Termik Santral Nedir? Termik Santralde Elektrik Üretimi

Dünyada artan nüfus, enerji ihtiyacının artmasına neden olur. Nüfusun ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisinin üretiminde kullanılan sistemler ise çeşitlidir. Bu sistemlerin %64’ünü termik santraller oluşturur. Gelişmiş ülkelere bakılacak olursa termik santrallerin oranı Hollanda’da %95, İngiltere’de %76, ABD’de %70, Almanya’da %68 ve Japonya’da %64’tür. Türkiye’de ise bu oran yaklaşık %30’dur.

Termik santraller, yenilenemez enerji kaynaklarının yanması ile enerji ürettiğinden kömür ve petrol gibi kaynakların kullanılmasıyla çalışır. Kömür, diğer fosil yakıtlara oranla daha geniş coğrafyalara yayılmış olduğundan oldukça büyük bir rezerve sahiptir.

Dünya Enerji Konseyi’nin raporlarına göre 80 civarı ülkede bulunan kömür, dünyada en çok ABD’de bulunur. Toplam rezervin %90’a yakını ABD, Rusya, Çin, Avustralya, Hindistan, Almanya, Ukrayna, Kazakistan ve Güney Afrika Cumhuriyeti’nde bulunur.

Enerji üretiminde termik santrallerin neden bu kadar büyük bir paya sahip olduğunu bu yazımızdan öğrenebilirsiniz.

Termik Santral Nedir?

Termik santraller enerji ihtiyacını karşılamak için yaygın şekilde kullanılan yöntemlerden biridir. Doğal gaz, taş ve linyit kömürü gibi çeşitli fosil yakıtların kimyasal enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemi ile çalışır.

Termik santrallerde enerji kaynağı olan fosil yakıt, uygun ortam ve şartlarda yakılır. Ortaya çıkan mekanik enerjiyi alternatif enerjiye dönüştüren alternatörler aracılığıyla fosil yakıtlardan elde edilen enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. 

Termik Santral ile Nasıl Elektrik Üretilir?

Termik santrallerde elektrik üretimi ısı enerjisi aracılığıyla yapılır. Fosil yakıtların kullanıldığı bu santrallerin çalışma prensiplerini ve elektriği nasıl ürettiklerini anlayabilmek için öncelikle termik santral çeşitleri incelenmelidir.

Termik santrallerin çeşitlerine göre farklı ham maddeler kullanılır. Dolayısıyla elektrik üretim yöntemleri temelde aynı olsa da santral çeşidine göre farklılık gösterebilir.

Termik Santral Çeşitleri

Termik santraller; dizel santral, buhar türbinli santral ve gaz türbinli santral olmak üzere üçe ayrılır.

Çalışma sistemleri genel olarak benzeyen bu santrallerin temelinde fosil yakıtlar ile ısı enerjisi elde edilmesi bulunur.

Isı enerjisi ise önce mekanik enerjiye, daha sonra elektrik enerjisine dönüştürülür.

• Dizel Enerji Santralleri

Dizel santraller günümüzde genellikle televizyon istasyonları, hastane ve fabrika gibi binalarda enerji kesintisi olduğunda veya elektrik enerjisini ulaştırmaya imkân olmayan çöl ve gemi gibi yerlerde kullanılır.

Buna ek olarak dökümhane, haddehane ya da elektrik enerjisi ile çalışan pota ve indüksiyon bobinlerinin bulunduğu işletmelerde de enerji kesintisi yaşanması durumunda tesisin zarar görmemesi için kullanılır.

Dizel santrallerin gücü ortalama 35 KvA ila 50 MvA arasında olur. Küçük boyutlarda olan dizel santraller gerektiğinde bir yerden bir yere taşınabilir. 

Dizel santrallerde elektrik enerjisi üretimi birim fiyatı yüksektir. Dolayısıyla enerji kesintilerinde hizmetlerin devamlılığını sağlamak için uygundur. Hızlı bir şekilde devreye girmesi, kolay taşınabilmesi ve kesintisiz olarak çalışabilmesi gibi avantajlar dizel santrallerin tercih edilmesini sağlar. 

Dizel santrallerde enerji üretmek için mazot kullanılır. Mekanik enerjiyi açığa çıkaran kısım ise dizel motordur. Dizel santrallerde enerji üretimi için basınç ve sıcaklığı artırılan hava susturucudan geçirilerek dizel motora iletilir. Hava burada motor pistonları tarafından sıkıştırılır. Daha sonra havanın içine basınçlı yakıt püskürtülür ve böylece ortamda yanma meydana gelir.

Yanmanın etkisiyle pistonlar sıkışarak geriye doğru gider. Pistonların uç kısmına bağlı olan bir volan (bir tür dişli) aracılığıyla hareket, dairesel ve düzgün hâle getirilir. Burada oluşan mekanik enerji dizel motorun miline bağlı bulunan alternatörü döndürür. Bu sayede elektrik enerjisi elde edilir.

• Buhar Türbinli Enerji Santralleri

Buhar türbinli enerji santrallerinde yakıt olarak linyit kömürü, doğal gaz, petrol ve büyük şehirlerin çöp atıkları kullanılır. Bu tesisler, elektrik enerjisi üretiminin maliyetini yükseltmemek için tesiste kullanılacak yakıtın bulunduğu bölgenin yakınına kurulur. 

Buhar türbinli santralde elektrik enerjisi üretmek için ilk olarak besleme suyu pompasından su basılır. Basılan su kazana gönderilerek ısıtılır. Su ilk önce buharlaşır daha sonra ise kızdırıcı cihazlardan geçirilerek nemi alınır. Ortaya çıkan kızgın buhar ise buhar türbinine gönderilir. Buhar, türbinin kanatlarına çarparak onu döndürür.

Türbine bağlı bulunan alternatör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisini dönüştürür. Alternatörden çıkan elektrik enerjisi, yükseltici trafo aracılığıyla enerji nakil hatlarına iletilir.

Buhar türbininde görevini tamamlayan buhar ise kondanser olarak adlandırılan yoğunlaştırıcılara gider. Burada yoğuşan buhar, su olur ve besleme suyu pompası yardımıyla tekrar kazana gelir. 

• Gaz Türbinli Enerji Santralleri

Gaz türbinli enerji santrallerinde hem sıvı hem gaz yakıtlar kullanılabilir. Ancak daha uygun olduğu için çoğunlukla gaz yakıtlar tercih edilir. Kullanılan yakıtın formu fark etmeksizin çalışma sistemi aynıdır. Gaz türbinin döndürülmesi ile açığa çıkan mekanik enerji, alternatör ile elektrik enerjisine dönüştürülür.

Gaz türbini enerji üretimi için ilk olarak asenkron motor yardımıyla hareket etmeye başlar. İlk hareketi motor başlattığından bu motora start motoru adı verilir. Start motoru gaz türbinini döndürmeye başladıktan sonra türbin dönüş hızı artarak döner. Türbin kendi kendini hızlandırabilecek seviyeye ulaşana kadar start motoru dönüşe yardımcı olur.

Start motoru devreden çıkarıldıktan sonra yanma odasında bulunan nozullar ateşlenir. Bu sayede doğal gaz yakılarak hava ile karışır. Yanan doğal gaz basınç ve itme kuvveti oluşturur. Bu kuvvet türbinin kanatçıklarına çarpar ve böylece türbinin dönmesini sağlar. Dönme hareketinden dolayı ortaya çıkan mekanik enerji ise alternatör aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülür.

• Termik Santralin Avantajları

Termik santrallerin avantajlarından ilki, elektrik üretimi için düşük maliyetli bir yöntem olmasıdır. Fosil yakıtların kullanılması, Bununla birlikte termik santral kurulumu da diğer santrallere göre daha düşük maliyetlidir. Kentsel alanlara yakın kurulması ise elektriğin ulaşımını kolaylaştırır ve güç dağıtım maliyetinin düşmesini sağlar. 

Termik santrallerin diğer bir avantajı ise herhangi bir konumda kurulabilmesidir. Kurulum açısından tek gereklilik dağıtım yapılacak bölgeden uzak olmamasıdır. Özellikle hidroelektrik santralleri ile kıyaslandığında çok geniş bir alana ihtiyaç duyulmaması da konum seçimi yapılırken ortaya çıkan avantajlardan biridir.

Termik santrallerin kurulum aşamasında çevreye zarar verilmemesi önemlidir. Geniş bir alana ihtiyaç duyulmadığından çoğunlukla çevredeki canlılara ve yaşam alanlarına zarar verilmez. Buna ek olarak inşa süreci de uzun sürmez, bu sayede hava ve toprak kirliliği riski de önemli ölçüde azalır.

Termik santraller, enerji ihtiyacını kesintisiz karşılama konusunda güvenilir bir yöntemdir. Enerji talebinin karşılanması konusunda uzun yıllardır sık tercih edilen bir yöntem olduğu için süreç sistemli ve kolay erişilebilir şekilde yürütülmektedir. 

Termik Santralin Dezavantajları

Termik santraller enerji ihtiyacını karşılamak açısından güvenilir olsa da çevresel birçok soruna yol açar ve doğayı olumsuz etkiler. Sistemlerin yüksek miktarda su gerektirmesinden dolayı su kaynaklarının azalmasına neden olması en büyük dezavantajlarından biridir.

Termik santralin bir başka dezavantajı ise güç üretimi için kaynak olarak fosil yakıt kullanılmasıdır. Fosil yakıtlar yenilenemez olduğundan dolayı termik santraller de sürdürülebilir bir enerji üretim sistemi değildir.

Termik santrallerin kurulumu çevre kirliliği açısından zararlı olmasa da işletilme sürecinde durum değişmektedir. Kükürtdioksit, karbondioksit gibi zararlı sera gazlarının havaya salınımı dolayısıyla uzun vadede termik santraller büyük bir kirliliğe sebep olur.

Bununla birlikte bazı termik santraller yüksek miktarda cıva ile hava, su ve toprağı kirletecek düzeyde uçucu kül üretir. Dolayısıyla termik santraller karbon ayak izinin artmasına yol açar.

Termik santrallerin işletme ve bakım maliyetleri son derece yüksektir. Termik santrallerde bulunan makineler ve diğer ekipmanların verimli bir şekilde kullanılabilmesi için bu cihazlar konusunda ustalaşmış, nitelikli personellerin çalıştırılması gerekir. Cihazlar sıkça arızalanabilir ve bu nedenle bakım ihtiyacı doğar. Bunlara ek olarak ham maddelerin taşınması ile depolanması da yüksek maliyetlidir.

Termik Santrallerin Tarihçesi

Termik santrallerin geçmişini öğrenmek için ilk olarak buhar makinelerine bakılması gerekir. İlk buharla çalışan cihaz İskenderiyeli Hero tarafından MS 1. yüzyılda aeolipile adıyla üretilmiştir. Ancak 17. yüzyıla kadar buharı daha verimli ve pratik şekilde kullanmak adına daha gelişmiş bir cihaz tasarlanmamıştır.

1698 yılında Thomas Savery, buharın yoğunlaştırılması aracılığıyla üretilen ve emme yoluyla madenlerden su yükselten bir pompanın patentini almıştır.

Bu pompa elle çalıştırılan valflere sahip olduğundan tam otomatik değildi. Daha sonra 1712’de Thomas Newcomen pistonlu sistemi bulunan ve yoğunlaşan buharı sudan ayırma özelliğine sahip bir buhar motoru geliştirmiştir. 

1764 yılında James Watt, Newcomen tarafından geliştirilen bu buhar motorunun çok fazla buhar israfı yaptığını gözlemlemiş ve bu israfa tek silindirli tasarımın yol açtığı sonucuna varmıştır.

Watt, 1765’te Newcomen buhar makinesinin açığa çıkardığı atık miktarını azaltmak amacıyla ayrı bir kondansatör dizayn etmiş ve 1769’da da bu cihazın patentini almıştır. 1776 yılında Watt, iş ortağı olan Matthew Boulton ile ayrı kondansatörleri bulunan iki buhar motoru kurmuştur.

Geliştirilen buhar motorları amacına uygun şekilde atık üretimini azaltmasının yanı sıra yakıt maliyetinin de düşürülmesini sağlamıştır. James Watt, devam eden yıllarda da bu tasarımı geliştirmeye devam etmiştir.

Cihaza sırasıyla 1781’de güneş gezegen dişlisi, 1782’de çift pistonlu motor, 1784’te doğrusal hareketli motor, 1788’de çark ve son olarak 1790’da basınç göstergesi eklemiştir.

Watt’ın buhar motoruna ve dolayısıyla endüstrinin verimliliğine sağladığı bu katkılardan dolayı 1969 yılında bir cihazın saatte harcadığı enerji birimine adı verilmiştir. Günümüzde hâlâ çoğu elektrikli cihazın harcadığı güç standart bir enerji birimi olarak kabul gören watt ile ifade edilir.

Elektrik enerjisinin günlük hayatta kullanımı ilk olarak 1878 yılında başlamış ve ardından 1882’de ise ilk elektrik santrali Londra’da hizmete açılmıştır. Türkiye sınırları içerisinde ilk elektrik enerjisi üretimi 1888 yılında gerçekleştirilmiştir.

İstanbul’da Haliç Tersanesi’nde kurulan bir fabrikada yapılan bu üretimden sonra ise İstanbul dışında, Tarsus’ta elektrik enerjisi üretilmiştir. Burada ilk elektrik üretimi 1902 yılında 2 kW gücündeki küçük bir su türbininde gerçekleştirilmiştir.

İlk büyük santral İstanbul’da, Silahtarağa Elektrik Santrali adıyla 1911 yılında kurulmuştur. Bu santralin gücü ise 15 MW’dir. 1923 yılında kurulu güç 33 MW, üretim ise 45 milyon kWh olmuştur. 2020 yılında termik santrallerin kurulu gücü 46.290,9 MW değerine ulaşmıştır.

Termik Santrallerin Maliyeti

Diğer enerji santrallerine kıyasla termik santrallerin kuruluş maliyetleri düşüktür. Kömür kullanılan bir termik santralin kuruluş maliyeti ortalama kW başına 750 dolar, yani 1000 MW gücünde bir termik santral için 750 milyon dolardır. Kuruluş maliyeti petrol ya da doğal gaz kullanılan bir termik santral için ortalama kW başına 650 dolar olarak hesaplanır. 

Bir elektrik santrali en az 30 yıl boyunca çalışır. Kurulu gücü 1000 MW olan bir santral ise yılda ortalama 7 milyar kWh enerji üretimi yapar. 

Termik santrallerde işletme maliyeti ise ham maddeye göre değişir. En büyük gider yakıt maliyetidir. Doğal gaz ve akaryakıtın kullanıldığı termik santrallerde oran yaklaşık %90 iken kömürlü termik santraller için bu oran %60 ila %70 arasındadır. Bunlar dışında işçilik ve diğer giderler de bulunur.

Bir santralin tek maliyeti kuruluş ve işletme maliyeti değildir. Ortaya çıkan atıkların geri dönüştürülmesi, varsa çevreye verilen zararın giderilmesi gibi maliyetler de bulunur.

Türkiye'de Termik Santral ile Elektrik Üretimi Oranları

Türkiye’de elektrik üretimi hem yenilenebilir hem de yenilenemez kaynaklar aracılığıyla gerçekleştirilir. Karşılaştırıldığı takdirde yenilenemez kaynakların ve özellikle termik santrallerin enerji üretiminde önde olduğu rahatlıkla görülebilir.

2020 yılında Türkiye’de toplam elektrik üretimi 305.458.957,06 MWh olmuştur. 2020 yılında elektrik üretiminde kullanılan kaynaklar arasında birinci sırada 78.084.434,68 MWh ile hidrolik enerji bulunur. Elektrik üretiminde kullanılan diğer enerji kaynakları şu şekildedir: 

• Doğal gaz: 69.307.466,84 MWh 
• İthal kömür: 62.466.466,26 MWh 
• Linyit: 38.148.076,03 MWh 
• Rüzgâr: 24.591.438,09 MWh 
• Jeotermal: 9.884.548,79 MWh 
• Biyokütle: 5.132.992,39 MWh 
• Taş kömürü: 3.539.741,91 MWh 
• Asfaltit: 2.222.875,31 MWh 
• Güneş: 420.223,11 MWh 
• Fuel oil: 313.038,65 MWh 

Bunların yanı sıra 11.347.655,00 MWh lisanssız elektrik üretimi gerçekleşmiştir. 

Enerji kaynaklarının üretimdeki sırasına bakılırsa Türkiye’de termik santrallerin elektrik ihtiyacının oldukça büyük bir kısmını karşıladığı görülür. 305.458.957,06 MWh elektrik üretiminin %58’i yenilenemez kaynaklar kullanılarak termik santrallerde yapılır. 

Dünyadaki Termik Santraller

Dünyadaki termik santrallerde enerji üretimi için kömür ve doğal gaz kullanımı ön sıradadır. 79 ülkede 2.400’den fazla sayıda kömürlü termik santral faal durumdadır. Bu santrallerin kapasitesi ise toplamda yaklaşık olarak 2.100 GW’dır.

Bununla birlikte inşa halinde olan 189 kömürlü termik santralle bu miktarın 2.276 GW’a kadar çıkması beklenmektedir. Dünya çapında en fazla kömürlü termik santrali bulunan ülke ise Çin’dir.

Çin’i Hindistan, ABD ve Japonya takip eder. Çin’de bulunan  Tuoketuo Elektrik Santrali, 6,7 GW ile dünyanın en büyük aktif kömürlü termik santralidir.

Doğal gaz kullanılan termik santrallere bakıldığında ise dünya üzerinde 132 ülkede aktif olan 7.320 santral bulunur. Bunların toplam kapasitesi 1,831,260 MW’dir. Tüm dünyada en çok doğal gazlı termik santrali bulunan ülke ABD’dir. 

ABD’den sonra ise Rusya ve Çin gelir. Kapasitesi en yüksek olan doğal gazlı termik santral ise Rusya’da bulunan 5.597 MW kapasiteli Surgutskaya GRES-2 tesisidir.

Diğer Yenilenemez Enerji Üretim Yöntemleri ile Karşılaştırması

Her ne kadar yenilenemeyen enerji kaynakları söz konusu olduğunda akla ilk gelen seçenek fosil yakıtlar olsa da başka yenilenemeyen enerji kaynakları da bulunur. Bunlardan ilki nükleer enerjidir.

Uranyumdan elektrik üretmeye yarayan nükleer santraller, termik santrallere göre daha güvenli bir yöntem olarak düşünülebilir. Bunun ilk nedeni nükleer santrallerin havayı kirletecek sera gazı salınımı yapmamasıdır. Birçok yerde inşa edilebilme olanağı bulunan bu tesisler çevreye, etraftaki canlılara ve onların yaşam alanlarına da zarar vermez.

İşletme halinde doğaya zarar vermemesi açısından oldukça avantajlı olan nükleer santrallerin termik santrallere göre bazı dezavantajları da vardır. Öncelikle kurulumu ve işletmesi oldukça zordur. Buna ek olarak uranyum elde etmek de zorlu ve yüksek maliyetli bir süreçtir. Ayrıca nükleer santrallerin radyoaktif atıklar üretmesi nedeniyle çevrede yaşayan ve buna maruz kalan kişilerde birçok farklı hastalık görülebilir.

Diğer bir yenilenemez enerji kaynağı ise biyokütle enerjisidir. Bitkilerde bulunan enerji ile elektrik üretimi sağlayan biyokütle, tarım devam ettiği sürece var olabilir. Böyle bir durumda yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak da sayılabilir ancak ham maddelerin ekimi durduğu takdirde yenilenemez enerji kaynağına dönüşecektir.

Dolayısıyla biyokütle enerjisinin sürdürülebilir olması için ham maddeler kullanım hızıyla orantılı şekilde tekrar ekilmelidir. Bu açıdan bakıldığında biyokütle enerjisi termik santrallere kıyasla daha güvenli, temiz ve zararsız görülebilir.

Biyokütle enerjisinin dezavantajlarına bakılacak olursa termik santrallere göre daha maliyetli olmasıyla ön plana çıkar çünkü biyokütle tesisleri ekonomik açıdan verimli olmak adına fosil yakıtlara da ihtiyaç duymaktadır.

Bununla birlikte ham maddelerin işleme sürecinde açığa çıkan karbonmonoksit, karbondioksit, azot oksit gibi gazlar ve diğer zararlı partiküller yakalanıp geri dönüştürülmediği takdirde biyokütle ile enerji üretimi çevreye fosil yakıtlardan daha çok zarar verebilir.

Siz de termik santraller hakkındaki düşüncelerinizi bizimle yorumlarda paylaşabilir veya bu konu hakkında merak ettiklerinizi bize sorabilirsiniz.