Kojenerasyon Nedir?

Bu Konuyu Yazdır
Kojenerasyon kısaca, enerjinin hem elektrik hem de ısı formlarında aynı sistemden beraberce üretilmesidir. Bu birliktelik, iki enerji formunun da tek tek kendi başlarına ayrı yerlerde üretilmesinden daha ekonomik neticeler oluşturmaktadır. Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da motoru kullandığı enerjinin %30-40 kadarını elektriğe çevirebilir. Bu sistemin kojenerasyon şeklinde kullanılması halinde sistemden dışarıya atılacak olan ısı enerjisinin büyük bir bölümü de kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek toplam enerji girişinin % 70-90 arasında değerlendirilmesi sağlanabilir. Bu tekniğe “birleşik ısı-güç sistemleri” ya da kısaca “kojenerasyon” diyoruz.Her iki enerji formumun ayrı ayrı aynı nihai miktarlarda üretilmesi için gerekli birincil enerji miktarının bunların kojenerasyonla üretilmesi durumunda ne oranda azalacağı aşağıdaki grafikte görülmektedir.

Kojenerasyon tekniği ile kullanılan birincil enerjiden tasarruf %42 seviyesinde gerçekleşmektedir. Dolayısı ile kojenerasyon sisteminin çevreye en önemli katkılarından biri de burada ortaya çıkmakta, büyük enerji tasarrufu yanında atık emisyonları da aynı oranda azalmaktadır. Ülkemizde henüz üzerinde çok durulmayan bu husus, sistemin özellikle avrupa ülkelerinde yaygın teşvik görmesinin ana sebeplerinden biridir.

Birleşik ısı-güç üretiminin yararları:

  • Makro düzeyde :
    Yüksek birincil enerji kullanım verimliliğinin sağladığı yerel veya ithal enerji kaynaklarının tasarrufu
    Enerji çevriminin tüketim yerinde gerçekleştirilmesi sonucunda elektrik enerjisi iletim ve dağıtım kayıplarının yok edilmesi
    Merkezi santrallara göre daha kısa inşaat ve devreye alma sürelerinin sağladığı hızlı elektrik enerjisi arz satışı
    Üretilen yararlı ısı güç birimi başına çevreye atılan katı, sıvı ve gaz madde miktarının, yalnız elektrik üreten merkezi enerji santrali veya yalnız buhar üreten bir endüstri kazanına göre daha az olması
    Sanayi tarafından tüketilen elektrik enerjisinin az sayıda merkezi santral yerine, dağılmış bir şekilde endüstriyel tüketim yerlerinde üretilmesinin ulusal güvenliğe sağlayacağı katkı
  • İşletme bazında:
    İşletmenin azalan toplam enerji giderleri, nihai ürün kalitesini düşürmeden maliyetini azaltacak, şirketin rekabet gücü artacaktır.
    İşletmenin enerji temin güvencesi olacak, üretim kesintilerinin yol açtığı ziyanlar ortadan kalkacaktır.

Kojenerasyonda üretim teknikleri

Kojenerasyon iki çeşit ana tahrik ünitesi vasıtasıyla uygulanmaktadır.

  • gaz türbini
  • gaz motoru ya da dizel motor

Gaz türbinleri kojenerasyon uygulamaları için yaygın olarak 4,5 – 20 mw güç aralığında kullanım bulmaktadır. Buna karşılık gaz motorları da daha küçük güçlerde, yurdumuzda da özellikle 1 mw seviyelerinde uygulanmaktadır. Ancak gaz motor kojenerasyon uygulamalarını bu boyutta sınırlamak doğru değildir. Tek modülde 100 kw seviyelerinden 3 mw seviyelerine kadar motorlar mevcut olup, bunların çoklu modülleri ile yapılan santrallarda 10 mw seviyelerine ulaşılması avrupa’da yaygın uygulamalardır. Kojenerasyonda kullanılacak ana tahrik ünitesinin seçim kriterlerine daha sonra değineceğiz.

Bu üniteler kendi başlarına sadece elektrik üretebilecek durumdadırlar. Bu üniteleri kojenerasyon sistemi haline getirmek için dışarı atılan ısının kullanılır ısı haline dönüştürülmesi gerekmektedir. Gaz türbininde bu ısı egzos gazı ısısı şeklinde olup, bir atık ısı kazanı marifetiyle bu ısı proses ihtiyacına göre buhar, sıcak su, kızgın su ya da kızgın yağ üretmek için kullanılabilmektedir.

Diğer bir yaygın kullanım alanı da egzos gazının hava ile karıştırılarak direkt kurutma aplikasyonlarında kullanılmasıdır. Bu işlemler sayesinde toplam çevrim verimi % 80 seviyelerini yakalayabilmektedir.

Gaz motorlarında ise atık ısının yaklaşık 1/3 oranı egzos gazından 2/3 de motorun soğutma sistemlerinden geri kazanılmaktadır. Şekilde görüleceği üzere soğutma devreleri; silindir-gömlek soğutması, karterdeki yağın soğutulması ve turbocharger soğutmasından oluşmaktadır. Buna egzos eşanjöründen elde edilen ısı eklenmektedir.

Motor kojenerasyon sistemlerinin bu soğutma gerekliliği özellikleriyle geri kazanılan ısı en verimli şekilde sıcak su olarak kullanılabilmektedir. Böyle bir sistemde toplam sistem verimi % 90 seviyesini geçebilmektedir.

Proses ihtiyacına göre, toplam verimden feragat etmek suretiyle yine buhar üretimi ya da direkt kurutma suretiyle ısı kullanımı kabildir. İstenen enerji formlarının üretilmesine karşılık gelen verimler aşağıdaki sankey diyagramında görülebilir.

Kojenerasyonda sistem ve kapasite seçimi
Bu sistemlerin seçimi başlıca şu kriterlere göre yapılır:

  • İşletmenin elektrik-ısı tüketim yapısı ve ısı-elektrik tüketim dengesi
  • İşletmenin yıllık çalışma süresi
  • İşletmenin enerji ihtiyacı seviyesi
  • Birincil enerji kaynaklarının (gaz, lpg, nafta, fuel oıl no:6 ) temin edilebilirliği ve ekonomik uygulanabilirlikleri

Bunların en önemlisi ilk iki kriterdir. Sağlıklı bir santral seçimi için mümkünse yıllık, yoksa aylık ya da haftalık bazda tüketim değerleri tesbiti yapılmalı, bunlar grafiklere dökülmelidir. İlk olarak yıllık ortalama elektrik tüketimine bakılır ve atıl kapasite yaratmayacak şekilde bu tüketimin az altında kalacak bir kapasite seçilir. 1.amaç elektrik tüketimine yönelik kapasite belirleme olmalıdır. Her ne kadar -“hazır santral kuruyorum, tüm ısı ihtiyacımı da karşılayacak bir kapasite seçeyim, fazla elektriği satarım!” felsefesi genel olarak pazarımıza hakim olmuşsa da bu şebekenin enerji alış şartlarındaki uygunsuzluk ve ilerde kapasite ile karşılaşıldığında şebekenin enerji fazlasını almaması gibi durumlar kabil olduğundan kesinlikle yanlış bir yaklaşımdır. Sistem pazarlamacıların bu konudaki olası yanlış yönlendirmelerine karşı dikkatli olunmalıdır.

Santralin elektrik kapasitesi belirlendikten sonra ısı tüketim verilerine bakılır. Yoğun olarak yüksek sıcaklıkta enerji gerekiyorsa – buhar, kızgın yağ ya da sıcak hava – ve bu yaklaşık 1:2 elektrik/ısı dengesine oturuyorsa, sisteme uygun yakıt ekonomik olarak mevcut ise ve santral büyüklüğü gaz türbinleri kapasite aralığına giriyorsa ihtiyaç bir gaz türbin kojenerasyon santralına işaret eder.