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 1

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 Ülkemiz; birincil enerji kaynaklarında yaklaşık %73 oranında, enerji teknolojileri açısından da çok daha büyük oranda dışa bağımlıdır. 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 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. 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 Gelecek: Tamamen entegre ağ yönetimi ile dağıtılmış / yerinde üretim Avantajlar Daha yüksek enerji dönüşüm verimleri Güç iletim hatlarında düşük kayıplar Enerji üretiminde esneklik Yüksek güvenilirlik Düşük emisyonlar Central power station House Factory Commercial building Transmission Network Distribution Network Storage Photovoltaics power plant Wind power plant House with domestic CHP Power quality device Local CHP plant Flow Control Angel Perez Sains “Sustainable Energy Systems – Future Electricity Networks”, 2003.

Konvansiyonel Sistemlerdeki Kayıplar TEİAŞ 2007 verilerine göre; elektrik iletim hatlarındaki kayıplar %2,5 elektrik dağıtım hatlarındaki kayıplar %12 TEDAŞ 2007 verilerine kayıp-kaçak oranı %15 TEİAŞ İletim-Dağıtım Kayıpları ii 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

Kojenerasyon Sistemlerinin Konvansiyonel Sistemler ile Karşılaştırılması Case of conventional power generation systems (thermal power) Case of cogeneration systems Electrical power plant Primary energy (Petroleum, natural gas, coal, etc.) Unused waste heat (discarding in the ocean, etc.) Transmission loss, etc. Energy use Site of demand Gas production plant Gas fired cogeneration Electrical energy Primary energy (natural gas) Waste heat capable of effective use Waste heat incapable of effective use Electricity Pipeline Heat Konvansiyonal Güç Üretim Sistemleri Kojenerasyon Sistemleri Elektrik güç santrali Kullanım alanı Birincil enerji (Petrol, doğal gaz, kömür vb.) Taşıma kayıpları vb. Elektrik enerjisi Kullanılmayan atık ısı (okyanusa verilebilir vb) Enerji kullanımı Gaz üretim santrali Kojenerasyon Sistemi Boru hattı Elektrik Birincil enerji (doğal gaz) Kullanılabilen atık ısı Isı Kullanılmayan 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”. 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 9

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sisteminin Evsel Uygulaması Şehir gazı Depolama hücresi PEM yakıt pili Inverter Reformer Elektrik Sıcak su tankı Yakıt pili sistemi Banyo Klima Aydınlatma Ek ısıtma Sıcak su temini Yerden ısıtma sistemi

Mevcut Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri European Fuel Cell GmbH Johnson Matthey Vaillant Plug Power Bosch Baxi Toshiba Viessmann CHP sistemi – The EtaGenTM 5 MCFC 500 kWe TUBITAK MAM EE, Gebze PEMFC 200 kW 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 Müşteri Kurum : EİE İdaresi Destek :TÜBİTAK 1007 Proje Ortakları : TÜBİTAK MAM EE, KOÜ, İTÜ ve DemirDöküm Kullanım Alanları: Ev, site, hastane vb alanlarda elektrik ve ısı üretimine yönelik kojenerasyon uygulamaları 12

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi Birimleri 13

Hidrojen Üretim Sistemi & Katalitik Yakıcı Sistemi 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. KATALİTİK YAKICI SİSTEMİ 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. 5 kW’lık katalitik yanma reaktörünün Fluent ile modellenmesi 5 ve 30 kW’lık katalitik yanma reaktörleri deney düzeneği 14 Hidrojen üretim sistemi deney düzeneği 14

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 16 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 16

TEŞEKKÜRLER 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 Nilufer.ilhan@mam.gov.tr www.mam.gov.tr http://www.mam.gov.tr/mikro-kojen/ 17