Ardışık Akım Ötelemesi ile İşletme Kural Eğrisi Geliştirilmesinde

48

49 6.1.1 Kot-Alan-Hacim Değerleri

Kot-alan-hacim grafikleri su seviyesine bağlı olarak rezervuar alanındaki ve hacmindeki değişimleri içeren verileri içermektedir. Bu grafikler, haznelerin yıllık işletme politikalarının belirlenmesinde büyük önem arz etmektedir (Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü [online]). Baraj haznelerinin gerek planlama ve tasarımında gerekse işletilmesinde baraj yüksekliği ile hazne hacmi arasındaki bağıntının bilinmesi gereklidir. Göl alanları düzgün geometrili şekiller olmadığı için hazne işletme seviyesine karşılık gelen hazne yüzey alanı ve hazne hacmi bulundukları yerin eş yükselti eğrili haritaları kullanılarak hesaplanır.

6.1.1.1 Kemer Barajı Kot-Alan-Hacim Değerleri

Kemer Barajı'na ait kot-alan-hacim grafiği ve değerleri DSİ Aydın Bölge Müdürlüğü'nden tedarik edilmiştir. Kot-alan-hacim değerleri hazne işletmesi modeline girdi olarak eklenmiştir. Hacim değişimlerine karşılık gelen hazne seviye ve göl alanı değerleri interpolasyon yolu ile belirlenmiştir. Kot-alan-hacim grafiği Şekil 6.1'de, kot-alan-hacim değerleri Tablo 6.1'de gösterilmektedir.

Şekil 6.1: Kemer Barajı kot-alan-hacim grafiği (DSİ 21. Bölge Müdürlüğü, Aydın).

50

Tablo 6.1: Kemer Barajı kot-alan-hacim tablosu (DSİ 21. Bölge Müdürlüğü, Aydın).

Kot (m) Alan (km²) Hacim (hm³) 248,00

250,00 252,00 254,00 256,00 258,00 260,00 262,00 264,00 266,00 268,00 270,00 272,00 274,00 276,00 278,00 279,00 280,00 282,00 284,00 286,00 288,00 290,00 292,00 294,00

3,704 3,951 4,228 4,698 5,380 5,835 6,243 6,609 6,967 7,363 7,816 8,337 8,780 9,154 9,511 9,895 10,082 10,247 10,642 10,999 11,344 11,664 11,908 12,099 12,237

55,212 62,915 71,070 79,855 89,925 101,116 113,251 126,054 139,650 153,764 168,610 184,597 201,621 219,153 237,966 257,444 267,463 277,867 298,397 319,674 341,607 365,063 389,024 413,144 437,675

6.1.2 Kuyruk Suyu Seviyesindeki Değişimlerin Hesaplaması

Suyun akım enerjisi, hidrolik santrallerdeki su türbinleri vasıtasıyla mekanik enerjiye ve bu mekanik enerji de su türbinlerinin tahrik ettiği jeneratörler vasıtası ile elektrik enerjisine (hidroelektrik enerji) çevrilir. Suyun akım enerjisini oluşturmak için belli miktarda suyun belli bir yükseklikten (düşü) düşürülmesi, başka bir deyişle, suyun biriktirdiği potansiyel enerjinin bırakılarak kinetik enerjiye dönüştürülmesi gerekir (Başeşme, 2003).

Enerji üretimini etkileyen en önemli faktörlerden biri düşüdür. Hidroelektrik güç, düşü ve debi ile doğrusal orantılıdır. Su akımından elde edilebilecek hidroelektrik enerji potansiyelini değerlendirebilmek için, su debisinde yıl içinde meydana gelebilecek değişimlerin ve elde edilebilecek düşünün bilinmesi gerekir.

51

Enerji hesabına esas olan net düşü, suyun alındığı rezervuar su seviyesi ile santralden kuyruk suyuna deşarj edilen su seviyesi arasındaki düşey mesafeden su yolunda meydana gelen kayıpların çıkarılması ile elde edilir. Kuyruk suyu seviyesindeki değişimlerin hesaplanabilmesi, net düşünün ve dolayısıyla elde edilebilecek enerjinin hesaplanmasında büyük önem arz etmektedir.

Hazne işletme eniyilemesi çalışmasında, net düşünün daha hassas hesaplanabilmesi için kuyruk suyu seviyesindeki değişimler hesaba dahil edilmiştir.

Kemer Barajı ve HES kuyruk suyu kanalına ait kanal taban kotu, kanal boyutları, kanal eğimi, minimum türbin debisi ve maksimum türbin debisi gibi tüm teknik ve karakteristik özellikler dikkate alınarak hangi su miktarında ne kadar kuyruk suyu kabarması meydana geldiği hesaplanmıştır. Sonrasında hesaplanan kabarma miktarları kuyruk suyu taban kotuna eklenerek ilgili debiye karşılık gelen kuyruk suyu seviyesi elde edilmiştir.

Kemer Barajı ve HES için kuyruk suyu kotu 188,30 m ila 190,25 m arasında değişmektedir. İşletme kural eğrisinin oluşturulması esnasında farklı debilere karşılık gelen kuyruk suyu seviyeleri hesaplanmış ve net düşü daha hassas bir şekilde elde edilmiştir. Kemer Barajı ve HES yaklaşık olarak 10 m³/s ile 66 m³/s debi aralığında çalışmaktadır. Minimum debi ve maksimum debi arasında değişen debilere karşılık gelen kuyruk suyu seviyeleri Şekil 6.2'de gösterilmektedir.

Şekil 6.2: Kemer HES kuyruk suyu anahtar eğrisi.

52 6.1.3 Türbin Verimi

Hidrolik türbinler suyun hidrolik enerjisi rötarlar (döner çarklar) yardımı ile mekanik enerjiye çevirirler. Hidroelektrik santrallerde şartlara göre verim ve performanslarında en çok değişiklik görülen teçhizat türbinlerdir. Türbinlerin verimleri yüke, düşüye, türbinlenen debiye, aşınmaya, vorteks ve tork kuvveti (moment) gibi hidrolik akım olaylarına bağlı olarak hızlı bir değişim göstermektedir (Başeşme, 2003). Türbin veriminden kaynaklanan enerji kayıplarının engellenmesi için gerekli debi ve düşü şartlarının sağlanmasının yanı sıra türbin verim eğrisi dikkate alınarak enerji üretimi yapılmalıdır.

6.1.3.1 Kemer Barajı ve HES Türbin Verim Eğrisinin Oluşturulması

Kemer Barajı ve HES'te bulunan türbinlerin teknik özellikleri DSİ Aydın Bölge Müdürlüğü'nden tedarik edilmiştir. Üç adet Francis tipi türbin bulunmaktadır ve bu türbinler eş teknik özellikleri taşımaktadır.

Hazne işletme eniyilemesi yapılırken oluşturulan türbin verim eğrisinden türbin verim denklemi elde edilmiştir. Bu denklemin girdisi, aylık türbinlenen debinin (Qt), maksimum tek türbin debisine (Qmax) diğer bir deyişle türbin tasarım debisine (22 m³/s) oranının hesaplanması ile elde edilen türbin doluluk oranıdır.

Fonksiyon hesapları sonucunda ise her ay için türbin verim katsayıları elde edilmiştir. İşleme dönemindeki her ay ve Kemer hidroelektrik santralinde bulunan üç türbin için ayrı ayrı hesaplanan türbin verim katsayıları enerji üretimi hesaplarında kullanılmıştır.

Şekil 6.3'ten de anlaşılacağı gibi türbin doluluk oranı yaklaşık 0,91 değerine ulaştığında maksimum türbin verim katsayısı elde edilebilmektedir. Hazne işletme çalışması yapılırken Kemer HES türbin verim eğrisi grafiği baz alınarak üç türbin için de gelen debilere bağlı olarak maksimum verim ile çalışması hedeflenmiş ve debilerin türbinlere dağıtımı bu hedef doğrultusunda gerçekleştirilmiştir.

53

6.2 İşletme Kural Eğrisi Geliştirilmesinde Kullanılan Karakteristikler Hakkında Açıklamalar

Tasarım Debisi (Qproje): Hidroelektrik santrallerde enerji üretiminde esas alınan ve hidroelektrik santralin anlık olarak türbinleyebileceği maksimum debiye tasarım debisi denmektedir. Tasarım debisi, hidroelektrik santrallerin tüm elemanlarının (su alma yapısı, çökeltim havuzu, isale hattı, yükleme odası, cebri borular, türbinler) boyutlarının seçilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Ayrıca enerji üretiminin alt ve üst sınırlarının belirlenmesinde seçilecek olan türbin tipi ile birlikte en önemli etkendir. Kemer Barajı ve Hidroelektrik Santrali'nin tasarım debisi 66 m³/s'dir.

Maksimum Türbin Debisi (Qmax): Maksimum türbin debisi, tek bir türbinde anlık olarak türbinlenecek debiyi ifade eder. Türbin tasarım debisi olarak da adlandırılabilir. Üç adet eş özellikte Francis tipi türbine ve 66 m³/s proje debisine sahip olan Kemer Hidroelektrik Santrali'nin maksimum türbin debisi 22 m³/s'dir.

Minimum Türbin Debisi (Qmin): Minimum türbin debisi, hidroelektrik santralde enerji üretiminin gerçekleşmesi için tek türbinin anlık olacak

Şekil 6.3: Kemer HES türbin verim eğrisi.

54

türbinleyebileceği debinin en alt sınırını ifade etmektedir. Santrale gelen debinin minimum türbin debisinden daha düşük olması durumunda enerji üretimi gerçekleştirilmemektedir. Minimum türbin debisine karar verilmesinde ana etken türbin tipidir. Kemer Hidroelektrik Santrali'nde Francis tipi türbin bulunmaktadır. Bu tip türbinlerde minimum türbin debisi, maksimum türbin debisinin yaklaşık %32'si civarındadır. Türbin verimi de göz önüne alınarak Kemer HES için minimum türbin debisi 10 m³/s olarak belirlenmiştir.

Optimum Türbin Debisi (Qopt): Optimum türbin debisi, türbin veriminin en üst seviyelerde olmasını sağlayacak debiyi ifade etmektedir. Türbin verim eğrisi incelendiğinde, türbinlerin düşük debilerle veya maksimum türbin debisiyle çalıştırılmasının türbin verim katsayısının düşmesine sebep olduğu görülmektedir.

Türbinlenen debinin, türbin verim katsayısını doğrudan etkilemesi sebebiyle hazne işletme çalışmaları esnasında optimum türbin debilerinin belirlenmesi gerekmektedir.

6.3 İşletme Kural Eğrisi Geliştirilmesinde Optimum Türbin Debisinin