Hidroelektrik santral (HES) akan suyun gücünü elektriğe dönüştüren santraldir. Büyük bir nehirde akan su büyük miktarda enerji taşımaktadır. Enerji üretmek için akan suyun akış hızı veya düşüş hızı kullanılır.

Suya dayalı enerji santrali ile enerji üretiminde ana işlem; barajda belirli bir yüksekliğe çıkarılan suyun, kendinden daha alçaktaki türbinlere aktarılmasıdır. Türbin çarklarına çok süratli ve şiddetli bir biçimde çarpan su türbin milini döndürür. Bu hareketin sağlanması ile jeneratör çalışır ve elektrik enerjisine dönüşür. Enerjisi kullanılan su, herhangi bir işlemden geçirilmeden kuyruksuyu kanalı ile tekrar nehir yatağına bırakılır. Böylece, nehir yatağında su kaybı, su seviyesinde azalma ya da su kirliliği olmaz.

Bölgede Kalehan Enerji şirketlerine Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu tarafından lisans verilmiş olan 3 adet HES projesi bulunmaktadır. Projeler Murat Nehri üzerinde kurulacak olup; Elazığ, Bingöl ve Muş il sınırları içinde yer almaktadır. Bunlar en yukarıdan en aşağıya doğru sırasıyla;

• Yukarı Kaleköy Barajı ve Hidroelektrik Santrali (626,85 MWe): Bingöl İli, Solhan İlçesi (baraj yeri, göl alanı), ve Muş İli Merkez İlçesi (göl alanı);
• Aşağı Kaleköy Barajı ve Hidroelektrik Santrali (500,00 MWe): Bingöl İli, Merkez İlçesi (baraj yeri, göl alanı), Genç ve Solhan İlçeleri (göl alanı); ve
• Beyhan 1 Barajı ve Hidroelektrik Santrali (582,10 MWe): Elazığ İli, Palu İlçesi (baraj yeri, göl alanı), ve Bingöl İli, Genç İlçesi’nde (göl alanı)

yer almaktadır.

Hidroelektrik santraller depolama yapılarına göre “Depolamalı (rezervuarlı)” ve “Nehir Tipi (regülatör)” olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Nehir Tipi HES’lerde yalnızca suyun akış hızı kullanılarak enerji üretilir. Bu tür HES’lerde suyun çevrilerek türbinlere yönlendirilmesini sağlayan yapılar depolamalı HES’lere göre çok daha alçak olurlar ve çoğunlukla “regülatör” olarak adlandırılırlar. Nehir tipi HES’lerde büyük bir baraj gölü oluşmaz ve depolama hacmi ya hiç yoktur ya da çok azdır; bu nedenle üretim miktarı yıldan yıla ve mevsimsel olarak değişmektedir.

Depolamalı ya da rezervuarlı HES’lerde ise barajın arkasında biriktirilen suyun yüksekten düşmesi ile elde edilen düşüş hızı kullanılarak enerji üretilir. Yağışlı mevsimde baraj gölünde biriktirilen su kurak mevsimde enerji üretimi için kullanılır; çok amaçlı tesislerde sulama ya da içme suyu da sağlanır. Barajın yüksekliği suyun düşüş hızını ve üretilen enerji miktarını belirler; baraj gölünün büyüklüğü ise yıl içinde doğal akım değişikliklerinin enerji üretimini ne kadar etkileyeceğini belirler. 

Yukarı Kaleköy, Aşağı Kaleköy ve Beyhan‑1 projeleri Depolamalı HES grubundadır.

Hidroelektrik santral projeleri tek başına bağımsız projeler olarak tasarlanmaz, akış aşağısı ve akış yukarısında mevcut ve planlanan diğer projeler göz önüne alınarak kümülatif bir değerlendirme yapılır. Amaç, uygun ekonomi sağlayarak nehrin bütününde mevcut su akışı ve düşü miktarından en verimli şekilde yararlanmaktır.

Kalehan Enerji şirketleri projelerinin de içinde bulunduğu Alparslan-II Barajı ile Keban Barajı arasında kalan projelerin planlanmasına yönelik çalışmalara 1980’li yıllarda Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü (EİE) tarafından başlanılmış olup, birçok alternatifin incelendiği “Fırat – Murat Kolunun (850-1240m.) Kotları Arası Enerji İmkânları İstikşaf Revizyon Raporu” (“EİE Raporu”) 1989 yılında hazırlanmıştır.

Sonrasında devam ettirilen ve en yüksek enerji üretimi ile asgari tarım arazisinin etkilenmesi amacıyla yapılan Master Planlama çalışmaları neticesinde toplam 1.708,95 MWe kurulu güce ve yıllık 4 milyar 762 milyon kilovatsaat üretime sahip 3 proje geliştirilmiştir. Her bir projenin baraj yerleri ve yükseklikleri ayrı ayrı ve bir bütün olarak detaylı şekilde ele alınmış, tüm hidroelektrik potansiyel değerlendirilerek Ülke ekonomisine en yüksek katkıyı sağlayacak formülasyon seçilmiştir. Bu seçim esnasında başta DSİ Genel Müdürlüğü ve Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu olmak üzere ilgili tüm kurumların bilgisi ve onayı alınmıştır.

Baraj yüksekliği arttıkça inşaat ve arazi edinimi maliyetleri de üretilecek enerji miktarı da artar; belirli bir yüksekliğin altında fayda-maliyet oranı düşer ve proje yapılabilir olmaz. Nehir üzerinde farklı yerlerde yüksek ve daha alçak barajlar bir arada tasarlanarak hem su altında kalan arazi ve yerleşimler en aza indirilir, hem de mevcut düşü miktarının mümkün olduğunca tamamına yakını değerlendirilerek enerji üretiminin en üst seviyede olması sağlanır. Bir başka deyişle, en uygun baraj yüksekliği, teknik, mali, çevresel ve sosyal etmenler bir arada göz önüne alınarak ve ayrıca akış aşağıdaki ve akış yukarıdaki mevcut ve planlanan diğer projeler de dikkate alınarak belirlenir.

Kalehan Enerji projelerinin toplam yıllık enerji üretimi Türkiye elektrik üretiminin %1,6’sını, Türkiye toplam hidroelektrik üretiminin ise %7.3’ünü karşılamaktadır.

Söz konusu üretim ile 1,4 milyon kişinin yıllık elektrik enerjisi ihtiyacını karşılayacaktır. Yani Elazığ, Bingöl ve Muş illerinin toplam elektrik ihtiyacını fazlasıyla tek başına karşılayacaktır.

Elektrik enerjisi 3 ana kaynaktan temin edilmektedir. Bu kaynaklar:

• Baraj, nehir tipi HES gibi hidrolik kaynaklar;
• Rüzgâr, güneş gibi diğer yenilenebilir kaynaklar;
• Kömür, doğalgaz gibi termik kaynaklardır.

Kömür, doğalgaz gibi termik kaynaklı santrallerden çıkan gazlar, tarım ürünleri, hayvanlar, su varlıkları ve ormanlar üzerinde kalıcı tahribat bırakabilmekte ve iklim değişikliğine neden olmaktadır. Yine termik santrallerden çıkan uçucu küllerde var olan radon kanser vakalarında artışa neden olabilmektedir. Doğalgaz gibi üretiminde dışa bağımlı olduğumuz pahalı bir kaynağı enerji üretme amaçlı kullanmak ise hem enerji maliyetini hem de ülkemizin dışa olan bağımlılığını arttıracaktır.

Rüzgâr, güneş gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen üretim doğa koşullarına bağlı olarak değişmektedir. Enerji ihtiyacının çok olduğu kış aylarında güneş ışınımı yaza göre daha azdır ve hava kapalı olabilmektedir; ayrıca geceleri güneş enerjisinden yararlanılması mümkün değildir. Rüzgâr türbinleri ise az ve çok kuvvetli rüzgârda çalışamamaktadır ve genelde %30 oranında verim göstermektedir. Bu nedenle güneş ve rüzgar santralleri bir bölgenin tüm yıl boyunca ihtiyaç duyduğu enerjiyi tek başlarına karşılayamamaktadır.

Bununla birlikte, ortalama yüksekliği 1200 m olan ülkemizde akarsu eğimleri de fazladır. Bu topografik yapı ve hidrolojik koşullar ülkemizi hidroelektrik enerji üretimi açısından avantajlı kılmaktadır. Hidrolik kaynaklı üretim santrallerinin üretim maliyetleri düşük, enerji kaynakları yerli ve yenilenebilirdir. Alternatiflerinden çok daha fazla çevre dostu ve değişken olan enerji talebine uyum sağlayabilme özelliklerine sahiptirler.

Enerji ihtiyacı gün içinde değişmektedir. Tüm gün, 24 saat boyunca sürekli ihtiyaç duyulan baz ya da primer enerjinin yanı sıra, akşam saatlerinde aydınlatma amacıyla gündüz saatlerinde kullanılandan daha fazla elektrik enerjisine ihtiyaç duyulmaktadır, buna da pik (puant) enerji adı verilmektedir. Son yıllarda klima kullanımının artması ile yaz aylarında öğle saatlerinde de pik enerji ihtiyacı oluşmaktadır. Pik enerji ihtiyacının olduğu akşam saatlerinde güneş batmış olduğundan güneş santrallerinde enerji üretilememektedir. Uygun şiddette rüzgârın ihtiyaç olan zamanda esmemesi durumunda rüzgâr santrallerinden de pik enerji ihtiyacı sağlanamamaktadır. Termik santraller ise, ünitelerin aynı gün içinde devreye alınıp tekrar devreden çıkarılmasının verimlerini büyük ölçüde düşürmesi nedeniyle pik enerji sağlamakta önemli bir dezavantaja sahiptirler.

Diğer tüm santral tiplerinden farklı olarak, depolamalı HES’ler aynı anda hem sürekli olarak belirli bir gücü sağlayabilmekte, hem de gün içinde değişen elektrik ihtiyacına uygun üretimi verimlerinde önemli bir düşüş olmadan yapabilmektedir. Depolamalı barajlarda belirli sayıda ünite sürekli çalıştırılarak baz enerji üretilebilmekte; diğer taraftan belirli saat dilimleri içinde daha fazla sayıda kapak açılarak ve ünite çalıştırılarak pik enerji ihtiyacı karşılanabilmektedir. Yukarıda belirtilen avantajlarına ek olarak, Kalehan Enerji’nin projelerinde olduğu gibi depolamalı barajlar enerji üretiminin yanı sıra taşkın kontrolü sağlamakta ve sulama ve içme suyu kaynağı olarak da kullanılabilmektedir.

ABD, Kanada, Çin, Japonya, Rusya ve Norveç gibi gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde yerli elektrik üretiminde hidroelektrik ciddi paya sahiptir. Bu oran Türkiye’de %24 civarında iken Norveç’te %96 civarındadır. Çin gibi dünya piyasasına şekil veren bir devin hidroelektrik enerji üretimi içindeki payı dünya üretiminin %28’i iken Türkiye’nin dünya üretimindeki payı ise sadece %2 civarındadır.

Bununla birlikte gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde yeni HES’lerin yapımı halen devam etmektedir. İklim değişikliğine neden olan sera gazlarının 2009 yılı seviyesinin yarısına azaltılabilmesi amacıyla, 2050 yılında dünyada toplam hidroelektrik enerji üretiminin şimdiki seviyesinin yaklaşık 2 katına ulaşacağı tahmin edilmektedir.

Almanya, İngiltere gibi ülkelerde sürdürülebilirliği sağlamak üzere gerekli yedek elektrik enerjisi desteği de mevcuttur. Bu ülkelerde enerji sıkıntısı olması halinde yedekte bulunan bu santraller devreye girmektedir. Ancak ülkemizde enerji açığı olduğundan yedek elektrik enerjisi kapasitesi maalesef yaratılamamaktadır.

Bölge halkının elektrik ihtiyacını ulusal şebeke sağlamaktadır. Kalehan Enerji Hidroelektrik Santrallerinde üretilecek enerji de bu ulusal şebeke hattına verilecektir. Böylece doğrudan olmasa dahi bölgedeki müşteriler üretilen elektriği kullanabilecektir.

Hidroelektrik santrallerin ekonomik ömürleri 50 yıl ya da daha fazla olabilmektedir; mekanik ekipmanların yenilenmesi ve rehabilitasyon ile ömürleri 100 yıla kadar uzatılabilmektedir.  

Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu tarafından projelere 49 yıllığına üretim lisansı verilmektedir. Bu süre zarfında projelerin çalıştırılması planlanmaktadır.