Yüksek Verim ve Temiz Enerji |
Kojenerasyon Sistemleri

Gelişen dünyada enerji talebi günden güne artmakta, buna karşın doğal yakıt rezervleri azalmaktadır. Bu durumda, enerjiyi verimli kullanmak, maliyeti düşürmek, düzenli ve güvenli enerji hizmetleri sağlamak çağımızın en önemli ihtiyaçları arasında görülmektedir. Bu yazımızda, bu amaca hizmet eden yöntemlerden biri olan Siemens'in Kojenerasyon sistemlerini inceleyeceğiz.

A- A+

31.03.2015 tarihli yazı 27259 kez okunmuştur.

Siemens Kojenerasyon Enerji Verimlilik Gaz Türbini Buhar Türbini Endüstri Enerji Verimliliği

Kojenerasyon Nedir?

Kojenerasyon, ısı ve elektrik enerjisinin aynı anda üretilmesi anlamına gelmektedir. Üretilen ısı enerjisi, direkt kurutmada kullanıldığı gibi buhar, sıcak su, kızgın yağ elde etmek amaçlı da kullanılmaktadır. Soğutma amaçlı kullanım alanları arasında endüstri, konut, AVM ve hastaneler yer almaktadır.

Şekil 1: Kojenerasyon sistemlerinde kullanılan Siemens SST-110 Serisi Buhar Türbinleri

Kojenerasyonun Avantajları Nelerdir?

Kojenerasyon sistemlerinin en büyük avantajı, toplam (termik + elektrik) verimin, klasik enerji santrallerine göre yüksek olmasıdır. Basit çevrimde çalışan ve sadece elektrik üreten bir gaz türbinini ya da bir motoru ele aldığımızda elde edilecek verim %35-40 arası olmaktadır. Kojenerasyon sistemlerinde ise toplam termik ve elektrik verim %98'lere ulaşabilmektedir. Verimdeki bu artışın, kojenerasyon sistemleri için çok önemli bir avantaj olduğu görülmektedir.

Diğer bir avantaj ise kojenerasyon tesislerinde üretilen ısı ve elektrik, üretildiği noktada kullanıldığı için, iletim ve dağıtım bedellerinin maliyete yansımamakta ve böylece kesintisiz ve temiz bir enerji kaynağı haline gelmektedir.

Siemens Enerji Sektörü'nün kojenerasyon uygulamalarında gaz türbinleri ve buhar türbinleri ile geniş uygulama alanları bulunmaktadır. Siemens bu alanda gaz türbinleri ile 5 MW’tan 47 MW’a kadar, buhar türbinleri ise 75 kW’tan 250 MW’a kadar faaliyet göstermektedir.

Şekil 2: Kojenerasyon sistemlerinde kullanılan Siemens SGT-800 Serisi Buhar Türbinleri

Gelecekte Her Abone Elektrik Enerjisi Üretebilecek

Şekil 3 ve 4'de görüldüğü gibi kojenerasyon uygulamaları, Avrupa'da sektörel olarak daha yaygın kullanılmaktadır.

Şekil 3: Türkiye’de endüstri bazında kojenerasyon uygulamalarının sektörel dağılımı

10 Mart 2012 tarihinde yayınlanan “Lisanssız Elektrik Üretimi Yönetmeliğinin Tebliği”ne göre, %80 verimliliğin üzerinde olduğu takdirde, güç sınırı olmaksızın lisanssız kojenerasyon tesisi kurmak mümkündür. Bu tebliğ ile mikro ölçekli kojenerasyon uygulamaları evlerimize kadar girebilecek, ileride her elektrik abonesi birer elektrik üreticisi konumuna gelebilecektir. Kojenerasyon (Kojen) tesislerinin endüstride kullanımlarına yönelik çözümlerden bahsedecek olursak; sanayide en çok kojen uygulaması buhar ve sıcak su temini seklinde olmaktadır.

Şekil 4: Avrupa'da endüstri bazında kojenerasyon uygulamalarının sektörel dağılımı

Kojenerasyon Uygulama Örnekleri Nelerdir ?

► Buhar Elde Etme Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

Şekil 5’te, bir tekstil fabrikasında genel olarak, gaz türbinli kojen uygulaması gösterilmektedir. Bu uygulamadaki toplam verim (elektrik + buhar) % 82’lere ulaşmaktadır. Ayrıca üretilen sıcak su kullanımı da düşünülürse, verim % 90’lara kadar çıkmaktadır.

Şekil 5: Buhar Elde Etme Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

Örnek vermek gerekirse, Siemens SGT 100 Gaz türbini ile 5 MW’lık elektrik enerjisi üreten kojenerasyon santrali, elektriğin yanı sıra 13 barg’de 13 ton/saat buhar ve 80ºC’de 40 ton/saat sıcak su üretebilmektedir. Güncel doğal gaz fiyatları ile 1 KWh Elektrik enerjisi, bakım işletme maliyetleri dahil 0,08 TL’ye üretilebilmektedir. % 90 verimle çalışan bir kombine çevrim enerji santrali bile elektrik enerjisini bu kadar ucuza mal edemeyecektir ki; böyle bir teknoloji henüz geliştirilememiştir. Gaz motorları ile benzer uygulamalarda buhar üretiminde toplam verim % 70’lere, sıcak su ile ancak % 80’lere ulaşabilmektedir. Gaz türbinleri ile ısı/elektrik oranı, 2/1 ila 1/1 arasında değişen kojenerasyon tesisleri kurmak mümkündür.

► Kombine Çevrim Kojenerasyon Tesisi

Siemens’in endüstriyel gaz türbinlerinin en büyük avantajı, egzoz gaz sıcaklığının yüksek olması (545ºC) nedeniyle, özellikle buhar kullanan tesislerde, atık ısı kazanı ısıl verimliliğini ciddi oranda arttırmasıdır. Böylece toplam verimlilikte rakiplerine göre ciddi avantajlar sunulabilmektedir.

Yüksek egzoz gazı sıcaklığının bir diğer avantajı ise, yüksek basınçlı atık ısı kazanı arkası “Backpressure Buhar Türbini” kurarak elektrik verimini artırmanın mümkün olmasıdır. Böylece Şekil 6’daki gibi daha az buhar daha çok elektrik kullanan bir tesiste, ısı/elektrik ihtiyacına göre maksimum verimde kojen tesisi tasarlamak mümkündür. Buhar türbini toplam yatırım miktarını ortalama artırmakla birlikte, geri ödeme süresini ve kWh birim maliyetini ciddi oranda düşürebilmektedir, ayrıca toplam verimlilikte de fazla kayıp olmamaktadır. Ara kademeden prosese ihtiyacını, geriye kalan buharı da kondense eden bir buhar türbini seçerek de elektriğe dönüştürülebilmektedir. Özellikle değişken buhar talebi olan tesislerde bu yöntem uygulanmaktadır.

Şekil 6: Kombine Çevrim Kojenerasyon Tesisi

► Kurutma Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

Seramik, sunta, kâğıt gibi sektörlerde faaliyet gösteren firmaların kullandığı kojenerasyon tesisleri, atık ısıyı kurutma amaçlı kullanmaktadırlar ve toplam verimlilikleri %98’i bulmaktadır.

Şekil 7'de görüldüğü gibi direk egzoz ısının prosese verildiği bu işletmelerde, Siemens gaz türbinlerinin yüksek egzoz sıcaklığı sayesinde ekstra bir yakma sistemiyle sıcaklığı artırmaya ihtiyaç duyulmaz. Yardımcı Yakma (Supplemantary Fired) sistemleri ile de istenildiğinde değişken ısı ve yüksek sıcaklık ihtiyaçlarına cevap verilebilmektedir. DLE (Dry Low Emission) yakma teknolojisi ile sağladığı yüksek yanma verimi ve düşük egzoz emisyonu, Siemens'in diğer avantajları arasındadır.

Şekil 7: Kurutma Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

İşletme ve Bakım Maliyetlerinde Tasarruf

Günümüzde Akışkan yataklı kömür kazan teknolojileri ile yakma verimlilikleri %87’ye ulaşmış durumdadır. Bu tür yakma tesisleri sayesinde, yüksek basınçlı buhar üretimi ile backpressure ya da kondenseli buhar türbini uygulamaları ile 10/1 ila 3/1 arasında ısı/elektrik kullanan tesislerde de kojen uygulamaları yapmak mümkündür. Siemens, KK&K modeli ile elektriksel güç olarak 75 KW ile 10 MW arasında buhar türbinleri ile düşük güçlerde de uygulamalar yapabilmektedir. Akışkan Yataklı yakma sistemleri ile kaynak konusunda dışa bağımlı olmadığımız kömür, biomass gibi yakıtlarla sıcak su ve buhar maliyetlerinizi yarıya düşürmekte, yatırım geri dönüş süresi kısa olan kojenerasyon tesisi kurulabilmektedir. Bu türbinlerin, işletme ve bakım maliyetleri son derece düşüktür. Buhar türbinlerinin kısa sürede devreye girip çıkabilmeleri sayesinde, prosesin ihtiyaçlarına kolaylıkla cevap verilebilmektedir. Yakma sistemi olarak yüksek basınçlı buhar üreten, doğal gaz kazanlarıyla da kullanıldığı uygulamalar da vardır.

Şekil 8: Akışkan Yataklı Kazanlar ile Kojenerasyon Uygulamaları

Emre Amadelik

Gaz türbinlerinin bakım maliyetleri sanılanın aksine, motorlara göre yüksek değildir. Aslında 5-6 yıllık daha uzun süreli bakım maliyetleri ile karşılaştırıldığında yüksek olmadığı gözükecektir. Kojenerasyon enerji santrallerindeki diğer bir önemli konu, tesislerin ısıl ihtiyacını karşıladığı için 24 saat çalışması ve düzenli bakımların dışında kesintiye uğramamasıdır. Siemens ürünlerinde emre amadelik (availability) oranının yüksekliği incelendiğinde, bu sürekliliği sağlamakta oldukça başarılı oldukları görülüyor. Bu tür tesislerin dur-kalk sürelerini belirleyen zannedilenin aksine türbinin kendisi değil, atık ısı kazanlarının gerekli çalışma basınç ve sıcaklığa ulaşma süresidir. Tesisin tam verimde çalışabilmesi için yardımcı ekipmanın da devreye girmesi gerekmektedir. Gaz türbinlerinin devreye girme süreleri, diğer yardımcı tesislerin devreye girmesi ile paralellik gösterir. İstenildiğinde, enerji piyasasındaki değişimlere göre, türbinlerimiz günlük veya haftalık dur-kalk şekliyle de çalıştırılabiliyor.

Şekil 9: Siemens SST-660 Serisi Buhar Türbinleri

Isı Dağıtım Sistemleri Yaygınlaşacak

Bu tür yatırımların sürdürülebilirliğinin en önemli kriteri, yerel servis hizmetlerinin düşük maliyetlerle teminidir. Siemens Enerji Servis Grubu yerel insan kaynaklarıyla, Türkiye’de yıllardır çalışmakta olan gaz ve buhar türbinlerine, bakım ve servis hizmetleri veriyor. Endüstride neredeyse tüm tesisler elektrik enerjisinin yanı sıra, sıcak su, buhar, kızgın yağ gibi diğer ısı kaynaklarını da kullanıyor. Ancak ısı/elektrik oranı olarak 1/1 ile 10/1 oranlarında çalışan tesis sayısı, dünya ortalamasında %20’yi geçmemektedir. Diğer tesisler elektrik kullanımı dışındaki az miktarda ısı kullanımını, kendi kurdukları yakma sistemleri ile sağlamaktadır. Bu tür tesislerin ısı enerjilerini, merkezi bir kojenerasyon tesisi ile sağlamak mümkündür. OSB bölgeleri bu tür uygulamalara uygundur. OSB bölgelerinden bazıları, elektrik, doğal gaz, su gibi dağıtımların yanı sıra buhar ve sıcak su dağıtım şebekesini de kurarak, sanayicinin ısı ihtiyaçlarını yarı fiyatına sağlamakta ve kojenerasyon tesislerinin yüksek verimliliğini de kullanarak örnek çalışmalar yapmaktadırlar.

Bu tür dağıtım şebekeleri ile yarıçapı 2–3 km kadar alandaki müşterilerine buhar, 10 kilometredekilere ise sıcak su temin edebilmektedirler. Üretilen ucuz ve temiz elektriği de, dağıtım şebekeleri ile yine müşterilerine satmaktadırlar. Sanayinin şehre yakın geliştiği bölgelerde ise, üretilen bu ısıların, konutların ısıtılması ve soğutulmasında kullanıldığı birçok örnek de bulunmaktadır. İleride kojenerasyon tesislerinin verimliliği düşünüldüğünde, elektrik ve doğal gaz dağıtım şebekelerinin yanı sıra, ısı dağıtım şebekelerinin yaygınlaşması da kaçınılmazdır. Siemens, konuyla ilgili farkındalıklara sahip olup, araştırma ve geliştirme çalışmalarına devam etmektedir.

Kaynak: