Cam Endüstrisinde Enerji Verimliliği

Transkript

1 Cam Endüstrisinde Verimliliği Durmuş KAYA 1*, Fatma ÇANKA KILIÇ 2, Ecem UZUN 3, Muharrem EYİDOĞAN 4, Osman TAYLAN 5 *1 Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Sistemleri Mühendisliği, Kocaeli, Türkiye 2 Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Sistemleri Mühendisliği, Kocaeli, Türkiye 3 Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Sistemleri Mühendisliği, Kocaeli, Türkiye 4 Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Sistemleri Mühendisliği, Kocaeli, Türkiye 5 King Abdülaziz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Endüstri Mühendisliği, Cidde, Suudi Arabistan durmus.kaya@kocaeli.edu.tr Özet Türkiye cam sektörü; yaklaşık 2,3 milyar ABD Doları düzeyindeki üretim değeri ve yaklaşık 20 bin civarında çalışan sayısı ile üretim girdilerinin tamamına yakınını yurtiçinde sağlayan, sermaye ve enerji yoğun, aynı zamanda da yüksek kapasite ile çalışma zorunluluğu olan bir sektördür. Sektörün hammaddesi olan cam üretiminin yapısal özellikleri itibariyle ergitmeye dayalı enerji yoğun bir üretim olması nedeniyle, sektör; enerji ve yakıt fiyatlarına karşı çok duyarlıdır. Bu bağlamda yüksek enerji fiyatları sektörü olumsuz yönde etkilemektedir. Sektörde yüksek enerji tüketimine karşın, enerji verimliliğine yönelik yapılacak iyileştirmeler hem sektörün rekabet gücünü artıracak hem de çevresel iyileştirmeye katkı sağlayacaktır. Dolayısıyla enerjinin verimli kullanılması ekonomimizin sürdürülebilir büyümesine öncülük edecektir. Bu çalışmada cam sektöründe enerji verimliliği açısından yapılabilecek iyileştirmeler araştırılmıştır. Bu amaçla endüstriyel kuruluşlarda gerçekleştirilen enerji verimliliği proje örnekleri ele alınmış, projeler için tasarruf miktarı, tasarrufun mali karşılığı, yatırım tutarı ve geri ödeme sürelerine ait bilgiler paylaşılmıştır. Anahtar Kelimeler: cam, enerji verimliliği, cam endüstrisi, enerji tasarrufu Abstract Glass industry in Turkey; With a production value of approximately US $ 2.3 billion and the number of employees around 20 thousand, it is a sector that provides nearly all of its production inputs in domestic, capital and energy intensive and also has the capacity to work with high capacity. The sector is the raw material of the sector, due to the fact that the production of glass is an energy intensive production based on melting. energy and fuel prices are very sensitive. In this context, high energy prices negatively affect the sector. Despite the high energy consumption in the sector, improvements in energy efficiency will both increase the competitiveness of the sector and contribute to environmental improvement. Therefore, efficient use of energy will lead to the sustainable growth of our economy. In this study, improvements in the glass sector in terms of energy efficiency were investigated. For this purpose, energy efficiency project examples in industrial establishments were taken into consideration, the amount of savings for the projects, financial allowance for savings, investment amount and repayment periods were shared. Keywords: Glass, energy effiency, glass industry, energy saving 1. Giriş nin verimli kullanımı, tüm dünyada üzerinde önemle durulan konulardan biridir. üretimi ve kullanımının, hava kirliliği, sera gazı etkisi ve ekosisteme etkileri gibi birçok çevresel etkisi vardır (Mc Allister ve ark., 2011). Uluslararası enerji ajansının raporuna göre enerji üretiminden kaynaklanacak CO 2 emisyonunun 2030 yılında, 2005 yılına göre %49 artacağı ve birçok ülkenin orta ve uzun vadede yüksek enerji fiyatı ile karşı karşıya kalacağı ifade edilmiştir (IEA,2007). Türkiye de sanayi sektörünün yapısı farklılık göstermektedir. Her sanayi kuruluşunun kendine özgü bir yapısı bulunmaktadır. Bu sebeple enerji tasarrufu potansiyeli sektör bazında değerlendirilmeli ve sektörler bazında somut örneklemeler yapılmalıdır. Sanayinin mevcut teknolojik durumu da göz önünde bulundurularak çalışmalar yapılmalı ve sektörel bazlı enerji verimliliği potansiyelleri ortaya konulmalıdır. 899

2 Cam sektörü hammaddesinin ve üretimde gerekli girdilerinin büyük çoğunluğunu yurtiçinde bulunduran, sermaye ve enerjinin yoğun olarak kullanıldığı ve aynı zamanda yüksek kapasite kullanımı gerekli olan bir sektördür. Cam üretim maliyetleri içinde enerji, hammadde ve işçilik en önemli paya sahip kalemlerdir. verimliliği konusunda yoğun çalışmaları olan sektörün özellikle yüksek enerji fiyatlarından etkilenmesi rekabet gücünün kaybedilmesi ihtimalini doğurmaktadır. Bu sebeple cam sektörü rekabet gücünü korumak için verimlilik artışına, maliyet düşürmeye ve katma değeri yüksek ürünler üretmeye yönelmiştir. Bir işletmenin tükettiği enerjiyi etkin kullanabilmesi, ancak zamanında yatırım yaparak teknolojinin güncelleştirilmesi, işletme şartlarının optimizasyonu ve sürekli kontrolü sonucunda yapabilecek tasarruflar ile mümkündür. Bu hususlarda yapılacak iyileştirmelerin yanı sıra enerji verimliliğinin sağlanması cam sektöründe verimliliğin başlıca odaklarından biri olmalıdır. Sektörün yüksek enerji tüketimine karşın cam sanayii bir taraftan da yeni teknolojiler sayesinde geliştirdiği yüksek katma değerli ürünler ile enerji verimliliğine verilen önemin etkisini kanıtlamaktadır. tasarruf imkânları da göz önünde bulundurularak, teknolojik yenilikler sağlanarak, birim ürün başına tüketilen enerji miktarında düşme sağlanabilecektir. Bu doğrultuda cam üretimi yapan bir fabrika da işletme sahasında olası kayıpları tespit etmek ve enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik olarak enerji verimliliği çalışması yapılmıştır. Cam fabrikasında gerçekleştirilen enerji etüdü ile enerjinin etkin kullanılması, enerji tasarruf imkânlarının belirlenmesi, mevcut durumda verimlilik arttırıcı projelerin belirlenmesi, yapılan etütle birlikte çevrenin korunması ve enerji maliyetlerinin işletme bütçesi üzerindeki yükünün hafifletilmesi amaçlanmıştır. 2. Materyal Ve Metod Kompresörlerde ve basınçlı hava hatlarında enerji verimliliği kapsamında, fabrikada yapılan ölçümler elektriksel ve mekanik olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Elektriksel ölçümler, kompresörleri tahrik eden elektrik motorlarından alınan ölçümleri kapsamaktadır. Mekanik ölçümler ise kompresörlerin basınç değerleri ve basınçlı hava hatlarındaki sızıntı miktarının tespitini kapsamaktadır. Fabrikada ultrasonik dedektörle basınçlı hava hatları taranarak sızıntı hava kayıpları tespit edilmiştir. Basınçlı hava hatlarındaki sızıntı miktarı UE SYSTEMS UP 3000 ultrasonik sızıntı dedektörü ile tespit edilmiştir. Cihazdan okunan db değeri cihazın yazılımıyla hacimsel debiye dönüştürülmüştür. Basınçlı hava hatlarının uzunluğu nedeniyle basınçlı hava sıcaklığının ortam sıcaklığına eşit olduğu kabul edilmiştir. Kızgın yağ kazanlarında reküperatör sonrasından baca gazı analizi yapılmıştır. Ayrıca reküperatöre giren taze havanın hızı, hız probu ile ölçülmüştür. Kazan doğalgaz tüketimleri işletmedeki sayaçlardan takip edilmiştir. İşletmede bulunan pompaların debileri ultrasonik debimetre ile ölçülmüştür. Pompaların beslemelerine enerji analizörü bağlanarak pompaların tükettikleri aktif güç ölçülmüştür. Aydınlatma sistemi analizlerinde, mevcut armatürlerin aktif güç ölçümü alınarak değişim hesapları yapılmıştır. 3. Ölçümler Ve Hesaplamalar Cam fabrikasında basınçlı hava sistemine, kızgın yağ kazanına, pompalara ve aydınlatma sistemine yönelik ölçümler yapılmış ve ölçüm sonuçları değerlendirilmiştir Basınçlı Hava Sistemi 900

3 Yapılan enerji tasarrufu çalışmalarında, enerji tasarruf potansiyelinin yüksek olduğu alanlardan birinin basınçlı hava sistemi olduğu görülmüştür. Basınçlı hava, sanayide çok yaygın olarak kullanılan olmazsa olmaz bir girdidir ve kullanımı giderek de yaygınlaşmaktadır. Basınçlı hava sisteminde meydana gelecek bir arıza birçok tesiste üretimin durmasına sebep olmaktadır. Fabrikadaki kompresörlerden alınan ölçümler sonucunda bazı kompresörlerin yük-boş şeklinde çalıştığı gözlenmiştir. Kompresörlerin yükte birim enerji tüketimi ve boşta enerji tüketimi tespit edilerek tasarruf hesapları yapılmıştır. Değişken devirli hız sürücüsü uygulaması ile yük-boş şeklinde çalışmanın önüne geçilebilmektedir. Bu sayede enerji tasarrufu elde edilebilecektir. Kompresörlerin yükte ve boşta birim enerji tüketimleri Tablo 1 de, kompresörlere sürücü uygulaması ile elde edilebilecek tasarruf miktarı hesapları ise Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 1. Kompresör Yükte-Boşta Birim Tüketimleri ve Çalışma Yüzdeleri Yükte Birim Boşta Birim Boşta Çalışma Yükte Ekipman Tüketimi Tüketimi Yüzdesi Yüzdesi Adı kw kw % % 1.Kompresör 200,00 75,48 75,00 15,00 2.Kompresör 200,00 72,98 12,00 88,00 3.Kompresör 155,00 110,00 55,00 45,00 Çalışma Ekipman Adı Tablo 2. Kompresör Yükte ve Boşta Birim Tüketimleri Yükte Boşta Net Net Mali u Tüketimi Tüketimi Yatırım Maliyeti BGÖS kwh/yıl kwh/yıl kwh/yıl TL/yıl TL yıl 1.Kompresör , , , , ,26 0,75 2.Kompresör , , , , ,52 1,01 3.Kompresör , , , ,65 TOPLAM , , ,78 0,89 Fabrikada ultrasonik dedektörle basınçlı hava taraması yapılarak sızıntı hava kayıpları tespit edilmiştir. Fabrikanın basınçlı hava hatlarında ultrasonik sızıntı dedektörü ile yapılan ölçümlerde enerji tasarrufu yapılabilecek kaçak noktaları tespit edilmiştir. Ultrasonik sızıntı dedektörüyle tespit edilen 89 noktada gerçekleşen enerji kaybı ,35 kwh/yıl ve kaybedilen enerjinin yıllık toplam maliyeti ,36 TL/yıl dır. Belirlenen 89 noktada kaçaklar giderilerek yılda ,36 TL/yıl lık enerji tasarrufu sağlamak mümkündür Yanma Sistemleri (Kızgın Yağ Kazanı) Cam fabrikasında, camın mukavemetini arttırmak ve iki camı birbirine yapıştırmak için otoklav sistemleri kullanılmaktadır. Otoklavlar, elektrikli otoklav ve kızgın yağlı otoklav olmak üzere iki çeşittir. Otoklav sisteminde, iki cam birbirine PVB ile yapıştırılır ve PVB ile birleşen camlar otoklava girer. Otoklav içerisinde belirli bir sıcaklık ve basınç koşullarında bu camlar lamine hale gelmektedir. Lamine hal, camın şeffaflaşmış halidir. Kızgın yağlı otoklavlarda otoklav içinde istenilen sıcaklığı sağlayabilmek için kızgın yağ kullanılmaktadır. İşletmede reküperatör sonrasından baca gazı analizi yapılmıştır. Ayrıca reküperatöre giren taze havanın hızı, hız probu ile ölçülmüştür. Kazan doğalgaz tüketimleri sayaçlardan takip edilmiştir. Baca gazı analiz değerleri ile reküperatörlü ve reküperatörsüz kazan verimi hesaplanmış ve yanmamış CO ile kaybedilen ısı miktarı Tablo 3 te gösterilmiştir. CO ile kaybedilen ısı miktarına bağlı olarak hesaplanan kazan verimleri ise Tablo 4 ve Tablo 5 te verilmiştir. 901

4 Tablo 3. Baca Gazındaki Yanmamış CO ile Oluşan Isı Kaybı Doğalgaz İçin CO Sabit Değer 2 CO Isı Kaybı Kızgın Yağ Kazanı K % ppm % ,45 Kızgın Yağ Kazanı Tablo 4. Reküperatörsüz Kazan Verimi FT AT A2 O 2 B Baca Ortam Yakıta Yakıta Gazı Oksijen Sıcaklığı Özel Özel Sıcaklığı qa Yanmamış CO ile Oluşan Isı Kaybı Verim C C % % % % 216, ,66 0,80 0,009 7,88 3,45 86,17 Kızgın Yağ Kazanı Tablo 5. Reküperatörlü Kazan Verimi FT AT A2 O2 B Baca Ortam Gazı Yakıta O2 Yakıta Sıcaklığı Sıcaklığı Özel Özel qa Yanmamış CO ile Oluşan Isı Kaybı Verim C C % % % % 110, ,66 0,57 0,009 3,43 3,45 90,62 Kazan brülör sistemlerinde en ideal yanmayı sağlayacak iki temel fonksiyon vardır. Bunlardan birincisi yakıt oranı ayarı, ikincisi de hava oranı ayarıdır. Bu ayarların sürekli kontrollü bir şekilde olması sağlanarak en ideal yanma işlemi gerçekleştirilir. Yanma ortamına az miktarda O 2 girerse yanma tam olarak gerçekleşemeyeceğinden dolayı dışarıya yüksek miktarlarda CO çıkar. Bu da yanma veriminin kötü olması demektir ve yakıtın (enerjinin) yakılamadan bacadan atıldığının bir göstergesidir. Öte yandan hava klapeleri gereğinden fazla açılırsa, yani aşırı havalandırma sağlanırsa bu defa da açığa hiç CO çıkartılmamış olur. Teorik olarak yakıt tam yanmıştır ancak aşırı havadan dolayı sistemde soğuma meydana geleceği için bu da bir enerji kaybı olarak karşımıza çıkacaktır. Kazan yanma ayarının yapılması ile elde edilebilecek tasarruf miktarı Tablo 6 da verilmiştir. Tablo 6. Yanma Ayarının Yapılması İle Elde Edilebilecek Miktarı Mevcut Durum Uygulama Sonrası Doğalgaz Kazan Verimi Tüketilecek Doğalgaz Birim Güç u Yıllık u Yıllık Mali Yatırım Maliyeti kw % kw kw kwh/yıl TL/yıl TL yıl 722,93 94,07 696,42 26, , , ,00 1, Pompalar BGÖS İşletmede bulunan pompaların debileri ultrasonik debimetre ile pompaların tükettikleri aktif güç ise pompaların beslemelerine enerji analizörü bağlanarak ölçülmüştür. Buna bağlı olarak hesaplanan pompa sistem verimleri Tablo 7 de verilmiştir. 902

5 Tablo 7. Mevcut Pompaların Sistem Verimleri Pompa İsmi Debi Aktif Güç Sistem Verimi m³/h kw % Pompa 1 650,00 66,20 65,47 Pompa 2 689,00 66,64 68,94 Pompa 3 302,00 90,00 6,52 Pompa 4 356,00 76,30 9,07 Pompa 5 449,00 170,00 54,58 Pompa 6 460,00 169,60 57,56 Pompa 7 301,23 131,00 46,89 Pompa 8 346,25 125,00 56,47 Pompa 9 623,36 98,70 57,89 Pompa ,24 98,30 64,3 Pompa ,54 101,50 44,99 Pompa ,25 197,00 68,59 Pompa ,74 190,00 68,98 Pompa ,70 199,50 73,54 Alınan ölçümler neticesinde pompaların sistem verimleri hesaplanmıştır. Pompa 3, Pompa 4, Pompa 7 ve Pompa 11 pompalarının verimleri istenilen değerlerin (~%50 ve altı) altında çıkmıştır. Verimleri düşük olan pompaların (~%50 ve altı) daha verimli pompalar ile değişimi tasarruf hesabı Tablo 8 de verilmiştir. Pompa İsmi Tablo 8. Pompa Değişimi ile Elde Edilebilecek Hesabı Yeni Pomp a Sistem Verim i Birim Tüketim i Birim u Potansiyeli u n Mali Değeri Yatırım Maliyeti BGÖ S % (kw) (kw) (kwh/yıl) (TL/yıl) (TL) (Yıl) Pompa 3 68,50 8,57 81, , , ,70 0,09 Pompa 4 72,30 9,57 66, , , ,70 0,11 Pompa 7 80,00 76,78 54, , , ,58 0,32 Pompa 11 75,00 60,88 40, , , ,03 0, , ,0 TOPLAM ,76 0, Aydınlatma Sistemi Etüt çalışması sırasında fabrika genelinde floresan armatürlerin kullanıldığı tespit edilmiştir. Mevcutta bulunan armatürlerin, daha verimli olan LED armatürler ile değiştirilmesi ile ilgili analizler yapılmış, mevcut armatürler yerine aynı aydınlık seviyesine sahip armatürler önerilmiştir. Aydınlatma değişimi tasarruf hesabı Tablo 9 da verilmiştir. 903

6 Tablo 9. Pompa Değişimi ile Elde Edilebilecek Hesabı Fabrika Sahası Mevcut Durumda Yıllık Tüketim (kwh/yıl) : ,70 LED Tube Sistemi Yıllık Tüketim (kwh/yıl) : ,00 Fiziksel Miktarı (kwh/yıl) : ,70 Önlenecek CO 2 Miktarı (ton/yıl) : 644,44 Fiziksel Verimlilik (%) : 46,91% Yıllık Toplam Miktarı (TL/yıl) : ,38 Yatırım Miktarı (TL) : ,55 Geri Ödeme Süresi (yıl) : 2,35 3. Sonuç Fabrikanın basınçlı hava hatlarında ultrasonik sızıntı dedektörü ile yapılan ölçümlerde enerji tasarrufu yapılabilecek kaçak noktaları tespit edilmiştir. Ultrasonik sızıntı dedektörüyle tespit edilen 89 noktada gerçekleşen enerji kaybı ,35 kwh/yıl ve kaybedilen enerjinin yıllık toplam maliyeti ,36 TL/yıl dır. Belirlenen 89 noktada kaçaklar giderilerek yılda ,36 TL/yıl lık enerji tasarrufu sağlamak mümkündür. Yanmamış CO sonucunda kızgın yağ kazanının verimi düşmektedir. Yanma ayarı yapılarak kazan verimini artırmak mümkündür. Kazan yanma ayarı ile kazan veriminin artması sonucu elde edilebilecek tasarruf miktarı ,00 kwh/yıl dır. un mali değeri 7.261,09 TL/yıl dır. Yanma ayarı için gerekli yatırım maliyeti yaklaşık 7.500,00 TL ve basit geri ödeme süresi 1,03 yıl dır. Pompalardan alınan ölçümler ve yapılan hesaplar neticesinde bazı pompalarının veriminin düşük olduğu tespit edilmiştir. Düşük verimli olan pompaların daha yüksek verimli pompalar ile değişimi önerilmektedir. Bu uygulama sayesinde elde edilebilecek tasarruf miktarı ,00 kwh/yıl dır. un mali değeri ,76 TL/yıl dır. Yatırım maliyeti ,01 TL ve basit geri ödeme süresi 0,21 yıl dır. Henüz LED dönüşümü yapılmamış olan mevcut armatürlerin daha verimli olan LEDTube ile değiştirilmesi enerji tasarrufu açısından büyük önem taşımaktadır. Mevcut bu armatürlerin daha verimli olan LED Tube ler ile değiştirilmesi ,70 kwh/yıl enerji tasarrufu sağlanacağı öngörülmektedir. Bu tasarrufun mali değeri ,38 TL/yıl dır. Uygulamanın yatırım bedeli ,55 TL dir. Uygulamanın basit geri ödeme süresi 2,35 yıl dır. 4. Tartışma Günümüzde küreselleşen ekonomi ve artan enerji fiyatları işletmeleri enerji maliyetlerini gözden geçirmeye zorlamaktadır. Artan yakıt fiyatlarına karşın endüstriyel işletmeler minimum enerji ile daha fazla ürün üretmek için gereken önemi göstermelilerdir. Bir işletmede üst yönetimden en alt kademedeki çalışana kadar, enerji tasarrufunu prensip edinmiş ve bu doğrultuda çalışma yapan sanayi tesisleri ya da endüstriyel işletmeler spesifik tüketim miktarını düşürerek aynı enerji ile daha fazla iş yapmış olacaklardır. Ölçmek bilmektir, bilmek yönetmektir anlayışıyla yola çıkarak kalibrasyonlu ölçüm aletleri kullanılarak sürekli ölçüm ve gözlem yapılmalıdır. Yapılan ölçüm ve gözlemler kayıt altında tutularak, enerji tasarrufu çalışmalarının işletmeye sağladığı faydalar gözlemlenmeli, yapılacak analiz ve yorumlamalar ile tasarruf yapılacak alanlar tespit edilmelidir. İşletmelerde yapılan enerji verimliliği çalışmaları, tasarruf potansiyellerini ortaya koymaktadır tasarruf çalışmalarına gerekli mali kaynak ve insan gücü temin ve tesis edilerek kısa, orta ve uzun vadede bu çalışmaların getirileri en iyi şekilde değerlendirilmelidir. 904

7 KAYNAKLAR TÜBİTAK, Cam Sanayii Raporu, MMP Ön Raporu EK 2D, 22 Kasım 2018 tarihinde adresinden alındı. McAllister, S., Chen, J. ve Fernandez-Pello, A. C., (2011), Thermodynamics of Combustion, Fundamentals of Combustion Processes, 1st Edition, Springer, USA, 18-20, IEA, (2007), Global Energy Trends, World Energy Outlook 2007 Edition, International Energy Agency, Kaya D., Ozturk H.H., (2014) Sanayide Yönetimi ve Verimliliği, Uygulamalı Örneklerle, Kocaeli:Umuttepe Yayınları. Cam ve Cam Ürünleri Sektörü Raporu, 16 Kasım 2018 tarihinde adresinden alındı. 905