Alm. Kraftwerk, Fr. Usine géenératrice, İng. Power plant. Elektrik enerjisinin üretildiği merkez. Bir santralda iki ana makina vardır. Bunlardan biri herhangi bir enerjiyi mekanik enerjiye çeviren makinadır. Bu bir su türbini, buhar türbini, dizel motoru veya gaz türbini olabilir. Diğer makina da bir alternatif akım üreticisidir. Buna jeneratör denir. Santraller kullandıkları maddeye göre isimlendirilirler. Bunlar kısaca kömür, petrol, doğal gaz, nükleer yakıt ve sudur.

Buharlı Elektrik Santralları

Buhar kazanı, buhar türbini ve jeneratörden ibârettir. Buhar, kazanda elde edilir, türbinde mekanik enerjiye çevrilir ve jeneratörde elektrik enerjisi elde edilir.

Buhar kazanı: 15 katlı binâ yüksekliğinde olanları mevcuttur. Buhar kazanı, sıcaklıkla genişlemeyi mümkün kılabilmek amacıyla çelik bir çerçeve üzerine yerleştirilmiştir. Kazanın fırınına, petrol, gaz veya toz hâlindeki kömür gönderilir. Kazanın altında yanan bu maddelerden çıkan kızgın gazlar, kazandaki borular etrâfından geçerek suyu ısıtır. Yaklaşık 540°C sıcaklık ve 200 kgf/cm2 basınçta buhar elde edilir. Bu buhar türbine gönderilir. Kullanılan buhar ikinci bir defâ türbine gönderilebildiği gibi, geri alınarak kazanda tekrar ısıtılabilir. Bu suretle verim yükseltilir.

Buhar türbini: Buharın yüksek sürati, türbinin sık pervânelerine çarparak döndürür. Türbinin pervâneleri, buharın enerjisinden en iyi bir şekilde faydalanabilmek için, değişik şekillere sâhiptir. Normal türbinlerin dönüşü 3600 devir/dakikadır.

Soğutma suyu: Türbinden geçen kullanılmış buharı, buhar kazanına geri döndürmeden, buharı yoğunlaştırmak için soğutma suyuna ihtiyaç olabilir. Yakın bir göl veya nehrin suyu bu maksatla kullanılabildiği gibi, soğutma kulelerinden de faydalanılabilir. Bu durumda türbinin yoğunlaştırıcısındaki su, kuleden geçirilerek soğutma sağlanır.

Kontrol odası: Modern santraller bir kontrol odasından yönetilir. Santralın durumu gösterge ve sayaçlardan kontrol edilir. Bir tipik santralde sıcaklıkla ilgili yaklaşık 600 gösterge, basınçla ilgili 40, suyun akımı ile ilgili 20 ve değişik maksatlarla ilgili 600 gösterge ve sayaç mevcuttur.

Hidroelektrik Santrallar

Jeneratörlerin dönmesi, düşen suyun enerjisinden faydalanılarak gerçekleştirilir. Bu su doğrudan türbinin kanatlarına çarparak dönüşü sağlar. Elde edilecek elektrik gücü, suyundan faydalanılan nehrin akış hacmine, düşüş yüksekliğine bağlıdır. En uygun hidroelektrik santralleri, yeterli yağmurlarla beslenen ve akış eğimi büyük olan nehirler üzerine kurulur. Nehre yapılacak bir barajla, santralin sürekli çalışması için su biriktirilmiş olur. Barajdan sular cebrî borularla türbine taşınır. Kullanılan türbinin türü su yüksekliğiyle yakından ilgilidir. Eğer düşüş yüksekliği 300 metreden büyükse, darbe türbinleri kullanılır. Bu türbin, yüksek hızdaki suyun türbinin dış çevresindeki kepçelere vurmasıyla döndürülür. Eğer suyun yüksekliği 300 metreden düşükse, reaksiyon türbinleri kullanılır. Bu tip türbinlerde ise suyun yalnız hız enerjisinden değil, basıncından da faydalanılır. Su, türbini 100-200 devir/dakikada çevirdiği için ve buhar türbinleri 3600 devir/dakika çalıştığı için bu türbinlerin düzeni buhar türbinlerinden farklıdır.

Günün belirli saatlerindeki büyük elektrik ihtiyâcını karşılamak için, değişik düzene sâhip hidroelektrik santraller mevcuttur. Enerjiye talep çok olduğu zaman su üst seviyeden alt seviyeye düşürülerek enerji kazanılır. Enerjiye talep az olduğu zaman, fazla olan enerji ile pompa çalıştırılarak su alt seviyeden üste yükseltilir. Gel-git (med-cezir) olayının büyük olduğu yerlerde bu olaydan faydalanılır. Böyle ilk santral Fransa’da Rance Nehrinde 1966’da 240 MW güçle kurulmuş olup, 24 türbine sâhiptir.

İçten Yanmalı Motorlu Santrallar

Bu santrallar dizel motorları ve gaz türbinleri ile tahrik edilirler. Yüksek yakıt ihtiyâçlarından dolayı büyük buhar türbinlerine göre daha pahalıdırlar. 1000-15000 kw arasında güçleri bulunan bu santraller küçük yerleşim merkezlerine güç temin ettikleri gibi, ihtiyâcın yüksek olduğu saatlerde devreye girmek üzere de yapılırlar. Buhar türbinlerinin devreye girmesi saatler aldığı hâlde, dizelmotorları ve gaz türbinleri birkaç dakikada devreye girerler. Bu sebepten, günün birkaç saatinde ihtiyaç olan ilâve gücü elde etmek için kullanılırlar. Ayrıca hastâne gibi kurumlarda elektrik kesildiği durumlarda devreye girerler.

Nükleer Santrallar

Uranyum veya plutonium atomlarının bir nükleer reaktörde fizyon veya parçalanmasıyla ortaya çıkan ısı enerjisi, buhar elde etmek için kullanılır. Buhar ile türbinler döndürülür. Buhar türbininden farkı, fosil yakacak yerine nükleer yakacak kullanır ve buhar kazanı yerine nükleer reaktör mevcuttur. Nükleer yakıt olan uranyum 235 veya plutonium 239 atomlarına nötronların çarpmasıyla fizyon meydana gelir. Fizyon işleminde ısı yanında meydana gelen nötronlar fizyonun devâmını sağlar. Kontrollü bir düzen ile ısı kaynağının sürekliliği sağlanır. Nükleer reaktörlerin değişik türleri mevcuttur. Bunlar nötronların enerjisi ve sayısının kontrol edilmesinde reaktör çekirdeğinden ısının sıvı veya gaz ile uzaklaştırma türüne göre değişikliklere sâhiptir.

Nükleer güçten elektrik, ilk defâ 1951’de ABD’de Arco (Idaho)daki deneme merkezinde elde edilmiştir. 1976 yılında ABD’de 55 tâne nükleer reaktör çalışmakta ve 160 tânesi yapım hâlindeydi. İngiltere, Fransa, Almanya, Japonya, Rusya Federasyonu, Ukrayna ve Kazakistan’da da nükleer enerji santralları vardır. 1970’lerde yaygınlaşan nükleer reaktörler, 1980’lerde, Three Mile Island (ABD) ve Chernobil (Rusya) santrallarında meydana gelen kazâlar, ülkeleri temkinli davranmaya zorlamıştır. Genellikle nükleer santrallar çok pahalı inşâ edildikleri hâlde, işletim masrafları düşüktür.

Elektrik Santralları ve Çevre

İlk zamanlar yeni bir elektrik santralinin kurulması dâimâ soğuma suyunun mevcudiyetine ve çevredeki ihtiyâca göre karar verilmekteydi. Ancak 1960’ların sonlarından îtibâren hava ve su kirliliği santrallerin yapımı ve işletmesinde önemli olmuştur. Santral yeri ve iletim hatlarının inşâsından dolayı ormanları kesmek, şerit yollar açmak gerekmektedir.

Hava kirliliği: Kömür ve petrolde az miktarda sülfür mevcuttur. Yakıtın yanmasıyla sülfür; sülfür dioksit gazına dönüşür. Bu gaz insanlara, bitkilere ve binâlara zararlıdır. Fosil yakıtın kullanılmasıyla sülfür dioksit gazı, uçucu kül ve diğer artıklar bâzıları 300 metreye varan bacalarla havaya verilir. Kül, elektrostatik tutucularla alınabilirse de, sülfür dioksitin tutulması kolay değildir. Bu sebepten daha pahalı sülfür oranı düşük kömür kullanılır. Dünyâdaki petrol kaynaklarının ancak % 1’inin sülfür oranı % 1’in altındadır ve ancak % 28’inin sülfür oranı % 2’nin altındadır.

Isı kirliliği: Tabiatta mevcut ısı dengesinin bozulması ısı kirliliği olarak bilinir. Modern fosil yakacak kullanan santrallerin verimi % 40 civârındadır. Yâni % 60 yakıt enerjisi elektrik enerjisine çevrilmeden havaya veya soğutma suyuna verilir. En kolay ve ucuz soğutma yolu, soğutma suyunun bir göl veya nehirden alınarak kullanılıp geri verilmesidir. Ancak, göl ve nehirdeki canlılar suyun sıcaklığına ve sudaki oksijen miktarına karşı çok hassastırlar. Su sıcaklığı arttıkça, sudaki erimiş oksijen miktarı azalır. Bu, özellikle küçük su kaynakları için önemlidir. Değişik bir yol da soğutma kuleleri kullanarak soğutma suyunu bacalarda soğutup, sıcaklığı havaya vermektir. Bu sûretle aynı su sürekli olarak kullanılır. Başka bir yol ise sun’î göller yaparak buradaki suyun kullanılmasıdır.

Radyoaktif kirlilik: Fizyon işleminde, uranyum ve plutoniumun ağır atomları daha hafif atomlara ayrılırlar. Bunlar fizyonun artıkları olup, radyoaktiftirler. Bunların dışarı kaçmasının önlenmesi gerekir. Bu amaçla fizyon işlemi ve nükleer yakıt önce paslanmaz çelik veya zirkonyum hazneler içine konulur. Bu ise çelik basınçlı hazne içine yerleştirilir. Üçüncü koruma olarak etrâfı kalın çelik veya beton ile çevrilir. Bunlar şehirlerden uzak yerlere deprem gibi büyük etkilere dayanacak şekilde yapılır. Deneyler, iyi bir sistemde, radyoaktif yoğunluğunun kabul edilebilir sınırın % 1’ine indirilebileceğini göstermiştir.