Kojenerasyon Sistemleri ve Örnek Uygulamalar

”Endüstriyel tesisler hem ısı enerjisine hem de elektrik enerjisine ihtiyaç duyarlar. Kojenerasyon teknolojisi endüstriler için enerji üretiminin en verimli yoludur.”

Kojenerasyon enerjiyi daha verimli kullanmak amacıyla elektrik ve ısı enerjisinin birlikte üretilmesini sağlayan teknolojidir. Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da motoru; kullandığı enerjinin %35-45 kadarını elektriğe çevirebilir. Bu sistemin kojenerasyon şeklinde kullanılması halinde sistemden dışarıya atılacak ısı enerjisinin büyük bir bölümü de kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek toplam enerji girdisinin %85-95 oranında değerlendirilmesi sağlanabilir. Bu tekniğe “kombine ısı-güç sistemleri (CHP)” ya da kısaca "kojenerasyon" denir. Bir kojenerasyon prosesini oluşturan başlıca ekipmanlar aşağıdaki gibi sıralanabilir: 

• Gaz Kompresörü
• Yanma Hücresi / Odası
• Gaz Türbini / Gaz Motoru
• Jeneratör / Alternatör
• Atık Isı Kazanı

Prosesin işleyişi ise şu sıra ile gerçekleşir:

1- Basınçlı hava kompresör vasıtası ile yanma hücresine gönderilir.
2- Yakıt kaynağından, yanma hücresine yakıt (dizel, doğalgaz, biogaz, çöpgazı) gelir.
3- Yanma ürünü sıcak gazlar, gaz türbinine gelerek rotasyonel hareketi sağlar.
4- Rotasyonel mekanik enerji, jeneratör aracıyla elektrik enerjisine çevrilir.
Buraya kadar olan işlemler, geleneksel elektrik üretiminde (basit çevrim santrallerinde) kullanılan adımlardır. Bu noktadan itibaren, kojenerasyon teknolojisi başlar
5- Önceki adımda yanma ürünü sıcak egzoz gazları, atık ısı kazanına (HRSG) gelerek buhar üretiminde kullanılır.
6- Oluşan buharın bir kısmı, ısınma ve sıcak su ihtiyaçlarında ve endüstriyel uygulamalarda proses buharı olarak kullanılır.

Trijenerasyon

Trijenerasyon sistemleri de kojenerasyon sistemleriyle aynı aşamalardan oluşmakta olup ek olarak soğutma fonksiyonunu da içerir. Sisteme Absorbsiyonlu Chiller (Soğurmalı Soğutma) ünitesi eklenerek yapılır. Bu sistemden geçirilen buhar soğutma işleminde kullanılır. Absorpsiyonlu chillerin çalışma prensibi; buharlaşma-yoğuşma döngüsüne dayanmaktadır. Elektrikli chillerlerde soğutucu akışkanın sıkıştırılması mekanik kompresörle yapılırken, absorpsiyonlu chillerde bu işlem bir ısı kaynağından sağlanan enerjiyle gerçekleştirilmektedir. 

Kojenerasyonun Avantajları

• Kojenerasyon sistemleri enerji maliyetlerini ciddi oranda azaltmaktadır.
• Basit çevrim sitemlere oranla aynı miktarda yakıtla daha fazla enerji elde edilmektedir. Enerji verimliliği basit çevrim sistemlerine kıyasla; %35 seviyelerinden %90 seviyelerine çıkmaktadır.
• Basit çevrim sistemlerine kıyasla sera gazı salınımını %40’a varan oranlarda azaltmaktadır.
• İletim ve dağıtım kayıplarını önlemektedir.

Kojenerasyon Sistemlerinin Başlıca Kullanım Alanları

Kojenerasyon sanayi, ticarethane ve yaşam alanları gibi birçok yerde kullanılabilmektedir. Başlıca kullanım alanları şöyle sıralanabilir:

• Hastaneler
• Oteller
• Alışveriş Merkezleri
• İş Yerleri ve Ofisler
• Seralar
• Havaalanları
• Demir- Çelik, Gıda, Kimya-Petrol, Çimento-Cam, Seramik, Tekstil, Kağıt ve Kağıt Ürünleri gibi üretim tesisleri
• Siteler

Kojenerasyon Kullanan Örnek Tesisler

İZAYDAŞ

İZAYDAŞ sahasında kurulan ve işletmeye alınan ‘Bitkisel ve Hayvansal Atıklardan Biyogaz Üretimi Tesisi’nde elektrik ve ısı enerjisinin yanında sıvı ve katı fermente ürün de elde edilmektedir. Enerji ve gübre çıktılarının yanında metan, karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi kirletici gazların atmosfere verilmesi engellenerek hava kirliliği ve sera etkisinin önlenmesine katkı sağlanmaktadır. Üretilen biyogaz, elektrik enerjisine çevrilerek tesis içi ihtiyacın giderilmesinin yanı sıra ana şebekeye de verilmektedir. Tesis, istihdam sağlaması, bitkisel ve hayvansal atıkların çevre kirliliğine sebep olmadan geri kazanılması ve bu yönde kamuoyunda bir bilinç oluşması hususlarında katkı sağlamıştır. Tesiste 155 m³/h biyogaz, 350 kWh elektrik ve 350 kWh’lik bir ısı eldesi yanında katı ve sıvı fermente ürün çıktısı olmaktadır. Fermente ürünler kokusuz olup herhangi bir patojen ve çim tohumu içermediğinden tarımda güvenle kullanılabilmektedir. Elde edilecek elektrik enerjisi ile tesisin enerji ihtiyacının karşılanması, geri kalan kısmının merkezi şebekeye verilmesi, kojenerasyon ünitesinde açığa çıkacak ısı enerjisi de reaktörlerin ısıtılmasında kullanılmaktadır.

SÜTAŞ ELEKTRİK ÜRETİM TESİSİ

Sütaş 1975 yılında Bursa’nın Karacabey ilçesinin Ulubat Köyünde kuruldu. Bugün Karacabey tesislerinde 1.200 ton ve Aksaray tesislerinde 1.400 ton olmak üzere günlük toplam 2.600 ton süt işleme kapasitesine sahiptir. Aksaray ve Karacabey tesislerindeki  hayvan gübreleri ve fabrika atıklarından enerji elde edip tesislerde tüketilen enerjinin bir kısmını bu şekilde karşılamaktadır. Aksaray’da 6.4MW, Karacabey ‘de 6.4 ve İzmir-Tire tesislerinde de 4.2 MW elektrik gücünde kurulu tesisleri bulunmaktadır.

AFYON ENERJİ

Afyon Biyogaz Enerji Santrali’nde yılda 150.000 ton organik kaynaklı bitkisel ve hayvansal atıkların; anaerobik fermentasyon teknolojisi ile havasız ortamda çürütülmesi sonucu elde edilen biyogaz ile; 32.000.000 kwh/yıl elektrik enerjisi; 33.500.000 kwh/yıl ısı enerjisi üretilmektedir.

Fermentasyonu tamamlanmış olan hammaddenin hijyenizasyon sürecinden de geçirilmesi ile birlikte toprağa zarar veren zararlı gaz ve diğer bileşenlerinden arındırılmış, kokusuz, yüksek organik madde içerikli katı organik gübre üretilmektedir.

Çevre için büyük sorun haline gelen bitkisel ve hayvansal kaynaklı atıkların bertaraf edilmesinin yanında bu sorunu yenilenebilir enerjiye ve organik madde miktarı yüksek organik gübre üretimine dönüştüren yüksek teknolojiye sahip entegre tesis yılda 177.000 ton karbon salınımın engellemektedir.

HER ENERJİ

Enerji sektöründe faaliyet gösteren Her Enerji ve Çevre Teknolojileri Elektrik Üretim A.Ş., 2010 yılında çöp gazından elektrik üretip şebekeye satmak için yatırım kararı almış ve 1995 yılından beri Kayseri ve çevre bölgelerden atıkların depolandığı Kayseri Molu Katı Atık Depolama Sahasını kiralamıştır. Proje kapsamında gaz depolama sistemi, booster, flare (baca), 2 adet  giderme ünitesi ve 6 adet TCG2020V16 tip gaz motorunun anahtar teslimi kurulumu yapılmıştır. Enerji santralinde toplam güç 8.1 MW’dır ve 6 adet TCG 2020V16 model biyogaz motoru vardır.

GASKİ

Evsel nitelikli atık suların, biyolojik arıtma prensibiyle arıtıldığı tesis, günümüzde 200.000 /gün kapasitede atık suyu arıtmaktadır. Arıtılmış sular, Sacır deresine deşarj edilerek, bölgede yer alan 80.000 dönüm tarım  arazisine su kaynağı oluşturmaktadır. Atık su arıtma tesisinden çıkan çamurdan anaerobik çürütücülerde biyogaz üretimi yapılmaktadır. Tesise kojenerasyon sistemi kurularak enerji maliyetleri azaltılmıştır. Çürütücülerden elde edilen biyogaz yakıt olmak üzere, tüm tesisin elektrik ve çürütücülerin ısı ihtiyacı İltekno tarafından kurulan 1.8 MW kojenerasyon ünitesinden sağlanmaktadır. Tesisin ısıtma gücü 1980 kW’dır.

ORİON AVM

Mono Mimarlık ve İnşaat Turizm Yatırım Tanıtım ve Mağazacılık Ticaret A.Ş. tarafından kurulan Orion AVM, Trakya’nın ilk alışveriş merkezidir. Aylık ortalama 400.000 misafiri olan ve %100 doluluk oranı gibi önemli veriler, Orion AVM’nin gelişim seyrinin en önemli göstergeleridir. Enerji maliyetlerinden tasarruf sağlamak amacı ile Orion AVM yönetimi 2013 yılında Trijenerasyon yatırımına karar verdi. Tesisteki trijenerasyon sisteminin toplam gücü 1200 kW’dır. 1 adet TCG 2020V12 model doğalgaz motoru bulunan sistemin ısıtma gücü 1058 kW, soğutma gücü ise 1055 kW’dır.

DELPHIN IMPERIAL HOTEL-ANTALYA

Delphin Imperial, yıllarca üst üste  “Dünya’nın En İyi 100 Oteli” arasına üst sıralardan girmeyi başaran,  Antalya’nın en seçkin 5 yıldızlı otellerinden biridir. Delphin Imperial enerji maliyetlerini azaltmak amacıyla tesisine 800 kW kapasiteli kojenerasyon santrali kurmaya karar vermiştir. Tesisteki kojenerasyon sisteminin toplam gücü 800 kW’dır. 1 adet TCG 2016V16 model doğalgaz motoru bulunan sistemin ısıtma gücü 877 kW’dır.

ENERJİSA- SABANCI ÜNİVERSİTESİ

2015 yılında kampüsün enerji ihtiyacını çevreye saygılı bir şekilde karşılamak ve enerji maliyetlerinden tasarruf sağlamak amacıyla EnerjiSA, Sabancı Üniversitesi’ne kojenerasyon santrali kurmaya karar vermiştir. Toplam gücü 2.4 MW olan kojenerasyon sistemi 2 adet TCG 2020V12 model doğalgaz motorundan oluşmaktadır. Sistemin ısıtma gücü ise 1148 kW’dır.

Kojenerasyon Sistemlerinde Kullanılan Yakıt Türleri

Kojenerasyon sistemleri hem fosil yakıtlar hem de yenilenebilir yakıtlar ile çalışabilmektedir. Kojenererasyon sistemlerinde hibrit uygulamalar da mümkündür. Hibrit enerji sistemi, sistem verimini artırmak ve enerji arz dengesi sağlamak için konvansiyonel sistemlerin yenilenebilir enerji üretim sistemleri ile entegre çalışmasıdır. Fosil kaynaklı yakıtların tükenebilir olması ve yüksek fiyatlarından dolayı, yenilenebilir yakıtların ise enerji üretim performanslarının iklim değişikliklerine bağlı olmasından dolayı hibrit tesisler verimli ve sürekli enerji üretimi için en iyi yoldur. Hibrit sistemlerin sunduğu en büyük avantaj, bir enerji kaynağının üstünlüğü ile diğer kaynağın zayıf yanlarını kapatabilmesidir. Temel ilke, birbirini besleyen ve tamamlayan bir sistem oluşturmaktır. Hibrit enerji üretim sistemleri, dağıtım ve üretimin yetersiz olduğu, kırsal alanlarda ve uzak bölgelerde verimli enerji üretimi için de iyi bir alternatiftir. Hibrit kojenerasyon sistemleri, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı oranının artırılmasına katkıda bulunmaktadır.

Kojenerasyon teknolojisiyle çalışmaya en uygun hibrit sistem, güneş enerjisi kullanılarak yapılabilir. Bu sistem, “Entegre Güneş Kombine Çevrimi (Integrated Combine Solar Cycle, ISCC)” olarak adlandırılır. Güneş enerjisi ile elde edilen buhar, buhar türbinine gider böylece güneşin bol olduğu zamanlarda fosil yakıt tüketimini minimumda tutarak gerekli enerji güneşten elde edilebilir.

Avantajlar

• Enerji üretimi için harcanan fosil yakıtta azalma
• Sera gazı salınımında azalma
• Üretilen fazla elektriğin şebekeye satılabilmesi

Dezavantajlar

• Üretilen enerjinin hangi tarifeden satılacağı ikilemi
• Özellikle güneş için ilk yatırım maliyeti

Kojenerasyon teknolojisi ile aynı oranda ısı ve elektrik enerjisini elde etmek için kullanılan girdi (yakıt), konvansiyonel sistemlere nazaran %36 oranında daha azdır. Doğalgazın verimli kullanılmasını sağlayan bu teknolojilerin yenilenebilir enerji kaynakları ile birleştirilmesiyle, yerli ve temiz enerji kaynakları kullanımı artacaktır. Buna ek olarak ihtiyaç duyulan enerjiyi üretmek için gereken doğalgaz miktarında da azalma meydana gelecektir. Avrupa ve dünyada örnekleri görülen bu sistemlerin, Türkiye’de de yaygınlaşması, enerji kaynaklarının verimli kullanımını sağlamanın yanı sıra, yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artıracak, ekonomik gelişmeyle birlikte, sosyal ve çevresel bir gelişme de sağlayacaktır.

Kojenerasyonun Endüstriyel Uygulamaları

Endüstri enerji ihtiyacı en fazla olan sektördür. Endüstriyel tesisler hem ısı enerjisine hem de elektrik enerjisine ihtiyaç duyarlar. Kojenerasyon teknolojisi endüstriler için enerji üretiminin en verimli yoludur. Enerjinin yoğun olarak kullanıldığı bu alanlarda kojenerasyon sistemlerini kullanmanın avantajları; Yakıt verimliliğini artırma, Enerji maliyetlerini düşürme, İletim ve dağıtım kayıplarını minimuma indirme, Enerjide arz güvenliği oluşturma, Sera gazı emisyonlarını azaltma, Soğutma için kullanılan klimalarda ozon tüketen kloroflorokarbonların (CFC'ler) salınımlarını azaltma potansiyeline sahip olması şeklinde özetlenebilir.

Kaynak:http://turkoted.org/tr  

*Tesisat market dergisi 20 kasım 2018