KOJENERASYON NEDİR? KOJENERASYON TESİSLERİNE YÖNELİK ÖN FİZİBİLİTE ÇALIŞMALARI VE TEKNOLOJİ SEÇİMİ
1. KOJENERASYON NEDİR?
Kojenerasyon, 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" (Combined Heat and Power (CHP)) diyoruz.
Kojenerasyon Kanun taslağında açıklandığı hali ile kojenerasyon ve ilgili tanımları şu şekilde sıralayabiliriz:
"
KOJENERASYON" terimi ısı enerjisi ve elektrik ve/veya mekanik enerjinin aynı çevrim içinde ve eş zamanlı olarak primer ve proses enerji kaynaklarından istifade edilerek elde edilmesi demektir. Uygulamanın gerektirdiği koşullar ve üretilen ısının farklı amaçlarla kullanımındaki farklı sıcaklık seviyeleri dikkate alınırsa kojenerasyon üç sınıfa ayırılmaktadır:
- Endüstriyel Kojenerasyon,
- Isıtma (Soğutma) Kojenerasyonu,
- Tarımsal Kojenerasyon.
"
ENDÜSTRİYEL KOJENERASYON" ısı enerjisi ve elektrik ve/veya mekanik enerjinin aynı çevrim çerçevesinde elde edilerek bu enerjilerin endüstri tesislerinde kullanılmasıdır. Üretilen ısı ve elektrik ve/veya mekanik enerji endüstriyel tesiste kullanılır ve fazlası piyasada satılabilir.
"
ISITMA (SOĞUTMA) KOJENERASYONU " terimi, üretilen ısı derecesi genellikle 4°C ile 140°C arasında olan bina, toplu konut, kooperatif, ticari ve benzeri kuruluşlarda doğrudan veya bölgesel ısıtma sistemlerinde ısıtma ve soğutma sağlamak amacıyla, ısı enerjisi ve elektrik ve/veya mekanik enerjinin aynı çevrim çerçevesinde elde edilmesi ve kullanılmasıdır. Üretilen ısı ve elektrik ve/veya mekanik enerji ilgili kuruluşlarda kullanılır ve fazlası piyasada satılabilir.
"
TARIMSAL KOJENERASYON" ısı ve elektrik ve/veya mekanik enerjinin aynı çevrim çerçevesinde elde edilerek, üretilen ısının, sıcaklık derecesi genellikle 15°C ile 40°C arasında olan seraların, su altı kültürel balık üretim tesisleri ve benzeri tesislerin tarımsal amaçlı ısıtılmasında kullanılmasıdır. Üretilen ısı ve elektrik ve/veya mekanik enerji tarımsal üretim tesisinde kullanılır ve fazlası piyasada satılabilir.
“YÜKSEK VERİMLİ KOJENERASYON” bir tesisin ihtiyacı olan elektrik ve ısının ayrı ayrı üretilmesi halinde, tüketilen yakıta nazaran en az %10 yakıt tasarrufu sağlayan birleşik enerji üretim sistemidir.
“MİKRO KOJENERASYON TESİSLERİ” kurulu gücü 200 kWe ve altında olan kojenerasyon tesisleridir.
“TRİJENERASYON” kojenerasyon prosesi sırasında atık ısıdan elde edilen sıcak su ve/veya buhar ile absorpsiyonlu soğutucular aracılığı ile soğutma yapılmasına Trijenerasyon adı verilir. Trijenerasyon prosesi sonunda ısı, soğutma ve elektrik ve/veya mekanik enerjiler elde edilir.
Primer yakıt rezervlerinin azaldığı ve global rekabetin arttığı günümüz ortamında enerji girdilerinde süreklilik, kalite ve asgari maliyetleri sağlamak, kaçınılmaz olmuştur. Bu anlamda kojenerasyon günümüz çağdaş "enerji yönetimi" teknikleri içinde ön sıralarda yeralmaktadır.
Kojenerasyon, düşük maliyetli yatırımı, daha kısa kuruluş süresi, düşük yakıt tüketimi ve bunlarla birlikte çevre kirliliği ve giderek artan yakıt çeşitliliğine bağlı olarak dünya çapında tipik güç ve ısı üretim seçeneklerinin yerini alacak cazip bir alternatif olarak bilinmektedir.
Yukarıdaki şekile göre kojenerasyon tekniği ile kullanılan birincil enerjiden tasarruf %40 seviyesinde gerçekleşmektedir. Dolayısı ile kojenerasyon sisteminin çevreye en önemli katkılarından biri de burada ortaya çıkmakta, büyük eneji 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.
Şekil 2: Kombine Çevrim
Şekil 2'de görüldüğü gibi; Gaz türbini alternatörü çevirir, ısı iyileştirme buhar generatöründen gelen buhar buhar türbinine gönderilir ve alternatörü sürer. İkincil enerji kaynakları, elektrik ve doymuş ve kızgın buhardır.
1.1. ÇEŞİTLİ KOJENERASYON SİSTEM UYGULAMALARI
1.2.KOJENERASYONUN YARARLARI
¨ Yüksek birincil enerji kullanım verimliliği ile sağlanan yerli veya ithal enerji kaynaklarının tasarrufu ve daha az enerji kullanımı ile dışa bağımlılığın azaltılması,
¨ Düşük emisyon değerleri sağlaması, özellikle CO[SUB]2[/SUB] yani sera gazı emisyonlarının önemli miktarda azalması,
¨ Üretilen yararlı ısı güç birimi başına çevreye atılan katı, sıvı ve gaz miktarının veya emisyonların, yalnız elektrik üreten merkezi enerji santrali veya yalnız ısı üreten sisteme göre daha az olması,
¨ Çok çeşitli yakıtların kullanılabilmesi (biyolojik yakıtların ve atıkların da kullanılabilmesiyle fiyat verimliliğinin arttırılması ve atıkların değerlendirilmesine katkıda bulunulması),
¨ Büyük ölçekli maliyet azalımı, bu sayede endüstriyel ve ticari kullanıcılar için rekabet gücünü arttırması,
¨ Enerji üretiminin tüketim yerinde gerçekleştirilmesi sonucunda elektrik enerjisi iletim kayıplarının ortadan kaldırılması ve dağıtım kayıplarının azaltılması,
¨ Enerji arz güvenirliliğini arttırması,
¨ Üretim santrallerinin çeşitliliğinin artması sayesinde rekabetçiliği arttırması ve enerji piyasalarında özelleştirmenin önünü açması.
1.2.1. Enerji ve Maliyet Kazanımı
Elektrik enerjisi, en ideal şartlarda bile % 7-8 civarında iletim-dağıtım kaybına uğrayarak tüketiciye ulaşmaktadır. Kayıpların yanısıra iletim-dağıtım sistemleri için ayrıca önemli bir yatırım ihtiyacı gerekmektedir.
Genel olarak uygulamalarda, 1 kW kurulu güç için 1000-1400 $ üretim ve iletim-dağıtım yatırımı gerekmektedir. Tesis, yerinde üretim ve tüketim amacıyla kurulduğunda, 1 kW kombine çevrimli doğal gaz türbini kurulu gücü için 500-700 $ yatırım yeterli olmaktadır. Yerinde tüketildiği için iletim-dağıtım hattı yatırımı gerekmemektedir.
Kojenerasyon Tesisinin geleneksel bir enerji üretim tesisine göre verimliliği her zaman yüksektir. Bu şekilde enerji ve maliyet tasarrufu artar. Isı ve elektrik üretiminde tek yakıt kullanılır, bu yüzden maliyet kazanımı kullanılan birincil enerji (yakıt) ve satın alınan elektrik arasındaki farka bağlıdır. Kojenerasyonun kullanılmasıyla sağlanan kar, ucuz elektrikten kaynaklansa da başarısı ısı geri kazanımına bağlıdır. Bu nedenle birinci kriter ısı ihtiyacıdır. Kojenerasyon sisteminin ortalama olarak en azından yılda 4500 saat sabit olarak ısı ihtiyacı duyulan yerlerde kurulması uygundur.
Tesisin elektrik ihtiyacının zamanlaması da ayrıca önemlidir, fiyat verimliliği açısından yüksek elektrik tarifesi olduğu zamalarda işletmede olması gerekir.
1.2.2. Çevresel Kazanımlar
Geleneksel sistemlerde, 1 birim elektrik enerjisi üretebilmek için 3 birim yakıt enerjisi gerekmektedir. Kojenerasyon enerji üretim sisteminde ise bir birim elektrik ve ek olarak 1 birim ısı üretimi için 3 birim yakıt enerjisi yeterli olmaktadır. Bu da atmosfere verilen kirletici emisyon miktarı toplamında % 50 civarında bir azalma demektir.
Atmosfere verilen değişik kirleticilerin miktarı kullanılan yakıtın tipine bağlı olarak değişmektedir.
Kojenerasyon üretim tesislerinde yakıt olarak yaygın şekilde doğal gaz kullanılmaktadır. Böylece kömürün yanması sonucu meydana gelen kül ve kükürt oksitler ile fuel-oilin sebep olduğu diğer emisyonlar bertaraf edilebilmektedir. Özellikle CO2 ve SO2 emisyonlarında önemli miktarda kazanımlar elde edilir.
Türkiye’nin 2003 yılı değerlerine göre, aynı yıl içinde Kojenerasyon teknolojisi kullanarak elektrik üretimi (4500MW kurulu güç, üretilen elektrik 23.000 kWh) yapılırken, 7.94 milyon ton CO[SUB]2 [/SUB]emisyonu tasarrufu sağlanmıştır.
2. KOJENERASYON TESİSLERİNE YÖNELİK ÖN FİZİBİLİTE ÇALIŞMALARI
[h=1]Özet[/h]Kojenerasyon sistemleri, elektrik, ısı ve soğutma gibi enerji ihtiyaçlarının varolduğu ortamlar için ideal bir enerji üretimi kaynağı oluşturmaktadır. Hem ekonomik hem de çeşitli diğer avantajlar ile birlikte kullanıcısına, ülke ekonomisine ve çevremize büyük katkılar sağlamaktadır.
[h=1]Giriş[/h]Bir kojenerasyon projesinin nasıl gerçekleştirilebileceği konusu şu başlıklar altında toplanabilir:
¨ Ön fizibilite çalışmasının yapılması,
¨ Ekipman tipi ve kapasitenin seçimi, fizibilite raporunun hazırlanması
¨ İzinlerin alınması ve anlaşmaların yapılması,
¨ Ekipman siparişi ve montajı,
¨ Devreye alma ve ticari işletme.
Aşağıda bir kojenerasyon tesisi ön fizibilitesinin önemli bölümleri kısa bilgiler eşliğinde açıklanmaktadır. Bu konuları şu alt başlıklar altında açıklayabiliriz::
- Projenin kapsamı,
- Kabuller,
- Mevcut durum,
- Ekipman seçimi,
- Ekonomik değerlendirme,
- Sonuç.
2.1.Projenin Kapsamı
Örnek şirket 4628 sayılı Elektrik Enerjisi Piyasası Kanunu kapsamında İSTANBUL’da bulunan fabrika sahasındaki bina içerisine, elektrik ve ısı enerjilerini kendi üretimi ile karşılamak üzere bir “Kojenerasyon Tesisi” kurmayı düşünmektedir.
Bir aşamada tamamlanması düşünülen Kojenerasyon Tesisi sözkonusu şirketin elektrik ve prosesinde gerekli olan sıcak suyu direkt olarak üretmiş olacaktır. Bu fizibilite çalışmasında şirket dışına elektrik ve ısı satışı düşünülmemektedir.
2.2.Kabuller
Projenin kapsamına uygun kabulleri de örnek olarak şu şekilde sıralayabiliriz.
3.1.Mevcut sistemde kullanılan elektrik ve yakıt birim fiyatları ve kalorifik değerleri,
3.2.Kojenerasyon sisteminde kullanılacak yakıtların birim fiyatları ve kalorifik değerleri,
3.3.Kojenerasyon sisteminin yıllık çalışma süresi
Bu tesis için kabuller şu şekilde alınmıştır:
Mevcut Elektrik Tüketimi Birim Fiyatı : 0,068 €/kWh
|
Kullanılan Yakıtların Birim Fiyatı ve Kalorifik Değeri : Doğalgaz 0,206 €/Sm³
: Kalorifik değer 8.250 kcal/ Sm³
:Motorin 0,892 €/litre
:Kalorifik Değer 10.200 kcal/litre
|
Kojenerasyon Sisteminde Kullanılacak Yakıtın
Birim Fiyatı ve Kalorifik Değeri : Doğalgaz (Serbest tüketici) 0,177 €/Sm³
: Kalorifik değer 8.250 kcal/ Sm³
|
Kojenerasyon Tesisinin Yıllık Çalışma Süresi :2.800 saat/yıl (haftada 54 saat)
|
Tablo.1. Kabuller
2.3.Mevcut Durum
Enerji tüketimlerinin dökümünü aşağıdaki tablolarda görmekteyiz:
AYLAR
| ELEKTRİK TÜKETİMİ
kWh/ay
|
Ocak
| 1.144.700
|
Şubat
| 1.181.200
|
Mart
| 1.207.500
|
Nisan
| 1.217.800
|
Mayıs
| 1.377.200
|
Haziran
| 1.398.600
|
Temmuz
| 1.555.200
|
Ağustos
| 1.026.000
|
Eylül
| 1.087.800
|
Ekim
| 1.262.500
|
Kasım
| 681.000
|
Aralık
| 1.165.400
|
12 AYLIK TOPLAM
| 14.304.900
|
Tablo.2. Elektrik Tüketimi
AYLAR
| DOĞAL GAZ TÜKETİMİ
( Sm[SUP]3[/SUP] )
|
Ocak
| 43.900
|
Şubat
| 81.200
|
Mart
| 95.600
|
Nisan
| 127.400
|
Mayıs
| 142.700
|
Haziran
| 191.300
|
Temmuz
| 131.000
|
Ağustos
| 130.500
|
Eylül
| 118.900
|
Ekim
| 111.000
|
Kasım
| 106.200
|
Aralık
| 123.200
|
12 AYLIK TOPLAM
| 1.402.900
|
Tablo.3. Doğalgaz Tüketim Değerleri
2.4.Ekipman Seçimi
Bu bölümde ise mevcut durumdaki elektrik ve ısı ihtiyacını karşılayabilecek kojenerasyon tesisinin seçimi gelmektedir. Bu seçimi yaparken dikkat edilecek ana konular şu şekilde sıralanabilir:
- Tesis maliyetinin ekonomik açıdan uygulanabilir olması,
- Üretilen elektrik ve ısının maksimum olarak kullanılabilmesi,
- Kojenerasyon tesisinde bir sorun yaşandığında yedekleme imkanının bulunması.
2.5.Ekonomik Değerlendirme
Bu bölümde ise başlıca önemli konular, tesisin maliyeti yani kilovat başına yatırım miktarı, mevcut durumdaki giderler (hesaplamada gelir olarak kabul edilecek değerlerdir), kojenerasyon tesisinde kullanılacak yakıt gideri ve işletme masrafları, net kazanç ve geri ödeme süresidir.
Sözkonusu örnekte:
|
|
|
Yatırım Maliyeti
| 1.750.000
| €
|
Mevcut Giderler (Gelirler)
| 1.345.000
| €/yıl
|
Kojenerasyon Tesisinin Yakıt ve Diğer İşletme Giderleri
| 680.000
| €/yıl
|
Net Kazanç
| 665.000
| €/yıl
|
Geri Ödeme Süresi
| 2,6
| yıl
|
|
|
|
|
|
|
olarak hesaplanmış veya kabul edilmiştir. Bu değerler Türkiye koşullarında zamana göre değişebilmektedir. Bu hesaplamalar sonucunda geri ödeme süresi yaklaşık 2,6 yıl olarak bulunmuştur.
2.6.Sonuç
Bu bölümde ise ekonomik değerlendirme sonucunda projenin fizıbl olup olmadığı ve diğer avantaj ve dezavantaj*lar özetlenmektedir.
Örneğin geri ödeme süresinin yaklaşık olarak 2,6 yıl olması, enerji arzının kaliteli ve sürekli olması, çevreye olan etkinin en az düzeye indirilmesi nedenleri ile şirketin böyle bir yatırımı bir an önce gerçekleştirmesi önerilir.
3. TEKNOLOJİ SEÇİMİ
Kojenerasyon sistemleri atık ısıları ile sıcak su,kızgın su ve/veya buhar üretimi yaparlar. Isı üretim şekli de motorlu ve türbinli kojenerasyon sistemlerinde birbirinden ayrıdır. Bu sistemleri inceleyecek olursak:
Motorlarda genelde:
- Eksoz atık ısısı ile buhar ve/veya kızgın su
- Ceket suyu ile sıcak su (70-85 ºC)
- Yağ soğutma ile sıcak su (70-85 ºC)
- Turbocharger soğutma suyu ile sıcak su (30-35 ºC)
- Bu kapsamda diğer kombinasyonlar
üretilebilmektedir.
Türbinlerde ise genelde:
- Eksoz atık ısısı ile buhar, kızgın su ve/veya sıcak su
üretilebilmektedir.
Yukarıdaki seçenekleri göz önüne aldığımız zaman motor ve türbin arasındaki seçimi yapabilmemiz için öncelikle elektrik/ısı ihtiyacı oranını çıkarmamız gerekmektedir. Onu da şu şekilde açıklayabiliriz:
Isı ihtiyacı = Buhar, kızgın-sıcak su ihtiyaçlarının toplamının kW cinsinden hesap edilmesi
Elektrik ihtiyacı = Elektrik ihtiyacının kW cinsinden hesap edilmesi
Elektrik / Isı oranı = Elektrik ihtiyacı / Isı ihtiyacı
Genelde Elektrik / Isı oranının 1‘i geçtiği durumlarda motorlu kojenerasyon sistemi, 0,8’in altında olduğu durumlarda da türbinli kojenerasyon sistemi kullanılması uygun olmaktadır. Elektrik/Isı oranı 0,8 ile 1,0 arasındaki sistemler için kurulacak kojenerasyon sisteminin kapasitesi, elektrik ve atık ısı değerlendirme ( verim ) yüzdeleri, diğer unsurlar dikkate alınarak doğru seçim yapılmaktadır.
Trijenerasyon sistemleri içinde aynı değerlendirmeleri yapmak mümkün olabilir. Örneğin soğutma suyunun debisi, istenilen ısı değerleri, absorpsiyonlu soğutucuların tipleri ve verimleri de bu hesaplamaları ve seçimleri daha da kompleks duruma sokabilmektedir.
