Termik Santral Nedir? Nasıl Çalışır ve Çeşitleri Nelerdir?

Termik santral, elektrik enerjisi üretilen tesislere verilen isimdir. Fosil yakıtların işlenmesiyle ortaya elektrik enerjisi çıkaran bu santraller, çeşitlere sahiptir. Buhar türbinli, gaz türbinli, dizel ve nükleer çeşitleri bulunan termik santraller, çalışma prensipleri olarak da farklılık arz etmektedir. Peki, termik santral nedir ve nasıl çalışır? İşte, termik santraller hakkında bazı bilgiler.

Termik santral, katı, sıvı ya da gaz hâlindeki fosil yakıtların kimyasal enerjisinin elektrik enerjisine dönüştüğü elektrik santralleridir. Katı, sıvı, gaz hâlinde bulunan termik kaynağın uygun şartlarda ve uygun ortamda yakılarak yakıtın verdiği ısı enerjisinden ve genleşmeden faydalanılarak mekanik enerji elde edilir. Elde edilen bu mekanik enerjiden de alternatörler yardımı ile elektrik enerjisi üreten santrallere, termik santraller denir.

Termik santrallerde üretilen elektrik enerjisinin birim maliyeti, hidroelektrik santrallerde üretilen elektriğe göre çok daha pahalıdır. Günümüzde kömür, doğal gaz, jeotermal enerji, güneş enerjisi, petrol ürünleri, biyogaz, nükleer yakıt gibi termik kaynakları kullanan çok sayıda termik santral vardır.

Termik santral, yakıtın ve mekanik enerji üreten makinenin cinsine göre 4'e ayrılır:

Buhar türbinli santraller

Gaz türbinli santraller

Dizel Santraller

Nükleer Santraller

Buhar Türbinli Termik Santraller

Termik santrallerde buhar kazanlarında yakıt ve hava karışımı uygun şartlarda yakılır. Bu esnada kazanda bulunan sudan, yüksek sıcaklıkta yüksek basınçlı buhar elde edilir. Elde edilen yüksek basınçlı buhar, buhar türbinine gönderilerek mekanik enerji elde edilir. Buhar türbinine akuple olan alternatör de bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Bu prensiple çalışan termik santrallere, buhar türbinli santraller denir.

Buhar türbinli santrallerde yakıt olarak linyit kömürü, fuel-oil, doğal gaz ve büyük şehirlerin çöp atıkları kullanılır. Termik santraller, üretilen elektrik enerjisinin maliyetini daha fazla artırmamak için kullanılan yakıtın bulunduğu yerin yakınına kurulurlar. Prensip olarak bir buhar türbinli termik santralin çalışmasını yukarıdaki şekle göre şöyledir: Besleme suyu pompasından basılan su kazana gönderilir.

Kazanda ısıtılan su ilk önce buharlaşır, sonra kızdırıcılardan geçerek kızdırılır(nemi alınır). Elde edilen kızgın buhar, buhar türbinine gönderilir. Buhar türbininin kanatlarına çarpan buhar, türbini döndürür. Buhar türbinine bağlı alternatör bu dönme şeklindeki mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Alternatör çıkışı bir yükseltici trafo ile enerji nakil hatlarına verilir.

Buhar türbininde işi biten çürük buhar, kondanser denilen yoğunlaştırıcılara gelerek tekrar su hâline dönüştürülür ve besleme suyu  pompası ile tekrar kazana girer. Bu işlem bir döngü içerisinde devam ederek termik yolla elektrik enerjisi üretimi gerçekleşmiş olur.

Gaz Türbinli Termik Santraller

Elektrik şebekelerinde günün her saatinde yük değişimleri farklılık göstermektedir. 24 saatlik yük değişimlerinde yükün en yüksek olduğu değere; puant yük denir. Bu değerde Pmax olarak ifade edilmektedir. Akşam hava kararmaya başladıktan sonra saat 18.00-21.00 arası konutlarda yanan lâmba sayısı, merdiven otomatikleri, mutfak, antre, salon gibi yerlerde yanan lâmba sayısı artmaktadır. Aynı anda sokak lâmbaları da devreye girmektedir. Yükün bu yüksek olduğu zamanda artan enerji ihtiyacını karşılamak için devreye çabuk giren ve çıkabilen santrallere ihtiyaç vardır. Bu da hidrolik santraller fazla olmadığı zamanlarda gaz türbinli santraller tarafından karşılanıyordu. Ancak günümüzde puant yüklerin hidrolik santrallerle karşılanması daha ekonomik olmaktadır.

1940’lardan itibaren gelişmeye başlayan gaz türbini teknolojisi 1970’li yıllarda puant güç ihtiyacını karşılamakta kullanılırken daha sonra 1970’li yılların sonuna doğru kombine çevrim santralleriyle uygulama imkânı bulmuştur. Gaz türbinli santrallerde en çok motorin ve doğal gaz kullanılmaktadır. 

Dizel Termik Santraller

Günümüzde dizel santraller Fabrika, İşletme, Türk Telekom, TV istasyonları, Hastaneler gibi önemli yerlerde enerji kesildiğinde kullanılır. Ayrıca haddehanelerde, dökümhanelerde, elektrikle çalışan potaların ve indüksiyon bobinlerinin çalıştığı işletmelerde enerji kesilmesinde, tesisin zarar görmesini önlemek için kullanılır.

Dizel santraller küçük yapılı olduğu için az yer kaplarlar. İstenildiğinde taşınabilir. Bu özelliklerden dolayı çok kullanılır. Fakat elektrik enerjisi üretiminde birim maliyeti çok pahalı olduğu için büyük santral seviyesinde kullanılması uygun olmaz.

Bu sebeple elektrik enerjisinin kesildiği zamanlarda hizmetlerin devamlılığını sağlamak için kullanılır. Uygulamalarda jeneratör olarak bildiğimiz cihazlar, küçük çaplı dizel santral uygulamalarıdır. Dizel santraller, elektrik enerjisinin ulaştırılamadığı çöllerde ve gemilerde de kullanılır.

Nükleer Santraller

Nükleer santral; uranyum 233, uranyum 235, plütonyum 239 ve toryum gibi maddelerin atomlarının kontrollü bir şekilde reaktörlerde parçalanması sonucu genelde çok yüksek derecede ısı enerjisi açığa çıkmaktadır. Bu ısı enerjisinden buhar kazanındaki su ısıtılarak, yüksek sıcaklıkta ve basınçta buhar elde edilmektedir. Meydana gelen buhar, türbine verilerek mekanik enerjiye çevrilir. Buhar türbininin miline akuple bağlı olan alternatör döndürülerek, elektrik enerjisi elde edilir. Nükleer malzemeden enerji üretimine yönelik ilk bilimsel çalışmalar, 1900’lü yılların başında ABD’nin öncülüğünde Rutherford, Hans, Strasman, Oppnheimer, Einstein gibi bilim adamları tarafından başlatılmıştır. Deneysel anlamda ilk nükleer reaktör diğer bir deyişle enerji üretimine yönelik kontrollü zincirleme reaksiyon, 1942 yılında Enrico Fermi tarafından Chicago Üniversitesi’nin bahçesindeki tesiste gerçekleştirilmiştir.

1955 yılında yapılan 1. Çevre Konferansı’ndan sonra nükleer alandaki çalışmaları hemen başlatan ülkelerden biri Türkiye’dir. 1956 yılında 6821 sayılı yasa göz önünde bulundurularak Başbakanlığa bağlı Atom Enerjisi Komisyonu kurulmuş sonrasında 1961 yılında da Küçük Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezinde 1 MW gücündeki araştırma reaktörü işletmeye açılmıştır.

1971 yılında TEK bünyesinde Nükleer santral dairesinin kurulmasından sonra nükleer santral kuruluşuna yönelik çalışmalar yoğun bir şekilde devam etmiştir. 1976 yılında santral yer seçimi araştırmaları tamamlanarak Akkuyu için yer lisansı alınmıştır.

Çalışmaların 1956 yılında başlamasına rağmen ilk nükleer santralimizin 2006 yılında hizmete girmesi plânlanmıştır. Hidroelektrik ve kömür yakıtlı santrallerin aksine, Nükleer santraller teknik olarak her yere kurulabilirler. Ancak üretilen elektriğin ekonomik olabilmesi için santralin kurulduğu yerin bazı özelliklere sahip olması gerekir.