Transcript ********************************************************O

YAKIT PİLLİ
MİKRO KOJENERASYON SİSTEMİ
Nilüfer İLHAN
Kimya Yük. Mühendisi – Uzman Araştırmacı
TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi
Enerji Enstitüsü
10 Haziran 2009, INGAS 2009 – İstanbul / TÜRKİYE
Sunum Planı
 Türkiye’nin Enerji Kullanımı Değerlendirmesi
 Mikro Kojenerasyon Sistemleri
 Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi
 Hidrojen Üretim Sistemi
 Katalitik Yakıcı Sistemi
 Kontrol Sistemi
 Sonuç
2
Türkiye’nin Enerji Kullanımı Değerlendirmesi
1. Ülkemiz; birincil enerji kaynaklarında yaklaşık %73 oranında, enerji
teknolojileri açısından da çok daha büyük oranda dışa bağımlıdır.
2. 2030 yılına kadar öngörülenler:
– Küresel enerji ihtiyacının yaklaşık %60 oranında artacağı,
– Petrol fiyatlarının değişken olmakla birlikte giderek artacağı,
– Enerji yatırımları miktarının küresel düzeyde 12 trilyon Avro; ulusal düzeyde ise
120 Milyar Avro olacağı
3. Ancak, sanayimizin ulusal ve uluslar arası pazarda pay almada teknolojik
rekabet gücü son derece sınırlı olduğundan, öngörülen bu değişim ülkemiz
ekonomisi açısından ciddi bir tehdittir.
4. Tehdidi fırsata dönüştürebilmek için:
• Kaynak çeşitliğinin sağlanması,
• Öz kaynakların minimum çevresel etki ve maksimum ekonomik fayda yaratacak
şekilde kullanılması,
• Enerji verimliliği ve katma değeri yüksek teknolojik ürünlerin geliştirilmesi, ve
ulusal ve uluslar arası pazara sunulması
3
Enerji Üretimi
Mevcut – Yaygın
Avantajlar
Gelecek: Tamamen entegre ağ
yönetimi ile dağıtılmış / yerinde
üretim
Central power station
• Daha yüksek enerji
dönüşüm verimleri
Photovoltaics
power plant
• Güç
iletimNetwork
hatlarında
Transmission
düşük kayıplar
Flow
Control
• Enerji üretiminde
esneklik
Storage
Storage
House
• Yüksek güvenilirlik
Distribution Network
Local CHP plant
• Düşük emisyonlar
Factory
Storage
Storage
Power
quality
device
Wind
power
plant
Power
quality
device
House with domestic CHP
Commercial
building
Angel Perez Sains “Sustainable Energy Systems – Future Electricity Networks”, 2003.
4
Konvansiyonel Sistemlerdeki Kayıplar
 TEİAŞ 2007 verilerine göre;
 elektrik iletim hatlarındaki kayıplar %2,5
TEİAŞ İletim-Dağıtım Kayıpları
ii
 elektrik dağıtım hatlarındaki kayıplar %12
 TEDAŞ 2007 verilerine kayıp-kaçak oranı %15
TEDAŞ Kayıp-kaçak Oranları
i
i http://www.tedas.gov.tr/29,Istatistiki_Bilgiler.html,
ii http://www.teias.gov.tr/ist2007/index.htm, * Türkiye Elektrik Dağıtım ve Tüketim İstatistikleri, 1994 – 2007
5
Kojenerasyon Sistemlerinin
Konvansiyonel Sistemler ile Karşılaştırılması
Konvansiyonal
Güç Üretim
Sistemleri
Case
of conventional
power generation
systems (thermal power)
Electrical
Elektrik güç
power
plant
santrali
Case
Kojenerasyon
of cogeneration
Sistemleri
systems
Gas production
plant
Gaz
üretim santrali
Gas fired cogeneration
Kojenerasyon
Sistemi
Site of demand
Kullanım
alanı
Site of demand
Kullanım
alanı
Electricity
Elektrik
Birincil
Primary
energy
enerji
Heat
Isı
Primary
Birincil enerji
energy
(doğal
(natural
gaz)
gas)
(Petroleum,
(Petrol,
naturalgaz,
gas,
doğal
coal, etc.)
kömür
vb.)
Electrical
Elektrik
energy
enerjisi
Elektrik enerjisi
Transmission
Taşıma kayıpları
loss, etc.
vb.
Enerji
kullanımı
Energy
use
Unused
waste heat
Kullanılmayan
(discarding
in the
atık
ısı (okyanusa
ocean, etc.)
verilebilir
vb)
Enerji
kullanımı
Energy
use
Waste
heat
Kullanıl
incapable of
mayan
effective use
atık ısı
Kaynak: Yasutaka Kume from The Japon Gas Association, presentation title: “Environment-friendly clean energy, Natural gas fired cogeneration,
Current status and future overview in Japan”.
Waste
Kullan
heat
ılabile
capable of
n atık
effective
use
ısı
6
Mikro Kojenerasyon Sistemleri
 Konvansiyonel sistemler ile elektrik üretiminde verim ortalama olarak
%35’dir. Geriye kalan %65’lik enerji, atık ısı olarak dışarı atılır.
 Mikro kojenerasyon sistemi ile elektrik üretimi %30 verim ile
gerçekleştirilebilir. Ayrıca %70’lik atık ısının, önemli bir bölümü geri
kazanılarak ısınma ve sıcak su ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla
kullanılır. Bu sayede sistem toplam verimi %85’e çıkmaktadır. Isıtma
ve elektrik üretme sisteminin ayrı olduğu sistemlerde ise toplam
verim %58’dir.
Kaynak: The European Educational Tool on Cogeneration, 2nd ed., December 2001.
7
Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri
Yakıt Pilli Mikro CHP Ünitesi Yıllık Satış Adedi-Japonya
Toplam Yakıt Pilli Mikro CHP Ünitesi Sayısı
8
Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri
Yakıt pili tipi olarak iki farklı alternatif üzerine odaklanılmıştır;
•
Katı oksit yakıt pilleri
•
PEM yakıt pilleri
Şekil de görüleceği üzere, üretilen prototiplerin yaklaşık %80’inde PEM
yakıt pilleri kullanılmaktadır[i].
[i] Kerry-Ann Adamson, “Fuel Cell Today Market Survey: Small Stationary Applications” 2006
http://www.fuelcelltoday.com/FuelCellToday/FCTFiles/FCTArticleFiles/Article_1144_FuelCellTodaySmallStationarySurvey2006.pdf
9
Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sisteminin Evsel
Uygulaması
Elektrik
Yakıt pili sistemi
Banyo
Klima
Aydınlatma
Depolama
Şehir gazı
Inverter
PEM
yakıt pili
Reformer
Sıcak su
tankı
hücresi
Ek ısıtma
Sıcak su temini
Yerden ısıtma sistemi
10
Mevcut Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri
European Fuel
Cell GmbH
Johnson Matthey
Vaillant
Plug Power
Bosch
Baxi
Viessmann CHP sistemi – The
EtaGenTM
5
Toshiba
PEMFC 200 kW
MCFC 500 kWe
TUBITAK MAM EE, Gebze
SOFC 50 kW
11
Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi Projesi
AMAÇ
Evsel uygulamalar için doğal gazdan hidrojen üreterek PEMYP teknolojisine
dayalı 5 kWe gücünde bir mikro CHP sistemini prototip olarak geliştirmektir.
Başlama tarihi : 15 Temmuz 2006
Bitiş Tarihi
: 15 Nisan 2010
Toplam Süre
: 45 ay
İP 8- Tanıtım ve Yaygınlaştırma
İP 6 - Güç Koşullandırma Sistemi
İP 7- Sistem Entegrasyonu
İP 4 - Katalitik Yakıcı Sistemi
İP 5- Kontrol Sistemi
İP 3 - PEM Yakıt Pili Sistemi
Kullanım Alanları: Ev, site, hastane vb
alanlarda elektrik ve ısı üretimine yönelik
kojenerasyon uygulamaları
İP 1- Sistem Simulasyonu
Ön Tasarım ve Test
Parametrelerinin belirlenmesi
İP 2 - Hidrojen Üretim Sistemi
Proje Ortakları : TÜBİTAK MAM EE,
KOÜ, İTÜ ve
DemirDöküm
İP 0 - Proje Yönetimi
Yatay Faaliyetler ve
Araştırma Alanları
Müşteri Kurum : EİE İdaresi
Destek
:TÜBİTAK 1007
Teknolojik Araştırma Alanları
12
Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi Birimleri
13
Hidrojen Üretim Sistemi & Katalitik Yakıcı Sistemi
HİDROJEN ÜRETİM SİSTEMİ
KATALİTİK YAKICI SİSTEMİ
Ototermal dönüşüm reaktörü (ATR) ve
hidrojen saflaştırma reaktörlerinden
(HTS, LTS, PrOx) oluşan 5 kWe
kapasiteye sahip Hidrojen Üretim
Sistemi kurulmuş, ön ve işletim testleri
gerçekleştirilmiştir. Yakıt olarak doğal
gaz kullanılmaktadır.
Isıtma amaçlı sıcak su üretiminde
kullanılan 30 kW’lık yakıcı sistemi ve
Hidrojen Üretim Sisteminin devreye
alınmasında ve işletilmesinde kullanılan
5 kW’lık yakıcı sistemi. Yakıt olarak 5
kWe PEM yakıt pilinin anot atık gazı ve
doğal gaz kullanılmaktadır.
Hidrojen üretim sistemi deney düzeneği
14
5 kW’lık katalitik yanma 5 ve 30 kW’lık katalitik
yanma reaktörleri
reaktörünün Fluent ile
deney düzeneği 14
modellenmesi
Kontrol Sistemi
Yakıt pilli mikro kojenerasyon sistemine
ait tüm alt sistemlerin uygun işletimini
sağlamak ve emniyet prosedürlerini
uygulamak için gerekli kontrol sistemi
oluşturulmuştur.
Kontrol panosu
Klemens yerleşimi
15
Sonuç
 Kojenerasyon sistemleri ile
 Elektrik ve ısının birlikte üretimi sonucu toplam verimini %85’lere
çıkarmak mümkündür.
 Artan verimle birlikte konutun elektrik ve ısınma maliyetleri %20–40
oranında azalmaktadır.
 İletim ve dağıtımdaki kayıpların önüne geçilebilir.
 Sera gazı emisyonları azalmaktadır.
 Avrupa’da 5 kW’dan küçük mikro kojenerasyon sistemlerinin 2015
yılı itibari ile yıllık 250.000 adet satılacağı ve bu durumda pazar
değerinin
yıllık
5-6
milyar
Avro
mertebesinde
olacağı
öngörülmektedir.
 Buna göre, 2015 yılında Türkiye’deki pazarın yıllık 350-450 milyon
Avro olacağı kabul edilebilir.
16
Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi
Nilüfer İLHAN
TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Enstitüsü
P.K. 21 41470 Gebze / KOCAELİ
Tel: 0262 677 27 26
Faks: 0262 642 35 54
[email protected]
www.mam.gov.tr
http://www.mam.gov.tr/mikro-kojen/
17