Elektrik santrali

Bir elektrik santralı, jeotermik, hidrolik, nükleer, termik, rüzgâr ve gelgit enerjileri gibi değişik doğal enerjiler kullanan motorların çalıştırdığı alternatörlerle elektrik üretir. Hangi türde olursa olsun, her elektrik santralı, bir enerji kaynağı, bir motor, bir alternatör ve bir transformatör merkezinden oluşur. Transformatör, alternatörün ürettiği akımın gerilimini, ulusal veya uluslararası genel bağlantı şebekesinin füderlerini beslemek üzere uygun bir değere yükseltir. Elektrik santral tipinin seçimi, kilowatt/saatin maliyetini belirleyen ilk yatırıma, işletme ve bakım masraflarına bağlıdır.

Termik santralın kuruluş masrafları, aynı güçteki hidroelektrik santrala oranla iki veya üç kat daha düşüktür. Buna karşılık, hidroelektrik santralın işletme masrafı çok azdır, termik santralda ise, daima pahalı yakıt kullanıldığından işletme masrafı çok yüksektir. Hidroelektrik santralda amortismanın yüksek olmasına rağmen kilowatt/saat, termik kilowatt/saate oranla daha ucuza malolur. Bugün, nükleer termik santralın ilk kuruluş masrafı, yaklaşık olarak hidroelektrik santral için yapılacak yatırıma eşittir. Hidroelektrik santralın işletme masrafları ihmal edilebilirse de bir nükleer santralın bakım ve işletme masrafları, neredeyse kuruluş masrafı daha düşük olan bir termik santral kadar yüksektir. Nükleer santralları, bugünden inşa etmek gerekiyorsa, bunun nedeni, verdikleri enerji fiyatının ucuz oluşu veya yakın bir gelecekte ucuzlama ihtimali değildir. Bu girişim iklim değişikliğini hafifletme]] dayanır.

Hava jeneratörlü santral, rüzgâr enerjisinden yararlanılarak elektrik üretilen elektrik santralı türüdür. Bugün için, rüzgârla üretilen elektrik enerjisi, maliyet fiyatı yüksek olan sınıfa girer ve ancak kentten uzak olan çiftçiler, bağımsız radyoelektrik istasyonları, deniz fenerleri vb. yerlerde kullanılır. Gerçekten büyük hava jeneratörlü santrallar için rüzgâr, ancak belirli bir hızdan sonra elverişlidir. Elde edilebilen enerji, yaklaşık olarak rüzgâr hızının küpüyle orantılıdır. Saniyede 6 m, yani saatte 21,6 Km'den daha düşük hızlarda rüzgâr enerjisi çok zaman yetersiz kalır. Özel ihtiyaçlar için, akümülatörlerle düzenlilik verilen küçük hava jeneratörleriyle elektrik üretme tekniği nispeten isteneni verir. Fakat, 10 Kw'ı geçen makinelerin üretimini elverişli şekilde düzenleme çaresi henüz bulunamamıştır.

Jeotermik santral, yeraltı kaynaklarının sahip olduğu ısı enerjisinden yararlanılarak elektrik üretilen elektrik santralı türüdür. Jeotermik santral, doğrudan doğruya, yeraltı kaynaklı termik enerjiye baş vurur. Yer çekirdeği, pratik bakımdan tükenmez bir enerji kaynağıdır. Bununla birlikte kullanılması güçtür. Bu enerji, yanardağların püskürmesinde en belirgin şekilde ortaya çıkar, fakat kullanılması için yapılan her girişim başarısızlıkla sonuçlanmıştır. Buna karşılık, sönmek üzere olan yanardağ bölgelerinde kayalarda arta kalan ısıdan faydalanılabilir. Bu ısı, debisi az olan sıcak yeraltı sularında ortaya çıkar.

Toscana (İtalya) bölgesinde Larderello tesisleri dünyada tektir ve sıcaklığı 200 °C olan yeraltı buharlarından yararlanır. Birkaç yüz bin kilowatt üreten turbo-alternatörler, doğal buharı ısı değiştiricisi olmaksızın doğrudan doğruya alır. Buharın yoğunlaşmasıyla oluşan suya kimyasal işlemler uygulanarak borik asit elde edilir.

Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ısıma enerjisidir, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. . Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m2 değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

Hidroelektrik santral, yüksek bir noktadan düşen hareket halindeki suyun kinetik enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisinin üretildiği elektrik santralı türüdür. Hidroelektrik santral, düşen su kütlesinin kinetik enerjisinden yararlanılarak bir türbin çalıştırılır. Elektrik enerjisi isteği kış aylarında maksimumudur. Bu devrede, nehirlerde su çekildiğinden hidroelektrik enerji üretimi en düşük seviyeye iner. Enerji isteğinin yüksek, üretimin az olması yüzünden yaz mevsiminde elde edilecek enerji büyük önem taşır. Diğer yandan enerjisinin değeri, geceleri gündüze, pazar günleri iş gününe oranla daha düşüktür. Hidroelektrik bir tesisin değeri, yalnız üretilen enerji miktarına değil, bu enerjinin kalitesine, yani zaman içindeki dağılımına da bağlıdır. Hidroelektrik santralın kurulacağı yerin seçimini tabiat belirler ve bazen bu yer kullanma merkezlerinden çok uzakta olabilir. Böylece enerji nakli yüzünden maliyet fiyatı bakımından büyük yük altına girilir ve genellikle tüm hallerde kuruluş masrafları, termik santrallere oranla daha yüksektir. Buna karşılık, hidroelektrik santralın yakıt tüketimi yoktur, işletme ve bakım masrafları, termik santralden çok azdır. Hidroelektrik bir tesisin, işletme ekonomisi kuruluş masraflarını karşılarsa elverişli şartlara sahip olduğu düşünülür.

Akarsu santralı, akarsulardan yararlanılarak elektrik enerjisinin üretildiği elektrik santralı türüdür. Akarsu santralının pratikte hiçbir enerji yedeği yoktur. Nehirlerin yükselme zamanında, santrallar maksimum güçlerini verir. Kuraklık zamanında, üretilen güç debi ile azalır ve bazı derelerde sıfıra kadar iner. Bu tür santrallar, Rhône ve Rhin üzerine yapılmıştır. Rhône üzerindeki Donzére santralı, nehrin ortalama debisine yakın olan saniyede 1.500 m3'lük bir debiyi kullanacak şekilde donatılmıştır. Rhône, suları çekildiği zaman dahi normal olarak saniyede 400 m3'lük bir debi verir. Bu yüzden santralın gücü, yılda ortalama 4'te 1 oranında değişir. Rhin'de ortalama debi saniyede 1.100 m3 ve sular çekildiği zaman saniyede 300 m3 olduğundan santralın gücündeki değişme oranı neredeyse aynıdır.

Göl santralı, göllerden yararlanılarak elektrik enerjisinin üretildiği elektrik santralı türüdür. Göl santralları, nehir debisinin belirli bir kısmını yedek olarak tutan alavere havuzu tarafından beslenir. Bu tesislerin kurulmasına elverişli yerler azdır. Ayrıca, göl santrallarının çoğunda yıl içinde gelen fazla su miktarının ancak bir kısmı depo edilebilmektedir.

Yıllık fazla su miktarının % 5'ini depo edebilen göl santrallarıdır. Fakat, bu stok nehrin en az birkaç saatlik ortalama debisine karşılık düşer. Bu stokun mevsimlik enerji akta katkısı çok azdır. Fakat, günlük puant zamanlarının atlatılmasında büyük önem taşır.

Akarsu santrallerinde hidrolik türbinlerin su debisi yüksektir, buna karşılık suyun düştüğü yükseklik ve hızı azdır. Göl santralleri, basınçlı borularla beslenen dik veya dogucan kaçak su borusu veya galerisi ve bir transformatör merkezi. Bazı hidroelektrik santralleri yer altındadır.

Nükleer santral, bir veya daha fazla sayıda nükleer reaktörün yakıt olarak radyoaktif maddeleri kullanarak elektrik enerjisinin üretildiği tesistir. Radyoaktif maddeler kullanılmasından dolayı diğer santrallerden farklı ve daha sıkı güvenlik önlemlerini, teknolojileri içerisinde barındırır.

Reaktörün kalbinde, elde edilen ısıl enerji suya aktarılır, su almış olduğu bu enerji sebebiyle faz değiştirir ve kızgın buhar haline dönüşür. Elde edilen bu buhar daha sonra elektrik jeneratörüne bağlı olan buhar türbinine verilir. Su buharı, türbin mili üzerinde bulunan türbin kanatları üzerinden geçerken daha önceden almış olduğu ısıl enerjiyi kullanarak, türbin milini döndürür. Bu mekanik dönme hareketi sonucunda alternatörlerde elektrik elde edilir.