %50'de 2.5 m3/sn ve %1'de gelebilecek akım değeri 20m3 belirlenmiştir.

Ön araştırmalar ile Gelevera deresinde kurulu gücü 500 KW, Fol deresinde ise 1200 KW olan santral tesislerinjn kurulabileceği saptanmıştır. İncelemeler sonucunda özellikle yapılacak detaylı hidrolojik ve jeolojik çalışmalar ile Doğu karadeniz bölgesinde bulunan küçük derelerin enerji üretebilmek amacıyla kullanılabileceği belirlenmiş tir.

KAY NAKLAR

Barlas,S., 1988, Fol deresinde katı madde taşımmı, EİE, 24 s.

Başeşme, H., 1985, Türkiyede küçük HES uygulamaları ve sorunları ile küçük HES'lerin gelişme imkanları, EİE, Hidroelektrik Ener. Semp. Teb., s:180 193

Guangquan, D., (Çeviri) Çultu, L, 1988, Küçük HES'ler için kullanılan hidrolojik analizler, DSİ Büt. no:325, s:24

Erke, H., 1985, Türkiye'nin hidroelektrik kaynak larının şimdiki durumu, tasarı ve öngörüler.

Gürer, I., 1979, Feasibility of small capacity hydro povver system in Turkey, a case study, İzmir International Symposium 2. on Solar Energy Fundementels and Applications, Reprint 20 p. İzmir, Turkey

Özgüç, M., 1985, Küçük HES'lerin elektromekanik teçhizatı, EİE, Hidroelektrik Ener. Semp. Teb., s: 194 203

TEK, 1986, Yıllık faliyet raporu Türksoy, M., Özgün, A.G., 1985 , Türkiye'de küçük akarsularda hidroelektrik enerji üretim im kanları, EİE, Hidroelektrik Ener. Semp. Teb., s:129 157