Bileşik Isı ve Güç Üretimi, Otoprodüktör Uygulaması

Dünya genelinde artan nüfus ve buna bağlı olarak artan enerji talebi nedeniyle fosil yakıtların rezervleri hızla tükenmektedir. Fosil yakıt rezervlerinin yoğun kullanımının bir sonucu olarak atmosferde yaşanan kirlilik son yüzyılın en önemli problemlerinden biri olmuştur. Bu durum tüm ülkeleri daha çevreci ve daha enerji etkin teknolojilerin teşviki yönünde politikalar izlemeye zorlamaktadır. Enerji ile ilgili politikalar üretirken ve enerji problemine çözüm aranırken enerji, ekonomi ve ekoloji (çevrebilim) gibi üç önemli bileşen bir arada düşünülmelidir. Günümüz toplumları bir yandan sürekli artan nüfuslarının refahını yükseltmek için üretim yapmak, diğer yandan da temiz bir çevresel ortamda yaşamlarını sürdürmek istemektedirler. Bunun sağlanabilmesi için, öncelikle enerjinin elde edilmesi daha sonra da, rasyonel ve verimli olarak kullanılması gerekmektedir. Enerji probleminin çözümünde izlenebilecek başka bir yol da daha az maliyet ve daha az birincil kaynak kullanımıyla daha çok enerji üretiminin yolunun bulunmasıdır. Diğer bir ifadeyle aynı miktar kaynakla şu ankinden daha çok iş yapabilmektir. Bu nedenle günümüzde tek bir enerji kaynağından enerjinin iki farklı formu olan ısı ve elektriğin üretildiği bileşik ısı-güç veya kojenerasyon sistemleri, enerji politikalarında oldukça önemli bir yere gelmiştir. Anılan sistemler özellikle petrol rafinerileri, petrokimya kompleksleri, kimya tesisleri, tekstil boyama tesisleri, kâğıt ve selüloz işleme tesisleri, ağaç işleme tesisleri, gıda üretim tesisleri, gübre tesisleri, tuğla ve seramik tesislerinde kullanılabilmektedir. Bileşik ısı-güç veya kojenerasyon sistemleri sadece sanayi sektöründe değil aynı zamanda kentsel yerleşim yerlerinde ısıtma ve soğutma amaçlı olarak da kullanılabilmektedir. Bu tür bir kullanımda tesis kapasiteleri gereksinim duyulan ısı ve elektrik enerjisi miktarına göre belirlenir.

Genç ve gelişen nüfusu, artan enerji talebi, hızlı şehirleşmesi ve ekonomik gelişimi ile Türkiye, Dünya’nın en hızlı büyüyen güç pazarlarından biridir. Ülkemizin elektrik enerjisi talebi yıllık %7,7’lik bir artış göstermektedir. Toplam elektrik enerjisi talebinin ise 2020 yılında 556 milyar kWh olması beklenmektedir. Öte yandan ülkemizin enerji kaynaklarının kısıtlı olması nedeniyle enerji üretiminde büyük miktarda dışa bağımlılık söz konusudur. Bu nedenle elektrik enerjisi üretiminde enerji kaynağını en verimli şekilde kullanan teknolojilerden yararlanmak bir zorunluluk haline gelmektedir. Hem gün geçtikçe artan enerji talebin karşılanması yönünden hem de enerji kaynağının verimli kullanılması açısından bileşik ısı ve güç sistemleri (kojenerasyon) önemli bir rol üstlenmektedir. Bileşik ısı ve güç (kojenerasyon) sistemleri, kömür, petrol, doğal gaz, bio kütle gibi birincil enerji kaynağından ısı ve güç elde edilen etkili bir enerji kullanım metodudur. Bir başka deyişle kojenerasyon, birincil enerji tüketimini düşüren ve enerjiyi verimli kullanan bir teknolojidir. Kojenerasyon teknolojisinin en büyük yararı ise kullanıcısına kesintisiz enerji tüketimi olanağı sağlamasıdır. Bileşik ısı güç sistemleri(kojenerasyon sistemi); yüksek termal verim, enerji maliyetlerinde düşüş, enerji üretiminde istikrar ve enerji temini konularında tüketiciye güven sağlanmaktadır. Bileşik ısı güç sisteminin temel özelliği birincil yakıttan elektrik ve ısının bütünleşik (entegre) biçimde elde edilmesidir. Isı ve elektriğin tek bir sistemden üretilmesi çevreye de önemli ölçüde katkı sağlamaktadır. Kojenerasyon sistemlerinde yakıt tüketiminin konvansiyonel sisteme göre daha az olması nedeniyle emisyonları da daha az olmaktadır. Eğer elektrik enerjisi ve ısı ayrı ayrı sistemlerden sağlansaydı hem çevreye daha çok zarar verilecekti hem de ithalata dayalı enerji kaynaklarının tüketimi açısından ülkemiz daha fazla ithalat yapmak zorunda kalacaktı. Isı enerjisinden yararlanarak elektrik enerjisi üreten konvansiyonel sistemlerde, kömür, doğal gaz, petrol yakılarak veya nükleer yakıt kullanılarak elde edilen enerji, suyu buhar fazına dönüştürmek için kullanılır. Kazanda elde edilen yüksek sıcaklık ve basınçtaki buhar, bir buhar türbinine gönderilir. Buhar, türbinleri döndürür. Türbine bağlı olan jeneratörler vasıtasıyla da elektrik enerjisi elde edilir. Bu tip sistemlerde yakıtın yanması veya nükleer reaksiyon sonucu açığa çıkan enerjinin ancak %35-45’lik bölümünü elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Enerjinin geri kalan kısmı kazan bacasından atmosfere atılırken, diğer bir kısmı ise türbinde genişleyen buharın yoğuşturulması sırasında soğutma suyu yardımıyla atılır. Söz konusu bu atık ısılardan faydalanmak hem mühendisliğin hem de enerji ekonomisinin bir gereğidir. Bileşik ısı ve güç üretim tesislerinde aynı konvansiyonel santrallerdeki süreç izlenerek elektrik enerjisi elde edilir. Fakat bu tesislerde geleneksel sistemlerde değerlendirilemeyen ve çevreye atılan buharın ısı enerjisinden faydalanır. Bileşik ısı ve güç üretim tesislerinde ısı enerjisi oldukça fazla olan bu artık buhar değerlendirilerek sanayide proses buharı olarak, merkezi ısıtma sistemlerinde ise ısıtma amacıyla kullanılır. Böylece sistemin toplam verimliliği % 60-85 seviyesine yükselir. İleri teknoloji kullanılan kombine çevrim bileşik üretim santrallerinde ise % 85’e kadar verim elde edilebilmektedir. İhtiyaç duyulan elektrik ve ısının tek enerji kaynağından üretilmesine bileşik ısı-güç üretimi, elektrik ve ısının aynı anda birlikte üretilmesine kojenerasyon adı verilir. Tek bir ısı kaynağından elektrik, proses ısısı ve soğutmanın elde edildiği sistemler de trijenerasyon olarak adlandırılır. Kojenerasyon tesislerinin kapasiteleri gereksinim duyulan ısı ve elektrik enerjisi miktarına bağlı olarak değişir. Kojenerasyon sistemleri genel olarak petrol rafinerileri, petrokimya kompleksleri, kimya tesisleri, tekstil, kağıt ve selüloz işleme tesisleri, ağaç işleme tesisleri, gıda üretim tesisleri, gübre tesisleri, tuğla ve seramik tesislerinde kullanılmaktadır.

Birleşik ısı ve güç uygulamasının endüstriyel katkıları genel hatlarıyla şu şekilde özetlenebilir:
• Çok daha yüksek çevrim verimi elde edilmesi nedeniyle tesisteki enerji maliyeti düşer.
• Enerji maliyetindeki düşüş işletmenin rekabet gücünü artırır.
• Elektrik üretilirken açığa çıkan ısının yüksek verimle üretimde direkt olarak kullanımına olanak sağlar.
• Bu tesislerde geleneksel enerji santrallerine göre daha az yakıt tüketildiğinden daha az emisyon ve atık oluşur. Dolaysı ile çevre dostudur.
• Enerji tüketildiği yerde ikincil olarak tekrar üretildiğinden enerji arz güvenilirliği sağlanır.
• İstenmeyen frekans ve gerilim dalgalanmaları önlenir, kesintisiz ve kaliteli elektrik arzı sağlanır.
• Bakım kolaylığı sağlar.
• Sürekli ve her tür şartta yüksek miktarlarda enerji üretebilme olanağı sağlar (Yüksek emre amadelik).

Birleşik ısı ve güç uygulamasının ulusal katkıları ise genel hatları ile aşağıdaki gibi sıralanabilir.
• Enerji hammaddesi yönünden ülkemiz dışa bağımlı da olsa tesisin kendi elektriğini kendisinin üretmesi milli ekonomiye büyük katkı sağlar.
• Ulusal enerji maliyetinde büyük miktarda azalma sağlar.
• Elektrik enerjisi üretim tesislerinin çeşitliliğini artırır.
• Birincil enerji kaynak kullanımında da bir azalma eğilimi gözlenir.
• Enerji üretildiği yerde tüketildiği için iletim ve dağıtım kayıplarının önüne geçilir.
• Tüketim bölgelerinin yanında kurulduğu için pahalı olan iletim ve dağıtım tesisleri ile ilgili ek yatırım gerektirmez.
• Ulusal enerji arzındaki veya enerji kaynaklarındaki bir sıkıntı durumunda kısa sürede montajı gerçekleştirilerek devreye alınabilir.
• Sanayi üretiminde kullanılan elektrik enerjisinin az sayıdaki merkezi elektrik santrallerden sağlanması yerine, ülke geneline dağılmış endüstriyel tüketim bölgelerinde üretilmesi ulusal enerji arz güvenliğe katkı sağlar.

Günlük yaşamın hemen hemen her alanında kullanılan enerji, üretim maliyetleri içerisinde önemli bir ağırlığa sahiptir. Bu nedenle talebi gün geçtikçe artan, ekonomik ve sosyal kalkınmanın en önemli girdilerinden birisi de olan enerji, sürdürülebilir kalkınmanın sağlanmasında da büyük önem arz etmektedir. Enerji politikalarında sürdürebilirlik üç unsur üzerine inşa edilmektedir. Bunlar sırasıyla; enerji üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılması, enerji verimliliğinin sağlanması ve CO2 salınımlarının azaltılmasıdır. Emisyonların azaltılması amacıyla, tek bir enerji kaynağından hem ısı hem de elektriğin üretilebildiği bileşik ısı güç sistemleri ülkemizde yaygınlaşmıştır. Konvansiyonel sistemlerde 1 birim elektrik enerjisi üretebilmek için 3 birim yakıt enerjisine ihtiyaç vardır. Hâlbuki bileşik ısı güç sistemlerinde 1 birim elektrik üretmek için 1,5 birim yakıt enerjisine ihtiyaç vardır. Dolayısı ile bileşik ısı ve güç sistemlerini kullanıldığı taktirde atmosfere %50 daha az emisyon deşarj edileceği açıktır. Atmosfere verilen kirleticilerin çevre üzerindeki olası etkisi enerji kaynağı olarak kullanılan yakıtın türüne bağlıdır. Doğal gaz yanması sonucu atmosfere atılan emisyonlarla fuel oil veya kömür yanması sonucunda atmosfere atılan emisyonlar açısından farklılık gözlenmesi doğaldır. Eğer enerji kaynağı olarak kömür kullanılırsa yanma sonrasında; kül, kükürt oksit, karbon dioksit vb emisyonlar atmosfere atılır. Bu nedenle, tek bir enerji kaynağından iki farklı (elektrik ve ısı) formda enerjinin elde edildiği bileşik ısı güç sistemleri konvansiyonel sistemlere göre daha çevrecidir.

Yakıtın yanması sonrası açığa çıkan kimyasal bağ enerjisini şaft enerjisine dönüştürmede kullanılan en önemli elemanlardır. Bileşik ısı güç veya kojenerasyon sistemleri ana tahrik bileşenlerine göre; gaz türbinli, içten yanmalı, buhar türbinli ve birleşik çevrimli olarak çeşitli biçimlerde gruplandırılabilir. Bunlara ek olarak son on yılda yaşanan teknolojik gelişmeler neticesinde mikro gaz türbinleri ve yakıt hücreleri de pazarda yaygınlaşmaya başlamıştır.

Bir bileşik ısı güç sisteminde alternatif akım üretmek için kullanılan jeneratörler çok geniş bir yelpazede farklı boyutlarda, farklı hızlar ve kontrol ekipmanları ile tesisin ihtiyaçlarına göre seçilir Jeneratör seçimi yaparken, farklı yükler altındaki verimi, elektrik talebi, motor yol verme akımı ile ilgili talep ve ekipman maliyeti göz önüne alınır.

Atık ısı geri kazanım sistemleri sıvıdan ve gazdan geri kazanım sistemleri olarak iki ana başlık altında incelenebilir. Ana tahrik bileşeniniz gaz türbinli bir sistemse o zaman baca gazından geri kazanım sistemi kurulması gerekmektedir. Genellikle doğal gazın yakıt olarak kullanıldığı gaz türbinli sistemlerde yanma sonrası atmosfere atılacak olan yüksek sıcaklıklı baca gazları çiğlenme noktasının üzerinde bir değere kadar soğutularak enerji geri kazanımı gerçekleştirilir. Ana tahrik bileşeni buhar türbini olan sistemlerde ise, türbinden çıkan kullanılmış buharın bir ısı değiştiricisinden geçirilmesiyle tesisin ihtiyacına göre sıcak su veya buharın elde edilmesi mümkündür.

Otomatik kontrol sistemleri şebekeye bağlantı durumuna göre belirlenir. Örneğin bileşik ısı güç sisteminin şebekeye bağlı olduğu veya bağlı olmadığı durumda kullanılacak kontrol sistemleri birbirinden farklıdır. Bileşik ısı güç sisteminde üretilen elektrik ve ısının emniyetli bir şekilde takip edilebilmesi ve atık ısı geri kazanım sistemine giren ve çıkan akışkanların sıcaklıklarının düzenli kontrolü için otomatik kontrol ekipmanlarının sisteme entegre edilmesi üretimin tüketimle birlikte izlenmesi açısından son derece önemlidir.

Bileşik ısı güç veya kojenerasyon sisteminde kullanılacak yakıt tipi sistem tespitinde önemli bir yere sahiptir. Kojenerasyon tesislerinde genellikle yakıt olarak doğalgaz kullanılır. Bu yakıt türünün ekonomik oluşu, depolanma gereksiniminin olmaması, yanma özelliğinin iyi olması ve çevre dostu olması kullanım alanını genişletmektedir. Doğalgazı izleyen diğer yakıtlar; propan, dizel, 4 no’lu sıvı yakıt, 6 no’lu sıvı yakıt ve nafta olarak sıralanabilir. Dizel yakıtının yanması verimli, emisyon oranı düşük olmasına rağmen fiyatının diğer yakıtlara göre yüksekliği sebebiyle kojenerasyon sistemlerinde ana yakıt olarak kullanılması ekonomik değildir. Bunun yerine gaz kesintilerine karşı ek yakıt olarak ve elektrik kesintilerinde dizel jeneratörü çalıştırması sırasında kullanılması daha uygundur. Bazı bileşik ısı güç sistemlerinde yakıt açısından birden fazla yakıtın kullanıldığı durumlarla karşılaşılabilir. Örneğin iki veya üç yakıtlı sistemler yaygınlaşmaya başlamıştır. Özel durum olarak örnek verilebilecek olan arıtma ve çöplük gazlarını değerlendirmek için sistem seçimi yapılacaksa direkt kullanılacak yakıttan hareketle sistem seçimi yapılır. Bu şartlarda birincil enerji kaynağı olan çöplük veya arıtma gazının maliyeti olmadığından kurulacak olan bileşik ısı güç sistemi çok avantajlı olacaktır.

Bileşik ısı-güç santralinde üretilen elektriğin, faydalanılan ısıya oranı, elektrik ısı oranı, (EIO) diye tanımlanır. EIO, Kojenerasyon sisteminin önemli özelliklerinden biridir. Türbinlerde ise genellikle EIO’ nın tersi (1/EIO) olan ısı oranı temel parametre olarak işlev görür. Gaz türbinli sistemlerde elektrik ısı oranı %40 ila %55 arasında değişir. Gaz motorlu sistemlerde ise bu oran %70 ile %80 arasındadır.

Bileşik ısı güç sistemlerinde ekonomik olup olmadığına karar verebilmek için işletmeye ait net işletme gelirleri ile yatırım giderlerinin çok iyi analiz edilmesi gerekir. Bileşik ısı güç sistemi kurulmadan önce kapasite seçimi yapılmalı, yük süre eğrisi ve ısı-elektrik yük eğrileri çok iyi değerlendirilmelidir.

Yıllık start sayısı fazla olan bir tesiste gaz motorlarının kolaylıkla devreye alınmasından dolayı tercih gaz motorlu sistemler olmalıdır. Ayrıca, gaz türbinli bileşik ısı güç sisteminde verim ortam sıcaklığı ile önemli ölçüde değişmektedir. Gaz motorlu sistemlerde ise ortam sıcaklığından fazla etkilenmez.

Bileşik ısı güç sistemlerinin belirli bir kapasite aralığında çalışma zorunluluğu olduğu için büyük sitelerde, hastane, otel, alışveriş merkezi, ticarethaneler gibi hizmet binalarının gün içinde ve mevsimsel etkilere bağlı olarak elektrik, soğutma ve ısıtma ihtiyaçlarının değişkenlik göstermesi; sistem kapasitesinin belirlenmesinde dikkat edilmesi gereken bir olgudur.
Bileşik ısı güç sistemlerinde kapasite tespiti yapılırken;
i) Elektrik tüketiminin maksimum oranda karşılanması,
ii) Soğutma ve ısıtma ihtiyacının maksimum oranda karşılanması,
ii) Kojenerasyon sisteminin maksimum kapasite ile çalışması,
gibi üç kriterin maksimize edilmesi faydalı olacaktır. Planlanan bileşik ısı güç santralinde talep edilen güç arttıkça seçilecek sistemde eğilim gaz türbinlerine doğru gitmektedir.

Kazanda üretilen ısının depolandığı ve ısı kullanıcılarına taşınan akışkan genelde iş akışkanı veya aracı akışkan olarak adlandırılır. Bu akışkan, ısıtma, kurutma, pişirme, soğutma vb. ısıl süreçlere gönderiliyor ise bunlar ısıttma akışkanı, güç üretimi için ısıl-güç çevrimine (türbin) gönderiliyor ise güç akışkanı veya aracı akışkan olarak isimlendirilir. Başlıca güç akışkanları; su buharı ve yanma sonrası egzoz gazıdır. Buhar çevrimleri (Rankine) ısıl-güç santrallerinde, yanma sonrası egzoz gazı ise gaz çevrim (Brayton) ısıl - güç santrallerinde (gaz türbinleri) kullanılır. Bir bileşik ısı güç sistemi, üst ve alt çevrimlerden oluşur. Üst çevrimde prosese hammaddeler girer mamul olarak çıkarlar. Alt çevrimde ise üst çevrimde iş ve ısıya dönüştürülmeyen atık ısıdan yararlanmak temel amacımızdır.

Buharlı güç santrallerinde amaç; aracı akışkana verilen ısının bir kısmının işe dönüştürmek ve işe dönüştürülemeyen ısıl enerjiyi ise akarsulara, denizlere veya içinde yaşadığımız atmosfere atık ısı olarak vermektir. Çevreye verilen ve atık ısı olarak adlandırılan ısıyı proseste kullanmak bileşik ısı güç sistemlerinde ana amacımızdır.
Buhar türbinli Kojenerasyon sistemleri kullanılan türbin tipine göre ikiye ayrılırlar. Bunlar ekstraksiyon (ara buhar almalı) buhar türbini ve karşı basınçlı buhar türbinidir. Elektrik enerjisinin yanı sıra yüksek basınçta buhar ihtiyaç duyulan proseslerde ekstraksiyon - yoğuşmalı buhar türbinleri tercih edilir. Bu sistemde, buharın bir bölümü türbinin ara kademesinde alınır ve prosese gönderilir. Kalan buhar kondenser basıncına ve sıcaklığına kadar genişletilir. Karşı basınçlı buhar türbini kojenerasyon sistemi yüksek basınçta kızgın buhar üreten bir kazan ile buhar türbininden oluşur. Sistemin elektrik verimi, buhar giriş ve çıkış koşulları arasındaki farka bağlı olduğundan, karşı basınçlı buhar türbinlerinin verimi daha düşüktür. Mühendislikte kullanılan bazı sistemler elektrik veya mekanik işle çalışırken, proseste ihtiyaç duyulan enerji biçimi ise ısı gereksinimi şeklinde olmaktadır. Özellikle tekstil, gıda, kâğıt, kimya, petrol, demir çelik gibi sektörlerde ısıl enerji ihtiyacı önceliklidir. Bu sektörlerde proseste kullanılan ısıya proses ısısı adı verilir. Sektörel bazda değişiklik gösterse de genellikle ihtiyaç duyulan proses ısıları 5 ile 8 atmosfer basınçları arasında ve 130 ile 200 °C sıcaklıkları arasındaki buhar ile karşılanır. Buhar sanayide buhar kazanlarında katı, sıvı veya gaz yakıtların yakılmasıyla elde edilir. Buhar kazanlarında yakıtın kimyasal bağ enerjisinin parçalanması sonucu açığa oldukça büyük enerji çıkar. Özellikle yanma sırasında 1400- 1500 °C kadar ulaşan sıcaklıklar, yanma sırasında açığa çıkan enerjinin miktarı hakkında bir görüş oluşturacaktır. Bu kadar yüksek nitelikteki bir enerjinin 130- 200 °C sıcaklıkta buhar oluşturmak için suya verilmesi enerjinin kullanılabilirliğindeki azalmanın göstergelerinden biridir. Bu işlemi daha düşük nitelikteki bir enerji kaynağı ile gerçekleştirmek daha akıllıca bir yöntem olacaktır. Buna göre kazanda elde edilen buhar, türbinden geçirilmekte ve elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Türbinden çıkan kullanılmış buhar ise bir proses ısıtıcısına gönderilmekte ve orada proseste ihtiyaç duyulan 130-200 °C aralığında buhar elde edilmektedir. Böylelikle yukarıda açıkladığımız üzere yanma sırasında açığa çıkan yüksek nitelikli enerji öncelikli olarak elektrik enerjisi üretmede daha sonra ise atık ısıdan proses buharı elde etmede kullanılarak tek bir enerji kaynağından iki farklı formda enerji üretimine vesile olmaktadır.

En optimum kojenerasyon tesis tipini, bu tesisi kullanacak fabrika, otel, iş-merkezi, toplu konut alanı, üniversite, hastane, hava-alanı, sera vb. işletmenin prosesi belirlemektedir. Bu motor/türbin seçimini ve kullanılacak ünite sayısının belirlenmesinde önemlidir. Isı/elektrik tüketim oranı 2 civarında ise türbin, 1 civarında veya daha düşük ise içten yanmalı pistonlu motorlar tavsiye edilmektedir.

Gaz türbini son yıllarda geniş ölçekli ısı ve elektriğin birlikte üretildiği sistemler için kullanılan en yaygın ana makine olma yolunda önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Gaz türbini bir veya daha fazla yanma odasında yakılan yakıttan (12-13 bar) üretilen basınçlı yanma gazları ile bir motorun ve buna bağlı şaftın dönmesiyle mekanik güç üretir. Bu şekilde tahrik edilen jeneratörden elektrik enerjisi elde edilir. Yanma gazları türbine 900-1300 °C sıcaklıkta girerler ve 450-550 °C sıcaklıkta çıkarlar. Çıkan egzoz gazları sahip olduğu bu yüksek sıcaklık nedeniyle iyi bir enerji kaynağı olarak kullanılabilirler. Çevrimde en yüksek sıcaklık yanma sonunda oluşur. Yanma sonrası oluşan bu sıcaklık değeri türbin kanat malzemesinin dayanım sınırı ile doğrudan orantılıdır. Kanat malzemesinin dayanım sınır sıcaklığı çevrim basınç oranını da kısıtlamaktadır. Çevrimin basınç oranı arttıkça çevrimin net işi artar. Yüksek basınçta buhar ihtiyacı olan tesislerde kojenerasyon sistemleri genellikle gaz türbinli sistem olarak tasarlanmaktadır. Gaz türbinli kojenerasyon sistemleri direkt yanmalı gaz türbini ve endirekt yanmalı gaz türbini olarak sınışandırılırlar. Bu iki sistem arasındaki fark, direkt yanmalı gaz türbininde yanma ürünleri sistem içinde dolaşan akışkana karışırlar.
En direkt yanmalı gaz türbinli kojenerasyon sistemlerinde, yanma odasından çıkan egzoz gazlarının enerjisinden bir ısı değiştirici vasıtasıyla yararlanmak mümkündür.
Direk yanmalı gaz türbininde şaft gücüne dönüşmeyen enerjinin bir kısmı sistemde dolaşan akışkanın yanma odasına girmeden önce sıcaklığını arttırmak için kullanılır. Enerjinin bir kısmı ise egzoz gazlarına geçer. Egzoz gazları oldukça temizdir ve doğrudan proses uygulamalarında (kurutma vs.) kullanılabileceği gibi atık ısı kazanına gönderilerek buhar veya kızgın su üretiminde kullanılır. Gaz türbinlerinde havanın iki önemli görevi vardır. İlk olarak hava yakıtın yanması için gerekli oksijeni sağlar sonrasında ise sıcaklık değerlerini belirli sınırlar içinde tutabilmek için soğutucu görevi görür. Bunun için gaz türbinlerinde yanma odasına ihtiyaçtan fazla hava gönderilir. Bu nedenle gaz türbinli çevrimlerde kütlesel hava-yakıt oranı çoğu kez 50 ve üzerindedir. Çevrimin termodinamik çözümlemesi yapılırken, çevrimde dolaşan akışkanı hava olarak kabul etmek çok büyük sapmalara neden olmaz. Gaz türbinli çevrimlerde türbindeki kütlesel debi kompresördeki kütlesel debiden daha büyüktür. Bunun nedeni yanma odasına verilen yakıttır. Gaz türbinli çevrimler günümüzde elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bunun nedeni ise gaz türbinli sistemlerin kurulumunun kısa sürede gerçekleştirilmesidir. Gaz türbinleri 500 kWe’ den 200 MWe’ a kadar geniş bir güç aralığında üretilmektedir. Ancak 1 MWe’ den küçük türbinler, düşük verimle çalıştıkları için birim kWe başına yüksek yatırım maliyeti gerektirirler.

Mühendislikteki yüksek verim elde etmek için devam eden çalışmalar, mevcut güç santrallerinde yeni düzenlemeleri de beraberinde getirmiştir. Bu konuda en yaygın yöntem ise, gaz akışkanlı güç çevrimini, buharlı güç çevriminin üst çevrimi olarak kullanmaktır. Gaz türbini çevrimleri buhar türbini çevrimlerine göre çok yüksek sıcaklıkta çalışmaktadır. Buharlı güç santrallerinde türbin giriş sıcaklığı 600 °C civarındayken gaz türbinli sistemlerde türbin giriş sıcaklıkları 1300 °C civarındadır. Gaz türbinli bir çevrimde baca gazı sıcaklığı ise 450-500 °C civarındadır. Bu sıcaklıktaki baca gazı alt çevrimin ısı kaynağı olarak kullanılır ve buhar üretilir. Üretilen buhar türbinde genişletilerek ısı enerjisinden iş eldesi gerçekleştirilir. Çevrimde egzoz gazlarının enerjisi ısı değiştiricisinde buhar üretiminde kullanılır. Gaz türbini teknolojisinde yaşanan gelişmeler bileşik çevrimleri cazip hale getirmiştir. Ülkemizde Ambarlı’da kurulan 1350 MW güç üreten bileşik çevrim %50 verimle çalışmaktadır.

Doğal gaz, propan, çöplük ve arıtma tesislerinden elde edilen gazlar ile çalışan gaz motorları, yakıt olarak kullandıkları gaz hava karışımını, Otto çevrim prensibine göre, buji ateşlemesi ile tutuştururlar. Yanma sonucu genleşme ve beraberinde hareket enerjisi oluşur. Daha düşük sıcaklıkta ve kütlede atık ısı sağladığından ve çeşitli oranlarda güç üretebildiklerinden dolayı, özellikle elektrik ihtiyacı ısı ihtiyacından fazla olan endüstriyel uygulamalarda, tatil köyü, büyük oteller gibi sıcak su ve soğutma gereksinimi olan uygulamalarda optimum çözümler olarak karşımıza çıkmaktadır.

Türk elektrik sektörünü yeniden yapılandırmak için, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı (ETKB) tarafından sektördeki parametreleri belirlemek için kapsamlı ve detaylı çalışmalar yapılmaktadır. Bunlardan en önemlisi ise, artan enerji talebinin karşılanması için farklı yatırım modellerinin yürürlüğe koyarak enerji problemine çözüm arayışları olmaktadır. Ülkemizde yürürlükte olan beş yatırım modeli mevcuttur. Bunlar,
• Yap İşlet Devret (YİD),
• Yap İşlet (Yİ),
• Otoprodüktörlük,
• Üretimin Transferi (TOR),
• TEAS tarafından konvansiyonel ödeme sistemidir.
Bu beş yatırım modeli arasında kojenerasyon teknolojisi yatırımcılıları için en uygun olanı ise otoprodüktörlüktür. Kanunlarımıza göre, endüstriyel amaç doğrultusunda işletmelerin kendi enerji ihtiyaçlarını karşılamak üzere kendi tesislerinde yapılan elektrik üretimine otoprodüktörlük denir. Bu tesisler kuruluş amaçlarına göre aşağıdaki iki sınıftan birine uygun olmalıdır.
1. Ulusal elektrik sistemine bağlı olmayan tesisler: Bu tesisler elektrik enerjisi ihtiyaçlarının tümünü kendileri üretirler.
2. Ulusal elektrik sistemine bağlı tesisler: Bunlar kimya, petrol, metalurji vb. gibi büyük sanayi tesisleri olup elektrik enerjisi ihtiyaçlarının bir bölümünü bağlı oldukları sistemden karşılarlar, bir bölümünü de aşağıda özellikleri açıklanan kendi elektrik üretim tesislerinde güvenilir biçimde ve ekonomik olarak üretirler. Bunlar,
• Sanayi tesisinin yan ürünleri artık ısısından yararlanan kombine çevrimli bir tesis,
• Gerekli buhar ihtiyacı ara buharı, egsoz buharı ya da bunların karışımı biçiminde genel ısı çevrimi bilançosu verimi yükseltilerek karşılanan buhar çevrimli bir tesis,
• Atık ısının kullanıldığı bir enerji üretim tesisi, olabilir.

Elektrik tüketicisinin çoğu aynı zamanda ısı tüketicisidir. Bu iki enerji türünün aynı enerji kaynağından ve aynı ekipman kullanılarak üretilmiş olması, en yüksek çevrim verimini de beraberinde getirmektedir. Önemli oranda enerji tasarrufu sağlayan bu sistemler otoprodüktörler için yaygın olarak tercih edilmektedir. Otoprodüktörler, elektrik enerjisini rekabete açık olarak pazarlanabilir bir mal haline getirmişlerdir.
Otoprodüktörler; elektrik enerjisi piyasasında verimliliği arttırmak ve maliyetleri azaltmak için rekabetin sağlanması, enerji sektörünün mali açıdan sürdürebilirliliğinin temin edilmesi için maliyeti yansıtan fiyatların oluşturulması, mal ve hizmet kalitesinin arttırılması, yerli ve yabancı özel sektörün piyasalara girişinin sağlanması ve yatırım kararlarının serbest piyasada alınarak arz güvenliğinin sağlanması amaçlarını yerine getirmektedirler.
Kojenerasyon teknolojisi ile elektrik ve ısı üreten otoprodüktör santraller için kullanılacak yakıtın fiyatı çok önemlidir. Bileşik ısı güç santraline ait fizibilite çalışması yapılırken, yakıt maliyetinde olabilecek değişimler ile ulusal ve genel dengeler ile eğilimler ışığında bir hassasiyet analizi yapılmalıdır. Ülkemizde kojenerasyon tesislerinde doğal gaz, LPG, nafta, dizel, kömür ve fuel oil gibi fosil kökenli yakıtlar kullanılmaktadır. Ülkemizin kurulu kapasitesine eklenen santrallerin büyük çoğunluğunda yakıt olarak ise doğal gaz kullanılmaktadır. Doğal gaz kullanılmasını, artan çevre bilinci, jeopolitik konum, uluslar arası doğal gaz anlaşmaları, ekonomik göstergeler, depolama ve yanma sonrasında kül vb. atıkların olmaması gibi nedenler yaygınlaştırmaktadır. Doğal gaz kullanılmasının dezavantajı ise dışa bağımlılığımızın artması olarak ifade edebiliriz. Ülkemizde üretebildiğimiz doğal gaz, ülke ihtiyacının ancak %3’ünü karşılayabilmektedir. Yakıt olarak LPG’nin ve dizelin, elektrik üretiminde ana yakıt olma vasfı oldukça uzaktır.

Elektrik enerjisi piyasasında devrim niteliği taşıyan ilk yasal düzenleme 19 Mayıs 1984 tarih ve 18610 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan 3096 sayılı kanundur. Bu kanun ile Türk Elektrik Kurumu (TEK) haricindeki ulusal ve yabancı firmaların elektrik üretimi, elektrik iletimi, elektrik dağıtımı, elektrik ticareti ve anlaşma yapabilmelerine izin verilmiştir. 4 Eylül 1985 tarih ve 18858 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan 85/9799 sayılı Yönetmelik ile kendi ihtiyaç ve gereksinimlerini karşılamak amacıyla elektrik üretim sistemi kurmak ve elektrik üretmek isteyenlerin fizibilite raporlarını hazırlamak için kişisel ve kurumsal otoprodüktörler için izin ve yetkiler düzenlenmiştir. 17 Mayıs 1996 tarih ve 22614 sayılı Resmi Gazete’de yayımlanan 96/8007 sayılı düzenleme ile üretilen elektriğin satışına dair konularla ilgili yasal düzenlemeler yapılmıştır. 2 Eylül 1997 tarih ve 23068 sayılı Resmi Gazete de yayımlanan 97/9670 sayılı düzenleme ile 5000 konutun üzerindeki projeler, hastaneler vb tesislerde otoprodüktörlerle ilgili düzenlemelere yer verilmiştir. ETKB, 4628 sayılı Elektrik Piyasası Yasası çıkıncaya kadar otoprodüktörlüğü teşvik etmiş, yaygınlaşması için çeşitli çalışmalarda bulunmuştur. Fakat 4628 sayılı yasa yürürlülüğe girdiği tarihten itibaren, her yıl ortalama %20 büyüme gösteren otoprodüktör elektrik üretimi bugün önemli bir noktaya gelmiştir.
4 Eylül 2002 tarihinde üretim lisans işlemleri; 24 ay sonra ise 3 Mart 2003 tarihinde serbest tüketici işlemleri başlatılmıştır. Daha sonrasında ise toptan ve perakende satış lisans işlemleri ile TEDAŞ ve görevli şirketlere münhasır olmak üzere Dağıtım ve TEİAŞ’ a münhasır olmak üzere iletim lisansları ile lisans çalışmaları devam etmiştir. Lisans Yönetmeliği’nde faaliyet konularına göre kurumdan alınabilecek lisanslar sırasıyla; Üretim Lisansı, Otoprodüktör Lisansı, Otoprodüktör grubu lisansı, İletim lisansı, Dağıtım lisansı, Toptan satış lisansı, Perakende satış lisansı şeklinde sıralanabilir. 2010 yılında elektrik enerjisi piyasasına ilişkin birincil ve ikincil mevzuatta uygulamaları önemli ölçüde etkileyen bazı değişiklikler ve yeni düzenlemeler yapılmıştır. Bu çerçevede; Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun, Elektrik Piyasası Müşteri Hizmetleri Yönetmeliği, Elektrik Piyasası Dengeleme ve Uzlaştırma Yönetmeliği, Elektrik Piyasası Yan Hizmetler Yönetmeliği, Elektrik Piyasası Tarifeler Yönetmeliği ve bununla ilgili tebliğler ile Elektrik Piyasasında İletim ve Dağıtım Sistemlerine Bağlantı ve Sistem Kullanımı Hakkında Tebliğ’de değişiklikler yapılmış ve Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik adıyla yeni bir yönetmelik çıkarılmıştır.