Elektrik üretimi

Elektrik üretimi, elektrik ve diğer kaynaklardan birincil enerji üretme sürecidir. Elektrik üretiminin temel ilkeleri İngiliz bilim insanı Michael Faraday tarafından 1820’lerde ve 1830'ların başında keşfedildi. Onun temel yöntemi bugün hâlâ kullanılmaktadır: Elektrik, bakır gibi iletken bir telin manyetik bir alan içinde hareket ettirilmesi ile üretilir. Elektrik jeneratörü, bir mıknatıs içinde dönen sarılı iletken tellerin bulunduğu, ve bu tellerin mıknatıs içinde dönmesiyle elektrik akımı üreten bir makinedir. Evlerimizde, işyerlerimizde, endüstride gereksinim duyduğumuz büyük miktardaki elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndürecek büyük güç santrallarına ihtiyaç duyarız.

Çoğu güç santrali, jeneratörü döndürmek için ısı üretiminde bulunurlar. Fosil yakıtlı santrallar ısı üretimi için doğal gaz, kömür ve petrol yakarlar. Nükleer santrallar da uranyum yakıtını parçalayarak ısı üretirler. Ancak bütün bu değişik tip santrallar ürettikleri ısıyı, suyu buhar haline dönüştürmek için kullanırlar.

Oluşan buhar ise elektrik jeneratörüne bağlı olan türbine verilir. Su buharı, türbin şaftı üzerinde bulunan binlerce kanatçık üzerinden geçerken daha önce üretilen ısıdan almış olduğu enerjiyi kullanarak, türbin şaftını döndürür. İşte bu dönme, jeneratörün elektrik üretmek için gereksinim duyduğu mekanik harekettir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir.

Türbinden çıkan, enerjisi diğer bir deyişle basınç ve sıcaklığı azalmış buhar ise yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar kullanılmak üzere santralın ısı üretilen bölümüne geri gönderilir. Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak bölgelerde ise santralın hemen yanında bulunan ve uzaktan bakıldığı zaman geniş dev bacalara benzeyen soğutma kuleleri kullanılır. Bu kulelerin üzerinde görülen beyaz duman ise su buharıdır.

Merkez santralleri geliştirilmesi ile ekonomik, pratik hale alternatif akım, güç iletimini güç kullanarak transformatörler yüksek gerilim ve düşük kayıpla güç iletimi için. Elektrik üreten ilk santraller, su gücüyle çalışabilir. 1882 yılından bu yana merkezi istasyonlarda üretilen edilmiştir kömür, veya nükleer, doğalgaz, hidroelektrik, rüzgâr jeneratörleri ve petrol ile, küçük bir miktar güneş enerjisi, gelgit güç ve jeotermal kaynaklar güç hatları ve güç direkleri kullanılması elektrik dağıtımında önemli ölçüde önemli olmuştur.

Piezoelektrik etki elektriksel mekanik suşundan, anizotropik moleküller veya kristaller. Enerji Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı) US Department araştırmacılar bir geliştirdik piezoelektrik bir faaliyet için yeterli jeneratör likit kristal ekran M13 bakteriyofaj ince filmler kullanılarak.

Statik elektrik ve incelenen ilk formu ve elektrostatik jeneratör gibi modern cihazlar kullanılır (Van de Graaff jeneratörü ve MHD jeneratörleri) . Yük taşıyıcıları ayrıldı ve fiziksel olarak artan elektrik potansiyelinin bir pozisyona taşınır. Hemen hemen tüm ticari elektrik üretimi olan elektromanyetik indüksiyon, kullanılarak yapılır mekanik enerjiyi zorlar elektrik jeneratörünü döndürmek için. Mekanik enerji geliştirme birçok farklı yöntem vardır, ısı motorları, hidro, rüzgâr ve gelgit gücü. doğrudan dönüşüm, nükleer potansiyel enerji ile elektrik beta bozunması sadece küçük bir ölçekte kullanılmaktadır. Tam boyutlu bir nükleer santral, nükleer reaksiyon ısısı, bir ısı motoru çalıştırmak için kullanılır. Bu manyetik indüksiyon yoluyla mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştüren bir jeneratör, sürücüler. Çoğu elektrik üretimi ile tahrik edilmektedir ısı motorları . yanma fosil yakıtlardan önemli bir gelen kısmı ile, bu motorların ısı çoğu malzemeleri, nükleer fisyon ve bazı yenilenebilir kaynaklardan . Modern buhar türbini (icat Sir Charles Parsons 1884 yılında) Şu an yaklaşık %80 elektrik enerjisi üretilir ısı kaynakları çeşitli kullanılarak.

M.Ö. 3000-2000 yıllarından itibaren Mezopotamya ve Çin ‘de, Mısır ve Anadolu ‘da suyun potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanılmıştır. Buhar makinesinin icadına kadar bir cismi hareket ettirmek için kuvvet kaynağı olarak sadece su ve rüzgârdan yararlanılıyordu. Rüzgârın süreksiz olması nedeniyle daha çok su kullanılmıştır.

Suyun Potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanılarak çeşitli tipte hidroelektrik tesisler yapılabilir. Çöllerde ve sıcak ülkelerde suyun buharlaşmasından faydalanmak suretiyle yapılan depresyon tesisleri, gel-git olayından ve dalga enerjisinden faydalanılarak yapılanlarla akarsular üzerinde kurulan sistemler buna örnek verilebilir.

Baraj santrallerinde biriktirilen su uygun bir yükseklik farkı yaratılarak türbinden geçirilir. Türbinde suyun potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüştürülerek milin dönmesi sağlanır. Aynı mile bağlı generatör yardımıyla da elektrik enerjisi elde edilir.

Akarsuyun üzerine yerleştirilen tüp biçiminde pervaneli bir türbin ile generatörden oluşur. Akarsu santrallerinin verimli çalışabilmesi için üzerinde bulunduğu nehrin düzenli bir su akışının olması gerekmektedir. Su santrallerinin diğer santrallere göre birçok üstünlükleri vardır. Yakıt masrafları yoktur, daha az eleman çalışır.

Termik santrallerde bir yakıtın yakılması sonucu ortaya çıkan ısı enerjisi önce mekanik enerjiye sonra da elektrik enerjisine dönüştürülür. Pratikte termik santrallerde ya buhar türbini ya da gaz türbini kullanılır. Bu türbinlerde ilk olarak uygun biçimde yönlendirilen su buharı veya gaz milin üzerine yerleştirilmiş kanatçıkları döndürerek mekanik enerjiyi oluşturmaktadır. Termik santrallerde enerji dönüşümü şekildeki gibidir.

Buhar türbinlerinde yakıtın yanması ile ortaya çılan ısının yardımıyla bir kazandaki suyun ısıtılması sonucu belli bir sıcaklık ve basınçta buhar elde edilir. Bu kuvvetli buhar türbin kanatçıkları üzerinden geçerek milin dönmesini sağlar. Türbinin miline bağlı bir generatörün rotoru bu milin hareketiyle dönmeye başlar ve generatörün stator bölümünde gerilim indüklenmesine sebep olur. Türbinden çıkan buhar soğuk su ile tekrar yoğunlaştırılır ve su şeklinde kazana gönderilir. Sıcaklık yaklaşık 600 °C civarında olabilir. Buhar santralinin ilke şeması şekildeki gibidir.

Termik santrallerde birinci enerji kaynağı olarak çoğunlukla taşkömürü, linyit, fuel-oil veya doğalgaz kullanılır. Petrole dayalı yakıtlar içinde en ucuz olanı fuel-oil ’dır.

Klasik olarak termik santrallerden elektrik enerjisi elde edilişiyle hiçbir farkı yoktur. Isı üretimi için çekirdek tepkimesinde oluşan nükleer enerji kullanılır. Nükleer enerji santraller sera gazı emisyonları bakımından yenilenebilir enerji santrallerine benzer değerler göstermekte ve düşük karbon teknolojileri arasında yer almaktadır .

Rüzgâr enerjisi başka amaçlarla eskiden beri kullanılmaktadır. İlk defa 1930’lu yıllarda Danimarka’da gerçekleşmiştir. Türkiye'de Marmara ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi rüzgâr yoğunluğu bakımından dünya ortalamasının üzerindedir fakat kurulu gücü 55 kW olan İzmir Çeşme’de turistik bir tesisin enerjisinin %5’ini karşılayan rüzgâr santrali bulunmaktadır. Komşu Yunanistan’da ise şimdi kurulu gücü 16MW santraller vardır. Önümüzdeki yıllar için kurulu gücü 40MW olan santraller planlanmaktadır.

Jeotermal enerji yerkabuğunun derinliklerindeki yüksek basınca ve sıcaklığa sahip magmanın depoladığı ısı enerjisidir. İçinde bulunan zararlı gazlardan ve tortulardan temizlenen buhar türbine veriliyor ve generatör çalıştırılıyor. Atık buhar yoğunlaştırılarak bir pompa yardımıyla soğutma kulesine ve oradan da tekrar yeraltındaki katmanlara geri gönderilir.

Güneşin ve ayın belli dönemlerdeki çekim etkisine bağlı olarak denizlerde ve okyanuslarda meydana gelen yükselme ve alçalmalardan yararlanılarak elde edilen bir enerji çeşididir. Kıyılarda oluşabilen dalga yüksekliği 8-10m’yi buluyor ve her gün tekrarlanıyor. Aynı hidroelektrik santrallerdeki teknikle elektrik enerjisi elde edilebilir. Potansiyeli çok yüksektir fakat çok yaygın kullanılmamaktadır.

Termik santrallar, kömür, akaryakıt veya gaz gibi fosil yakıtların yakılması yoluyla elektrik üretir. Su santrallarda, ocağın kazan bölümünde dolanan su, çok sıcak buhar haline dönüşür ve bu buhar, elektrik akımı üreten alternatörlere bağlı türbinleri çalıştırır. İlk büyük petrol krizi sanayileşmiş Batılı ülkelerde bu tip termik santralların yapımını yavaşlattı. Ancak gene de bu tip santrallar, birçok ülkede enerji açığını kapatmakta görev üstlenmeye devam etmektedir.

Termik santralların ürettiği ısının bir bölümü çevreye atılır. Soğutma suyunun sağlandığı kıyı ve ırmak suları birkaç derece ısınır. Kömürün yanmasıyla oluşan küllerin bir bölümü bacaların elektrostatik filtrelerinden dışarı sızar. Ve nihayet, bütün fosil yakıtlar azot ve kükürt içerir ve bu maddeler yanma sonrasında oksitler halinde atmosfere karışır. Çevre uzmanlarına göre gaz atıklar, ormanlar için son derece zararlı olan asit yağmurlarının en önemli nedenidir.

Yukarıda belirtilen güneş ısı soğutucuların aksine, fotovoltaik paneller güneş ışığını doğrudan elektriğe dönüştürür. Güneş ışığı özgür ve bol olmasına rağmen, güneş elektrik nedeniyle panellerinin maliyeti genellikle hâlâ mekanik güç oluşturulan büyük ölçekli daha üretmek için daha pahalıdır. % 30 dönüşüm verimliliği yakın piyasada artık mevcuttur. Düşük verimlilik silikon güneş hücreleri maliyeti ve multijunction hücrelerinde azalma görülmektedir. % 40'ın üzerinde verim deneysel sistemlerde ortaya konmuştur. Yakın zamana kadar, fotovoltaik en yaygın orada ticari bir şebekeye erişim yok, ya da bireysel ev ve işyerleri için ek elektrik kaynağı olarak nerede uzak sitelerde kullanıldı. Çevresel kaygılar tarafından tahrik sübvansiyonlar ile birlikte imalat verimlilik ve fotovoltaik teknolojisindeki son gelişmeler, dramatik güneş panelleri konuşlandırılmasını hızlanmıştır. Kurulu kapasite Almanya, Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde artışlar liderliğindeki yılda% 40 oranında artıyor.

Çeşitli diğer teknolojiler incelenmiş ve güç üretimi için geliştirilmiştir. Katı hal nesil (hareketli parçalar olmadan) taşınabilir uygulamalarda, özellikle ilgi çekicidir. Bu alan, büyük ölçüde hakim olduğu termoelektrik olsa da, (TE) aygıtları Termiyonik (TI) ve termofotovoltaik (TPV) sistemlerinin yanı sıra geliştirilmiştir. Tipik olarak, TE cihazlar TI ve TPV sistemlerine göre daha düşük sıcaklıklarda kullanılır. Piezoelektrik cihazlar, özellikle de mekanik gerginlik elektrik üretimi için kullanılan enerji hasat . Betavoltaics radyoaktif bozunma elektrik üreten solid-state jeneratör başka bir türü vardır. Sıvı bazlı manyetohidrodinamik (MHD) elektrik üretimi elektrik gücünü ayıklanması için bir yöntem olarak ele alınmıştır nükleer reaktörler daha geleneksel yakıt yakma sistemlerinden de ve. ozmotik güç nihayet yerlerde başka bir olasılık olduğu tuzlu ve tatlı su birleştirir (örneğin deltalar. ..) Elektrokimyasal elektrik üretimi de taşınabilir ve mobil uygulamalar önemlidir. Şu anda, en elektrokimyasal güç kapalı elektrokimyasal hücreler ("gelen piller "), tartışmasız daha kullanılmaktadır hangi depolama nesil sistemlere göre sistemlerin; ancak olarak bilinen açık elektrokimyasal sistemler, yakıt hücreleri, son birkaç yıl içinde araştırma ve geliştirme büyük bir geçiyor olmuştur. Yakıt hücreleri, doğal yakıtların veya sentezlenmiş yakıtların (özellikle elektrolitik itibaren iki güç ayıklamak için kullanılabilecek hidrojen) ve böylece üretim sistemleri veya bunların kullanımına bağlı olarak depolama sistemleri olarak görülebilir.

Elektrik üretim modları ve ekonomik canlılığı seçim talebi ve bölgedeki doğrultusunda değişir. Ekonomi önemli ölçüde değişebilir dünyada yaygın satış fiyatlarıyla sonuçlanan örneğin Danimarka'da bu kWh başına 40 sent iken Venezuela fiyat kWh başına 3 cent. Hidroelektrik santralleri, nükleer santraller, termik santraller ve yenilenebilir kaynaklar kendi artıları ve eksileri vardır ve seçim yerel güç gereksinimi ve talepteki dalgalanmalara dayanmaktadır. Tüm güç yükleri farklı ama günlük asgari sürekli çalışacak bitkiler tarafından sağlanan baz yük vardır. Nükleer, kömür, petrol ve gaz tesisleri baz yük sağlayabilmektedir.

Yüksek talep yenilenebilir kaynaklardan karşılanamaz. Isı enerjisi, yüksek sanayi yoğunluğu alanlarında ekonomiktir. Endüstri genellikle uzak yerleşim alanlarından yer almakta olarak lokalize kirliliğinin etkisi de en aza indirilir. Bu bitkiler aynı zamanda daha fazla birim ekleme veya geçici bazı birimlerin üretimini azaltarak yük ve tüketim değişimi dayanabilir. Nükleer enerji santralleri tek bir birim güç büyük miktarda üretebilir. Ancak, Japonya'daki son afetler nükleer enerjinin güvenliği kaygıları artırdı ve nükleer santrallerin sermaye maliyeti çok yüksektir. Hidroelektrik santraller düşen su potansiyel enerji türbinleri ve güç nesil taşımak için harnessed olabilir alanlarda yer almaktadır. Bu yük, yıllık üretim döngüsü ve suyun akışı sınırlı saklamak için yeteneği sırasında çok fazla değişen üretim ekonomik olarak uygulanabilir bir kaynak değildir.

Nedeniyle teknolojisindeki gelişmeler için hidroelektrik (güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, gelgit gücü, vb) dışındaki yenilenebilir kaynaklar ve seri üretimi ile üretim maliyet aşağı geldi ve enerji birçok durumda artık fosil yakıtlar ile maliyet karşılaştırmalı . Dünyada birçok hükûmet yeni enerji üretiminin yüksek maliyeti dengelemek için ve yenilenebilir enerji sistemlerinin kurulumu ekonomik açıdan yapmak için sübvansiyon sağlar. Ancak, bunların kullanımı sık sık sınırlıdır. Doğal gaz fiyatları milyon başına 3 $ altında ise İngiliz ısı birimi doğalgazdan elektrik üreten kömür yakarak güç üreten daha ucuzdur.

2009 yılında elektrik üretimi 20,053TWh oldu. Elektrik kaynakları% 67, yenilenebilir enerji% 16 (ağırlıklı olarak hidroelektrik, rüzgâr, güneş ve biyokütle) ve nükleer enerji% 13 fosil yakıtlar vardı ve diğer kaynaklar% 3 idi. elektrik üretimi için fosil yakıt kullanımı çoğunluğu kömür ve gaz oldu. Bu elektrik enerjisi üretmek için kullanılan en pahalı yaygın emtia gibi yağ,% 5.5 idi. Yenilenebilir enerji yüzde doksan iki% 1.8% 6 rüzgâr ve jeotermal ile hidroelektrik izledi. Güneş fotovoltaik% 0.06 idi, ve termal güneş enerjisi% 0.004 idi. OECD Factbook 2011-12 (2009 verileri) vardır.

Elektrik üretimi için tüm santrallerde tüketilen toplam enerji 4398768 ktoe (kilo oldu petrol eşdeğeri ton 2008 yılının birincil enerji kaynakları (TPES) için toplam% 36 idi).

(Brüt) Elektrik üretimi 1.735.579 ktoe (20.185 TWh), verim% 39 oldu ve% 61 denge ısı elde edilmiştir. Isı küçük bir bölümü (giriş toplamın% 3 145141 ktoe) kojenerasyon, ısı ve enerji santrallerinde de kullanılmıştır. elektrik ve güç iletim kayıpları içi tüketimi 289.681 ktoe idi. nihai tüketiciye verilen miktar enerji santralleri ve ısı ve güç tüketilen toplam enerjinin% 33 idi 1445285 ktoe (16.430 TWh) oldu kojenerasyon (CHP) bitkiler.

Amerika Birleşik Devletleri uzun zamandır takip en az% 25, 2005 yılında küresel bir pay ile en büyük üreticisi ve elektrik tüketici olmuştur Çin, Japonya, Rusya ve Hindistan'da. Jan-2010 yılı itibarıyla, 2 büyük jeneratörler için toplam elektrik üretimi şu şekilde oldu: ABD: 3992000000000 kWh (3992 TWh) ve Çin: 3715000000000 kWh (3715 TWh).

Kojenerasyon gibi, kağıt kurutulması rafineride petrol damıtma veya ısıyı bina ısıtma amaçlı, bir türbine gelen egzoz veya ekstre buhar kullanarak uygulamadır. Merkezi santraller yaygın olarak kendi güçlerini oluşturmak ve ısıtma için düşük basınçlı egzoz buharı kullanmak için sanayi, büyük oteller ve ticari binalar için ortak olmak getirilmiştir. Merkez istasyonları ortak oldu ve sonra bu uygulama uzun yıllar birçok endüstride kullanılmaktadır. This practice carried on for many years after central stations became common and is still in use in many industries.

Elektrik gücü üreten ülkeler arasındaki varyasyonlar çevre ile ilgili endişeleri etkiler. Fransa'da elektriğin sadece% 10'u fosil yakıtlardan üretilen, ABD% 70 daha yüksektir ve Çin% 80 altındadır. Elektrik temizliği kaynağına bağlıdır. Çoğu bilim adamı katılıyorum, dünya sera gazı emisyonlarının önemli bir kısmı için fosil yakıt tabanlı elektrik üretim hesabından kirletici ve sera gazı emisyonları; Amerika Birleşik Devletleri'nde, elektrik üretim emisyonlarının yaklaşık% 40, herhangi bir kaynaktan büyük oluşturmaktadır. Ulaştırma emisyonları ABD üretiminin üçte birini yaklaşık katkıda arkasında yakın karbondioksit . Amerika Birleşik Devletleri'nde, elektrik üretimi için fosil yakıt yanma tüm emisyonların% 65 sorumlu olan kükürt dioksit, asit ana bileşeni yağmurdur. Elektrik üretimi dördüncü en yüksek kombine kaynağı olan NOx, karbon monoksit ve partikül madde ABD'dededir. Temmuz 2011 yılında, İngiltere parlamentosu önerge verdi "nükleer güç (karbon) emisyonu seviyesi yaklaşık üç kat başına daha düşük olduğu kilovat saat temiz kömür ve konvansiyonel kömür 36 kat daha düşük, güneş dört kat daha düşük.

– Verimi yüksektir. Bir enerji, istenen başka bir enerji türüne dönüştürülürken, ekseriya istenmeyen başka enerji türleri de ortaya çıkar. Bunların arasında özellikle ısı enerjisinin büyük olması dikkati çeker. İstenmeyen bu ısı enerjisi, yararlanılamadığı için yitirilir ve verimi düşürür. İşte elektrik enerjisinin ısıdan başka bir enerjiye dönüştürülmesinde oluşan ısı enerjisi az olduğu için verimi yüksektir.

– Elektrik enerjisi sayısız birçok parçaya ayrılarak kullanılabilir. Örneğin: Bir elektrik santralında kazanılan elektrik enerjisi, enerji taşıma hatlarıyla büyük kentlere götürülmekte ve orada sayısız konut ve iş yerlerine dağıtılarak kullanılmaktadır.

– Elektrik enerjisi bulunduğu yerin ekonomik, sosyal ve kültürel düzeylerini hızla yükseltir ve kendisine karşı duyulan gereksinmenin artmasına gene kendisi neden olur.

– Son 50 yıl içinde baş döndürücü bir hızla ilerleyen teknolojideki gelişimler ve hatta bir ev kadınının eli altına bir makineninverilmesi (örneğin çamaşır makinesi) elektrik enerjisi sayesinde olanaklı olmuştur.

Elektrik enerjisinin belirtilen bu ve bunlara benzer avantajları ve iyi yönleri yanı sıra sakıncalı yönleri de vardır. Bunların başında elektrik enerjisinin depo edilemeyen bir enerji türü olması gelir. Nitekim elektrik enerjisi üretildiği anda kullanılmak zorunluluğundadır. Bundan dolayı üretim ile tüketim arasında devamlı bir dengenin bulunması gerekir. Ayrıca üretim sisteminde bir arıza ortaya çıktığında, bu sisteme bağlı sayısız abonede hizmetlerin durmasına ya da aksamasına neden olur. Bu nedenle, elektrik enerjisinin üretiminde sürekli bir devamlılığın sağlanması ve elde büyük ölçüde yedek sistemlerin bulundurulması zorunludur. Elektrik enerjisinin bir başka sakıncası da üretimine paralel olarak taşıma ve dağıtımı için özel düzenlere kesinlikle gereksinme duymasıdır. Oysaki, örneğin: bir dokuma fabrikası ürünlerini tüketiciye götürmek için özel yollara ve taşıtlara gereksinme duymaz. Bu görevi herkesin yararlandığı bir yoldan ve bir kamyon ile yapabilir. Buna karşın elektrik enerjisinin taşıma ve dağıtılması için projeye ayrıca yatırımların (örneğin: direkler, teller, izolatörler…) katılması zorunlu olmaktadır.

En büyük ölçekli termik santraller soğutma amaçlı ve kazan suyu için su önemli miktarda tüketmektedir (örneğin nehir soğutma) üzerinden 1 L / kWh ve soğutma kulesi soğutma için 1,7 L / kWh. Soğutma için su soyutlama Su, Avrupa toplam yaklaşık% 40'ının su soyutlama, bu suyun çoğu biraz daha sıcak olsa da, onun kaynağına iade edilir. Farklı soğutma sistemleri soyutlama özellikleri vs farklı tüketimine sahiptir. Soğutma kuleleri çevreden su küçük bir miktar çekme ve en buharlaşır. Bir kereliğine sistemler büyük miktarda çekilme yaşanır ancak daha yüksek bir sıcaklıkta, hemen ortama geri verilir.