BiLEŞİK ISI GÜÇ SİSTEMLERi VE BİR MODEL iizerinde UYGULANABİLİRLİK ETÜDÜ

Transkript

1 7.Cilt, l.sayt (Man 2003) Bileşik Is Güç Sistemleri ve Bir Mdel Üzerinde Gygulanabilir!ik Etüd M.S.Halilbeyğtu, K.Ça.kJr, I.TaYta BiLEŞİK GÜÇ SİSTEMLERi VE BİR MODEL iizerinde UYGULANABİLİRLİK ETÜDÜ M.Süleyman Halilbeyğlu, Kenal Çakr, İmdat Taymaz Ozet Ulkemizde enerji dar bğaznn aşlmas, üretim ve kullanm aşamasnda verinliliğin artrlmas, kaliteli enerjiye duyulan ihtiyaç, kayplarn asgari düzeyde tutulmak istenmesi gibi nedenler kjenerasyn yani bileşik s güç üretim sistemlerii(chp) gündeme getirmiştir. Bu çalşmada kjenerasyn sistenleri tanttimaya çalşlmş, sistenin uygulanmas ile ilgili kriteriere değinihniş ve askeri bir tesiste kjenerasynun uygulanabiirliği incelenniştir. Anahtar Kelimeler Kjenerasyn, verimlilik. Abstract fhe cgeneratin systems, in ther wrds the cmpund heat pwer generating systems are being cnsidered in rder t vercme the energy slrtage in u cuntry, t increase the efficiency at he time f prd uctin and service, t keep the lss Jevel at minimum and t meet the need fr quality energy. The cgeneratin systems have been intrduced in this study. The criteria cncerning the applicatin f the svstem have been mentined. Als, the w applicability f the cgeneratin in a military facility has been researched. Keywrds Cgeneratin, efficiency. I. GİRİŞ Birincil eneji kaynaklarnn yakn gelecekte tükenecek lnas, hem alternatif enerji kaynaklar üzerindeki araştrmalarn artmasna neden lmuş, hemde eneji üretim ve kullanm aşamalannda verimliliğin artrlnas çalşmalarn hzlandrmştr. Gününüz dünyasnda baş döndürücü hzla gelişen teknljinin devamllğnn sağlanas enerji tüketiminin artmasna bağldr. Yakn gelecekte enerji üretiminde.s.halilbeyğlu; O O. Ord. Ana Tam. Fb. Arifye, Sakarya K Çakr,İ.Taymaz; Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölürrü, Sakarya vazgeçilemeyecek kaynaklardan lan birincil enerj inin en verimli şekilde kullanlmas önem arz etmektedir. Gelişmiş ülkeler, enejj tüketiminin GSMH ya ran düşürerek eneji yğunluğunu azaltnay ve böylelikle daha az enerjj ile daha çk mal ve hiznet üretmeyi amaçlamaktadrlar. Kişi başna enerji tüketiminde dünya rtalamas mn altnda kalan Türkiye enerji kaynaklar, teknlji ve fnansman açsndan dşa bağnl bir ülkedir. Kişi başna enerji tüketiminde dünya rtalamasnn altnda kalan Türkiye nin gelişimi petrl krizi snrasnda birçk Avrupa ülkesinin yaptğ gibi u lu sal Enerji Tasarruf Plitikalar benimseyerek > enflasynla nücadeleye benzer bir kararllkla bu plit ika lan uygulana ya kymasna bağldr. Yakn zanana kadar üretim ve dağtm devlet tarafndan yaplan elekttik enerjisi, artk sanayi kuruluşlarnn ihtiyacna cevap veremenektedir. Bunun snucu laak 992 ylnda yaplan kanuni düzenleme ile birlikte sanayi kuruluşlar, hem elektrik enerjisi dar bğazn aşmalarn sağlayacak, hemde s ve elektriğin birlikte üretimi ile birincil enerji girdisini knvansiynel sistemlere göre daha verimli larak değerlendirecek lan bileşik s güç sisteni tesisleri kumaya b aşlamşlardrr. ll. BiLEŞİK GÜÇ SİSTEMLERİ (KOJENERASYON) NEDİR? Bileşik s güç sistenleri ksaca, enerjinin hem elekuik hem de s biçimlerinde ayn sistemden beraberce illetilmesi larak tarif edilir (Şekil ). Basit çevtirnde çalşan sistenler kullandklar yaktn enerjisinin yalmzca % 3040 kadarn elektriğe çevirebilir ve sl enejinin büyük bir bölümünü atk s larak çevreye brakrlar. J3ileşik s güç sistemleri ise atk sy prses buhar, kzgn su ve scak su gibi endüstriyel prseslerde veya astnada kullanarak, sistemden dşarya atlacak lan s enejisini kullanlabilir enerj jye dönüştürür, böylelikle giren enerjinin / 7090 değerlendirilir. Her iki enerji biçinnnin ayr ayr ayn miktarlarda üretilmesi için gerekli bhi.ncil enerj miktarnn, bunlann bileşik s güç sistemi ile üretilmesi durumunda ne randa azalacağ Şekil 2 ve Şekil 3 de göülnektedir. 42

2 AU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi.Cilt, l.say (Ma2003) Bileşik Is Güç Sistemleri ve Bir Mdel Üzerinde Uygulanabilirlik Etüdü I.S.Halilbeyğlu, K.Çaku, İ.Tayma: ekil 2 ve Şekil 3 incelendiği taktirde bileşik s güç isterninin, kullanlan birincil enerjiden % 42 tasaruf ağladğ görülnektedir. Bileşik s güç sistemleri enerji asarufunun yan sua atk enisynlarn da azaltarak evreye daha az zarar vermektedir. Elektnk Enejisi I kwh Atk Buhar Is Js(QL) Güç res is 2.5, kwh Bileşik Is Güç Sistemi Kayplar 025 kwh Yanna I sl Kmpresör Türbin El e ktri k( W) Eneji,25 kwh Şekil 3 Bileşik s güç sistemi enerji bilançsu Şekill Bileşik s güç si teni Buhar türbinli bileşik sgüç santralinin en önemli özelliği yğuştuucunun lnamasdr. Dlaysyla 2,86 kwh Güç Tesisi Elektrik Enejisi kwh çevreye verilen s, yani atk s yktur, kazanda buhara Yakt Enejisi(QH) Kat Yakt veya Gaz 4,33 kwh 47 kwh Kazan Kayplar 208 kwh I sl Enerji, 25 kwh Şekil 2 Kmbine çevrim le çalşan sistemlerin enerji bilançsu ll.. Perfrnans Paranetreleri Is akinas ls(ql) Şekil 4 Kjenerasynun temel düşüncesi Elektrik(V) verilen tüm enerji, elektrik enejisine veya prs_j ssna dönüşmektedir. Çevreye veilen sl eneji (QL) kullanm amaçlanan sdr. Bir bileşik sgüç santrali için enerjiden yararlanma ran veya tplan verim Eşitlik 2 dekj gibi tanmlanr: ileşik s güç santral bir s makinas larak ele nablir (Şekil 4 ). Is nakinasnda üretilen işin ( elektrk, r), sağlanan s enerjisine (yakt enerjisi, QH) ran, sl :rim larak tannlanr (r). EYO= (2) () ieşik s güç sistenlerinde sl verime elektrik çevrim ini de denilmektedir. Eşitlik 2 den de göiildüğü gibi, buhar türbinli!;istemi erde enerjiden yararlanma ran % 00 dür. Fakat uygulanada atk snn tümünden yararlanlamadğ için bu değer 0/ 7090 arasnda lur[ ]. Bjr bileşik s güç sant alnda kullamlan snn, üretlen işe veya elekttiğe ran, s elektrik ran, IEO larak tanmlanr. 43

3 7.Ci lt, l.say (Mart 2003) Bif,eşik Is Güç Sistemleri ve Bir.!Vldel Üzerinde Uygulanabilirlik EtüdL M.S.Halilbeyğlu, K.Çakr, I.Tayma Is Is makinasmm s elektrik ran ( I E < ) Yükü Is çakşma nktas Ek JS Gereksinimi Elektrik Şekil 5 İşletmenin s ve elekttik yüklerinin s makinas özeliklei ile karşlaştr]mas[5] Sistem seçiminde dikkatle üzerinde durulnas gereken hususlardan birisi de atl kapasite yaratmayacak bir sistem seçimi yaplmasdr. Bileşik s güç sisteminde verimin, türbin çlaş gazndaki enerjinin geri kazanm miktar ile dğru rantl lduğunu bilmekteyiz, dlaysyla bileşik s güç sstemini değerlendiirken, enerji geri kazanm lay maksimum byutlarda değerlendirilmelidir. Bu nedenle buhar!cullanacak lan prsesin buhar ihtiyac en az, elektrik üretmek üzere kurulacak lan sisternin üreteceği buhar alabilecek şekilde lmaldr. Seçimde bu husus dikkate almadğ taktirde elde edilen s enerjisinin bir ksm kullanlamayacağndan sistem verimi düşük lacaktr. İşletne yğun larak yüksek scaklkta buhar, kzgn yağ ya da scak havaya ihtiyaç duyuyrsa, bu ihtiyac :2 elektikls dengesine turuyrsa, sisteme uygun yakt eknmik larak mevcut ise ve santral büyüklüğü gaz türbinleri kapasite aralğna giriyrsa ihtiyaç bir gaz türbin sistenrini işaret eder. Burada dikkat edilmesi gereken nkta değişken saysnn fazlalğdr. Tüm veriler bir gaz türbinini işaret ediyerken bile, sisternin eknmik açdan incelenmesi neticesinde sisten bir dizel mtr santraline dönüştürülebilmektedir. Yaplan değerlendirne snucunda, prses yüksek s ihtiyac göstermeyen scak su ya da kzgn su ihtiyacna işaret ediyrsa ve s elektrik dengesi, elektrik lehinde daha fazla ise elektrik talebine göre bir gaz ya da dizel mtr sant al tercih edilir. santralnda, dğal gazdan elde edilecek sdan mç yararlaulmasa dahi> üretilen elektrik şebeke elektriğiden daha ucuza mal lmaktadr, bu gaz türbinlerinde mümkün değildir. Sistem seçimi ile santral büyüklüğü ve tipini belirledikten snra santtaln kaç mdülden luşacağru tespit etmek gerekmektedir. Burada ilk kstlama piyasada mevcut üretilnekte lan ndül büyüklüğüdür. Bu prblen aşlabildiği zaman ilke larak en az iki mdülden luşan bir santral kurmak enerji temin güvencesi açsndan her zaman tercih edilmelidir. İkinci önemli lcriter ise mümkün lan en yüksek verimde çalşabitmek amacyla yllk :üketim eğrisinj değerlendirmektir. Mdül saysm yllk tüketim eğrisine turttuğumuzda Şekil 6daki durumla karşlaşru. ls(k) Yillk lst ihtiyaç f.trisi Is Akü Çuhllğu Bşalt Dldm Yllk çalşma saati Burada tercihi türbinlere ranla verinidir. 0/40 belirleyen temel nkta mtrlarn %0 rannda yüksek elektrik çevrim etekttik verinune sahip bir mtr Şekil 6 Mdül saysmm yk tüketim eğrisi üzerine turtultnas(s] 46

4 7.Cilt, l.say (Mart 2003) Bileşik Is Güç Sistemleri ve Bir Mdel Üzerinde. Uygulanabilirlik Etüdü M.S.Halilbeyğlu, K.Çakr, İ.Taymaz Şekil 6dan anlaşlacağ üzere, elektrik talebi yaklaşk.4 MVv larak tespit edilen santral s eğrisine çakştrrlrnş ve mdülün yln büyük bölümünde 7000 saat, diğerinin ise 3000 saat tam yükte çalşmas durumunda en yüksek verimle santralin çalşahileceği tespit edilmiştir. Buna göre yaplacak fizibilite çalşnalar uygun snuç verirse santral yatrnu yaplabilir. Bir diğer önenli değerlendirne ise eğer gün içinde elektrik ve s yükünde önemli değişiklikler luyrsa ndül saysnn buna göre tespitidir. Bu gibi durumlarda s antral mdül saylan genellikle artar, mdül kapasiteleri daha düşük seçilir. Bu durun Şekil 7 de gösterilmiştir. Elektrik Ye Is Yiikü JYb (k W) Isaklisi Tipik günltik üretimitüketim eğrisi Is üsü ile mm. yü.k pnsynu.s OllC!Ili.kli Is ) w m aru Tt.Wbi 500kW aşan elektrik ve s yüklerinin mevcut lduğu göülmektedir. Is yüklerinin özellikle kş aylarnda 500kW aştğ, yaz aylar ve hafta snlarnda (çalşma lmayan saatlerde) ise genelde bu değerin altnda kaldğ görülmektedir. 70 günlük jncelenede, 74 gün s yükü 500 kwy aşnwtr. Elektrik yüklerinin genelde 500 kw l k değerin üzerine çktğ görülnektedir. 70 günlük incelemede 32 gün s yükü 500kV aşmştr. Bileşik s güç sisteminin kurulmas halinde, fabrikann çk yaknndan geçnekte lan dğal gaz hattndan yararlanlabilecek veya bileşik s güç sisteninde kullanlan diğer yakt seçeneklerinden birinin kullannu nümkün lacaktr. Yakt deplama ile ilgili srun yktur. Sistemin kurulnas jçin yeterli alan mevcuttur. """ " i f,k, t ;,.!. ::. ;_ " ""..... VII.2. Tesis Için Sisten ve Kapasite Seçini Fabrikann günlük s ve elektrik yükü değişimlerini gösteren önek şekiller Şekil 8 ve Şekil 9 da! Is ve elektrik yükü değişmi ise Şekil i O da görülmektedir. Şekil 7 fdül saysnn gün içindeki elektriks yükü değişimine göre tespiti[ S] Saa.t Fabrikann günlük s ve elektrik yükü değişinlerini gösteren örnek tabllar Tabl ve fabl 2de görülmektedir. Tabl 2 AGUSTOS 2002 gününe ait elektrik ve is yükleri Şekil 7den, aras gece perasynunda üç mdülden ikisinin çalşmasna rağmen elektrik üretin fazlas luştuğu> buna karşn arasnda her üç mdülün de elektrik üretiminin tamanen kullanlabildiği, s talebinin ise 3 mdüle rağmen ancak arasndaki gece rejiminde karşlana bildiği, gün içinde pik yük kazanlannn s sistenun tak vi ye ettiği anlaşlmaktadr. Bu durunda her ünitenin yllk çalşma saatlerine baklarak yap lacak fizibilite etüdü santral yatrmnn yaplabilirliği hakknda kesin snucu verecekbr. VII. ASKERi BİR FABRiKADA BiLEŞİK GÜÇ SİSTEMİ İÇİN UYGULANABİLİRLİK ETÜD ÇALIŞMASI VII.l. Tesiste Bileşik Is Güç Sistemi İçin Ön Değerlendirme Fabrika kapal alan n 2 lup enerji iletin hatlar yllar arasnda revize edilmiştir. Enerji tasarnfu hususunda sun yktur. Tesiste kullanlan buhar scaklğ 75 C,buhar basnc maksinnn 8 bar, rtalama saha scaklklan 525 Cdr. Yllk çalşma saati rtalama 2500 saat lup, bileşik s güç sistemleri için öngörülen 5000 saatlik sürenin altnda kalmaktadr. 5.5 ayn günlük en e rj i sarfyatlan incelendiğinde genelde [.. TUKEIM ÇARŞAMBA ORT. Eli ELEKTRJK 242 Tabl 2 TUKETIM ,25 64,35 03 ARA. LIK 2002 gününe ait elektrik ve s yükleri SALI 3,5 ORT. E/I ELEKTRIK _ s 264,58 878,4 505,82 Fabrikann haftalk s ve elektrik yükü değişimlerini gösteren örnek tabllar Tabl 3 ve Tabl 4de görülmektedir. Tabl 3 TUKETIM EYLÜL aynn 5. haftasma ait elektnk ve s yükleri,6 EYLUL 5NCİ HAFTA ORT. Eli ELEK.TRIK ,96 s 698,5 86,63 3>6 47

5 7.Cilt,.Say (Mar 2003) Bilşik Is Güç Sistemleri ve Bir Md(!l Üzerinde Uygulanabilir! ik Etüdü M.S.Halilbeyğlu KÇaku, l.taymaz 29 Temmuz 2002 Günü Is Enerjisi Tüketimi 500, ,00 c 300,00._., 200,00 J.!") = 00,00 0,00 Zam an (Saat) Şekil 8 Günlük s enejisi tüketininn gün içindeki değişimi 9 Kasm 2002 Günü Elektrik Enerjisi Tüketimi c /_ A V A / V Zaman (Saat) Şekil 9 Günlük elektrik enerjisi tüketiminin gün içindeki değşi mi 900 Ol Ağusts 2002 Günü Elektrik ve Is Tüketimi : s ,., ( l / f i J f L! L,_..,.....,., l j _ /. / V./ L":._. V l,, l,.j! /j / ""/ A!"" V A/V V. c:::, ;;: <:)!:)!:)!?c:::,.?c:::, ::).?;;:),,c:::, c:::,.c:::, r.::s O,:?.. t) 0, c:::, V "} $? ") <ô? q;c:s ::3 ". ": "" ry Zaman ls Elektrik Sekil O Günliik elektrik s eneriist tüketiminin ün icmrlek rleqisimi 48

6 AU Fen Bilmieri Enstitüsü Dergsi 7 Ci lt, t Say (Mart 2003) Bileşik Ist Güç Sisternlcri ve Bir tlldel Üzerinde L. ygulanab tlrlik. Et" u d u... lti.s.halilbeyğlu ( ç k. a tr, I.Ta nal. Tabl 4 TÜKETİM ELEKTRiK EKIM aynn 3. hattas ma ait ckktrk e s yükkri EKİM 3NCC I lafta (kwh. ) RT. k h. ) , _ 204,34 Eli ORAif 3,7 AR(.LIK AYI (7 GlliLÜK DEGERLE::DiR}.lE) l(jketi ORTALAMA.. ELEKTRIK F>T OR:" I, s Fabrikann aylk elektrik ve s yükü değişimleri Tabl 5 de, Mevsimlik s ve elektrik yükü değişünleri Tabl 6da, 5,5 aylk verilerin değerlendnnesi örülmektedir. rabl 7 de Veriler incelendiğinde Elektrik/Is rannn elek trik lehine lduğu, 5,5 aylk eneji yükleri değerlendiildiğinde elektrik s rannn 3 lduğu, kş aylannda yaz aylarna ranla s yüklerinde artş meydana geldiği, elektrik ve s yüklerinde pk yüklerin rtalana değerlerin 3 ile 5 kat lduğu, ya/ aylarnda hafta snu s ve elektrik yüklerinin yaklaşk yar yarya azaldğ, kş aylarnda ise hafta snu s yükünde ki azalmann 8 ile O kata ulaştğ görülmektedir. Gece ile gündüz aras s ve elektrik yükleri incelendiğinde kş aylarnda geceleyin luşan s yükleri rtalamasnn gündüze göre (, 30 ilc / 45 civarnda artt6r, yaz. aylannda ise / 27 ilc / 36 arasnda artş lduğu, elektrik yüklerinin ise yaklaşk ayn kaldğ görülmüştür. Tabl 5 Aylk Flektrik ls Yükü Değişim Tabllar Tabl 6 Mevsinhk Elektrk Is YL<Li Deği)m T:blnbr TUKETİM TEMMUZ AÖUSTOS AY LARJ ORT. (kwh.) ELEKrfRİK 2898 ls I 677,33 MİN. fuketim " (kwh_) 64,25 47,6 EYL(JL EIZjM KASI l YLA.RJ E tl C)R.N l 4 ) MAl< Rr_ r fl (kvh) ORAl ELEKTRiK ,6 69, Tabl 7 MI. TUKETIM 5.5 Aylk Elektrik Is Yükü Değn Tabllar 2,9 5.5 AYIN DEGERLENDİVfESİ. MAl( ORT Eli OR.J!J I ELEKTRIK ) f TCKETI ELEKTRIK TUKETİM ELEKTRİK. TUKETTh ELEKTRiK TÜKETİM blektrik s TEMMlJ7, A YI ()RT. Eli ,66 AGUSTOS AYI tkwh) ,33 EYLUL AYI _ ,6 EKIM AYI (kvvh.) ,5 KASIM AYI ,8 4,7 ORT.! E/I 488,43 38,39 ORT. kwh.) 62,8 84,9 ORT. 753,3 22,3 3,5 E/I 3,3 EIT 3,6 VIII. SONUÇ Yaplan değerlendirme snucunda, bileşk s gü.; sisteminin kurulmas için tejnel kşul larak kabul edilen yllk 5000 saa tlik çalşna süresi ile kyaslandğncia 2500 saatlik çahşna süresinin yetersiz "ŞU, elektrk ve s yüklerinin zanan zaman 500 kw n altnda kalşnn yan sra sistemin kurulununda engel teşkil e ek yan etkenler larak iş akşnn yl içerisinde değişiklikler göstermesi> her kalende seri üretinin süreklilik arz etmenesi, değişen ihtiyaçlarn üretin planlarnrk değişikliklere sebep lmas saylabilir. Dlaysyla bilejk s güç sistemleri için temel kşul larak ön görülen sartlarm saf: aunamas nedeniyle seçilecek sistenir, verinli alnayacağ değerlendirilmiştir. Ancak gelecekte seri üretimde süreklilik sağlarunas, tezgahara yüklenen iş saatlerinin artrl mas ile daha çk atölyede vardiyal çalşmaya geçilmesi durumunda elektrik ve s yüklernin yeniden tespiti ile bileşik s güç uygulamasna geçilebileceği değerlendirilmektedir. TÜKETİM ORT. (kwl.) E/I İkinci bir çözün yönteni ise benzer şekilde prses s ihtiyac lan tesislerdeki üretin kalenjlerinin bu tesiste ELEKTRiK ,24 726,72 323,59 2,3 tpjanmasdr. Böylelikle üretim miktar arrnlacak, arta üretin miktarm kaişlamak için yllk çalşma saat 2500saat düzeylerinden 5000 saat düzeylerine çekilecek, 49

7 7.Cilt, l.say (Mart 2003) Bileşik Is Güç Sistemleri ve Bir :ldel Üzerinde Uygulanabilirlik Etüdü M.S.Halilbeyğlu, K.Çakr, J.Tayma s tüketimi artacak ve diğer tesisteki verimsiz tüketinline de engel lunacaktr... enerj Bu çalşmada eneji kullanm verimliliğinin artrlmas sadece bileşik güç santralleri yönü ile ele alnmştr.. Ancak nevcut kaynaklar verimli kullanmak srunun özümünde katk sağlamakla birlikte srunu çözmez. Ulkemiz kalc çözün için enerji teknljilerinin gelişen eğilimlerine uymak zrundadr. Düşük kalrili kömürlerin gazlaştnlmas ve svlaştrlnas, yenilenebilir enerji kaynaklarnn (güneş enerjisi, mdern bimas enerji: jetermal enerji, rüzgar enejisi, deniz dalga enerjisi) değer Iendirilmcs i, yakt hücreleri knulannda araştrmalann yaplmas, süper s pmpas teknljisi, ve özellikle düşük maliyetli hidrjen üretimi için izleyen değil üreten ve rtak girişimlerde bulunan ülke knununda lmaldr. KAYNAKLAR [] ARISOY,A., DERBENTLİ,T., TÜRKEL,M.U., ÜNLÜ,C., "K j enerasyn Semineri Seminer Kitab, s. 928, 303 MAYIS 2002 [2] "Kjenerasyn Nedir", Enk Bileşik Eneji Sistemleri Web Sitesi wwvv.enkgen.cn [3] "Kjenerasyn, Türkiye Kjenerasyn ve Otprdüktörlük Derneği Web Sitesi [4] ÇENGEL,Y.A.,BOLES,M.A., "Mühendislik Yakaşrruyla Termdinarnk", s : 996 f5] İNALLI,M., YÜCEL,H.L., IŞIK,E., "Kjenerasyn Sistenlerinin Teknik ve Eknnik Uygulanabilirliği", Mühendis ve Makina Dergisi, Say 506,