Kepez Hidroelektrik Santrali`nin saha ölçümleri ve sayısal bazlı hidrolik analizi

Abstract

Bu tez çalışmasında, Antalya'da bulunan Kepez-1 Hidroelektrik Santrali Rehabilitasyon Projesi'nin kavramsal tasarımı gerçekleştirilmiştir. MİLHES adlı Tübitak Kamag projesinin amacı, santralin tüm bileşenlerini yerli imkanlarla yenileyerek, günümüz tasarım yaklaşımlarıyla yeni bir tasarım yaparak mevcut santralin gücünü ve verimini artırmaktır. Projenin faaliyet alanı, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) destekli su türbini tasarımını, model üretim ve testini, prototip üretim ve montajını, generatör ve SCADA sistemini kapsamaktadır. Kavramsal tasarım çalışmaları, projenin ilk adımı olup, hidrolik türbin tasarımı, kavramsal tasarım çalışmalarını baz alarak gerçekleştirilmiştir. Mevcut santral, hidrolik türbinin en önemli iki tasarım parametresi olan debi ve hidrolik yük değerleri hedeflenerek modellenmiştir. Modellerde Manning's sürtünme eşitliği kullanılmıştır. Bu modeller, santralin başlangıç noktası olan rezervuardan türbinin girişine kadar olan detayları içermektedir. Bu detaylar için kaynaklar, saha inceleme çalışmaları ve santral teknik resimleridir. Bilgisayar ortamında oluşturulan modellerin doğrulanması için teknik resimleridir. Bilgisayar ortamında oluşturulan modellerin doğrulanmasıiçin saha testleri gerçekleştirilmiştir. Bunlar debi, hidrolik yük, verim ve güç ölçümtestleridir. Test sonuçlarının, model sonuçlarıyla karşılaştırılması sonucu literatürdebulunmayan kirecin sürtünme katsayısına bir yaklaşım oluşturulmuştur. Farklı debilerdeborularda oluşan kayıp değişeceğinden, türbine kalan hidrolik yükler de değişecektir. Busebeple farklı debilerdeki hidrolik yükler doğrulanan modellerle hesaplanmıştır. Debi vehesaplanan hidrolik yük, hidrolik türbin tasarımında kullanılan iki ana parametredir.Bunların ışığında türbinin çalışabileceği çalışma aralığı eğrisi çıkarılmış, tasarlanacak yenitürbinin tasarım debi ve hidrolik yüksü belirlenmiştir. Bunlara ek olarak doğrulananmodelin zamana bağlı çözümleri gerçekleştirilmiş ve su darbesi etkisi ölçülmüştür. Sudarbesi hesabı için kullanılan modellerin doğruluğu için sahada ani kapanma testlerigerçekleştirilmiş ve modelden zamana bağlı basınç eğrilerinin testlerle örtüşmesibeklenmiştir. Saha testleri ve bilgisayar ortamında oluşturulan modelin karşılıklıiterasyonu sonucunda, su darbesi zamana bağlı analiz sonuçları, santralde bulunanPRV'ye (Basınç Düzenleme Vanası) ve türbin önünde bulunan sürgülü vanaya girdileroluşturmuştur. Tüm bu sonuçlar daha yüksek verimli ve daha yüksek güç üretebilen sutürbini tasarımı için temel oluşturmuştur.

In this thesis, Conceptual Design of Kepez-1 Hydroelectric Power Plant which is inAntalya, Turkey was studied. The aim of the rehabilitation project called MILHES,financially supported by Tubitak Kamag, is to increase the power and efficiency withstate of the art techniques. The scope of the project is Computational Fluid Dynamics(CFD) aided turbine design, model manufacturing and tests , design, production andimplementation of the turbine, generator and the SCADA system. Design of thehydraulic turbine is based on the conceptual design performed in this study. Thehydroelectric power plant is modeled with two design parameters: head and flow rate.Manning's friction factor is used in the computations. The source for these details istechnical drawings and site observations. For verification of the power plant model,field tests are performed as a part of the project. As a result of the comparison ofnumerical and field test results, friction coefficient of limestone is predicted and usedfor further computations. The losses in pipeline change with flow rate; therefore, headvalues are calculated for different flow rates. With the light of this thesis, operationlimits of the turbine are determined. Best efficiency and design points of the turbineare obtained, as well as the range of operation for flow rate and head. Transient analysisof the system is also performed to evaluate water hammer characteristics. For theverification of water hammer analysis, instant load rejection tests are conducted. Theresults of the transient analysis provide the inputs for the design of by-pass pipelineand pressure relief valve. These results provide an idea on the feasibility of the increasein power.