Su dağıtım sistemlerinde su türbinleri kullanarak enerji üretimi
Energy production using hydroturbines in water supply systems
Yazar: EYUP KOÇAK
Danışman: PROF. DR. NURİ YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Geleneksel barajlar, son yüzyılda hidrolik enerjinin ana kaynağı olmuş ve büyük ölçekli su türbinleri ile üretilen enerji dünyada hızlı bir artış göstermiştir. Ancak günümüzde mikro ölçekli projeler başta olmak üzere su türbinlerinin kullanıldığı yeni uygulama alanları ortaya çıkmıştır. Su dağıtım sistemleri de bu alanlardan biridir. Su dağıtım sistemleri, suyun basınçlandırılması için ihtiyaç duyduğu enerjiden dolayı büyük bir enerji tüketicisi konumundadır. Ancak basınç, su bölge halkına ulaşıncaya kadar kademeli olarak basınç düşürme valfleri ile düşürülür. Bu aşamada, basınç düşürme valfleri yerine kendisi ile aynı işleve sahip su türbinleri yerleştirilerek, kaybedilen enerji geri kazandırılabilir. Ancak su dağıtım sistemleri oldukça karmaşık sistemlerdir ve akış koşulları şebeke boyunca anlık olarak değişir. Basınç kontrolü sistem sağlayıcılarının önceliğidir ve ağ boyunca basınç istenilen seviyede tutularak enerjinin dönüştürülmesi gerekmektedir. Türbin uygulamaları bu noktada, enerji üretimi, basınç kontrolü ve kaçak kayıpları kontrol etmek adına bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Bu tez, mikro su türbinleri kullanarak su dağıtım sistemlerinde enerji üretimini araştırmayı amaçlamaktadır. Türbinin kurulacağı en uygun yerin belirlenmesi için EPANET hidrolik simülatörü kullanılarak ağ üzerinde her bir borunun akış rejimlerini tespit edebilen bir program geliştirilmiştir. Uygun tip türbinin belirlenmesi için teknik analizler yapılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı ANSYS CFX, türbinin tasarımı ve hidrolik performansının ölçümü için kullanılmıştır. Yapılan finansal analizler ise, su dağıtım sistemlerinde mikro türbin kullanarak enerji üretiminin, dünyanın artan enerji ihtiyacı karşısında karlı bir alternatif ve yenilenebilir bir çözüm olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In the last century, the main source of hydroelectric power came from conventional dams and the energy produced by hydro turbines had a fast growing. But nowadays, new applications of hydro turbines in hydro power specially in micro-scale projects have emerged. Water supply systems are one of these areas. Water supply systems are large energy consumers due to the large amount of energy needed to pressurize the water. However, the pressure is reduced gradually by the pressure reduction valves until water reaches inhabitants. At this point, the energy that is lost with pressure reduction valves can be recovered by replacing hydro turbines that serve the same function. Nevertheless, water networks are highly complex systems and the flow conditions change instantaneously throughout the network. The control of the pressure is the top priority of the system providers and energy should be converted along with keeping the pressure to a desired level. The application of turbines appeared as an alternative to produce energy, to reduce leakage reductions and to manage network pressure. This thesis aims to investigate the energy production in water supply systems using micro hydro turbines. To find the optimal location for the installation of micro hydro turbine in the network, a tool is developed using the hydraulic simulator EPANET for obtaining flow regimes of each pipe. Technical feasibility analysis is computed for the selection of appropriate type turbine. The CFD program ANSYS CFX has been used to design and verify the hydraulic performance of the turbine. A financial analysis is performed and has showed that energy production in water supply systems using micro turbines is a profitable alternative and a renewable solution for the world's growing energy needs.