Elektrik üretme

Elektrik üretimi  elektrik ve diğer kaynaklardan birincil enerji üretme sürecidir. Elektrik üretiminin temel ilkeleri İngiliz bilim adamı Michael Faraday tarafından 1820’lerde ve 1830'ların başında keşfedildi. Onun temel yöntemi bugün hala 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 makinadır. 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.

Tarihçe

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 , rüzgar 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.

Hidroelektrik enerji

M.Ö. 3000-2000 yıllarından itibaren Mezopotamya ve Çin ‘de, Mısır ve Anadolu ‘da suyun potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanılmıştır. Buhar makinasının icadına kadar bir cismi hareket ettirmek için kuvvet kaynağı olarak sadece su ve rüzgardan yararlanılıyordu. Rüzgarın 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.

Elektrik enerjisinin üretimi

Çeşitli enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretilmektedir. Mevcut enerji kaynaklarını iki gruba ayırmak mümkündür:
1)Alışılmış enerji kaynakları
2)Alternatif enerji kaynakları

Alışılmış enerji kaynakları

Alışılmış enerji kaynakları kullanılarak üç yolla elektrik enerjisi elde edilebilir:
a)Suyun potansiyel enerjisinden veya akışından hidroelektrik santraller aracılığıyla,
b)Kömür , petrol , doğalgaz gibi fosil yakıtlar kullanılarak termik santraller aracılığıyla,
c)Uranyum . toryum vb. maddelerin kullanımıyla nükleer santraller aracılığıyla,
Hidroelektrik santraller suyun hareket enerjisini elektrik enerjisine , termik ve nükleer santraller ise ısı enerjisini elektrik enerjisine çevirmektedirler.

Hidroelektrik santraller

Baraj santralleri veya akarsu santralleri olmak üzere ikiye ayrılırlar. Enerji dönüşümü blok şemada görüldüğü gibidir.

Baraj santralleri

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.

Akarsu santralleri

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 santraller

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.
Ülkemizde üretilen elektrik enerjisinin birinci enerji kaynaklarına göre ağırlığı aşağıda verilmiştir.
Linyit %28 Doğalgaz %14 Fuel-oil %7 Dizel %2 Taşkömürü %2

Fotovoltaik paneller

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 hala 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.

Diğer üretim yöntemleri

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 oluşturma ve üretmenin maliyeti

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, rüzgar 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 hükümet 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.

Ülkelere göre üretim

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

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 enerjisinin özellikleri

– Elektrik enerjisinin diğer enerji türlerine dönüştürülmesi kolaydır.
– Diğer enerji türlerine göre çok uzaklara taşınması ve kullanılması son derece rahattır.
– 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.
– Elektrik enerjisi toplumların ekonomik, sosyal ve kültürel yönlerden kalkınmasını sağlayan ve çağdaş uygarlığın en önemli araçlarından biri durumundadır.
– Son 50 yıl içinde baş döndürücü bir hızla ilerleyen teknolojideki gelişimler ve hatta bir ev kadınının eli altına bir makinanın verilmesi (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.

Su tüketimi

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.