SANAYİDE ENERJİ EKONOMİSİ - Deneme Sınavı - 4

Sorbsiyonlu ısı pompalarında mekanik kompresör kullanılmaz ve fiziksel-kimyasal işlemle çalışır.

Absorbsiyonlu ısı pompalarının avantajları primer enerjinin iyi kullanılması ve sistemde solvent pompasından başka hareketli parçanın bulunmamasıdır.

Aktif karbon, silica jel veya zeolite gibi katı maddeler adsorbsiyonlu ısı pompasında kullanılmaktadır.

COPI=Q/Wnet,giren à 16/8=2 olarak bulunur.

Wnet,giren=Qh-Ql à Ql=Qh-Wnet,giren à Ql=16-8=8 kW. Bu sonuca göre odayı 16 kW değerinde ısıtırken bunun 8 kW’ ını çevre enerjisinden yaralanarak gerçekleştirilmiştir.

COP=Ql/Wnet,giren àQl=COP*Wnet,giren àQl=8*3=24

Birleşik ısı ve güç sistemleri, 1970’li yılların sonlarına doğru önemli olmaya ve ilgi çekmeye başlamıştır. Bunun nedeni üç faktöre dayanmaktadır: o yıllarda yaşanan petrol krizinin enerji fiyatlarına ve kullanımına etki etmesi, küçük çaptaki birleşik ısı ve güç sistemlerinde üretilen birim enerji fiyatının düşük olması, birleşik ısı ve güç sistemlerinin sıradan elektrik üreten tesislerle rekabete girmesi. 1980’li yılların ortalarında enerji fiyatlarının düşmeye başlamasıyla bazı ülkelerin kojenerasyona olan ilgileri azalmıştır.

Kojenerasyon, yüksek verimlilik sağlayarak yerel veya ithal enerji kaynaklarının kullanımında tasarruf sağlar. Kojenerasyon tesisinin inşaat süresi konvansiyonel termik santrallere göre daha kısadır. Modüler yapısı daha basit olan kombine çevrim santralinin işletilmesi daha kolaydır. Gaz türbinli bir kojenerasyon santrali, 15-20 dakikada tam kapasiteye ulaşarak konvansiyonel santrale göre daha çabuk devreye girer. Birleşik ısı ve güç tesislerinde, elektrik iç ihtiyaç oranı düşüktür.

Verilen şıklardan "Atık su iyileştirme tesislerinde, biyogaz veya doğal gaz karışımı yakılarakelektrik ve sıcak su üretimi sağlamak", "Çok amaçlı tesislerde spor merkezleri ve yüzme havuzunu ısıtmak I.", "Yemek hazırlama sürecinde, dahili tüketim için elektrik üretmek, gıdaları sterilize etmek ve pişirmek." ve "Otellerde odalara, çamaşırhaneye, mutfağa sıcak su sağlamak, havuzu ısıtmak ve elektrik ihtiyacının bir kısmını üretmek." şıklarında elektrik ve ısı üretimi esas alınmaktadır. D şıkkında ise soğuk hava üretiminden bahsedilmiştir. Kojenerasyon sistemleri sadece ısı ve elektrik üretimi için kullanılır. Soğutma amacı ile kullanılması için ek donanım (ısı pompası) veya üretilen elektriğin kullanan soğutucu sistem gereklidir.

Kojenerasyon, günümüzde birincil enerji kaynaklarının en verimli kullanıldığı yöntemlerden birisidir. Birleşik ısı ve güç sistemleri, enerjinin hem ısı hem elektrik formunda beraber üretildiği ve verimi %85 civarında olan tesislerdir. Verimin bu kadar yüksek olmasının temel nedeni dışarı atılan atık ısı enerjisinin büyük bir bölümünün sıcak su, buhar ve absorpsiyonlu soğutma gibi kullanılabilir enerji formlarına dönüştürülebilmesidir.

Atmosferden alınan hava, bir filtre sisteminden geçirildikten sonra gaz türbininin kompresör kısmına girer ve burada sıkıştırılarak yanma odasına iletilir. Yanma odasına püskürtülerek verilen yakıt, sıkıştırılmış hava ile karışarak yanar. Yanma sonucu oluşan 1.000-1.100 °C sıcaklığın üzerindeki yüksek basınçlı gaz, türbin kanatçıklarından geçerek türbini döndürür ve türbine bağlı jeneratörden elektrik enerjisi üretilir. Gaz türbininden çıkan 500-600 °C sıcaklığındaki atık gaz bir egzoz kanalıyla atık ısı kazanına iletilir. Egzoz gazı, atık ısı kazanında yer alan içi su dolu olan boru demetlerinden geçerek suyu ısıtır ve belli ısı değerlerinde buhar ve sıcak su elde edilir. Elde edilen buhar ve/veya sıcak su, işletmelerde proses amaçlı veya bir binanın ısıtılması amacı ile kullanılır.

Birleşik ısı ve güç sistemleri temel olarak dört ana elemandan oluşur: temel güç ünitesi, atık ısı kazanı, elektrik jeneratörü ve kontrol sistemi. ‹şletmenin ihtiyaçlarına bağlı olarak temel güç ünitesi, pistonlu motor, gaz türbini veya buhar türbini olabilir.

Pistonlu motorun basit çevrimde elektrik verimi, yüksek hızlı pistonlu motorda yaklaşık olarak %38, dizel motorda %45’dir. Bu yüzden, pistonlu motorda egzoz gazı, gaz türbin motoruna göre daha az enerjiye sahiptir. Pistonlu motorda egzoz sıcaklığı, 330 °C ile 420 °C arasında değişirken, gaz türbinli motorda 500 °C’nin üzerindedir. Diğer önemli faktör, gaz türbinli motorun egzoz gazı yaklaşık olarak %15 oksijen içerirken, bu oran pistonlu motorda %10 ile %12 arasındadır.

Trijenerasyonda kullanılan absorbsiyonlu soğutucuları, ısı kaynağına bağlı olarak dörde ayırabiliriz: sıcak su, düşük basınçlı buhar, orta basınçta buhar, gaz türbininden gelen egzoz gazının doğrudan yakılmasıyla elde edilen atık ısı. Absorbsiyonlu soğutma tesisinin avantajları şunlardır:

-Çevre dostu bir teknolojidir (Ozona zararsız soğutucu akışkan olarak H2O kullanılır).

-İşletme maliyeti, kompresörlü sistemlere göre düşüktür.

-Hareket eden parça sayısının az olması nedeniyle (solüsyon ve soğutucu akışkan pompası) servis/ bakım maliyeti düşüktür.

-Sistem, sessiz ve titreşimsiz çalışır.

-Sistemin kullanım ömrü uzundur.

Dezavantajı şudur:

-Su tüketimi yüksektir.

Birleşik ısı ve güç sistemleri, 1970’li yılların sonlarına doğru önemli olmaya ve ilgi çekmeye başlamıştır. Bunun nedeni üç faktöre dayanmaktadır: o yıllarda yaşanan petrol krizinin enerji fiyatlarına ve kullanımına etki etmesi, küçük çaptaki birleşik ısı ve güç sistemlerinde üretilen birim enerji fiyatının düşük olması, birleşik ısı ve güç sistemlerinin sıradan elektrik üreten tesislerle rekabete girmesi. Petrol krizi nedeniyle enerji fiyatları düşük değil, aksine yüksekti.

Konvansiyonel elektrik üretim tesisleri elektriğin yoğun olarak kullanıldığı yerleşimlerden oldukça uzak yerlerde kuruludur. Bu yerlerden elektrik şebekesi aracılığı ile dağıtımı ve transferi yapılan elektrikte %5-10 arasında bir kayıp söz konusudur. Kojenerasyon tesisleriyle enerji üretiminin tüketim yerinde gerçekleştirilmesi sonucunda, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım kayıplarının önüne geçilir. Sanayi tarafından tüketilen elektrik enerjisinin az sayıda merkezi santral yerine, ülkenin çeşitli noktalarında özellikle endüstriyel sanayinin yoğun talep ettiği noktalarda üretilmesi ile enerji üretiminin karşılanması ve enerjinin tedarik güvenliği ile ilgili riskler en aza indirilir. Birleşik ısı ve güç sistemlerini kullanan işletmeler, kendi enerjilerini üreterek toplam enerji maliyetlerini azaltır ve nihai ürün kalitesini düşürmeden şirketin rekabet gücünü arttırır. Ayrıca, işletmeler enerji ihtiyacını güvence altına alarak, üretimin durmasını önler. Kojenerasyon tesisinin inşaat süresi konvansiyonel termik santrallere göre daha kısadır. Modüler yapısı daha basit olan kombine çevrim santralinin işletilmesi daha kolaydır. Bundan dolayı, işletme için personel ihtiyacı daha az olmaktadır.

Küçük ölçekli kojenerasyon tesisinden;
- Atık su iyileştirme tesislerinde, biyogaz veya doğal gaz karışımı yakılarak elektrik ve sıcak su üretimi sağlamak,
- Çok amaçlı tesislerde spor merkezleri ve yüzme havuzunu ısıtmak, havalandırma sistemi için soğuk hava elde etmek,
- Yemek hazırlama sürecinde, dahili tüketim için elektrik üretmek, gıdaları sterilize etmek ve pişirmek,
- Eğlence merkezlerinde, absorbsiyonlu soğutma ile soğutma havası sağlamak ve elektrik üretmek,
- Otellerde odalara, çamaşırhaneye, mutfağa sıcak su sağlamak, havuzu ısıtmak ve elektrik ihtiyacının bir kısmını üretmek,
- Hastanelerde terapi havuzlarındaki suyu 90 °C ve üzerindeki bir sıcaklığa ısıtmak, ameliyat aletlerinin sterilizasyonu ile genel sıcak su ihtiyacının ve elektrik ihtiyacının büyük bir kısmını karşılamak,
amaçları ile yararlanılır. Fakat rafineri, gübre tesisi, demir, çimento, seramik ve cam gibi yüksek sıcaklıkta ısı gerektiren tesislerde, yüksek miktarda elektrik ve ısı (buhar olarak) enerjisi gereksinimi olan endüstrilerde yaygın olarak kullanılan endüstriyel amaçlı kojenerasyon tesisinden faydalanılır.

Ayrı ayrı ısı ve elektrik üretiminin, aynı miktarda ısı ve elektrik üretimi sağlayan tek bir kojenerasyon tesisine göre daha fazla birincil enerjiye ihtiyacı olduğu görülmektedir. Diyagramda içten yanmalı bir pistonlu motora sahip kojenerasyon tesisinin gerçekçi %50 ısıl verime ve %35 elektrik verimine sahip olduğu kabul edilmiştir. Diyagramda, geleneksel elektrik üretim yapısı için ortalama enerji verimi %43 ve ısı kazanının verimi %95 olarak kabul edilmiştir. Verim; elde edilmek istenilen değerin, bu değeri elde etmek için harcanan değere olan oranıdır. Kojenerasyon sistemlerinde giren 100 birimlik birincil enerjinin (yakıt), 35 birimi elektrik enerjisi ve 50 birimi ısı enerjisi olarak geri kazanılmaktadır. Konvansiyonel sistemlerde, kojenerasyon sisteminden elde edilen 35 birimlik elektrik enerjisini elde edebilmek için %43 (%55) verime sahip tesiste 81 (64) birimlik bir enerji girdisi gerekir. Aynı şekilde, 50 birimlik ısı enerjisi elde etmek için ise 53 birimlik bir enerji girdisi gerekir. Sonuç olarak, kojenerasyon tesislerinde 100 birimlik enerji girdisiyle üretilebilen enerji, ayrı ayrı sitemler olarak konvansiyonel sistemlerde toplam 134 birimlik enerji girilerek üretilebilir.