Indiana’nın South Bend kentindeki St. Joseph Nehri üzerinde Notre Dame Üniversitesi öncülüğünde gerçekleştirilen bir nehir akışı hidroelektrik projesi, StreamDiver pervane türbinini kullanan ABD’deki ilk projelerden biriydi. %90’ından fazlası kamusal bir parkın altında gömülü, gözden uzak bir yerde bulunan yenilikçi tesis, 2024 POWER En İyi Tesis ödülünün sahibi olarak tanındı.
The Notre Dame Üniversitesi Uzun bir geçmişi olan simgesel bir yüksek öğrenim kurumudur. Üniversite, 28 yaşındaki Fransız rahip Rahip Edward Sorin ve yedi arkadaşının Indiana misyon alanlarında Vincennes Piskoposu’nun kendilerine verdiği 524 dönümlük karla kaplı araziyi ele geçirmesiyle, Kasım 1842’nin sonlarında soğuk bir öğleden sonra başladı. Üniversitenin internet sitesine göre, “canlı bir hayal gücüne sahip bir adam” olan Peder Sorin, okula “L’Université de Notre Dame du Lac” adını verdi, bu da İngilizce’de “Gölün Leydisi Üniversitesi” anlamına geliyor. 15 Ocak 1844’te okul, Indiana yasama organı tarafından resmi olarak kuruldu.
South Bend’in Hidro Tarihi
Aynı zamanlarda, endüstri üniversitenin etrafındaki alanı, özellikle South Bend’deki St. Joseph Nehri boyunca sular altında bırakmaya başladı. İlk kullanılabilir baraj, St. Joseph Nehri üzerinde 1842’de inşa edildi, göre Tarih Müzesi. İlk endüstriler, nehrin her iki yakasında birer tane olmak üzere iki ırkta (veya insan yapımı kanallarda) yer alıyordu. Irklar mantıksal olarak Doğu Irkı ve Batı Irkı olarak adlandırılıyordu. Birçok büyük endüstri, üretim ihtiyaçları için su gücünden yararlanarak iki ırktan birinde başladı.
1903’te West Race’in mülkiyeti Oliver Chilled Plow Company’nin kurucusu James Oliver tarafından satın alındı. Şirket West Race’e bir hidroelektrik santrali inşa etti ve bu santralin Oliver Opera Binası, Oliver Oteli, fabrikalar ve diğer Oliver mülklerine ışık, ısı ve güç sağlamak için elektrik sağlayabileceği bildirildi. Hidroelektrik santrali, daha büyük ve daha ekonomik güç kaynakları South Bend’e girdiğinde emekliye ayrılmadan önce birkaç on yıl çalıştı.
Yine de, St. Joseph Nehri üzerinde bir baraj kaldı ve yıllar içinde düzenli bakım ve iyileştirmeler yapıldı. 1980’lerde, barajın etrafında bir balık merdiveni projesi tamamlarken, şehir barajda yeni bir hidroelektrik santrali inşa etmek için Federal Enerji Düzenleme Komisyonu’na (FERC) muafiyet başvurusunda bulundu ve muafiyet aldı. Yine de, onlarca yıl boyunca, esas olarak ekonomik nedenlerden dolayı, bir santral asla inşa edilmedi.
Notre Dame Üniversitesi muafiyetten yaklaşık 2010 yılında haberdar edildi. Kâr amacı güden bir elektrik şirketi, barajdaki bir hidroelektrik santralinin maliyetini, düşük basınç ve sınırlı para kazanma potansiyeli nedeniyle haklı çıkarmakta zorluk çekerken, üniversitenin dikkate alması gereken başka şeyler vardı. Notre Dame Üniversitesi’nde Kamu Hizmetleri ve Bakım yardımcı başkan yardımcısı olan Paul Kempf, PE, “Bizim için daha çok ilgimizi çeken şey ‘yeşil enerji’ elde etmek, karbon dengelemeleri oluşturmak ve çok uzun vadeli bir geri ödeme yapmaktı” dedi.
2014 yılında FERC şehri harekete geçmeye teşvik etti. Komisyon etkili bir şekilde, “Bu muafiyet 30 yıldır sizde, eğer kullanmayacaksanız, geri alacağız.” dedi. İşte o zaman Notre Dame ile görüşmeler ciddileşti ve proje sadece bir konsept olmaktan çıktı.
“Şehirle ortaklık kurmak bizim için harika bir projeydi, çünkü açıkçası, alan bir şehir parkıydı ve yine öyle olacak,” diye açıkladı Kempf. “Ve böylece, esasen East Race ile nehir arasında bir ada üzerine inşa edilen bu tesisi tasarlamaya koyulduk. Ve yer altına gömdüğümüz her şeyin üstünde, bu yaz tamamladıkları bu güzel park var. Ve gerçekten kapladığımız tek şey, yer üstündeki elektrikli ekipman alanları için küçük bir alan ve ardından bazı erişimler, ancak temelde parkın yüzde 90’ı tekrar kullanıma açık.”
StreamDiver Türbinleri
İşleri başlatmak için Notre Dame mühendisleri ellerindeki benzersiz uygulamada kullanmak için en iyi teknolojiyi aramaya koyuldular. Kempf, “O zaman Voith Hydro ve onların ürettiği StreamDiver türbiniyle bağlantı kurduk ve oradan 2016’da tasarıma başladık,” dedi.
Voith Hydro, AkışDalgıcı “düşük başlıklı uygulamalar için esnek, çevre dostu, sağlam ve uygun maliyetli bir çözüm.” Kompakt StreamDiver pervane türbini (Şekil 1), mevcut altyapılara entegre edilebilir, gerektiğinde birden fazla üniteden oluşan bir gruba ölçeklendirilebilir ve hatta ekolojik olarak hassas ortamlarda bile kullanılabilir.
 |
|
1. StreamDiver hidro türbinlerinden biri burada South Bend’de kurulurken gösterilmektedir. Nezaket: Voith Hydro |
Tüm yatakları yalnızca nehir suyuyla yağlanan bir türbin jeneratör güç aktarma organıyla, yağ ve gres içermeyen çalışma çevreyle özellikle uyumludur. Voith Hydro’nun tasarım açısından kasıtlı olarak basit tutulduğunu söylediği konsept, arıza olasılığını en aza indirir ve sızdırmazlık sistemlerinin kullanımından kaçınır. Bu, 10 yıl ve üzeri bakım aralıklarına izin vererek işletme maliyetlerini etkili bir şekilde düşürür.
Voith Hydro’da küçük hidro konsept uzmanı olan Albin Atzmueller, “StreamDiver, düşük başlıklı güç istasyonları için mükemmel bir çözümdür,” dedi. “Bu türbini özellikle South Bend ve şu anda takip eden diğer projeler için geliştirdik. Şu anda dünya çapında faaliyette olan 35 ünitemiz var – bunlardan 10’u South Bend’de – ve kurulumdan yeni imzalanan sözleşmelere kadar çeşitli aşamalarda inşa halinde olan 32 ünitemiz daha var, kelimenin tam anlamıyla her şey, bu yüzden bununla gurur duyuyoruz. Şu anda StreamDivers’ı işleten dokuz lokasyon var, bunlardan biri South Bend ve şu anda inşa halinde olan sekiz tane daha var.”
Zamanlama Her Şeydir
Elbette, projeler nadiren aksamadan ilerler. Kempf, “Yol boyunca çözmemiz gereken birçok mühendislik sorunuyla karşılaştık ve bunların her birini belirginleştikçe çözmek zorunda kaldık,” diye hatırlıyor. “2016’dan 2019’a kadar, başvuruyu FERC’e onaylatmamız bir yıl sürdü ve ardından projeyi başlatmaktan neredeyse bir yıl daha geciktiren bazı mülkiyet sorunları vardı, sadece bunları çözmek için. Yani, projeyi gerçekten inşa etmenin dışında daha çok şeyle ilgili olan birçok zamanlama sorunumuz vardı – sahanın lojistiği ve diğer taraflar.”
Gerçek inşaat Ağustos 2019’da başladı. Kempf, “Açıkçası, COVID ile karşılaştık ve FERC ve bu tür bir projeye girdiklerini tahmin edebileceğiniz diğer tüm hükümet kurumlarıyla uğraşmanın ilginç yönleriyle karşılaştık, bu yüzden inşaatı bitirmemiz yaklaşık iki buçuk yıl sürdü – Mayıs 2022’de tesis çevrimiçi oldu ve o zamandan beri çalışıyor,” dedi.
Atzmueller, hidro sektöründe bürokratik engellerin projeleri geciktirmesinin alışılmadık bir durum olmadığını belirtti. “Lisanslama ve yetkililerle ilgili her şey çok zorlu, zaman alıcı ve planlanması zor bir süreç,” dedi. “Birçok hidro tesisinde bunun gibi gecikmeler gördük.”
Operasyonun İnceliklerini Öğrenmek
South Bend’deki baraj, taşan bir barajdır, yani her zaman üstünden su akar. Bu arada, FERC izni, barajda bulunan çeşitli özellikler için, şelalenin üzerinden, Doğu ve Batı su yollarından ve balık merdiveninden geçen su akışı dahil olmak üzere, rezervasyonlar oluşturmuştur. Kempf, “Hepsi nehirden aşağı gelen ilk saniyede 530 fit küpü (CFS) alır ve sonra bunun üzerindeki her şeyi kullanmamıza izin verilir,” diye açıkladı.
South Bend’de her biri 0,3 MW kapasiteli 10 adet StreamDiver SD 13.10 türbini kuruludur. İşletmeye alınan türbin sayısı ve her birinin çıktısı akış ve baş seviyesinin, yani baş su seviyesi ile kuyruk su seviyesi arasındaki farkın bir fonksiyonudur.
Türbin çalışması oldukça iyi bir şekilde otomatikleştirilmiştir. Kontrol sistemi türbinleri baş seviyesine göre başlatır ve durdurur ve ikinci olarak güce göre yönetir. Çalışan türbinler minimum ve maksimum yük aralıklarında çalışabildiği sürece sistem mutludur, ancak maksimum bir ayar noktasına ulaşıldığında başka bir türbin başlatılır ve minimum bir ayar noktasına ulaşıldığında bir türbin kapatılır. Kalan çalışan türbinler değişikliğe göre ya hızlanır ya da yavaşlar.
Ancak Kempf, işlerin her zaman göründüğü kadar basit olmadığını söyledi. Örneğin bir bahar gününde nehrin yaklaşık 4.500 CFS’de aktığını, bunun da türbinler için yaklaşık 4.000 CFS anlamına geldiğini belirtti. Her türbin maksimum çalışma sırasında yaklaşık 350 CFS tüketir, bu nedenle yukarıdaki senaryoda, bir kişi 10 türbinin hepsini tam güçte çalıştırabileceğinizi düşünebilir. Kempf, “Aslında sorun şu ki, 10’unu da çalıştırdığınızda, kafayı o kadar aşağı çekersiniz ki, geriye hiç kafa kalmaz,” dedi. “Yani, akış ve kafa seviyesi arasında bir denge var ve kafa seviyesi zorlaşıyor, çünkü kuyruk suyu nerede? Aşırı bir durumda -neredeyse bir taşkın durumunda- aslında daha az kafa olabilir, çünkü nehirden aşağı o kadar çok su geliyor ki kuyruğu alıyor.”
Daha önce de değinildiği gibi, Notre Dame Üniversitesi South Bend projesini mevcut en ucuz enerji biçimi olduğu için sürdürmedi; bunun yerine okul, sürdürülebilirlik girişiminin bir parçası olarak hidro eklemeyi seçti. Kempf, “Üniversitelerin, bir dereceye kadar, hepimizin yapması gereken şey yolunda toplum için lider olmamız gerektiğini hissetmesi alışılmadık bir durum değil,” dedi. “Bunu yapmak için bazı kaynaklara sahip olduğumuz için şanslıyız. Bu yüzden, bizi kampüste kömürden uzaklaştırıp bir dizi yenilenebilir ve geri kazanılabilir enerji projesine doğru yönlendiren şey bu.”
“Notre Dame Üniversitesi ile birlikte çalışmak büyük bir zevkti. Bu benzersiz bir projeydi ve StreamDiver teknolojisiyle sattığımız ilk projelerden biriydi,” dedi Atzmueller. “Gerçekten yeni bir teknolojiyle, bir şeyi kurmanın yeni bir yoluyla ve sektörümüzde kolayca bulunamayan alışılmışın dışında düşünmeyle ilgilenen bir müşteriye sahip olmak. Ve üniversitenin bu projeyi bizimle birlikte takip etmeye ikna olmasından çok, çok mutluyuz.”
—Aaron Larson POWER’ın genel yayın yönetmenidir.
