Buhar ve Gaz Türbinleri Nasıl Çalışır

Enerji üretim santrallerinde ana ekipmanlardan olan buhar ve gaz türbinleri oldukça kompleks yapılardır. Bu devasa yapılar bir santralde megavatlar düzeyinde enerji üretme yeteneğine sahiptir. Peki buhar ve gaz türbinleri nedir? Nasıl çalışır? Bu yazımızda da buhar ve gaz türbinlerinin nasıl çalıştığını inceleyeceğiz.

Gaz ve buhar türbinleri çok çeşitli boyutlarda olup geniş bir ürün yelpazesine sahiptir. Bu türbinler genelde enerji üretimi için kullanılır bunun yanında birçok mekanik uygulamalar için de kullanılabilmektedir. Termik santrallerde, nükleer enerji santrallerinde güç üretim elemanlarının en önemlisi buhar türbinleridir. Bunun yanında kombine çevrim santrallerinde ise genellikle gaz türbinleri kullanılmaktadır. Buhar ve gaz türbinlerinde en fazla istenen durum olabildiğnce verimli olması ve düşük yakıt kullanılarak daha az karbon emisyonu salmasıdır

Şekil 1: 35 MW Skoda markalı türbin - generator yapısı

Türbinlerin bıçak tasarımındaki gelişmeler ve optimum sıcaklıkta çalışması buhar türbinlerinin ısıl verimini artırmaktadır. Gelişmiş soğutma stratejileri ve yanma teknolojilerindeki gelişmeler endüstriyel gaz türbinlerinin verimlerini artırmayı sağlamıştır. Bu makineler sanayide kullanıldıkları için esneklik ve taşınılabilirlikleri oldukça önemlidir.

Buhar Türbinleri ve Çalışma Sistemi

1830'larda, İngiliz fizikçi Michael Faraday dinamo olarak adlandırılan erken elektrik jeneratörünü keşfetti. Daha sonraki mucitler elektrik üretmek için müthiş bir yol olan dönme hareketini kullanan buhar makinesini icat etttiler. Teknoloji ve bilimimin ilerlemesiyle buhar türbinleri geliştirildi. Buhar türbinleri genelde sıcaklığı ve basıncı oldukça yüksek, su buharının kullanıldığı, yapıları itibariyle akış işini dönme hareketiyle mekanik enerjiye dönüştüren makinelerdir. Buhar türbinlerinin çalışma mantığı kısaca şöyledir: ►Kömür,nükleer,doğalgaz gibi fosil yakıtların yanmasıyla su yüksek derece sıcaklıklarda ısıtılarak buhar haline dönüştürülür, elde edilen kızgın buhar izole boru sistemleri ile türbin kanatlarının olduğu kısma girer. Çok kızgın ve hareket ettirme potansiyeli oldukça yüksek olan basınçlı buhar türbin kanatlarını döndürür ve mekanik bir enerji oluşturulur. Buhar türbininden elde edilen mekanik enerji genellikle, türbine bir dişli kutusu aracılığıyla bağlanan generatör yardımıyla elektrik enerjisine çevrilirken (Turbo-generatör grubu) bazen de bir pompanın tahrikinde de kullanılabilmektedir. (Turbo-pompa grubu). Termodinamiğin temel prensiplerine göre rankine çevrimiyle çalışan bu makineler megawatlar düzeyinde enerji üretebilirler. Peki bu buhar türbinlerinin verimi nasıl artırılabilir? ►Yoğuşturucu basıncının düşürülmesi ►Buharın kızdırılması ►Kazan basıncının yükseltilmesi Bu etkenler rankine çevriminin verimini artıracağı için doğal olarak buhar türbinlerinin de verimini artırır.

Şekil 2 :Almanya'nın Siemens firması tarafından üretilen buhar türbininin pervane kısmı

Gaz Türbinleri

Gaz türbininin temel tanımını yapacak olursak, gaz türbini dönen kompresörde havayı sıkıştıran, yanma odasında yakıt-hava karışımını yakarak yanmış gazların elde edilmesini ve bunların türbinde genişlemesini sağlayarak iş elde eden içten yanmalı bir makinedir. Gaz türbinleri kompresör, yanma odası ve türbin olmak üzere üç ana donanımdan oluşmaktadır. Uçak motorlarında da kullanılan gaz türbinlerinin devir sayısı oldukça yüksektir. Çalışma prensibi ise kısaca şöyledir: Türbin ve kompresör bir mille birleştirilmiş olup, türbin aynı zamanda kompresörü çalıştırır. Sıkıştırma ve genişleme basınçları oranları hemen hemen aynıdır. Türbine giren gaz yüksek sıcaklıktadır ve genişlemesi sonucu, sıkıştırma için gerekli olandan daha fazla iş ortaya çıkar. Bu fazlalık motorda kullanılır. Bir gaz türbininin temel bileşenleri: ►Hava Alığı ►Kompressör ►Yanma odası ►Türbin ►Nozul

Şekil 3: Tipik bir gaz türbinli jet motoru şekli

Gaz türbinlerinin diğer içten yanmalı motorlara nazaran en önemli üstünlüğü, onun dönme hareketinin motor parçalarının daha yüksek hızla dönmesini sağlamasıdır. Bu sebepten verilen bir büyüklükten daha fazla güç elde edilir. buharlı türbinlere göre ise, yakıt hızlı hareket eden bir akımda yüksek basınçta yandığı için, daha küçük yanma odasına ve yüksek saflıktaki su yerine, havaya ihtiyaç duyar. Buhar türbinlerinden biraz daha farklı bir çalışma yapısına sahip olan gaz türbinleri genellikle doğalgaz yakıtlı santrallerde kullanılmaktadır. Buhar ve gaz türbinlerinin temel farkları ise şöyledir. ►Buhar türbinlerinde kanatları döndümek için su buharı kullanılırken gaz türbinlerinde genleşmiş sıcak hava kullanılır ►Buhar türbinlerinde dakikadaki devir sayısı genelde 3000 rpm iken gaz türbinlerinde bu sayı oldukça fazla olup 8000-9000 rpm dir. ►Buhar türbinleri genelde kömür ve nükleer yakıtlı santrallerde kullanılırken gaz türbinleri genelde doğalgaz yakıtlı santrallerde kullanılır.