Kojenerasyon Sistemler - Kojenerasyon Sistemler Hakkında

Tarihsel Gelişim
Elektrik üretimine yönelik olan ve ülkemizde de yaygınlaştırılarak kullanılmak istenilen bu yeni teknoloji, ısı ve elektriği birlikte üretecek bileşik ısı - güç sistemleri (CHP) yani kojenerasyon teknolojisidir. Bu teknolojinin, ilk basit örnekleri 20. yüzyılın ilk yarısında görülmüştür. Ancak ucuz yakıt döneminde ise terk edilmiştir. 1973–1979 petrol krizlerinin ardından geliştirilerek yeniden uygulanmaya konulmuştur.
Kojenerasyon, 20.yüzyılın başlarından itibaren, güç santrallerinin yerleşim birimlerinde kurulması ve bölge ısıtması yapılmasıyla başlamıştır. Bölge ısıtması konutların ve işyerlerinin ısıtma, sıcak su ve proses ısılarının bir veya birkaç merkezden sağlanmasıdır. Bölge ısıtması, 1940’lı yıllarda yakıt fiyatlarının düşmesiyle çekiciliğini yitirmiştir. Ama 1970’li yıllarda yakıt fiyatlarının hızla yükselmesiyle bölge ısıtmasına ilgi dünya çapında yeniden uyanmıştır. Kojenerasyon ekonomik açıdan kazançlı olmuştur. Bunun sonucu olarak son yıllarda bu tür santrallerin kurulması hızlanmıştır.
Kojenerasyon, merkezi ısıtma uygulamalarının yaygın olarak kullanıldığı ülkelerde daha erken gelişme ve kullanılma olanağı bulmuştur. Çünkü ABD’de binalar çok yüksek olduğundan sıcak su ile ısıtma yapılamamakta, bunun yerine alçak basınçlı buhar kullanılarak ısıtma yapılmaktadır. Bu yüzden merkezle kullanma yeri arasında yüksek basınçlı buhar tercih edilmiştir. Bu sistemin kullanılmasının bir sebebi ise yaz aylarında büyük klima tesisleri için buhara olan ihtiyaçtır. Bu nedenle bileşik ısı – güç üreten merkezlerin yıllık verimi yüksek olmaktadır. Bu yüzyılın sonuna kadar ABD’de elektriğin % 15’inin bileşik- kojenerasyon tesislerinden sağlanması beklenmektedir.
İngiltere’de 1945 yılından itibaren gelişen bölge ısıtması özellikle son 25 yıllık dönem içinde kojenerasyon sistemlerinin gelişmesi ile oldukça hızlı bir şekilde yaygınlaşmıştır.
Fransa’da bölge ısıtması ile ilgili ilk büyük tesis Paris’te yapılmıştır ve buharlı olan bu sistem devamlı olarak gelişmekte olup, hem bileşik ısı – güç üreten merkezlerden hem de yalnız buhar üreten çöp yakma merkezleri tarafından beslenmektedir.
Almanya’da ise bölge ısıtma uygulamaları 1930’lardan sonra kaynar suya ve özellikle bileşik ısı – güç üretimine geçilmiştir. Merkezde ayrıca çöp yakan büyük kapasitedeki buhar kazanları da bulunduğundan işletme rantabilitesi yüksek olmaktadır.
İskandinav ülkeleri bu tesisler açısından en önde gelmektedirler.
Danimarka, İsveç, Finlandiya ve Norveç’te toplam binaların % 30-80’i bu sistemle ısıtılmakta olup ısıtma merkezleri birleşik ısı – güç üretimi şeklinde düzenlenmiştir.


Kojenerasyon Sistemler Tanımı
Kojenerasyon kısaca, enerjinin hem elektrik hem de ısı biçimlerinde aynı sistemden beraberce üretilmesi veya tüm ısı makinalarının çevreye vermek zorunda oldukları atık ısıdan yararlanmak olarak tarif edilir. Sistemden elektrik ve doymuş buhar ve/veya sıcak su elde edilir. Bileşik ısı güç üretimi amacıyla kullanılan ısı makineleri arasında buhar türbinleri, gaz türbinleri, diesel motorları yer almaktadır. Bu makinelerde yoğuşturucu, egzos veya soğutma suyu aracılığıyla çevreye atılan ısı, prosese ısıl enerji sağlamak amacıyla kullanılabilir. Prosese sağlanan ısıl enerji genellikle 60 ile 150 oC sıcaklıkları ( 20 – 476 kPa ) arasında doymuş buhar veya sıcak su olarak sağlanır. Bileşik ısı güç üretimi kojenerasyon diye de bilinir. Elektriğin bir ısı makinesinde (buhar, gaz türbini veya Diesel motoru), ısıl enerjinin de bir kazanda ayrı ayrı üretilmeleri durumunda sarfedilmesi gereken yakıt enerjisi aynı miktarda ısıl enerji ve elektriğin bileşik ısı güç üretimi ile elde edilmesinde tüketilen yakıt enerjisine oranla daha fazladır.Böylece bileşik ısı güç üretiminden sağlanan başlıca yarar enerjinin etkin kullanımı ve enerji maliyetinin düşürülmesidir. Ayrıca elektriğin kuruluş içinde üretilmesiyle süreklilik sağlanır, elektrik kalitesinde voltaj ve frekans bakımından dalgalanmalar önlenir ve elektrik dağıtım kayıpları azalır. Sağlanan bu yararlara karşılık, bileşik ısı güç üretimi bir yatırım gerektirir. Kazançlı olabilmesi için sağlanan yararların parasal açıdan yapılan yatırımı karşılaması gerekir.
Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da motoru kullandığı enerjinin % 30–40 kadarını elektriğe çevirebilir. Bu sistemin kojenerasyon şeklinde kullanılması halinde ise sistemden dışarıya atılacak olan ısı enerjisinin büyük bir bölümü de kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek toplam enerji girişinin % 70–90 arasında değerlendirilmesi sağlanabilir. Bu tekniğe ‘bileşik ısı-güç sistemleri’ (CHP) ya da kısaca ‘kojenerasyon’ denilmektedir.
Her iki enerji biçiminin ayrı ayrı aynı miktarlarda üretilmesi için gerekli birincil enerji miktarının, bunların kojenerasyonla üretilmesi durumunda ne oranda azalacağı Şekil. 1’de görülmektedir.



Şekil. 1: Kojenerasyon ve diğer üretim sistemleri arasındaki ısıl bilânço

Şekil. 1’e göre kojenerasyon tekniği ile kullanılan birincil enerjiden tasarruf % 42 seviyesinde gerçekleşmektedir. Dolayısı ile kojenerasyon sisteminin çevreye en önemli katkılarından biri de burada ortaya çıkmakta, büyük enerji tasarrufu yanında atık emisyonları da aynı oranda azalmaktadır. Ülkemizde henüz üzerinde çok durulmayan bu husus, sistemin özellikle Avrupa ülkelerinde yaygın teşvik görmesinin ana sebeplerinden biridir.
Buharlı güç çevrimlerinde amaç aracı akışkana verilen ısının bir bölümünü, en değerli enerji biçimi olarak nitelenen işe dönüştürmektir. Isı enerjisinin geri kalan bölümü akarsular, göllere, denizlere veya atmosfere atık ısı olarak verilir. Bunun nedeni, çevreye verilen ısının başka bir amaçla kullanılamayacak kadar düşük sıcaklıkta olmasıdır. Büyük miktarlarda ısının çevreye verilmesi, iş üretmek için ödenmesi gereken zorunlu bir bedeldir. Çünkü birçok mühendislik sistemi, elektrik enerjisi veya mekanik enerji ile çalışır.
Kendi tesisinizin ihtiyacı kadar elektrik üretimi yanında sistemden elde edilen ısının, buhar, sıcak su, kurutma havası, kızgın yağ gibi kullanımı da mümkündür. Bu şekilde iyi etüd edilmiş bir tesisde % 90 ısıl verimlere ulaşılması mümkün olmaktadır.



Şekil. 2: Kojenerasyon sisteminde enerji dağılımı

Fakat mühendislik sistemlerinin büyük bir bölümünde enerji gereksinimi ısı biçimindedir. Kimya, kâğıt, petrol, çelik, gıda ve tekstil endüstrileri gibi bazı endüstrilerde ısıl işlemler önemli bir yer tutar. Isıl işlemler için gerekli ısıya proses ısısı adı da verilir. Bu endüstrilerde proses ısısı genellikle 5–7 atm basınçları arasında ve 150–200 °C sıcaklıkları arasında su buharıyla sağlanır. Buharı oluşturmak için gerekli ısı ise kömür, sıvı yakıtlar, doğal gaz ve benzeri yakıtları bir kazanda yakarak elde edilir.
Isıl işlemlerin gerçekleştirildiği bir endüstri kuruluşun incelendiğinde dağıtım borularındaki ısı kayıpları ihmal edilirse, su buharına kazanda verilen tüm ısı, Şekil 3’ de gösterildiği gibi ısı değiştiricileri aracılığıyla ısıl işlemlerde kullanılır. Kazanda üretilen tüm ısının ısıl işlemlerde kullanılması, bir kaybın olmadığı izlenimini verebilir. Oysa ikinci yasa açısından bakıldığı zaman, dönüşümün mükemmel olmadığı anlaşılır. Kazanların içinde yanma sırasında oluşan sıcaklıklar, 1370 °C gibi çok yüksek değerlere ulaşır. Bu nedenle kazanlarda üretilen enerjinin niteliği yüksektir. Bu yüksek nitelikli enerji daha sonra 200 °C veya daha düşük sıcaklıkta buhar oluşturmak için suya verilir. Buradaki tersinmezlik çok büyüktür. Bu tersinmezlikle ilişkili olarak, kullanılabilirlikte bir azalma veya iş potansiyelinde bir kayıp söz konusudur. Düşük nitelikli bir enerjiyle gerçekleştirilebilecek bir işlemi yüksek nitelikli bir enerjiyle gerçekleştirmek akıllıca değildir.



Şekil. 3: Basit bir proses ısı santrali

Bir ısı makinasında üretilen işin [W], alınan ısı enerjisine (QH) oranı, ısıl verim olarak tanımlanır (ç) ve aşağıdaki gibi ifade edilir:

1.

Bu ısıl verime kojenerasyon uygulamalarında ‘elektrik çevrim verimi’ de denilmektedir.
Buhar türbinli bileşik ısı-güç santralinin en önemli özelliği yoğuşturucunun olmamasıdır. Böylece çevreye verilen ısı, yani atık ısı yoktur. Yani kazanda buhara verilen tüm enerji, elektrik enerjisine veya proses ısısına dönüşmektedir. Bir bileşik ısı-güç santrali için “enerjiden yararlanma oranı eşitlik 2’deki gibi tanımlanır:

2.

Burada Qç, yoğuşturucuda çevreye verilen ısıdır. Qç aynı zamanda borulardan ve diğer elemanlardan çevreye olan ısı geçişlerini de kapsamaktadır, fakat bu kayıplar ihmal edilebilir düzeydedir. Eşitlik 2’de görüldüğü gibi, buhar türbinli enerjiden yararlanma oranı % 100’dür. Gerçek bileşik ısı-güç santrallerinde enerjiden yararlanma oranı % 70 dolaylarındadır.
Daha yüksek ısıl verim sağlayabilmek için süregelen çalışmalar, alışılmış güç santrallerinde yeni düzenlemelerin yapılmasına yol açmıştır. Yukarıda bahsedilen ikili buhar çevriminin dışında ise gaz akışkanlı bir güç çevrimini buharlı bir güç çevriminin üst çevrimi olarak kullanmaktır. Bu çevrime birleşik gaz-buhar güç çevrimi adı verilir. En çok ilgi duyulan birleşik çevrim, gaz türbini (Brayton) çevrimiyle buhar türbini çevriminin (Rankine) oluşturduğu çevrimdir. Bu çevrimin ısıl verimi her iki çevrimin ısıl veriminden yüksektir.
Bileşik ısı-güç santrallerinde üretilen işin (elektriğin) faydalanılan ısıya oranı, elektrik ısı oranı, (EIO) diye tanımlanır. Bu tanım ısıl verimle de gösterilebilir:

3.

EIO, kojenerasyon sisteminin önemli özelliklerinden biridir. Türbinlerde ise genellikle EIO’nın tersi (1/EIO) olan Isı Oranı temel parametrelerden birisi olarak verilir.

4.

Beğeniler: 0
Favoriler: 0
İzlenmeler: 1853
favori
like
share
heaş Tarih: 17.12.2009 01:08
slm yazılarınız örneklerle beraber çok hoş olmuş .bu projeyi herhangi bir yeleşim yerinde uygulamak için mesela 40 konutlu bir sitede ne gibi bir yol izlemeliyiz maliyet ne olur devletten ne teşvik alabiliriz
MiSS-FENER Tarih: 09.07.2009 20:14
Ekonomik Uygulanabilirlik
Kojenerasyon kullanılarak yapılan bölge ısıtmasının olurluluğuna termodinamik, ekonomik ve iklimsel parametreler birlikte göz önüne alınarak karar verilir. Ekonomik olurluluğun belirlenebilmesi için sistemin yıllık net işletme geliri ile yatırım giderinin hesaplanmaları gerekir. Yıllık net işletme geliri, bölgenin ısı ve elektrik gereksinimlerinin ayrı ayrı karşılanması durumunda yıllık olarak ödenecek ısıtma, elektrik, personel, bakım-onarım giderlerinin toplamını çıkartarak bulunur. Yatırım gideri ise kojenerasyon sisteminin satın alınması ve kurulması ile ilgili olarak başlangıçta ödenen paradır. Bu değerler belirlendikten sonra geri ödeme süresi, şimdiki değer, yıllık net kazanç gibi ekonomik analiz yöntemlerinden biri ile yatırımın karlılığına karar verilebilir.
Kojenerasyon tesisinin kullanılma oranı (yük faktörü) göz önüne alınması gereken bir başka parametredir. Yük faktörü iklim koşullarına bağlıdır. Kojenerasyon tesisinin kapasitesi belirlenirken yük-süre eğrisinden yararlanılır. Yük-süre eğrisi Şekil 11’de gösterilmiştir.



Sonuç
Kojenerasyon sistemleri özellikle son 10 yılda geniş bir kullanım alanı bulmasına rağmen, 20 yılı aşkın bir süredir dünyada başarıyla uygulanan ve sürekli teknik gelişmelerle desteklenen, bilinen en verimli enerji üretimidir.
Kojenerasyon sistemlerinin yüksek verimli olması, üretilen birim enerji başına atmosfere atılan emisyonları ciddi bir oranda azaltmaktadır. Dolayısıyla çevre açısından gittikçe daha duyarlı hale gelen dünyanın enerji üretim sistemleri içerisinde önemli bir yer teşkil etmektedir.
Ülkemiz kojenerasyon sistemlerinin kullanılması açısından gerekli enerji politikalarının yetersizliği nedeniyle Avrupa ülkelerinin çok gerisindedir. Ülkemizde beklenen enerji krizi ve şebekedeki elektriğin kalite problemleri göz önünde tutulduğunda, kojenerasyon sistemlerinde enerji kaybının minimuma yakın olması dolayısıyla daha fazla enerji veriminin elde edilmesi, çevreye zararsız enerji üretim sistemi olması gibi avantajları nedeniyle daha geniş bir kullanım alanı bulacağı muhakkaktır. Bu çerçevede sistemin yararlarını zamanında görmüş, yatırımını zamanında yapmış müesseseler bundan büyük karlar elde edecek, rakiplerinin önüne geçecektir. Ancak sanayiinin kojenerasyon deneyiminin azlığı çevre izinleri alınması için gerekli işlemlerin genellikle karmaşık olması ve zaman alması gibi konular da sanayicimize yardımcı olacak, önünü açacak devlet kuruluşları olmalıdır. Hızla gelişen GAP bölgesinde de uygulanacak kojenerasyon sistemlerinin enerji kullanımındaki verimlilik ve çevre sağlığı açısından katkısı önemli olacaktır. Ülkemizde ve yerleşme açısından dağınık olan GAP bölgesinde büyük enerji yatırımları yerine küçük ölçekli yerel enerji üretim projeleri desteklenmelidir.


KAYNAKÇA

* Ö. Ağış, 1998, 21.Yüzyılda Kojenerasyonun Yeri, Bölgesel Isıtma ve Kojenerasyon Konferansı Bildiriler Kitabı
* Y. A. Çengel, M. A. Boles, 1996, Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik
* KOJENERASYON SİSTEMLERİNİN TEKNİK VE EKONOMİK UYGULANABİLİRLİĞİ Mühendis ve Makine, 2002, Sayı 506
* T. Derbentli, 1999, ‘Bölgesel Isıtma ve Kojenerasyonun Ekonomik Olurluğu’, Mühendis ve Makina Dergisi, 473
* Kimya Mühendisi
MiSS-FENER Tarih: 09.07.2009 19:57
Kojenerasyonda Sistem ve Kapasite Seçimi
Bu sistemlerin seçimi başlıca şu kriterlere göre yapılır:

* İşletmenin elektrik-ısı tüketim yapısı ve ısı-elektrik tüketim dengesi
* İşletmenin yıllık çalışma süresi
* İşletmenin enerji ihtiyacı seviyesi
* Birincil enerji kaynaklarının (gaz, lpg, nafta, fuel oıl no:6 ) temin edilebilirliği ve ekonomik uygulanabilirlikleri

Bunların en önemlisi ilk iki kriterdir. Sağlıklı bir santral seçimi için mümkünse yıllık, yoksa aylık ya da haftalık bazda tüketim değerleri tesbiti yapılmalı, bunlar grafiklere dökülmelidir. İlk olarak yıllık ortalama elektrik tüketimine bakılır ve atıl kapasite yaratmayacak şekilde bu tüketimin az altında kalacak bir kapasite seçilir.
Birinci amaç elektrik tüketimine yönelik kapasite belirleme olmalıdır. Her ne kadar "-Hazır santral kuruyorum, tüm ısı ihtiyacımı da karşılayacak bir kapasite seçeyim, fazla elektriği satarım!" felsefesi genel olarak pazarımıza hakim olmuşsa da bu şebekenin enerji alış şartlarındaki uygunsuzluk ve ilerde kapasite ile karşılaşıldığında şebekenin enerji fazlasını almaması gibi durumlar kabil olduğundan kesinlikle yanlış bir yaklaşımdır. Sistem pazarlamacıların bu konudaki olası yanlış yönlendirmelerine karşı dikkatli olunmalıdır.
Santralin elektrik kapasitesi belirlendikten sonra ısı tüketim verilerine bakılır. 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 santralına işaret eder.
Dikkat edileceği üzere sonuca etken değişken sayısı çok fazladır. Tüm öncelikli kriterler bir gaz türbin santralını işaret ederken dahi, yakıtın ekonomik bulunabilirliği
santralı diesel motor santralına dönüştürebilmektedir.
Bir motor santralına ait prensip şeması aşağıda görülebilir :



Yukardaki değerlendirme sonucu, proses yüksek ısı ihtiyacı göstermeyen sıcak su ya da kızgın su ihtiyacına işaret ediyorsa, ve elektrik:ısı dengesi elektrik lehinde daha fazla ise elektrik talebine göre bir gaz ya da diesel motor santralına işaret edilmektedir. Burada odak motorlardaki yaklaşık 10 puanlık daha yüksek elektrik çevrim verimidir. %40 elektrik verimli bir motor santralında doğalgazdan elde edilecek elektrik ısıdan hiç yararlanılmasa dahi şebeke elektriğinden daha ucuza mal olmaktadır. bu gaz türbinlerinde mümkün değildir.
Sistem seçimi ile santral büyüklüğü ve tipini belirledikten sonra santralın kaç modülden oluşacağını tesbit etmek gerekmektedir. Burada ilk kısıtlama piyasada mevcut üretilmekte olan modül büyüklüğüdür. Bu problem aşılabildiği zaman ilke olarak en az iki modülden oluşan bir santral yapmak enerji temin güvencesi açısından her zaman tercih edilmelidir. İkinci önemli kriter ise mümkün olan en yüksek verimde çalışabilmek amacıyla yıllık tüketim eğrisini değerlendirmektir. Modül sayısını bu eğriye oturttuğumuzda aşağıdaki gibi bir tablo ile karşılaşırız.

Santralin Yıllık Elektrik İhtiyaç Eğrisi



Eğriden görüleceği üzere elektrik talebi yaklaşık 1,4 mw olarak tesbit edilmiş santral ısı eğrisine çakıştırılmış ve 1 modül yılın büyük bölümünde (7000 saat) diğerinin ise 3000 saat tam yükte çalışması durumunda en yüksek verimle santralın çalışabileceği tesbit edilmiştir. Buna göre yapılacak fizibilite çalışmaları uygun sonuç verirse santral yatırımı yapılabilir.
Bir diğer önemli değerlendirme ise eğer gün içinde elektrik ve ısı yükünde önemli değişiklikler oluyorsa modül sayısının buna göre tesbitidir. Bu gibi durumlarda santral modül sayıları genellikle artar, modül kapasiteleri daha düşük seçilir. Bu durumu anlatan bir gün grafiğini aşağıda görebilirsiniz.

Bir Santralin Günlük Üretim ve Tüketim Eğrisi



Grafikte görüleceği üzere 22.00 - 08.00 arası gece operasyonunda üç modülden ikisi çalıştırılmasına rağmen elektrik üretim fazlası oluşmakta ve şebekeye satılmaktadır. Buna karşın 09.00-20.00 arasında her üç modülün de elektrik üretimi yaklaşık tamamen kullanılabilmektedir. Isı talebi ise 3 module rağmen ancak 21.00-08.00 arasındaki gece rejiminde karşılanabilmekte, gün içinde pik yük kazanları ısı sistemini takviye etmektedir. Bu durumda her ünitenin yıllık çalışma saatlerine bakılarak yapılacak fizibilite etüdü santral yatırımının yapılabilirliği hakkında kesin sonucu verecektir.

Motor kojenerasyon sistemlerinde kullanılabilecek yakıtlar:
Motor kojenerasyon sistemlerinde kullanılan motorlar genel olarak 2 tiptir:

1. Fair karışım yanmalı otto motorları
2. Dizel - sıkıştırma patlatmalı - prensibe göre çalışan motorlar

Otto motorlarında sadece gaz yakıtlar kullanılabilir ve emisyon değerleri herhangi bir katalizör sistem kullanmadan alman ta-luft sınırlarının altındadır. kullanılabilecek gazlar sırasıyla:

* Doğalgaz
* Biyogaz
* Propan
* Kok gazı
* Pyrolis gazı (odun gazı)

Bunlardan sadece doğalgaz ve propan ticari olarak kullanıma açık yakıtlardır. Diğerleri ya arıtma tesisleri, ya çöplükler ya da özel proseslerden elde edilir. Özellikle proseslerinde solvent ağırlıklı atmosfer yaratan ya da özel gazlar üreten müesseselerde bu imkan çok rantabıl yatırım sonuçları vermektedir.
Dizel motorlarda ise belli bir kapasiteye ( yaklaşık 4mw ) 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.
Gaz yakıtların motorlarda yakılabilmesinin en önemli kriteri metan sayısıdır.
Ticari olarak bulunabilen yakıt seçeneklerinin özellikleri ve bugünkü fiyat seviyeleri arkasından kalorifik değer ve laminer alev hızı gelir. gazların özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.



1. Doğalgaz: Kojenerasyonun ticari olarak bulunabilen tartışmasız temel yakıtıdır. Hem yanma özellikleri hem çevre dostu oluşu hem depolama gerektirmemesi hem de ekonomik açıdan en geçerli yakıttır.
2. Propan: % 95 üzerinde saflık gerekliliği ithal edilmesini gerektirmektedir. Enerji üretimi amaçlı olarak ithalatı bazı firmalarca yapılmaktadır. Ancak çok düşük metan sayısı yüksek kalorifik değerine karşın motorlardaki üretimi aynı kapasitedeki gaz motoruna oranla % 65 düzeyinde kalmaktadır. Bu üretimin verimsiz olması anlamında değil, spesifik yatırım maliyetinin artması şeklinde yorumlanmalıdır. Enerji bakanlığının yaz aylarında aldığı kararlar sonucu enerji üretiminde kullanımı halinde atv ve afif oranlarının pratikte sıfırlanmış olması sonucu ekonomik olarak kabul edilebilir bir alternatif haline gelmiştir.
3. Dizel: Yanması en az problemli ve zararlı emisyonu en düşük likit yakıttır. Ancak fiyatı sebebiyle kojenerasyonda ana yakıt olarak kullanılması ekonomik olarak mümkün değildir. Ancak gaz kesintilerine karşı, eşzamanlı şebeke elektriği kesilmesinde kullanılmak üzere yedek yakıt olarak değerlendirilebilecek en uygun yakıttır.
4. Fuel Oil no. 4: Bir diğer uygun likit yakıttır. Ancak emisyonlarında arıtma gerekmekte, fiyat açısından da yine ekonomik saymak mümkün olmamaktadır.
5. Fuel Oil no. 6: Birçok yöremizde bulunabilirliği, ülkemizde zaman zaman üretim fazlası vermesi (ithalattan bağımsız olabilme) ve enerji üretiminde kullanılması durumunda devletten gördüğü teşvik nedeniyle en uygun yakıtlardan biri olmasına karşın, gaz ve katı atıklarının arıtılması ve bertaraf edilmesinde karşılaşılan problemler ve maliyetler negatif taraflarıdır.



Fiyat Tablosu
MiSS-FENER Tarih: 09.07.2009 19:54
Kojenerasyon Santralin Çalışma Prensibi

Atmosferden alınan hava, bir filtre sisteminden geçirildikten sonra gaz türbinin kompresör kısmına girer ve burada sıkıştırılarak yanma odasına iletilir. Yanma odasına püskürtülerek verilen yakıt, sıkıştırılmış hava ile karışarak yanar.
Yanma sonucu oluşan 1000 – 1100 °C sıcaklığın üzerindeki yüksek basınçlı gaz, türbin kanatçıklarından geçerek türbini döndürür ve türbine bağlı jeneratrden elektrik enerjisi üretiretilir. Gaz türbininden çıkan 500 – 600 °C sıcaklığındaki atık gaz bir egzoz kanalıyla atık ısı kazanına iletilir. Egzoz gazı, atık ısı kazanına girerek soğur ve daha sonra kazan bacasından atmosfere atılır.
Atık ısı kazanında, genel olarak üç ayrı ısı eşenjör bölümü bulunur. Rankine çevriminde, su ilk önce ekonomizer bölümüne girer ve doyma sıcaklığının çok az altında bir sıcaklığa kadar ısıtılır, daha sonra evaporatör bölümünde buhar haline dönüşür ve bu doymuş buhar kızdırıcı bölümünde tekrar ısıtılarak kızgın buhar olarak buhar türbinine verilir. Bu olay, tek basınç kadameli bir kazan-buhar türbini grubu için verilen bir Rankine çevrimidir. Ancak kazan-buhar türbini gruplarının tekrar kızdırmalı veya tekrar kızdırmasız, iki yada üç basınç kademesi için kazan içinde ayrı ayrı yer alır. Bu basınç kademelerine bağlı olarak Rankine çevrimi de kendi içindi ayrı ayrı çevrimler oluşturur. Atık ısı kazanında üretilerek buhar türbinine verilen buhar, türbin kademelerinde genleşir. Böylece, ısıl enerji mekanik enerjiye dönüştürülmüş olur. Türbinin tahrik edilmesiyle de türbine bağlı jeneratörden elektrik enerjisi üretilir.
Buhar türbininden çıkan düşük basınç ve sıcaklıktaki buhar kondensere gelir ve brada soğutma sistemi vasıtasıyla yoğuşturularak, su haline dönüştürülür. Daha sonra, kandensat pompaları ile içlerindeki yoğuşmamış gazın alınması için besleme suyu tankına gönderilir. Su, besleme suyu tankından besleme suyu pompaları ile tekrar atık ısı kazanına gönderilir. Bu şekilde, Rankine kapalı çevrimi kazan, buhar türbini ve kondenser arasında sirküle eder.



Konbine çevriminin en büyük avantajı, fosil yakıtlı santraller içinde en yüksek verime sahip olmasıdır. Günümüzde, 20 MW üstünde güçlere sahip gaz türbinine dayalı tekrar kızdırmalı ve üç basınç kademeli konbine çevrimlerde %55 civarında verime ulasılmıştır. Verim artışı bir yandan CO2 emisyonunu daha da azaltmak bir yandan da yakıt tüketiminde büyük tasarruf sağlamaktadır.

Kojenerasyon Uygulama Avantajları

* Elektrik üretirken aynı zamanda ihtiyaca bağlı sıcak su, buhar, sıcak gaz, kızgın yağ veya soğuk su üretme imkanı.
* Geniş ürün yelpazesiyle konutsal, ticari ve endüstriyel alandaki enerji tüketicilerine cevap verebilme.
* Doğalgaz başta olmak üzere propan, mazot, çöp gazı, biyogaz vb. yakıtlarla çalışarak kesintisiz, kaliteli ve yüksek verimde enerji üretimi.
* Kompresör yatırımı yapmaksızın düşük basınçlı gaz yakıtlarla çalışabilme.
* Benzersiz tasarım ve düşük gürültü seviyesi ile konutsal ve ticari alanda uygulanabilme kolaylığı.
* Elektrik şebekesine paralel, şebekeden bağımsız ya da yedek güç olarak çalışabilme.
* Düşük egzoz gazı emisyonları ve yüksek yanma verimiyle çevreyle dost.
* Düşük işletme maliyeti ve sürekli güvenilir çalışma özelliği ile kısa sürede kendini geri ödeyen kârlı bir yatırım.


Bileşik Isı-Güç Üretimi için Kullanılan Sistemler
Bileşik ısı-güç üretimi için kullanılan ısı makinaları şunlardır:

1. Buhar türbinleri
2. Gaz türbinleri
3. Pistonlu motorlar

1. Buhar Türbinli Kojenerasyon Sistemleri
Buhar türbinli santrallar kuruluşun ısı isteminin, elektrik isteminden fazla olduğu durumlarda tercih edilmelidir. Şekil 4’de karşı basınçlı türbin uygulaması, Şekil 5’te ise ara buhar almalı türbin uygulaması gösterilmiştir. Şekillerde görüldüğü gibi bir kazanda üretilen buhar, türbinde genişleyerek iş (elektrik) üretir. Türbin çıkış basıncı proses için gerekli sıcaklığa karşı gelen doyma basıncıdır. Bu basınçta yoğuşan su buharı proses ısısını sağlar. Karşı basınçlı türbin, ısı ve elektrik istemlerinin zamanla ve birbirlerine oranla değişmediği durumlarda, ara buhar almalı türbin ise ısı gereksiniminin elektriğe göre değişken olduğu durumlarda seçilir. Belirli bir santral için üretilen elektrik ve ısı ile tüketilen enerji miktarları, çevrimin termodinamiğin birinci yasasına göre çözümlemesini yaparak elde edilebilir.
Diğer güç kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, buhar türbinleri kullanmanın en önemli avantajı her zaman kullanılan yakıtlar kadar kömür, doğal gaz, benzin ve biomass gibi alternatif yakıtlarında bulunduğu bir çok seçenek sunmasıdır. Isı arzının optimize edilmesi için çevrimin güç üretim verimliliğinden fedakârlıkta bulunabilir. Ters basınçlı kojenerasyon santrallarında, büyük soğutma kulelerine ihtiyaç yoktur. Buhar türbinleri çoğunlukla elektrik talebinin 1 MW ile birkaç 100 MW arasında olduğu tesislerde kullanılır. Sistemin ataletine bağlı olmakla birlikte, kesintili enerji talebinin olduğu tesisler için uygun değillerdir.



Şekil. 4: Karşı basınçlı buhar turbineli bileşik ısı-güç santrali



Şekil. 5: Ana buhar almalı türbinli bileşik ısı-güç santrali

2. Gaz Türbinliİ Kojenerasyon Türbini
Gaz türbinli bir bileşik ısı-güç santralı Şekil 6’te gösterilmiştir. Görüldüğü gibi gaz türbininden çıkan sıcak gazlar bir atık ısı kazanında sıcak su veya buhar üreterek proses ısısını sağlamaktadır. Gaz türbinlerinin boyutları küçük, güç/ağırlık oranları yüksektir. Çabuk devreye girer ve bakımları kolaydır. Gaz türbinlerinde doğal gazın yanı sıra, LPG, nafta ve sıvı yakıtlar da yakılabilmektedir. Sıvı yakıtlar yakıldığında, yakıtın sodyum ve vanadyum tuzlarından arındırılması gerekir.
Gaz türbinleri kojenerasyon uygulamaları için yaygın olarak 5 – 30 MW güç aralığında kullanım bulmaktadır. Gaz türbinlerinde egzos gaz sıcaklıkları 430 oC ile 530 oC arasında olup, buhar üretimi için elverişlidir. Buna karşılık gaz motorları da daha küçük güçlerde, yurdumuzda da özellikle 1 MW seviyelerinde uygulanmaktadır. Ancak gaz motor kojenerasyon uygulamalarını bu boyutta sınırlamak doğru değildir. Seviyelerine ulaşılması avrupa'da yaygın uygulamalardır.



Şekil. 6: Gaz türbinli bileşik ısı güç santrali

Gaz türbinli kojenerasyon sistemleri, son yıllarda doğal gazın büyük çapta kullanılabilir olması, teknolojideki hızlı gelişme, tesis kurma maliyetinin önemli derecede azalması ve daha fazla çevre dostu formun da çalışmaya bağlı olarak büyük bir gelişme kaydetmiştir. Ayrıca, bir projenin geliştirilmesi için geçen süre daha aza inmiş ve donanımda modüler yolla gnderilebilir hale gelmiştir. Gaz türbinin çalışmaya başlangıç süresi kısadır ve kesintili işletme için esneklik sağlar. Düşük bir ısı değeri kazanım verimine sahip olmasına rağmen, daha yüksek derecelerde daha fazla ısı elde edilebilmektedir. Isı çıkışı kullanıcının ihtiyacından fazla ise, ek yakıtı oksijen yönünden zengin egzost gazıyla karıştırarak temel çıkışı daha verimli hale getirecek ek doğal gaz yapmak mümkündür.
Diğer bir yaygın kullanım alanı da egzos gazının hava ile karıştırılarak direkt kurutma aplikasyonlarında kullanılmasıdır. Bu işlemler sayesinde toplam çevrim verimi % 80 seviyelerini yakalayabilmektedir.



Şekil. 7: Gaz türbinli su borulu kazan kojenerasyon sistemi

3. Gaz Motorlu Kojenerasyon Sistemleri
Diesel (gaz) motorlu bir bileşik ısı-güç santralı Şekil 7’te gösterilmiştir. Proses ısısı için motorun egzos gazlarından ve soğutma suyundan yararlanılabilir. Gaz motorlu sistemlerin kapasiteleri genelde 1 ile 10 MW elektrik gücü arasındadır. Isıl verimlerinin yüksek olmaları, değişik yakıtlarla çalışabilmeleri Diesel veya gaz motorlarının kullanımını yaygınlaştırmıştır.



Şekil. 8: Diesel motorlu bileşik ısı-güç çevrimi

İçten yanmalı motorlar olarak bilinen bu kojenerasyon sistemleri, diğer güç kaynaklarıyla karşılaştırıldıklarında güç üretiminde daha verimlidirler. Isı geri kazanımı için iki ısı kaynağı vardır; yüksek sıcaklıktaki egzost gazı ve düşük sıcaklıktaki motor ceket soğutma suyu sistemi. Isı geri kazanımı daha küçük sistemler için oldukça verimli olabildiğinden, bu sistemler nispeten küçük enerji tüketim tesisleri, özellikle de elektrik ihtiyacı termal enerjiden daha fazla olan ve yüksek ısı kalitesinin gerekmediği yerlerde (örneğin düşük basınçlı buhar veya sıcak su) daha çok kullanılırlar.
Gaz motorlarında atık ısının yaklaşık 1/3 oranı egzos gazından 2/3 de motorun soğutma sistemlerinden geri kazanılmaktadır. Şekil 9` da görüleceği üzere soğutma devreleri; silindir-gömlek soğutması, karterdeki yağın soğutulması ve turbocharger soğutmasından oluşmaktadır. Buna egzos eşanjöründen elde edilen ısı eklenmektedir.



Şekil. 9: Gaz motoru

Motor kojenerasyon sistemlerinin bu soğutma gerekliliği özellikleriyle geri kazanılan ısı en verimli şekilde sıcak su olarak kullanılabilmektedir. Böyle bir sistemde toplam sistem verimi % 90 seviyesini geçebilmektedir.
Bu makineler kesintili çalışma için idealdir ve performansları çevre ısısındaki değişikliklere karşı gaz türbinleri kadar hassas değildir. Bu makinelerde yatırım düşük fakat, işletme ve bakım maliyetleri fazla aşınma nedeniyle yüksektir.

Resim 1 ve 2` de gördüğünüz üniteler kendi başlarına sadece elektrik üretebilecek durumdadırlar. Bu üniteleri kojenerasyon sistemi haline getirmek için dışarı atılan ısının kullanılır ısı haline dönüştürülmesi gerekmektedir. Gaz türbininde bu ısı egzos gazı ısısı şeklinde olup, bir atık ısı kazanı marifetiyle bu ısı proses ihtiyacına göre buhar, sıcak su, kızgın su ya da kızgın yağ üretmek için kullanılabilmektedir.



Resim 1: Gaz türbini ünitesi



Resim 2: Gaz motoru ünitesi

Gaz türbininin göreceli olarak ucuz olması, çabuk devreye girmesi ve ek yakma (auxiliary firing) ile ısı üretiminin artırılabilmesi, bu santralların giderek yaygınlaşmasına neden olmuştur. Diesel motoru, küçük çaplı uygulamalar, birleşik gaz buhar türbini (kombine çevrim) ise büyük çaplı uygulamalar için düşünülmelidir.



Çizelge 1. Değişik bileşik ısı güç sistemlerinin özellikleri ( pb = para birimi = 1 $)