Hidroelektrik güç
Hidroelektrik güç, Düşen suyun enerjisinden elde edilen elektrik. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında, teknik bakımdan en gelişmiş olanı hidroelektrik güçtür (ya da hidroelektrik enerji): Dünya çapında yalnızca odunun katkısı daha büyüktür.
Tarihçe
Yüksekten düşen suyun enerjisinden yararlanmaya ilişkin ilk bilgilere, İ.Ö. IV. yy'da yaşamış eski Yunan şairi Antipatros'un çalışmalarında rastlanır. Romalıların da su dolabından yararlandıkları bilinmektedir; ama önce köle çalıştırmanın yaygınlaşması, sonra da yaygın işsizlik nedeniyle, su dolaplarının daha da geliştirilmesini özendirecek bir gerekçe kalmamıştır. Emekten kazandıran su değirmenlerinin daha geniş biçimde kullanılmaya başlanması, ancak daha sonraki yüzyıllarda, Avrupa'nın nüfusu savaşlar ve açlık nedeniyle kırıldıktan sonra gerçekleşmiştir: 1800 yılına gelindiğinde, Avrupa'da ve ABD'de New England'da, bu tür on binlerce değirmen yapılmıştır.
Su gücünün elektrik üretmek amacıyla kullanılması ilk olarak ABD'de, Appleton (Wisconsin) yakınlarındaki Fox ırmağı üstünde hizmete giren (30 Eylül 1882) bir tesiste gerçekleştirilmiş, hidroelektrik gücün dünyada elektrik kullanımına yaptığı katkı o tarihten bu yana durmaksızın artmıştır: 1980'de dünyada üretilen elektriğin % 25'ini, dünyada kullanılan toplam enerjininse % 5'ini oluşturuyordu.
Günümüzde dünyada toplam hidroelektrik güç üretimi, 1992 verileriyle 2 044 milyar kilovat saati (kWsa) bulmakta ve toplam kapasitesi 549 000 megavat (MW) olan barajlarda gerçekleştirilmektedir. Düşen sudan elektrik üretiminde önde gelen ülke, 71 300 MW'lık kapasitesiyle ABD'dir; onu Bağımsız Devletler Topluluğu (62 200 MW) ve Kanada (57 700 MW) izlemektedir.
Dağılım
Hidroelektrik güç potansiyelinin kıtalar arasındaki dağılımı, kabaca ülkenin yüzölçümüyle orantılıdır; Çin, dünyadaki potansiyelin onda birini tek başına elinde bulundurmaktadır. Dağlık bölgeler ve büyük ırmak vadileri, en umut verici kaynaklardır. Amazon, Kongo ve Orinoco ırmakları ile Himalayalar'dan gelen kar sularının beslediği ırmaklar, geniş çaplı kullanıma elverişli yerlerdir. Ne var ki, söz konusu bölgelerin birçoğu (Alaska, Kanada'nın kuzey kesimi ve Sibirya'da kimsenin yaşamadığı alanlar da bunlar arasındadır) sanayi merkezlerinden uzaktadır.
ABD, Bağımsız Devletler Topluluğu ve Kanada'nın güney kesiminin yanı sıra, hidroelektrik enerjiden yararlanmak için en yoğun çabanın gösterildiği öbür bölgeler Avrupa ve Japonya'dır. Avrupa, elindeki hidroelektrik güç potansiyelinin aşağı yukarı % 60'ını kullanmaktadır: Asya'daki kaynakların yalnızca dörtte biri kadar kaynağı bulunmasına karşın, Avrupa, Asya'nın iki katına yakın hidroelektrik güç üretmektedir. Buna karşılık Afrika, potansiyelinin yalnızca % 5'ini kullanıma sokmuştur; bunun yarısını da yalnızca üç baraj sağlamaktadır: Doğu Afrika'daki Kariba, Nil üstündeki Asvan ve Gana'daki Akosombo barajları.
Dünyanın bazı bölgelerinde hidroelektrik güç ana elektrik kaynağını oluşturmakta, 35'i aşkın ülke, elektrik gereksinmelerinin üçte ikisinden çoğunu düşen suyla karşılamaktadır. Güney Amerika'da kullanılan elektriğin % 73'ü, hidroelektrik güçten sağlanmaktadır: Gelişme yolundaki ülkelerin tümünde, bu oran % 44'tür. Norveç'se, elektriğinin % 99'unu ve toplam enerjisinin % 50'sini, hidroelektrik güçten sağlamaktadır.
Güç santralları
Bir yerde üretilebilecek elektrik miktarı, oradaki suyun hacmiyle ve düşme yüksekliğiyle, yani suyun düşerken aldığı yolla orantılıdır. Geleneksel bir hidroelektrik santralını oluşturan bölümler, düşme yüksekliği sağlayan ve suyu depolayan bir barajı, suyu hidrolik türbinlere taşıyan savakları, türbinden suyun hızla boşaltılmasını sağlayan, böylece de türbin palaları altında vakum etkisi yaratan ve etkili düşme yüksekliğini artıran çekiş borularını, türbinlere bağlı ve onlar tarafından çalıştırılan jeneratörleri, daha verimli iletim için voltajı yükselten transformatörleri ve kumanda odasını içerir.
En elverişli yerlerin kullanıma sokulduğu ve termik santralların çok sayıda olduğu bölgelerde, hidroelektrik santralları, "tepe yüklü birimleri" denilen tesisler haline getirilebilir. Yani, bir alandaki elektrik kullanımı zaman içinde büyük değişiklikler gösterebileceği için, en üst noktaya çıkan güç gereksinmelerini karşılamak amacıyla kolayca devreye sokulabilen ya da talep karşılanınca kolayca devreden çıkarılabilen kaynaklara gerek vardır. Bir barajın arkasında biriken su istenildiği anda salıverebileceği için, ek türbinler kurulursa, hidroelektrik santralları, tepe yükleri karşılayan güç kaynakları olabilir. Pompalı depolama tesislerinde, bu esneklikten daha geniş olarak yararlanılır; sürekli yanan kömürün ve nükleer santralların ürettiği fazlalık güç kullanılarak, yukarıdaki depolama rezervuarlarına su pompalanır. Sonra, gerekli olduğunda, su aşağı salınarak türbinler çalıştırılır; böylece, pompalama için kullanılan enerjinin üçte ikisi geri kazanılmış olur. Bununla birlikte, tepe yükleri ve pompalı depolama tesislerinin bazı kusurları vardır. Tepe yükleri tasarruf ve yük yönetimi teknikleriyle azaltmak, bu talebi tepe yük birimleriyle karşılamaktan çoğunlukla daha ucuza mal olur; pompalı depolama tesisleriyse, genellikle büyüktür, pahalıdır ve kurulmaları için yer seçimi zordur.
Baraj yapımı
Modern anlamda baraj yapımcılığı, 1933'te ABD'de Tennessee Vadisi Yönetimi'nin (TVA) kurulmasıyla başlamış, ırmak havzalarının geliştirilmesine yönelik bu kapsamlı yaklaşım, dünyanın bütün ülkelerinde örnek oluşturmuştur. Günümüzün büyük barajları, insanlığın en büyük mühendislik başarıları arasında yer alır. Sözgelimi, 1982'de Brezilya ile Paraguay arasında Parana ırmağı üstünde yapımı bitirilen İtaipu barajı, tam kapasiteyle üretim yaptığında (12 600 MW elektrik üretimi) dünyanın en büyük güç kompleksi olacaktır (bu baraj, böyle yerlerde uluslararası işbirliğinin gerekli olduğunu da göstermektedir; su kullanım hakları konusundaki bitip tükenmez tartışmalar, Himalaya bölgesinde ve başka yerlerde hidroelektrik güç üretiminin önünde büyük bir engel olmayı sürdürmektedir). Büyük barajların oluşturduğu göller de, dünyadaki en büyük tatlısu kütleleri arasında yer almaktadır; Gana'daki Volta gölü, 8 500 km²'lik, yani Lübnan'ın yüzölçümüne eşit bir alanı kaplar.
Hidroelektrik baraj projeleri, gelişme yolundaki birçok ülkenin ekonomi ve yatırım planlarında önemli yer tutmaktadır: Mısır, Asvan'dan elde ettiği enerjiyle aşağı yukarı bütün köylerini elektriğe kavuşturmuştur; Sao Francisco ırmağında üretilen enerjinin bölgeye çektiği şirketler, Brezilya'nın kuzey kesiminde aşağı yukarı 1 milyon yoksula iş sağlamıştır; ülkemizde de GAP projesinin toplanması, bütün Güneydoğu Anadolu'nun yaşamını değiştirecektir. Bununla birlikte, gelişme yolundaki bir ülkede büyük bir barajın kurulması, kırsal kesimde yaşayan çoğunluğun yaşama düzeyini her zaman yükseltmez; çünkü genellikle büyük barajların yakınında kurulan enerji yoğun sanayilerin, yöre halkına çok sayıda iş sağlamasına ender rastlanır.
1950 yıllarından sonra gelişmekte olan ülkelerde (ve sanayileşmiş ülkelerin geri kalmış bölgelerinde) geniş ölçekli hidroelektrik tesislerinin kurulmasının başlıca nedeni, enerji yoğun sanayilerin ucuz elektriğe gereksinme duymaları ve uluslararası kredi kumrularının, milyarlarca dolarlık borçlar vermeye eğilim göstermiş olmalarıdır (İtaipu'nun yan tesisleriyle birlikte 6 milyar dolara mal olacağı, Çin'in tasarladığı Üç Boğaz projesininse 12 milyar dolara mal olacağı hesaplanmıştır). Dünya Bankası'nın verilerine göre, gelişme yolundaki ülkelerin, şu anda plan aşamasında olan hidroelektrik santralları için, 2000 yılına kadar yaklaşık 100 milyar dolar bulmaları gerekecektir.
Hidroelektrik projeleri için sermaye bulmanın en kolay yolu, enerji satışıyla sürekli bir kazancın garanti edilmesidir. Amazon havzası, Yeni Gine, Quebec ve Sibirya gibi nüfus yoğunluğu düşük bölgelerde, minerallerin çıkarılması ve işlenmesi için enerjiye duyulan gereksinme, bu projelerin başlıca itici gücünü oluşturmaktadır. En elverişli yerlerin zengin mineral yataklarına yakın olmaması durumunda, büyük baraj yapımının arkasındaki ana ekonomik güç, alüminyum işleme sanayisidir.
Çevre üstündeki etkiler
Büyük barajlar, kendi kendini düzenleyen çevre sistemlerini, yönetilmesi gereken sistemler haline getirir. Akarsuyun yukarı ve aşağı bölümleri üstündeki etkileri düşünülmeden bir ırmağa baraj kurulması, çevre açısından, büyük yıkımlarla sonuçlanabilir. Göller, ırmakların üstesinden gelebildiği bazı yanlış kullanımlara dayanamayacağı için, alışılagelmiş tarım ve atık boşaltma uygulamalarının da değiştirilmesi gerekir. Barajlar da, toprak aşınması nedeniyle rezervuarların balçıkla dolması tehlikesiyle karşı karşıya kalabilir; böyle bir durum, barajın su tutma ve enerji üretme kapasitesini belirgin ölçüde azaltabilir. Sözgelimi Çin'in orta kesimindeki Sanman boğazı barajı, Sarıırmak'ın taşıdığı tortular nedeniyle, 1 000 MW'lık kapasitesinin yaklaşık dörtte üçünü yitirmiştir. Nepal'de, sarp kesimlerindeki ormanların kesilerek tarıma açılması nedeniyle, Himalaya dağlarından kaynaklanan ırmaklar üstünde kurulmuş birkaç barajın, işe yaramaz duruma gelmeleri tehlikesi belirmiştir.
İnsanları büyük barajlar kurmaya yönelten ana nedenlerden biri, suyun sulama amacıyla tutulmasıdır. Barajlar, kuraklığın etkilerini azaltabilir, tarımda verimliliği artırabilir ve kurak, ekilmeyen alanların tarıma açılmasını sağlayabilir. Ama bu yolla yaratılan tarım topraklarının da bir bedeli vardır: Irmak düzeyindeki topraklar, baraj suları altında kalır. Eskiden toprağa zengin balçık tabakaları bırakan bahar taşkınlarının barajlar nedeniyle ortadan kalktığı yerlerde, verimliliği sürdürmek için yapay gübre kullanılması gerekir ve barajın sağladığı gücün büyük bölümünü bunların üretimine harcamak gerekebilir.
Büyük barajların balık yataklarını nasıl etkileyeceği önceden kestirilemez. Önemli, ama henüz incelenmemiş balık türlerinin yaşadığı tropikal Afrika, Asya ve Latin Amerika'da bu etkilerin ölçülmesi özellikle zordur. Balık türlerinin yavrulamak için uzun mesafeleri aşarak göç ettiği yerlerde, büyük barajlar bunların soyunu tüketebilir. Kuzey Amerika'da Columbia ırmağında bulunan zengin som (ya da somon) balığı alanları, balık merdivenleri kurma ve ırmağı yeniden balıklandırma programlarına karşın, barajlar kurulmasından sonra belirgin biçimde azalmıştır.
Büyük hidroelektrik projelerinin insan toplulukları üstündeki etkileri de son derece büyük olabilir. Nâsır gölü nedeniyle Mısır'da ve Sudan'da yaklaşık 80 000 insan, Volta gölü nedeniyle de Gana'da 75 000 insan yerinden yurdundan olmuştur. Çin'de planlanan Üç Boğaz barajı nedeniyle belki de 2 milyon insanın bölgeyi boşaltması gerekecektir. Yerinden edilen insanları yeniden yerleştirme ve iş sağlama planlarına çok az sayıda baraj projesinde yer verilmiştir; bununla birlikte bazı yerli halklar önemli ödünler elde etmişlerdir. Sözgelimi, Quebe.c'teki (Kanada) dev James Bay projesinin sular altında bıraktığı bölgede yaşayanlar, mahkemeye başvurarak barajın yapımını durdurmuşlar ve hükümet, yapımı yeniden başlatılmak için 250 milyon dolar bağışlamak, 12 950 km² toprak vermek ve projede öncelikli istihdam olanağı sağlamak zorunda kalmıştır.
Barajlar az bilinen bitki ve hayvan türlerini de tehlikeye atabilir. Büyük ekonomik değer taşıma olasılığı bulunan birçok tropikal bitki ya da hayvan türü, baraj göllerinin oluşturulması durumunda bütünüyle ortadan kalkacaktır.
Küçük çaplı hidroelektrik güç
Gelişme yolundaki ülkelerin tek seçeneği büyük barajlar kurmak değildir. Kapasiteleri 1 kW-1 MW,arasında olan çok daha küçük tesislerde de, hidroelektrik güç üretilebilir. Gelişme yolundaki ülkeler, küçük barajlar kurarak, Dünya Bankası'nın küçük yerlerde var olduğunu tahmin ettiği hidroelektrik güç kaynaklarının % 5 - % 10'unu kullanıma sokabilirler. Küçük barajlar, kabaca, söz konusu ülkelerin şu anda hidroelektrik güçten elde ettikleri elektrik kadar ek elektrik sağlayabilir.
Enerji üretimi için küçük barajlar kurmanın ekonomik yönü büyük değişiklik gösterir. Nispeten değişmez olan mühendislik ve alan hazırlama giderleri, daha büyük olan güç verimine yayılabileceği için, büyük barajlar daha ekonomik görünmektedir. Bununla birlikte, büyük barajların gizli ya da göz ardı edilen toplumsal maliyetleri dikkate alınırsa, küçük ölçekli projelerin daha elverişli olduğu anlaşılır: Küçük santrallar, gelir üretmelerinin yanı sıra, yoksul ülkelerin en bol, ama en az kullanılan kaynağını, yani emeği, son derece gerekli olan sermayeye dönüştürerek ekonomik kalkınmaya da yardımcı olabilirler; ayrıca, çok hızlı akan balçık yüklü suları tutarak, daha aşağıdaki barajların tortuyla dolmasını da önleyebilir.
Gelişme yolundaki ülkeler arasında yalnızca Çin, küçük çaplı hidroelektrik güç santrallarına büyük öncelik vermiş ve 1968'den bu yana, özellikle ülkenin bol yağış alan güney yarısında yaklaşık 90 000 küçük çaplı birim kurmuştur; bunların toplan üretim kapasitesi yaklaşık 6 300 MW'tır. Ülkedeki illerin dörtte birinden çoğunda, şu anda ana elektrik kaynağı bu küçük barajlardır. Çin, 1990'a kadar elektrik kapasitesine her yıl 1 500MW daha eklemiştir ve sonraki on yıl süresince, yani 2000 yılına kadar her yıl 2 000 MW daha eklemeyi planlamıştır. Genel bakış. Denizlere akan suyun içerdiği bütün enerji kullanılabilse, dünyada her yıl 73 trilyon kW saate varan miktarda elektrik üretilebilir. Üstelik denizlerde oluşan gelgit enerjisinin potansiyeli de bu rakama eklenebilir.
Ne var ki, teknik, mali ve çevresel sınırlamalar göz önüne alınınca, gerçekten elde edilebilecek elektrik miktarının 19 trilyon kW saati aşamayacağı anlaşılır: ABD ve İsveç gibi gelişmiş ülkelerde, önemli tarım topraklarını ve eşsiz güzellikte dinlence kaynaklarını koruma isteği, bazı büyük hidroelektrik alanlarını kullanma olanağını ortadan kaldırmıştır.
Günümüzde planlanan ya da yapımı süren bütün barajlar 2000 yılına kadar bitirilirse, dünyada hidroelektrik üretiminin günümüzdekinin yaklaşık iki katına çıkacağı hesaplanmıştır. Dünya Enerji Konseyi'nin iyimser tahminlerine göreyse, 2020 yılında hidroelektrik güç, yaklaşık 8 trilyon kW saat elektrik sağlayacaktır; bu, günümüzdeki düzeyin aşağı yukarı altı katıdır. Ne var ki, Zaire, Çin ve Nepal gibi ekonomik bakımdan yoksul, ama kaynak bakımından zengin ülkeler, yabancı yatırım sermayesi çekmedikçe ve hidroelektrik pazarları haline gelmedikçe, bu potansiyelin gerçekleştirilmesi çok güçtür.