Güç üretimi nedir?

Güç üretimi, farklı teknoloji türleri kullanılarak elektrik üretimini tanımlamak için kullanılan bir terimdir - bu teknolojilerden buhar kazanları gibi bazıları yüz yıldan daha eskidir ve rüzgâr türbinleri gibi diğerleri daha yenidir. Aslında buhar kazanları ve yel değirmenleri çok daha eskidir. Başlangıçta makineleri hareket ettirmek ve tahılı ezmek için icat edildiler ve bu işlerini hâlâ yapıyorlar ama şimdi çoğunlukla elektrik yapmak için kullanılıyorlar.

Çoğu güç üreten ekipman, bir alternatördeki bir mekanizmayı döndürerek elektrik üretir. Mekanizmanın nasıl döndürüleceği, hangi teknolojinin kullanıldığına bağlıdır.

Elektrik nasıl üretilir?

Enerji santrallerinde ve jeneratörlerde çok fazla elektrik üretiliyor. Alternatöre bir dönme hareketinin iletildiğini ve alternatörün hareketi elektriğe dönüştürdüğünü söyledik. Bu tam olarak nasıl oluyor?

Alternatör, elektrik motoruna çok benzer. Elektrik motorları, bir rotoru döndürmek için elektrik kullanır. Alternatörlerde, hareket oluşturmak için elektrik kullanmak yerine, alternatörler elektrik oluşturmak için hareketi kullanır. Aslında, birçok motor geçici alternatör olarak işlev görebilir.

Alternatörler iki parçadan oluşur: stator ve rotor. Rotor, alternatörün içinde döner ve bir manyetik alan oluşturmak üzere tasarlanmıştır. Stator, esasen içi boş bir demir çekirdeğin etrafına sarılmış birçok bakır sargıdan oluşan bir kutudur. Rotor statorun içinde döndüğünde, manyetik alanı da döner ve bu dönüş stator sargılarında bir elektrik akımı oluşturur. Bu elektrik akımı toplanır ve elektrik şebekesine gönderilir.

Bir güç jeneratörü nasıl çalışır?

Güç jeneratörleri, pistonlu bir motor ve bir alternatör etrafında inşa edilmiş küçük, bağımsız enerji santralleridir. Motor ve alternatör genellikle, ne kadar elektriğe ihtiyaç duyulduğuna bağlı olarak bir traktör römorku kadar büyük veya bir bavul kadar küçük olabilen tek bir muhafaza içinde birleştirilir. Motorları farklı yakıtlara uygun olan jeneratörler mevcuttur - dizel, benzin, biyoyakıtlar, doğal gaz ve daha fazlası.

Daha büyük güç jeneratörleri, çok çeşitli uygulamalarda ve endüstrilerde kullanılmaktadır. Birincil güç veya yedek güç olarak hizmet edebilirler. Örneğin, güvenilir bir elektrik şebekesinin bulunmadığı alanlarda konuşlandırılan askeri üsler, tüm elektrik ihtiyaçları için genellikle yerleşik jeneratörlere güvenir. Herhangi bir zamanda elektrik kesintisinin kabul edilemez olduğu binalarda, elektrik kesintisi durumunda elektrik sağlamak için yedek jeneratörler kurulur. Veri merkezleri ve hastaneler, yedek jeneratör gerektiren binalara örnektir.

Güç santrali türleri

Farklı teknolojileri içeren birçok enerji santrali türü vardır: pistonlu motorlar (bazen içten yanmalı motorlar olarak anılır), buhar türbinleri, gaz türbinleri, hidroelektrik türbinleri, rüzgâr türbinleri, jeotermal, nükleer ve daha fazlası.

Hidroelektrik santraller ve rüzgâr çiftlikleri nedir?

Hidroelektrik santraller ve rüzgâr çiftlikleri, yakıt kullanmadan sadece rüzgâr ve su akımları kullanarak elektrik ürettikleri için teknoloji bakımından yakındırlar.

Her ikisinde de bir alternatörün dönen miline tork uygulamak için harici dönen türbin kanatları kullanılır. Örneğin Hoover Barajı, barajdan akarken suyun açığa çıkardığı potansiyel enerjiyi kullanarak büyük miktarda elektrik üreten ünlü bir hidroelektrik santralini ihtiva eder.

Rüzgâr türbinleri için, her kule bir dizi türbin kanadına ve rüzgâr enerjisini çekip elektriğe dönüştüren bir alternatöre sahiptir.

Güneş enerjisi santralleri nelerdir?

Güneş enerjisi, içerdikleri silikon hücreleri aktive etmek için güneş ışığını kullanan fotovoltaik panellerde yapılır. Güneşten gelen fotonlar silikon hücrelere çarptığında, silikonda bulunan atomlardan elektronları koparırlar. Hücreler, elektronların yalnızca bir yönde hareket edebilecekleri şekilde tasarlanmıştır. Böylece, hücrenin elektron toplayıcısı bir elektrik yüküne bağlandığında, elektronlar hücrenin dışına ve elektrik yüküne gitmek için sıraya girerler. Başka bir deyişle, bir elektrik akımı üretilir.

Güneş enerjisi teknolojisi, buhar türbinli konsantre güneş santrallerine kadar yayılmıştır. Bazı konfigürasyonlarda, aynalar bir kulenin etrafına yerleştirilmiştir ve yansıma kulenin tepesindeki bir alıcıya yönlendirilmiştir. Bunu, ateş yakmak için güneş ışınlarını yoğunlaştırmak amacıyla büyüteç kullanmak olarak düşünün. Kulenin tepesinde, sıcak buharın yer seviyesindeki bir buhar türbinine yönlendirildiği bir buhar kazanı vardır.

Jeotermal güç santralleri nelerdir?

Jeotermal enerji santralleri, yakındaki magmadan yayılan ısıyla suyun ısıtıldığı, dünyanın derinliklerine inen borulara sahiptir. Su buhara dönüşür ve bu buhar, elektrik üretmek için bir buhar türbini ve alternatör seti tarafından kullanılır. Jeotermal aktivite ile buhara dönüştürülen suyun bir örneği, Wyoming'deki Yellowstone Milli Parkı'ndaki birçok sıcak gayzerdir.

Gazla çalışan elektrik santralleri nelerdir?

Bir gaz türbinine dayanan gazla çalışan enerji santrallerinde süreç şu şekilde işler:

1. Hava, sıkıştırıldığı bir kompresöre çekilir.
2. Sıkıştırılmış hava, yakıtla karıştırıldığı ve hava-yakıt karışımının ateşlendiği bir yakıcıya yönlendirilir.
3. Yanma sonucu oluşan basınçlı gaz türbin kanatlarının dönmesine neden olur.
4. Pistonlu motorlarda olduğu gibi, dönme hareketi, onu elektriğe dönüştüren bir alternatöre iletilir.

Jet motorları çok benzer bir şekilde çalışır, tek fark torkun fan kanatlarını döndürmesi ve jeti itmesidir.

Dizel yakıtlı enerji santralleri nelerdir?

Dizel yakıtlı santraller, diğer santrallere kıyasla elektrik üretim kapasitesi bakımından nispeten daha küçüktür. Bu enerji santralleri, güç üretimi için genellikle pistonlu motorları kullanır. Bu pistonlu motorlar tıpkı bir arabanın motoru gibidir:

• Yakıt enjekte edildiğinde hava kompresöre girer.
• Hava ve yakıt karışımı yandıkça bir piston yükselir ve alçalır.
• Piston, dönme hareketi üreten bir krank miline bağlıdır.
• Dönme hareketi, hareketi elektrik akımına dönüştüren bir alternatöre aktarılır.

Pistonlu motor temelli enerji santralleri, doğal gaz, ağır petrol ve daha fazlası dâhil olmak üzere çeşitli yakıtları gerçekten yakabilir.

Kömürle çalışan elektrik santralleri nelerdir?

Kömürle çalışan enerji santrallerinde süreç şöyle işler:
 

• Bir kazanda suyu ısıtmak için bir yakıt kaynağı ateşlenir.
• Kazanda ısınan su buhara dönüşür.
• Buhar, bir buhar türbininin kanatlarının dönmesine neden olur.
• Bu dönüş hareketi, elektrik üreten alternatöre aktarılır.

İşlem nükleer santrallerde aynıdır, ancak su, yakıtın yanmasından ziyade uranyum atomlarının fisyonundan gelen ısı ile kaynatılır.

Nükleer santraller ve çalışma şekilleri

Nükleer santrallerde süreç buhar türbinlerindekiyle aynıdır, ancak su, yakıtın yanması yerine uranyum atomlarının fisyonundan gelen ısı ile kaynatılır.

Nükleer santraller, nükleer fisyonun gerçekleştiği bir veya daha fazla reaktör barındırır. Büyük uranyum atomları, daha küçük atomlar oluşturmak için parçalanır ve bu süreçte muazzam miktarda enerji açığa çıkar. Uranyum, reaktöre yakıt çubukları adı verilen kapalı metal tüplerde istiflenmiş uranyum oksit topakları şeklinde getirilir. Yakıt çubukları, suyla dolu ve basınçlı reaktör kabı olan büyük bir kaba yerleştirilir. Nükleer fisyon başlatıldığında, yakıt çubukları reaktör kabında bulunan suyu ısıtarak buhar oluşturur. Bu buhar daha sonra bir buhar türbini ve elektrikli alternatör setini döndürerek elektrik üretir.

Sürecin hiçbir noktasında fosil yakıt kullanılmaz, bu nedenle nükleer santraller herhangi bir karbon emisyonu üretmez. Ancak ürettikleri şey, kimsenin gerçekten ne yapacağını bilmediği, yüksek oranda radyoaktif kullanılmış yakıt çubuklarıdır.

2021 itibariyle Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 57 enerji santralinde yaklaşık 94 nükleer reaktör ve dünya çapında yaklaşık 450 reaktör bulunuyor.

Kombine çevrim güç santralleri

Buhar türbinleri, gaz türbininden gelen atık ısıyı buhar yapmak için kullanan bir "kombine çevrim" tesisi yapmak için gaz türbinlerine binebilir. Gaz türbininin egzoz ısısı artık ek elektrik üretiyor. Kombine çevrim santrallerinin basit çevrim santrallerinden daha iyi verime ve daha yüksek çıktıya sahip olmasının nedeni budur.

Farklı güç üretim teknolojilerinin faydaları

Her tür santral ve enerji üretim teknolojisinin avantajları ve dezavantajları vardır.

Nükleer santraller çok az yakıtla ve neredeyse hiç emisyon olmadan çok miktarda elektrik üretir, ancak nükleer atık henüz çözülmemiş önemli bir sorundur.

Gaz türbinleri daha az emisyon üretir ve çoğu buhar türbini bazlı enerji santralinden daha verimlidir ancak bakımı pahalı olma eğilimindedir. Ayrıca her yerde bulunmayan doğal gazla da en iyi şekilde çalışırlar.

Pistonlu motorlar büyük esnekliğe sahiptir: hızlı çalıştırma ve hızlı durdurma yetenekleri vardır ve çeşitli yakıtlarla çalışabilirler, çok verimlidirler ve yapım ve bakım maliyetleri nispeten düşüktür.

Rüzgâr türbinleri ve güneş panelleri doğrudan emisyon üretmez ve yakıt gerektirmez, ancak çıktıları değişken ve bazen de tahmin edilemezdir - rüzgârsız bir günde bir rüzgâr çiftliği çok fazla elektrik üretmez.

Gelecek nesiller için daha temiz enerji üretimi ve azaltılmış emisyonlar için küresel istek arttıkça, temiz, yenilenebilir enerjiye geçiş artmaya devam ediyor. Elektrik şebekesinde çok sayıda rüzgâr ve güneş enerjisi santrali bulunduğundan, rüzgâr ve güneş enerjisinin değişkenliğini telafi etmek için hızla başlayıp durabilen yeterli esnek enerji santraline sahip olmak önemlidir. Gaz türbinleri ve pistonlu motorlar bunun için çok uygundur ve enerji şirketleri arasında popüler bir seçenektir.

Güç üretimi için enerji kaynakları

Tüm enerji üretim sistemleri ve enerji santralleri, şu veya bu şekilde mevcut olan enerjiyi elektriğe dönüştürerek çalışır.

Güneş panelleri ve rüzgâr çiftlikleri, ortamlarında bulunan güneş ışığı ve rüzgâr enerjisini elektriğe dönüştürür. Benzer şekilde, hidroelektrik santraller, barajlardaki suyun potansiyel enerjisini veya nehirlerde bulunan kinetik enerjiyi elektrik üretmek için çıkarır. Rüzgâr, güneş ve sudan elde edilen enerjinin yenilenebilir olduğu kabul edilir, çünkü mevcudiyeti hava koşullarına bağlı olsa bile kaynağı sürekli olarak yenilenir.

Diğer güç üretim teknolojileri, enerji kaynağı olarak yakıt gerektirir. Yakılabilecek hemen hemen her şey elektrik üretmek için yakıt olarak kullanılmıştır. Belediye çöpleri, eski lastikler, kanalizasyon gazı, mısır kabukları, endüstriyel atıklar vb. ile çalışan enerji santralleri var. Bununla birlikte, yenilenemeyen elektriğin çoğu, kömür, doğal gaz ve dizel gibi petrol distilatlarını içeren bir kategori olan fosil yakıtlardan gelmektedir.

Biyoyakıtlar, karbon nötr oldukları için giderek daha önem kazanan bir yakıt kategorisidir. Bu, yandıklarında saldıkları karbonun bir fosil kaynağından gelmediği anlamına gelir. Biyoyakıtlar, enerji bitkileri, tarımsal yan ürünler ve hatta kullanılmış kızartma yağı gibi organik malzemelerden yapılır. Biyoyakıtlar katı, sıvı ve gaz halinde gelir ve bu da enerji üretimi uygulamalarında çeşitli kullanımlara yol açar. Örneğin biyodizel, yaygın olarak kullanılan bir sıvı biyoyakıt türüdür.