KOJENERASYON Trijenerasyon nedir?

... konulu sunumlar: "KOJENERASYON Trijenerasyon nedir?"— Sunum transkripti:

1

2 KOJENERASYON Trijenerasyon nedir?
Kojenerasyon ve Trijenerasyon arasındaki fark nedir? Sitemlerin bileşenleri nelerdir? Türkiye ve dünyadaki durum nedir? Verim analizi? Tercih edilme sebebi nedir?

3 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.

4 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.

5 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.

6 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.

7 KOJENERASYON Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da gaz motoru kullanılan sistemlerde, enerjinin % 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.

8 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 °C sıcaklığındaki egzoz gazı ve motorun soğutulmasında kullanılan ceket suyunun ısınması sonucunda °C sıcaklığında sıcak su elde edilir. Elde edilen bu atık ısılar, ısı eşanjörlerinden ve kazanlardan geçirilerek buhar veya sıcak su elde edilmekte kullanılmaktadır.

9 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.

10 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.

11 Trijenerasyon Sisteminin Elemanları.
KOJENERASYON Trijenerasyon Sisteminin Elemanları.

12 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.

13 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.

14 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.

15 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.

16 Gaz Motoru-Gaz Türbini-Güç Kıyaslaması.
KOJENERASYON Gaz Motoru-Gaz Türbini-Güç Kıyaslaması.

17 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 °C civarındadır.   LT: Motor üzerindeki yağın soğutulmasıyla elde edilen sıcak sudur. Buradan elde edilecek olan termal enerji çok düşük seviyelerdedir.

18 KVGS-18G4.2 Model Rolls Royce Gaz Motoru.
KOJENERASYON KVGS-18G4.2 Model Rolls Royce Gaz Motoru.

19 Trijenerasyonda Yakıt Gücünün Dönüşüm Yüzdeleri.
KOJENERASYON Trijenerasyonda Yakıt Gücünün Dönüşüm Yüzdeleri.

20 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.

21 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.

22 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.

23 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.

24 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

25 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 Organik Çözücüler

26 KOJENERASYON Soğutma Kulesi.

27 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.

28 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.

29 KOJENERASYON Soğutma Kulesi Yapısı

30 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.

31 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 olumsuzlukların zamanı uzatmasıdır.    

32 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.

33 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. Trijenerasyonun Avantajları

34 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.

35 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. Aynı miktardaki enerjiyi daha az yakıt tüketerek elde ettiği için CO2 emisyonunu azaltır. İlk yatırım maliyeti düşüktür.

36 KOJENERASYON Kompresör yatırımı yapmaksızın düşük basınçlı gaz yakıtlarla çalışabilmektedir. Benzersiz tasarım ve düşük gürültü seviyesi ile konutsal ve ticari alanlarda kolaylıkla uygulanabilmektedir.

37 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.

38 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.

39 KOJENERASYON Madencilik işletmeleri. Ağır sanayi işletmeleri.
Oteller ve sosyal tesisler. Eğitim yapıları (okullar ve evrenkentler). Havalimanları, askeri birlikler, tutuk evleri.

40 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.

41 KOJENERASYON

42 KOJENERASYON

43 KOJENERASYON

44 KOJENERASYON

45 KOJENERASYON

46 KOJENERASYON

47 KOJENERASYON

48 KOJENERASYON

49 KOJENERASYON

50 KOJENERASYON