Kepez Hidroelektrik Santrali'nin saha ölçümleri ve sayısal bazlı hidrolik analizi
Hydraulic analysis of Kepez Hydroelectric Power Plant based on site measurements and numerical analysis
Yazar: GÜLSEVİM SEPETCİ
Danışman: PROF. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU ; DR. KUTAY ÇELEBİOĞLU
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Francis türbini = Francis turbine ; Su türbinleri = Water turbines

Özet:
Bu tez çalışmasında, Antalya'da bulunan Kepez-1 Hidroelektrik Santrali Rehabilitasyon Projesi'nin kavramsal tasarımı gerçekleştirilmiştir. MİLHES adlı Tübitak Kamag projesinin amacı, santralin tüm bileşenlerini yerli imkanlarla yenileyerek, günümüz tasarım yaklaşımlarıyla yeni bir tasarım yaparak mevcut santralin gücünü ve verimini artırmaktır. Projenin faaliyet alanı, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) destekli su türbini tasarımını, model üretim ve testini, prototip üretim ve montajını, generatör ve SCADA sistemini kapsamaktadır. Kavramsal tasarım çalışmaları, projenin ilk adımı olup, hidrolik türbin tasarımı, kavramsal tasarım çalışmalarını baz alarak gerçekleştirilmiştir. Mevcut santral, hidrolik türbinin en önemli iki tasarım parametresi olan debi ve hidrolik yük değerleri hedeflenerek modellenmiştir. Modellerde Manning's sürtünme eşitliği kullanılmıştır. Bu modeller, santralin başlangıç noktası olan rezervuardan türbinin girişine kadar olan detayları içermektedir. Bu detaylar için kaynaklar, saha inceleme çalışmaları ve santral teknik resimleridir. Bilgisayar ortamında oluşturulan modellerin doğrulanması için teknik resimleridir. Bilgisayar ortamında oluşturulan modellerin doğrulanması
için saha testleri gerçekleştirilmiştir. Bunlar debi, hidrolik yük, verim ve güç ölçüm
testleridir. Test sonuçlarının, model sonuçlarıyla karşılaştırılması sonucu literatürde
bulunmayan kirecin sürtünme katsayısına bir yaklaşım oluşturulmuştur. Farklı debilerde
borularda oluşan kayıp değişeceğinden, türbine kalan hidrolik yükler de değişecektir. Bu
sebeple farklı debilerdeki hidrolik yükler doğrulanan modellerle hesaplanmıştır. Debi ve
hesaplanan hidrolik yük, hidrolik türbin tasarımında kullanılan iki ana parametredir.
Bunların ışığında türbinin çalışabileceği çalışma aralığı eğrisi çıkarılmış, tasarlanacak yeni
türbinin tasarım debi ve hidrolik yüksü belirlenmiştir. Bunlara ek olarak doğrulanan
modelin zamana bağlı çözümleri gerçekleştirilmiş ve su darbesi etkisi ölçülmüştür. Su
darbesi hesabı için kullanılan modellerin doğruluğu için sahada ani kapanma testleri
gerçekleştirilmiş ve modelden zamana bağlı basınç eğrilerinin testlerle örtüşmesi
beklenmiştir. Saha testleri ve bilgisayar ortamında oluşturulan modelin karşılıklı
iterasyonu sonucunda, su darbesi zamana bağlı analiz sonuçları, santralde bulunan
PRV'ye (Basınç Düzenleme Vanası) ve türbin önünde bulunan sürgülü vanaya girdiler
oluşturmuştur. Tüm bu sonuçlar daha yüksek verimli ve daha yüksek güç üretebilen su
türbini tasarımı için temel oluşturmuştur.

Abstract:
In this thesis, Conceptual Design of Kepez-1 Hydroelectric Power Plant which is in
Antalya, Turkey was studied. The aim of the rehabilitation project called MILHES,
financially supported by Tubitak Kamag, is to increase the power and efficiency with
state of the art techniques. The scope of the project is Computational Fluid Dynamics
(CFD) aided turbine design, model manufacturing and tests , design, production and
implementation of the turbine, generator and the SCADA system. Design of the
hydraulic turbine is based on the conceptual design performed in this study. The
hydroelectric power plant is modeled with two design parameters: head and flow rate.
Manning's friction factor is used in the computations. The source for these details is
technical drawings and site observations. For verification of the power plant model,
field tests are performed as a part of the project. As a result of the comparison of
numerical and field test results, friction coefficient of limestone is predicted and used
for further computations. The losses in pipeline change with flow rate; therefore, head
values are calculated for different flow rates. With the light of this thesis, operation
limits of the turbine are determined. Best efficiency and design points of the turbine
are obtained, as well as the range of operation for flow rate and head. Transient analysis
of the system is also performed to evaluate water hammer characteristics. For the
verification of water hammer analysis, instant load rejection tests are conducted. The
results of the transient analysis provide the inputs for the design of by-pass pipeline
and pressure relief valve. These results provide an idea on the feasibility of the increase
in power.