Kojenerasyon
Uygulamaları-Verimlilik-Lisanslama-Öneriler:
1--Kojenerasyon-Konvansiyonel
Sistem Verim Hesabı:
1—Konvansiyonel
Sistem:
100 br yakıt…Enerji Sant(n=%33)….33 br elektrik
100 br yakıt…Kazan(n=%70)………..70 br ısı
Topl
yakıt=200 br—Topl üretim=103 br
sistem verimi=103/200=%51,5
2—Kojenerasyon:
200 br yakıt…Elektriksel(n=%30)….60 br elektrik
Termal(n=%55)……...110 br
ısı
Topl
yakıt=200 br—Topl üretim=170 br
sistem
verimi=170/200=%85
3—Verim farkı:0,85-0,51.5=%33,5
2—Teknik Bilgi:
1.1-- Konvansiyonel elektrik üretim verimi ortalama
%30-40’dır. Elektrik üretirken ciddi miktarda ısı açığa çıkar ve bu ısı
enerjisi kojenarasyon sistemleri ile değerlendirilir.
1.2-- Maliyetlerin düşürülmesi ve verimliliğin
arttırılması Kojenerasyon sistemleri ile sağlanabilir.
1.3--
Kojenarasyon-Trijenarasyon Yatırımı
1 MW Kojenarasyon Yatırımı………..700.000 Euro
1 MW Kojenaryon Getiri/Yıl…………300.000 Euro
Geri Ödeme Süresi…………………….2,33 Yıl
1.4--Toplam Kapasite………………………43,5 MWh olan
kojenarsyon tesisinin Yıllık Yakıt Kazancı…………………..14.000 TEP civarında
olabilmektedir.
1.5-- Kojenarasyon sistemi ,aynı güçteki rüzgar veya
termik santral yatırımından daha ucuz ve daha etkindir.
1.6—Petrol fiyatlarının 30 doların altına düşmesinin
nedenlerinden biriside ABD kaya-doğalgazının piyasaya girişi olabilir.Önimüzdei
yıllar doğalgazın veyinelebilir enerjilerin yoğun kullanıldığı yıllara
olabilir.
1.7--Bu nedenle Endüstriyel tesislerin yanı sıra
toplu konutlarda, tatil köylerinde, üniversite kampüslerinde, hastanelerde,
alışveriş merkezlerinde kojenarasyonun yaygınlaşması-zorunlu tutulması birincil
enerji ihtiyacını azaltacaktır
2-- Kojenarasyon sistemleri enerji üretim tesisleri
yanı sıra demir-çelik, çimento, kimya gibi tüm sanayi tesislerinde ve okul,
hastane, alışveriş merkezi, oteller gibi binalarda geniş uygulama imkanına
sahiptir.ve belediye yönetmelikleri ile ruhsat alımında harçtan indirim
yapılarak teşvik edilebilir-zorunlu kılınabilir.
2.1--Co-Tri-Quatro jenerasyon sistemleri özellikle
kojenerasyon yaygınlaştırılmalı.Belediye yönetmelikleri ile Belli m2
üstünde-örneğin 20.000 m2 olan Hastaneler,siteler,iş merkezlerinde kurulumu
şart koşulabilir.
2.2-- Ayrıca yönetmelikler inşaat alanı 20.000
m2’nin üstündeki binalarda ve endüstriyel tesislerde kojenerasyon imkanlarının
analizini ve uygulanmasını talep etmektedir. Ancak yönetmelik gönüllülük
esasına göre işletilmektedir. Kojenarasyon analizlerinin akredite kurumlar tarafından
yapılması şarttır.
7.1—
Enerji Verimliliği -Öneriler–Türkiye-Lisanslama:
1.1—Solar,kojenerasyon,türbin,rüzgar,akıllı bina
teknolojilerinde Yerli teknoloji geliştirilmesine yönelik yan sanayi
oluşturulmalı.Bu ostim ler belirlenmeli-yapılandırılmalı.
2—Bakanlık
tarafından Enerji yatırım fonlarının kurulmasını teşvik edecek düzenlemeler
yapılmalı.
3--Özerk enerji araştırma ve uygulama merkezleri
kurulmalı.Bu sağlamak için büyük özel grupların üniversite ile bağlantılı bu
enstitülerin-arge merkezlerinin-kurumları kurması halinde ciddi vergi indirimi
yapılabilir.
4—Bakanlık tarafından Lisans başvurularını dar bir
zaman dilimine sıkıştırmayan yeni bir düzenlemeye gidilmeli.
4.1--Lisanslama sürecinde otoprodüktör ile serbest
üretici ayırımı yapılmalı ve otoprodüktör başvuruları farklı bir statüde ele
alınmalı.
4.2--Lisans alanlardan yatırım taahhütü ve süre
istenmeli ve lisans dan üretime geçiş süreci hızlı işletilmeli.
4.3—Lisans alımında minimum belge ve
bürokrasi-kurumları arası on line e imzalı onay olmalı.
5-- Maden arama ve enerji çalışmaları birarada ele
alınmalı.Bunların lisans alım sürecinde çed için bakanlık sürecin bir parçası
olarak uluslar arası çevre denetim kurumlarından uygunluk alma raporu
getirebilir.
6-- Kamu ihale yasası kaliteyi ve yerli malı
kullanımını arttıracak bir biçimde yeniden değerlendirilmeli.
7—Arz
güvenliği için Doğal gaz depolama tesisleri yaygınlaştırılmalı.
2--Kojenerasyon
Sistemleri:
1--Kojenerasyon bileşik ısı-güç üretimi demektir.
Yani tek sistemde elektrik ve buharın birarada üretilmesidir.
2--Kimyasal yakıtın(doğalgaz vs) yanmasıyla(yanma
odasında) ısı enerjisi(yanmış gaz) elde edilir. Bu ısı enerjisi bir türbin
vasıtasıyla mekanik enerjiye ve jeneratör vasıtasıyla da elektrik enerjisine
dönüşür.
2.1—Aynı ısı enerjisinin türbinden sonra eşanjöre
(atık ısı kazanı) girmesiyle elde edilir.
3--Bir kojenerasyon sisteminin toplam verimi yüzde
80'in üzerindedir.
4--Kojenerasyon sistemlerinin en önemli
özelliklerinden biri de güç çıkışı/ ısı
çıkışı oranının, isteğe bağlı değiştirilebilir olmasıdır.
5--Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik
üreten bir gaz türbini ya da motoru kullandığı enerjinin yüzde 30-40 kadarını
elektriğe çevirebilir.
5.1--Bu sistemin kojenerasyon şeklinde kullanılması
halinde sistemden dışarıya atılacak olan ısı enerjisinin büyük bir bölümü de
kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek toplam enerji girişinin yüzde 70-90
arasında değerlendirilmesi sağlanabilir.
6--Kojenerasyon sistemi, elektriğin ayrı, ısı
enerjisinin ayrı üretildiği sistemlerden yüzde 42 daha verimlidir.
6.1--Örneğin termik santrallerde sistemin ürettiği
ısı atılarak sadece elektrik enerjisi üretilmekte ve sistem verimi yüzde 30
civarında kalmaktadır.
7-- Elektrik enerjisi talebinin artması halinde
dışarıdan elektrik satın alınabilmesi ve tesis tarafından üretilen elektriğin
talepten fazla olması durumunda da dışarıya elektrik satılabilmektedir.
8--Kojenerasyon sistemleri ile enerji maliyetleri
düşmektedir. Daha az tesis masrafıyla, güvenilir enerji elde edilmektedir.
9--Kojenerasyon sistemleri üretilen elektriğin
kalitesini iyileştirir ve aynı zamanda üretilen elektrikteki istenmeyen voltaj
dalgalanmalarını yok ederek daha sağlıklı bir kullanım sağlamaktadır.
10--Gaz türbinli sistemler kullanıldığında, yakıt
olarak doğal gaz tüketilmesi sebebiyle SO2 oluşumu söz konusu değildir.
11--Bileşik ısı-güç üretiminde, bir birim elektrik
enerjisi üretebilmek için 1,5 birim yakıt enerjisi gerekmektedir. Bu da atmosfere
verilen kirletici emisyon miktarı toplamında yüzde 50 civarında bir azalma
demektir.
12-- Kojenerasyon sistemi ile 100 birim yakıt
kullanılarak 85-87 birim faydalı güç elde edilmiştir.
12.1--Konvansiyonel sistem ile ancak 155 birim yakıt
ile 85 birim faydalı güç elde edilmiştir.
13-- Doğal gaz ve hava karışımının (12-35 bar) yanma
odasında yanmasıyla oluşan kinetik enerji türbin ve şanzıman aracılığıyla
jeneratörü döndürür. Jeneratörün dönmesiyle de elektrik enerjisi elde edilir.
Bu tür kojenerasyon uygulamaları 4,5-20 MW güç aralığında tercih edilir.
13.1--Türbin egzoz gazından (400-500 °C) sıcaklık
atık ısı kazanı yardımıyla buhar, kızgın su ve kızgın yağ elde edilerek
sistemin verimliliği artırılır.
14--Elektrik üretimi ile ısı üretimi oranları isteğe
bağlı değiştirilebilir. Ek sistemlerle gerekirse elektrik üretimi arttırılıp,
buhar üretimi azaltılabilir veya tersi de mümkündür.
15--Gaz motoru ile 400 kW'dan 1,3 MW'a kadar tek
motor,
15.1--10 MW'a kadar birleşik motor sistemleri
kurulabilmektedir.
16--Gaz motorları atık ısının yaklaşık 1/3 oranı
egzos gazından 2/3’de motorun soğutma sistemlerinden geri kazanılmaktadır.
16.1--Gaz motorlarında, soğutma devrelerinden de ısı
geri kazanıldığı için verimlilikleri yüzde 90'a kadar çıkabilmektedir.
16.2-- Gaz türbininde egzos gazı ısısı, bir atık ısı
kazanıyla ısı proses ihtiyacına göre buhar, sıcak su, kızgın yağ üretmek için
kullanılabilmektedir. Diğer bir yaygın kullanım alanı da egzos gazının hava ile
karıştırılarak direk kurutma aplikasyonlarında kullanılmasıdır.
17--Gaz motorları türbinlere nazaran yüzde 10 daha
fazla elektrik üretebilmektedir.
18--Dizel motorlu sistemlerde, 100 kW ile 3 MW’a
kadar tek motor bulunmaktadır. 4 MW üstünde fuel-oil no:6 kullanılabilmektedir.
20--
Gaz Türbinleri ile Kojenerasyon Sistemi:
20.1--Kompresör tarafından emilen hava sıkıştırılır.
Basıncı yaklaşık olarak 12 kat artan havanın sıcaklığı da yükselir.
20.2--150 °C civarındaki bu kızgın hava yanma
odasına gelir. Diğer yandan yanma odasına yüksek basınçlı yakıt (doğalgaz, LPG,
motorin) püskürtülür.
20.3--Havanın yakıta oranı yaklaşık olarak 1/60‘tır.
Yani 60 birim hava ile 1 birim yakıt yanma odasında basınç altında yanar.
20.4--Yanma sonucunda yüksek basınçlı ve 900-1200 °C
sıcaklığında egzoz gazı açığa çıkar.
20.5--Bu gaz türbinden geçerek sistemi terk eder.
20.6--Türbinin kanatçıkları çarpma etkisiyle dönecek
şekilde dizayn edilmiştir. Dolayısıyla egzoz gazı türbinden geçerken türbin
döner. Böylece türbin ile kompresöre bağlı bulunan şaft da dönmeye başlar.
20.7--Oluşan bu mekanik enerjiye karşılık egzoz
gazının sıcaklığı 400-600 °C‘ye gerilemiştir. Sıcaklığı ve basıncı azalmış olan
ve yaklaşık % 15 O2 içeren egzoz gazı türbini terk ettikten sonra atık ısı
kazanına gelir.
20.8--Kojenerasyon sisteminde elektrik jeneratör
vasıtasıyla üretilir.Türbin ve kompresör arasında bulunan şaft bir jeneratöre
kadar uzatılır. Devir sayısı bir redüksiyon dişlisi ile ayarlanır. Şaft
döndüğünde jeneratörün rotoru da döner ve stator sargılarında elektrik
endüklenir. Üretilen bu elektrik enerjisini kontrol için pratikte şalt
tesisleri kurulur. Sadece elektrik enerjisi üretimi için verim yüzde 30
dolayındadır.
21-- Sistemden Daha Fazla Elektrik Enerjisi Almak:
21.1--Kojenerasyon sisteminin avantajlarından biri
de elektrik üretimi ile buhar üretiminin isteğe bağlı değiştirilebilir
olmasıdır. Ancak bunun için sisteme ek bir tesis gereklidir.
21.2--Elektrik üretiminin daha fazla olmasını
istiyorsak üretilen buharı kullanarak iki yolla elektrik üretimini arttırabiliriz.
Bunlardan ilki, buhar enjeksiyonlu gaz türbinlerinin kullanımıdır.
21.3--Atık ısı kazanından elde edilen buharın bir
kısmı gaz türbinin yanma odasına enjekte edilir. Enjekte edilen buhar miktarı
ayarlanabildiği için işletmenin ihtiyacına göre elektrik üretimi
gerçekleştirilir. Burada kullanılan buhar miktarının kullanılan hava miktarına
oranı % 15 dolayındadır. Bu ek sistem elektrik üretimini yüzde 60-80 oranında
arttırmaktadır.
21.4--İkincisi, sistemde buhar türbini kullanımıdır.
Sistemde gaz türbininin yanı sıra atık ısı kazanında üretilen buharı kullanan
bir buhar türbini mevcuttur. Böylece atık ısı kazanında üretilen buhar, bir
buhar türbinine girerek elektrik enerjisine dönüşür.
21.5--Bu şekilde buhar üretimi azalacak ancak
elektrik üretimi artacaktır. Buhar türbininden çıkan buharın basıncı ve ısısı
düşmüş olacaktır.
21.6--Gaz türbinli kojenerasyon sistemlerinin oranca
yüksek olan ısıl çıkışından elde edilen buharın doğrudan işlemde kullanılmasına
ihtiyaç duyulmadığında, gaz türbini atık ısı sistemine bağlanan buhar türbini
ile kojenerasyon sisteminden daha fazla elektrik üretilebilir.
21.7--Bu prensiple gerçekleşen sistemlere ”kombine
çevrim santralleri” denilmektedir. Dünyada en iyi kombine çevrim örneklerinden
biri olan Ambarlı kombine çevrim termik santralinde verim yüzde 50
civarlarındadır.
22-- Sistemden Daha Fazla Buhar Enerjisi Almak
22.1--İşletmenin buhar ihtiyacı üretilen buhardan
fazla ise buhar üretimini artırmak için ilave bir yanma odası kullanılır.
22.2--Gaz türbininin egzoz gazları yüzde 15 O2
içeriyordu. İşte bu egzoz gazları atık ısı kazanına girmeden ilave bir yanma
odasında yakıtla yakılarak gazın sıcaklığı ve basıncı arttırılabilir. Bu da
daha fazla buhar demektir.
23-- Kojenerasyon Sistemlerinde Kullanılabilecek
Yakıtlar:Gaz türbinleri ile kojenerasyon sistemlerinde kullanılabilen yakıtlar;
doğal gaz, LPG (%30 propan, % 70 bütan), dizel, fuel-oil no:6 ve naftadır.
24--Motor kojenerasyon sistemlerinde kullanılan
motorlar genel olarak 2 tiptir;
24.1-- Fakir karışım yanmalı otto motorları
24.2-- Dizel (sıkıştırma patlatmalı) prensibe göre
çalışan motorlar
24.3--Otto motorlarında sadece gaz yakıtlar
kullanılabilir. Bunlar; doğalgaz, biogaz (arıtma tesislerinde), propan, kok
gazı, pyrolis gazı (odun gazı).
24.4-- Dizel motorlarda ise belli bir kapasiteye
(yaklaşık 4 MW) kadar ancak dizel ya da gaz-dizel çift yakıt, bu kapasitenin
üzerinde gaz-dizel makinalar ile fuel-oil no:4 ve no:6 yakabilen makinalar
bulunmaktadır.
24.5--Bunlardan sadece doğalgaz ve propan ticari
olarak kullanıma açık yakıtlardır. Diğerleri ya arıtma tesisleri, ya çöplükler ya
da özel proseslerden elde edilir.
24.6--Özellikle proseslerinde solvent ağırlıklı
atmosfer yaratan ya da özel gazlar üreten işletmelerde bu imkan çok verimli
yatırım sonuçları vermektedir.
25-- Kojenerasyon Sistemi ve Kapasite Seçimi
25.1--İlk olarak yıllık ortalama elektrik tüketimine
bakılır ve atıl kapasite yaratmayacak şekilde bu tüketimin az altında kalacak
bir kapasite seçilir. Amaç elektrik tüketimine yönelik kapasite belirleme
olmalıdır. Santralin elektrik kapasitesi belirlendikten sonra ısı tüketim
verilerine bakılır.
25.2--Yoğun olarak yüksek sıcaklıkta enerji
gerekiyorsa (buhar, kızgın yağ ya da sıcak hava) ve bu yaklaşık 1:2
elektrik/ısı dengesine oturuyorsa, sisteme uygun yakıt ekonomik olarak mevcut
ise ve santral büyüklüğü gaz türbinleri kapasite aralığına giriyorsa ihtiyaç
bir gaz türbin kojenerasyon santraline işaret eder.
25.3--Tüm öncelikli kriterler bir gaz türbin
santralini işaret ederken dahi, yakıtın ekonomik bulunabilirliği santrali dizel
motor santralına dönüştürebilmektedir.
26--Kojenerasyona sahip işletmeler, elektriği
kendileri ürettikleri için iletim kaybı ve şebeke elektriğindeki gerilim ve
frekans dalgalanmalarının yol açtığı zararlar yoktur.
26.1--Atık ısıyı geri kazandıkları için birim enerji
maliyetleri düşük olmaktadır.
26.2--Elektrik kesintilerinden etkilenilmemektedir.
Ayrıca şebeke ile senkron çalışıldığı için santralde arıza veya bakım olduğunda
şebekeden elektrik alınabilinmektedir.
26.3--Kojenerasyon sistemlerinin uygulandığı alanlar
sanayi ve hizmet sektörleridir.
26.3.1--Sanayi sektöründeki uygulamaları; kimya,
tuğla, selüloz ve kağıt, demir çelik, motor sanayi, petro kimya, mobilya, gıda
ve tekstil alanlarındadır.
26.3.2--Hizmet sektöründeki uygulamaları;
hastaneler, oteller, spor salonları ve bölgesel ısıtma alanlarıdır.
26.4--Bileşik ısı-güç üretim tesislerinde yakıt
olarak yaygın şekilde doğal gaz kullanılmaktadır. Bunun sonucunda kömürün
yanması sonucu meydana gelen kül ve kükürt oksitler ile fuel-oil’in sebep
olduğu diğer emisyonlar ortadan kaldırılabilmektedir. Ayrıca CO2 emisyonlarının
yaptığı olumsuz çevresel etki önemli oranda azaltılabilir.
27--Sistemlerin kendilerini 2,5-3 yılda geri ödediği
görülmektedir. Yüksek verim ve dolayısıyla üretim esnasında sarfedilen birim
enerji başına atmosfere salınan emisyonların düşük olması kojenerasyon
sistemlerinin önemini bir kat daha arttırmıştır.
Kaynakça:
1--Kojenerasyon Sistemlerine Genel Bir
Bakış--Araş.Gör. Serkan ÖZER* Yard.Doç.Dr. Semih ÜZE*--*T.Ü. Çorlu Mühendislik
Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Çorlu/TEKİRDAĞ
2--Türkiye Enerji ve Enerji Verimliliği Çalışmaları Raporu-“Yeşil Ekonomiye Geçiş”-Ağustos – 2010-TEVEM - ENVER Enerji Verimliliği Derneği- Haziran 2010
3-- Dünyada Ve Türkiye’de Enerji Verimliliği-Oda
Raporu-Tmmob Makina Mühendisleri Odası-Nisan 2008
4--Mühendis ve Makine--cilt 58, sayı 686, s. 1-20,
2017--Engineer and Machinery vol 58, no 686, p. 1-20, 2017--Küresel Enerji
Tüketimi Bağlamında Mikro Kojenerasyon Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik
Değerlendirilmesi-Bilal Sungur-Muhammet Özdoğan-Bahattin Topaloğlu-Lütfü Namlı