Transcript KOJENERASYON - Makina Mühendisliği Bölümü

•
•
•
•
•
•
Trijenerasyon nedir?
Kojenerasyon ve Trijenerasyon arasındaki fark
nedir?
Sitemlerin bileşenleri nelerdir?
Türkiye ve dünyadaki durum nedir?
Verim analizi?
Tercih edilme sebebi nedir?
KOJENERASYON
Kojenerasyon ısı ve elektriğin birlikte üretildiği ‘birleşik
üretim’anlamına gelmektedir. Trijenerasyon ise kojenerasyon
sisteminde açığa çıkan ısıdan faydalanarak soğutmanın da elde
edilmesi
tekniğidir.
Trijenerasyon sisteminde, kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye
çeviren gaz motor, diesel motor ya da gaz türbini
kullanılmaktadır. Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirmek
için de generatör setler veya alternatör setler kullanılmaktadır. Isı
enerjisinin büyük bir kısmını elde etmek için, kimyasal enerji
mekanik enerjiye çevrilirken çıkan egzoz gazlarından
yararlanılmaktadır. Buna ek olaraktan mekanik sistemin içinde
olan yağlama sistemi ve soğutma suyu sisteminden de ısı enerjisi
elde edilmektedir.
KOJENERASYON
Trijenerasyon; kısaca, enerjinin elektrik, ısı ve soğutma
formlarında aynı sistemden beraberce üretilmesidir. Sistemde
mile aktarılan mekanik güç bir alternatör sayesinde elektrik
gücü üretmek için kullanılır. Buna ek olarak duman gazlarından
faydalanılarak sıcak hava ve sıcak su üretimi gerçekleştirilir.
Sistemde; bacadan dış ortama atılacak duman gazlarının
içerdiği ısı enerjisinden yararlanılarak enerji tasarrufu yapılır
ve böylece enerji verimi artar. Bu birliktelik, üç enerji
formunun da tek tek kendi başlarına ayrı yerlerde
üretilmesinden daha ekonomiktir.
KOJENERASYON
Trijenerasyon sistemlerinde motor ceket suyu ve egzoz
gazından elde edilen ısı enerjisi genellikle iklimlendirme, sıcak
su, buhar veya kızgın su üretiminde kullanılır.
Trijenerasyonun kojenerasyondan farkı ise sisteme dahil
edilen soğutma sistemidir. Bu sistemler genelde absorbsiyonlu
soğutma sistemleridir.
Atık gazların, absorpsiyonlu (yutucu) soğutucularda
kullanılarak soğutma elde edilmesi bileşik ısı-güç üretimi için
yeni bir uygulamadır. Böylece elektrik ve proses ısısı yanında,
bileşik ısı-güç üretimiyle soğutma etkisi de elde edilebilir. Bu
uygulamaya kaynaklarda ‘trijenerasyon’ adı verilmektedir. Yani
elektrik üretimi yanında ısıtma ve soğutma yapılabilmektedir.
KOJENERASYON
Yaz aylarında genellikle ihtiyaç duyulan ısı miktarı daha
düşüktür. Bu durumda elektrik üretim prosesinden açığa çıkan
atık ısı absorbsiyonlu chiller vasıtasıyla soğutma enerjisine
dönüştürülür.
Trijenerasyon ve kojenerasyon sistemlerine genel olarak da
birleşik ısı-güç sistemleri de denilmektedir.
Sistem her an farklı senaryolarda kullanılabilmektedir. Bunlar;
tam ısıtma, tam soğutma, yarı ısıtma-yarı elektrik üretimi vs.
KOJENERASYON
Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz
türbini ya da gaz motoru kullanılan sistemlerde, enerjinin %
30-40 kadarı elektriğe çevrilebilir. Bu sistemin trijenerasyon
şeklinde kullanılması halinde sistemden dışarıya atılacak olan
ısı enerjisinin büyük bir bölümü kullanılabilir enerjiye
dönüştürülerek toplam enerji girişi % 70-90
oranında
değerlendirilir. Bu tekniğe birleşik ısı-güç sistemleri ya da
kısaca trijenerasyon denir.
KOJENERASYON
Temel olarak elektrik enerjisi üretim işlemi; kullanılan
temel yakıtın yanmasıyla mekanik enerjinin oluşması
sağlanır. Bu mekanik enerjide jeneratör sayesinde elektrik
enerjisine dönüşmektedir.
Bu işlem esnasında oluşan yanma sonucu yan ürün olarak
400-500°C sıcaklığındaki egzoz gazı ve motorun
soğutulmasında kullanılan ceket suyunun ısınması
sonucunda 80-100°C sıcaklığında sıcak su elde edilir. Elde
edilen bu atık ısılar, ısı eşanjörlerinden ve kazanlardan
geçirilerek buhar veya sıcak su elde edilmekte
kullanılmaktadır.
KOJENERASYON
Bileşik ısı-güç üretimi özellikle Kuzey Avrupa ve Doğu
Avrupa’da bölge ısıtmasıyla birlikte uygulanmıştır. Yakıttan
tasarruf sonucunda, bu santrallerin geri ödeme süreleri
genellikle üç ile dört yıl arasındadır.
Yıllardır Avrupada ısınma sistemlerinin tek merkezden
yapılması ve bina yapılarının site düzeninde olması sistemin
kullanılabilirliğini arttırmıştır. Bu sayede atık ısı kayıplarıda
minimumda tutabilmişlerdir.
KOJENERASYON
Bir yerin elektrik enerjisini üretmek amacıyla doğalgaz motorlu
generatör seti, kızgın su ihtiyacını karşılamak üzere atık ısı
kazanı, soğuk su ihtiyacını karşılamak üzere absorbsiyonlu
chiller soğutma ünitesi ve yardımcı tesisatlardan oluşan bileşik
elektrik ısı-güç santrallerinden yararlanılabilinir.
KOJENERASYON
Trijenerasyon Sisteminin Elemanları.
KOJENERASYON
Yakıcı sistem ve yakıt seçimi
Burada kullanılabilecek iki tür sistem vardır. Bunlar; gaz
motoru, diesel motor ve gaz türbinidir. Motor veya türbin
seçimini yapmadan önce trijenerasyon sisteminde yakıt
seçimini yapmak gerekir. Trijenerasyon sisteminde kullanılan
yakıt türleri: doğal gaz, özel gaz ve dieseldir.
KOJENERASYON
Burada kullanılabilecek iki tür sistem vardır. Bunlar; gaz
motoru, diesel motor ve gaz türbinidir. Motor veya türbin
seçimini yapmadan önce trijenerasyon sisteminde yakıt
seçimini yapmak gerekir. Trijenerasyon sisteminde kullanılan
yakıt türleri: doğal gaz, özel gaz ve dieseldir yakıttır.
KOJENERASYON
Doğalgaz kullanılma sebepleri şu sekildedir;










Yandığı zaman artık bırakmaz, zehirsiz, külsüz ve dumansızdır.
Zararlı karbonmonoksit ve azotoksit emisyonları diğer yakıt
türlerine göre çok daha düşüktür.
Çevreye zarar vermez, havayı kirletmez.
Diğer yakıtlardan ucuzdur.
Tüketimi sayaçlardan okunur ve kontrol edilebilir.
Önce kullanılır, bedeli sonra ödenir.
Depolama ve taşıma maliyeti yoktur. Depolama alanları başka
kullanıma ayrılabilir.
Zahmetsiz, konforlu bir yaşam sağlar.
Temiz bir yakıttır, işletme ve bakım maliyetleri düşüktür.
Doğalgaz havadan hafiftir, serbest halde iken yükselir ve
birikmez.
KOJENERASYON
Gaz türbinlerinde trijenerasyon uygulamaları yaygın olarak
4,5-20 MW güç aralığında uygulanmaktadır. Buna karşılık
ülkemizde gaz motorları daha düşük güçlerde, özellikle 1 MW
seviyelerinde tutulmaktadır. Ancak gaz motoru trijenerasyon
uygulamalarında bu boyutta sınırlamak doğru değildir. Tek
modülde 100 kW seviyelerinden 3 MW seviyelerine kadar
motorlar mevcut olup, Avrupa'da bu modüller ile yapılan
santrallerde 10 MW güç seviyesinden kullanılması mümkün
olmaktadır.
KOJENERASYON
Gaz Motoru-Gaz Türbini-Güç Kıyaslaması.
KOJENERASYON
Termal enerjiler şu şekildedirler;
Ceket Suyu: Motorun düzgün çalışabilmesi için üzerlerinde
oluşan
termal
ısının
motorlardan
uzaklaştırılması
gerekmektedir. Bu yüzden motorların üzerinde ceket suyu adı
verilen bir su sistemi dolaştırılır. Bu sistemin tek amacı motorda
termal enerjiyi uzaklaştırmaktır. Bu su sıcaklığı 80°C - 90°C
civarındadır.
Egzoz Gazı: Motorun içinde yanan doğalgazdan oluşan egzoz
gazı çok yüksek sıcaklığa sahiptir. Bu sıcaklık 400-450°C
civarındadır.
LT: Motor üzerindeki yağın soğutulmasıyla elde edilen sıcak
sudur. Buradan elde edilecek olan termal enerji çok düşük
seviyelerdedir.
KOJENERASYON
KVGS-18G4.2 Model Rolls Royce Gaz
Motoru.
KOJENERASYON
Trijenerasyonda Yakıt Gücünün Dönüşüm
Yüzdeleri.
KOJENERASYON
Yazın ısıtma ihtiyacı olmadığı için sistem tamamen elektrik
üretimi ve soğutma için çalışacaktır. Kışın ise soğutma ihtiyacı
minimum düzeyde olacağından sistem sadece elektrik ve ısıtma
için kullanılacaktır.
Sitem tam otomasyon sayesinde bu tarz ani dönüşümler çok
kısa zamanda ayarlanmaktadır. Bilgisayar otomasyonu mahal
ve dış ortam sıcaklığını sürekli ölçerek bilgisayar operatörünü
gerektiğinde de uyarıda bulunmaktadır.
KOJENERASYON
Chiller
Chillerler mekanik ve absorbsiyonlu olmak üzere ikiye
ayrılmaktadır. Absorbsiyonlu chillerde kullanılan soğutkan
işlevlerine göre de değişmektedir.
Absorpsiyonlu soğutma sistemleri, büyük miktarda soğutma
gereksinimi olan endüstriyel uygulamalarda kojenerasyon
tesisleri ile birlikte kullanılarak üretilen termal enerjinin optimal
kullanımını sağlar, elektrik tüketimini dengeler ve CO2 üretimini
azaltır. Aynı anda hem ısı, hem elektrik hem de soğutma üretimi
anlamına gelen “trijenerasyon” tesisi olarak da adlandırılan bu
sistemler kullanıcı ihtiyaçlarına bağlı olarak özel olarak
tasarlanıp ayarlanırlar.
KOJENERASYON
Bileşik ısı-güç santrallerinde atık ısıyı absorpsiyonlu soğutma
sistemlerinde kullanarak soğutma elde etmek mümkündür.
Uygulamada yaygın olarak kullanılan iki tür absorpsiyonlu
soğutma sistemi vardır. Bu sistemler amonyak su ve su-lityum
bromür ikili karışımlarını kullanan çevrimlerdir. Amonyak-su
ile çalışan çevrimler 0°C’nin altındaki soğutma sıcaklıkları için
kullanılabilir. Su-lityum bromür ile çalışan çevrimlerin alt
çalışma sınırı 4°C olduğundan, genellikle iklimlendirme
uygulamaları için tercih edilirler.
KOJENERASYON
Absorbsiyonlu soğutma çevrimleri, birinci ve ikinci olarak
adlandırılan, iki farklı akışkanla ve ısı enerjisi ile çalışan
sistemlerdir. Buharlaştırıcıda buharlaşan gaz birinci akışkan
olup, soğutucu görevi yapmaktadır, bu akışkanın çevrimi
gerçekleştirebilmesi için ikinci bir akışkan tarafından yutulması
(absorbe edilmesi) gerekir. Tek kademeli absorbsiyonlu
soğutma çevrimlerinde, alçak basınçtaki soğutucu akışkan
buharı, yine alçak basınçta sıvı fazına (eriyiğe) dönüştürülür.
Bu dönüşüm, yutucu (absorban) adı verilen ikinci bir akışkan
tarafından gerçekleştirilebilir. Absorbsiyon işlemi, karışabilen
maddelerin birbiriyle karışabilme özelliği ve genel olarak
soğutucu akışkan ile yutucu madde molekülleri arasındaki
birleşme eğilimi nedeni ile meydana gelir.
KOJENERASYON
Trijenerasyon tesisinde üretilen sıcak suyu kullanarak soğuk su
üreten cihazdır. Normal soğutma çevriminde, Refregrantın
basıncını yükseltmek için elektrik motoru ile tahrik edilen
kompresör kullanılır. Absorbsiyon Chiller’de ise su tarafından
absorbe edilen refregrant direk brülör ile ısıtılmakta ve
refregrantın
basıncı
suyun
termal
genleşmesi
ile
arttırılmaktadır. Basıncı artan refregrant soğutma çevrimini
normal şekilde devam eder. Elektrik motoru yerine termal
enerjiyi direk kullandığından elektrik sarfiyatı %90 kadar
azalmaktadır
KOJENERASYON






Sistemlerde kullanılan diğer soğutucular şunlardır;
Amonyak - Çeşitli Tuzlar
Metil amin - Öeşitli Tuzlar
Alkoller - Çeşitli Tuzlar
Amonyak - Çeşitli Organik Çözücüler
Kükürt dioksit - Çeşitli Organik Çözücüler
Halojenize Edilmiş Hidrokarbonlar –Çeşitli
Çözücüler
Organik
KOJENERASYON
Soğutma Kulesi.
KOJENERASYON
Güç santralleri, büyük iklimlendirme sistemleri ve bazı
endüstriler büyük miktarlarda atık ısı üretirler. Bu ısı genellikle
yakınlardaki bir göl veya akarsudan çekilen soğutma suyuna
verilir. Ancak bazı durumlarda ya soğutma suyu temini sınırlıdır
ya da ısıl kirlenme önemli bir kıstas olarak göz önüne alınmak
zorundadır. Bu tüp koşullarda atık ısının atmosfere verilmesi
gerekir. Bunu gerçekleştirmenin yollarından biri ıslak soğutma
kulelerini kullanmaktır.
KOJENERASYON
Hava kuleye aşağıdan çekilir ve yukarıdan çıkar. Yoğuşturucudan
gelen ılık su kulenin tepesine pompalandıktan sonra bu hava
akımının içine püskürtülür. Püskürtmenin amacı geniş bir geniş
bir su yüzeyinin havayla temasını sağlamaktır. Su damlaları yer
çekiminin etkisiyle aşağı düşerken, suyun küçük bir bölümü
(genellikle %1) buharlaşır ve geri kalan suyu buharlaşır ve geri
kalan suyu soğutur. Havanın sıcaklığı ve nemi bu işlem sırasında
artar. Soğutulan su kulenin altında toplanır ve atık ısının gerisini
de almak için yeniden yoğuşturucuya pompalanır. Buharlaşma
sonucu kaybolan suyun kuleye sürekli olarak eklenmesi
gerekmektedir. Havayla dışarı taşınan suyu en aza indirmek için,
ıslak soğutma kulelerinin püskürtme bölümünün yukarısına su
tutucuları yerleştirilir.
KOJENERASYON
Soğutma Kulesi Yapısı
KOJENERASYON
Isıl değiştiriciler
Trijenerasyon sisteminde en büyük ısıl değiştirici gaz motorunun
egzosundan atık olan gücün geri kazanılmasını sağlayan
ekonomizördür.
Ekonomizörler, aslında kazan besleme suyunu ön ısıtma için baca
gazı ila kullanılan ısı değiştiricilerdir.
Ekonomizörler şu şekilde sınıflandırılmaktadır; boru yapısına
göre; baca gazı üzerinde sabit dikey yüzeyler ile yerleştirilmiş
açık veya kanatlı olabilir.
Akış şekline göre; besleme suyunun ve baca gazının akış yönüne
bağlı olarak; akış paralel akış, karşı akış veya çapraz akış olabilir.
Isı değiştiricinin çalışma prensibine göre; yoğuşturmalı tip
ekonomizörlerde, baca gazından geri kazanılan ısı, baca gazının
boru yüzeylerinde yoğuşmasına sebep olur. Buharlı tipte; buhar
ilave olarak sıcak su üretir.
KOJENERASYON
Trijenerasyonun Seçim Kriteri
Sistemin maliyeti çok yüksek olduğundan, kurulacak mahalin
kapasitesi belirlenirken çok dikkatli olmak gerekir. Aksi halde
sistemin kapasitesi eksik kalabilir ya da kapasite fazlalığı
nedeniyle sistem tam yükte çalıştırılmaması durumundan tam
verim elde edilemeyeceğinden sistemin kendisini çıkarma süresi
uzayacaktır.
Kurulacak mahalin elektrik kapasitesi gelecek zamanlarda
artacaksa, gelecek dönemlerde sisteme yeni motorlar alarak
sistemin kapasitesi arttırılabilir. Burada dikkat edilmesi gereken,
gelecek için yapılan planlarda iyi tahminlerde bulunulması
gerektiğidir. Unutulmaması gereken sisteme yeni alınan motorun
sisteme adapte etme zamanı ve bu süreçte karşılaşılacak
KOJENERASYON
Şebekeye elektrik alış fiyatı, şebekeden elektik satış fiyatı,
bileşik ısı-güç santralinde kullanılacak olan yakıtın fiyatı
olurluluk hesaplamalarında göze alınması gereken ekonomik
parametrelerdir.
Devletler bu tarz sistemlere olumlu bakıp vergi indirimleri
uygulayarak teşvik etse de bazı devletler farklı kalemlerde
vergiler uygulayabilmektedir. Hesaplamalarda bu da göz
önünde bulundurulması gerekmektedir.
Ayrıca bileşik ısı-güç santrali, yardımcı kazanlar, dağıtım
şebekesi, mahal bağlantıları için sabit yatırım giderleri,
faizoranı, bakım giderleri, onarım ve işletme giderleri de
olurluluk hesaplamaları için önemli parametrelerdir.
KOJENERASYON
Trijenerasyonun Avantajları
 Elektrik üretiminin yanı sıra, ihtiyaca bağlı olarak sıcak su, buhar,
sıcak gaz, kızgın yağ veya soğuk su üretme imkanı sağlamaktadır.
 Klasik elektrik üretim sistemlerinde oluşup atılan atık ısıyı
kullanarak, bu ısının ekolojik denge üzerinde oluşturduğu zararlı
etkilerini azaltır.
 Normalde soğutma enerjisi üretebilmek için yüksek miktarda
elektrik enerjisi harcayan chiller çalıştırmak yerine, trijenerasyon
tesisi sayesinde soğutma enerjisinin, çok daha az miktarda elektik
enerjisi kullanarak çalıştırılması ciddi miktarda enerji tasarrufu
sağlamaktadır.
 Tek bir kaynaktan bir çok enerjiyi üreterek, enerji kaynaklarında
tasarruf sağlar.
KOJENERASYON
 Enerji üretiminin, tüketim yerine gerçekleştirilmesi sonucunda
elektrik enerjisi iletim ve dağıtım kayıplarının yok edilmesi
sağlar.
 Devreye alma süresi çok kısadır. Yaklaşık olarak 10 saniye-15
saniye içinde sistem tamamen devreye alınabilmektedir.
 Geniş ürün yelpazesiyle konutsal, ticari ve endüstriyel alandaki
enerji tüketicilerinin ihtiyaçlarına cevap verebilmektedir.
KOJENERASYON
 Doğalgaz başta olmak üzere propan, mazot, çöp gazı, biyogaz




vb. yakıtlarla çalışarak kesintisiz, kaliteli ve yüksek verimde
enerji üretimi sunmaktadır.
Geniş ürün yelpazesiyle konutsal, ticari ve endüstriyel alandaki
enerji tüketicilerinin ihtiyaçlarına cevap verebilmektedir.
Doğalgaz başta olmak üzere propan, mazot, çöp gazı, biyogaz
vb. yakıtlarla çalışarak kesintisiz, kaliteli ve yüksek verimde
enerji üretimi sunmaktadır.
Aynı miktardaki enerjiyi daha az yakıt tüketerek elde ettiği için
CO2 emisyonunu azaltır.
İlk yatırım maliyeti düşüktür.
KOJENERASYON
 Kompresör yatırımı yapmaksızın düşük basınçlı gaz yakıtlarla
çalışabilmektedir.
 Benzersiz tasarım ve düşük gürültü seviyesi ile konutsal ve
ticari alanlarda kolaylıkla uygulanabilmektedir.
KOJENERASYON
 Elektrik şebekesine paralel, şebekeden bağımsız ya da yedek




güç bağlantıları ile çalışabilmektedir.
Düşük egzoz gazı emisyonları ve yüksek yanma verimiyle
çevreci bir sistemdir.
Kendi enerjisini ürettiği için bir bölge için aniden kurulabilecek
bir işletmenin elektrik ihtiyacı devletin üretmesi gereken
elektrik yükünü azaltır.
Düşük işletme maliyeti ve sürekli çalışma özelliği ile
yatırımınızı kısa sürede amorti eder.
Sistemi çok kısa sürede kurmak mümkündür. Yaklaşık 6 ay gibi
kısa sürede sistem tamamen, otomasyon sistemiyle birlikte
kurulumu tamamlanabilmektedir.
KOJENERASYON
Trijenerasyonun kullanılabileceği alanlar;
• İlaç ve kimya sanayisi.
• Kağıt ve ağaç endüstrisi.
• Seramik, tuğla ve çimento sanayisi.
• Distilasyon ve eritme endüstrisi.
• Gıda endüstrisi.
• Tekstil sanayisi.
• Atık su arıtma tesisi.
• Cam fabrikaları.
• Demir-Çelik fabrikaları.
KOJENERASYON
 Madencilik işletmeleri.
 Ağır sanayi işletmeleri.
 Oteller ve sosyal tesisler.
 Eğitim yapıları (okullar ve evrenkentler).
 Havalimanları, askeri birlikler, tutuk evleri.
KOJENERASYON
Dünyada ve Türkiyedeki durum;
Amerikada yaklaşık 100 yıldan beri Avrupada da daha çok 2.
dünya savaşından sonra uygulama alanı bulmuştur. Türkiyede
özel sektörde kojenerasyonu ilk kullanan tesis 1992 yılında
kurulan 4 Mw’lık “Yalova Elyaf Kojenerasyon” tesisidir.
Avrupada ilk uygulama örneklerini Almanya’da görülmüştür.
Almanyadan sonra en çok Fransa’da görülmektedir.
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
KOJENERASYON
Seda Tunçel
Seçkin Zeybey
Tesekkürler...
Mart-2013