BİRLEŞİK ISI VE GÜÇ SİSTEMLERİ

1. Birleşik ısı ve güç sistemlerinin diğer enerji üretim sistemleri ile kıyaslandığında çok kısa sürede işletilmeye başlatılabilmesi

2. Elektrik ihtiyacının hızla artması

3. Ek üretim kapasitesinin uluslararası otoriteler tarafından finanse edilmesi

4. Çevre kirliliği 

5. Emisyonun belirli değerlerle sınırlandırılması

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.

Birleşik ısı ve güç sistemlerinde doğal gaz haricinde, ana güç ünitesine bağlı olarak şu yakıtlar kullanılabilir: fuel-oil, LPG (Liquefied Petroleum Gases: Sıvı Petrol Gazı), nafta, çöplük gazı, kömür türevli gaz, rafineri gaz, ham petrol.

1.Bölgesel ısıtma amaçlı merkezi kojenerasyon tesisi

2.Endüstriyel amaçlı kojenerasyon tesisii

3.Küçük ölçekli kojenerasyon tesisi

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.

Kojenerasyon tesislerinde ana güç ünitesi olarak pistonlu motor, gaz türbinli motor ve buhar türbini kullanılmaktadır.

Kojenerasyon tesisinde enerji üretim süreci genel olarak şu şekilde özetlenebilir: 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 sıcaklığn üzerindeki yüksek basınçlı gaz, türbin kanatçıklarından geçerek türbini döndürür ve türbine bağlı jeneratörden elektrik enerjisi üretilir. Gaz türbininden çıkan 500-600 °C sıcaklığndaki 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. Böylece, bir önceki bölümde vurgulandığ gibi toplam verimi yaklaşık olarak %85 olan birleşik ısı ve güç üretim tesisinde enerji, ısı ve elektrik formunda üretilmiş olur.

Birleşik ısı ve güç sistemleri temel olarak dört ana elemandan oluşur: temel güç ünitesi, atık ısı kazanı, elektrik jeneratörü ve kontrol sistemi.

Motorun boyutu ve üreteceği güç, hangi yakıtın kullanılacağnı belirler. 50 kW ile 10 MW arasında doğal gaz, 50 kW ile 50 MW arasında dizel ve 2,5 MW ile 50 MW arasında fuel-oil ile çalışan motor tercih edilir.

Pistonlu motor kojenerasyon sisteminin diğer sistemlere göre avantajı,

•  Yüksek elektrik verimine sahip olmasıdır.
•  Düşük gaz basıncı ile çalışabilmeleri  önemli bir avantaj sağlamaktadır.
•  Sistemin ilk yatırım maliyeti düşüktür.

Pistonlu motorun bakımını etkileyen temel faktörlerden biri de motorun çalıştırılma türüdür. Özellikle, motorun sık kapatılıp yeniden çalıştırılması ve motorun maksimum güç seviyesinde çalıştırılması motordaki aşınmayı arttırır. Sürekli olarak çalıştırılan bir motorla, yedek bekletilen ve acil durumda çalıştırılan bir motor karşılaştırıldığında ikincisinde aşınma daha fazladır. Bunun temel nedeni, motorun daha fazla kapatılıp çalıştırılması ve istenilen gücün yüksek olmasından dolayı motorun yüksek hızda çalıştırılmasıdır.

Pistonlu motorda ısı, motor gömlek soğutması, motor egzoz gazı ve motor gövdesinde dolaşan ısınmış yağdan geri kazanılabilir.

Pistonlu motor, bir tesisin elektrik ihtiyacını karşılamak üzere ve önemli miktarda düşük basınçlı buhar veya sıcak su talebinin olduğu tesislerde kullanılır

Gaz türbini güç üretim aralığı 30 kW mikro türbin ile 250 MW endüstriyel türbin arasında değişir.

1.Uçak türevli gaz türbini, endüstriyel türevli gaz türbini ile karşılaştırıldığnda hafif oluşu, düşük yakıt tüketimi ve yüksek güvenilirlilik gibi birçok özelliğe sahiptir.

2.Uçak türevli gaz türbinin en önemli avantajı, veriminin yüksek ve boyutlarının küçük olması nedeniyle bakım için uygun bir dizayna sahip olmasıdır.

3.Uçak türevli gaz türbinin ilk yatırım maliyeti oldukça yüksektir ve sistemde yüksek kaliteli yakıt kullanılması gerekir. 

4.Uzun çalışma süresinden sonra motordan elde edilen güç ve verim düşebilir.

Gaz türbininin ömrü; büyük ölçüde çalışma sıklığna, maksimum kapasitede çalışma süresine, yakıt kalitesine ve bölgedeki havanın temizliğine bağlıdır. Bir gaz türbininin ömrü, ortalama 120.000 çalışma saati kadardır. Yılda 6.000-8.000 saat arasında çalıştırılan gaz türbinin ömrü yaklaşık 15-20 yıl kadardır.

Gaz türbininin bakımında günümüzde en çok kullanılan yöntem, periyodik bakım ve koruyucu bakımdır. Periyodik bakımda, imalatçı firma gerek tecrübelerine dayanarak gerekse motorun malzeme ve imalat özelliklerini ve çalışma şartlarını dikkate alarak, çalışma saati esaslı bakım periyotları belirler. Bu çalışma saatlerine göre motor bakıma alınır.

Gaz türbininin verimi, iki nedenden dolayı azalır: kirlilik ve aşınma. Gaz türbini, açık hava çevrimiyle çalışmasından dolayı, kompresörde kirlilik oluşur. Kompresöre giren hava filtreden geçmesine rağmen tamamen temizlenemez.

Basit bir gaz türbin kojenerasyon sisteminin ısı güç oranı, yaklaşık olarak 2’dir

Gaz türbini, temel elektrik ihtiyacı 5 MW’dan daha büyük ticari ve endüstriyel uygulamalarda avantajlı bir birleşik ısı ve güç sistemidir. Gaz türbininden elde edilen yüksek kaliteli ısıl ürün, orta basınçlı buhar sistemlerinde kullanılabildiği için gaz türbinli kojenerasyon sistemi özellikle kapalı alanların ısıtılmasında tercih edilir.

Buhar türbini, jeneratörü veya mekanik parçaları hareket ettirmek için kullanılan en eski ve çok kapsamlı ana güç kaynaklarından biridir. Buhar türbini, ABD ve Avrupa’daki birleşik ısı ve güç uygulamalarında genellikle endüstriyel veya bölgesel ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Buhar türbin teknolojisi, şeker ve kağıt endüstrisi gibi elektrik ihtiyacı yüksek ve düşük basınçta büyük miktarda buhar ihtiyacı olan tesislerde yaygın olarak kullanılır.

Buhar türbinli bir elektrik üretim tesisinde, türbine giren kızgın buhar genellikle 425 °C sıcaklığn üzerinde ve 54 MPa’dan yüksek basınç değerine sahiptir.

Buhar türbinleri, yüksek güvenilirlik, kolay bakım ve uzun kullanım imkanı sunar. Buhar üretimi ve dağtım sistemleri hariç tutulduğunda, buhar türbinlerinin oldukça az bakım ihtiyaçları vardır. Türbinler, büyük bakım gerektirmeden on yıllarca çalıştırılabilir. Buhar türbininde performans düşüşlerine; sızıntı, kontrol sırasında oluşan hasarlar, nem aşındırması, buhar yolunun tıkanması ve yabancı madde hasarları neden olur.

Günümüzde, buhar türbinleri özellikle büyük ölçekli kombine çevrim santrallerinde gaz türbinli motor ile birlikte kullanılmaktadır. Gaz türbinli motorun egzoz bölümünden atılan egzoz gazının enerjisi, atık ısı kazanına giren suyu belirli basınç ve sıcaklıkta buhara dönüştürür. Elde edilen yüksek enerjili buhar, buhar tür-bininde elektrik üretmek amacıyla kullanılır.

Genel olarak üç tip atık ısı kazanı vardır: İlave ateşleme sistemi olmayan atık ısı kazanı, ilave ateşleme sistemi olan atık ısı kazanı, maksimum ilave ateşleme sistemli atık ısı kazanı.

Dikey atık ısı kazanının birleşik çevrim uygulamalarında kullanılmasının bazı avantajları vardır. Bunlar:

• Dikey atık ısı kazanında daha az alan kullanılır.
• Daha küçük çaplı boruların kullanılması sayesinde daha küçük kazan hacmi elde edilebilir.
• İlk çalıştırma sürecinde, ekonomizörde buharın blokajına daha az hassasiyet vardır.

Birleşik - çevrim tesislerinde, üç tür jeneratör kullanılır:

• Kapalı-hava çevrimli hava soğutmalı jeneratör,

• Hidrojen soğutmalı jeneratör,

• Açık- hava soğutmalı jeneratör.

Trijenerasyon, ana güç kaynağndan üç farklı formda (ısıtma, soğutma ve güç üretimi) enerji üreten bir sistemdir. Trijenerasyon, ısıtmanın yanında soğutmaş eklinde de enerjiye ihtiyaç duyulan alanlarda büyük işlevsel esneklik sunar.Bu özellikle binaların klima ve birçok endüstrinin de soğutma işlemine gereksinim duyulan sıcak ülkelerde söz konusudur.

Kompresörlü soğutmada enerji kaynağı olarak elektrik kullanılır. Termodinamik açıdan absorbsiyonlu soğutmanın kojenerasyon sistemlerine ilave edilmesi, verimin yüksek oranda artmasını sağlar.

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.

Trijenerasyon absorbsiyonlu soğutma tesis sistemleri için en önemli uygulama alanı gıda endüstrisidir. Çünkü, gıdanın işlenmesi için elektrik enerjisine, proses için ısı enerjisine ve ürünün depolanması için güvenilir soğutma enerjisine ihtiyaç vardır. Özellikle, kırsal yerlerde güvenilir enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu da, şebekeden bağımsız trijenerasyon absorbsiyonlu soğutma tesislerinin kurulmasını zorunlu kılar. Ayrıca, güç dalgalanmalarına ve yüksek elektrik ücretlerine karşı emniyet sağlanmasına olanak verir.