Fosil Yakıtlardan Kömür ve Termik Santraller. Hazırlayan: Pınar Yeşim Yıldıral Ders: Yenilenebilir Enerji Kaynakları

Transkript

1 Fosil Yakıtlardan Kömür ve Termik Santraller Hazırlayan: Pınar Yeşim Yıldıral Ders: Yenilenebilir Enerji Kaynakları

2 Kömür, çoğunlukla karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan az miktarda kükürt ve nitrojen içeren bir enerji hammaddesidir. Kömür ün Tarihi; Kömür işletmeciliğine ait dokümanlar 12. yüzyıla aittir ve ilk olarak m.ö Çinliler tarafından kullanıldığı bilinmektedir. 18. yy ın son dönemlerine doğru yoğun olarak kullanılmaya başlanılmıştır. Gelişen sanayi ve endüstri, kömür kullanımını arttırmış, kömürü önemli bir mineral haline getirmiştir. Kömür demir-çelik sanayisinin hammaddesi olarak kullanılmış ve buharlı motorlarda, buharın oluşumu için yakıt olarak kullanılmıştır. Bugün çıkarılankömürün büyük bölümü ise elektrik üretimi ve çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.

3 Kömürün oluşumu Uygun ortamlarda bataklıklarda bozunma ve çürümeden kurtulan, bitki kalıntı birikimlerinin zamanla sıcaklık, basınç gibi etkilerle değişimi sonucu oluşur. Jeolojik devirde iki büyük kömür oluşum çağı vardır. Bunlardan daha eski olanı Karbonifer ( milyon yıl önce) ve Permiyen ( ) dönemlerini kapsar. Kuzey Amerika'nın doğusu ile Avrupadaki taşkömürü yataklarının çoğu Karbonifer döneminde; Sibirya, Asya nın doğusu ve Avustralya'daki kömür yatakları Permiyen döneminde oluşmuştur. İkinci büyük kömürleşme çağı ise Kretase (tebeşir) döneminde başladı ve tersiyer dönemi sırasında sona erdi. Dünyadaki linyitlerin ve yağsız kömürlerin çoğu bu dönemde oluşmuştur. Kömürlerin türediği bitkilerden geriye çok az iz kalmıştır. Kömür katmanlarının altında ve üstünde yer alan kayaçlarda eğreltiotları, kibritotları, atkuyrukları ve birçok bitki fosiline rastlanabilir.

4 Kömürler yoğunluk, gözeneklilik, sertlik ve parlaklık bakımından farklılık gösterebilir. Bitkiler öldükten sonra, bakteriler etkisiyle değişime uğrar. Eğer su altında kalarak değişime uğrarsa, C (karbon) miktarı artarak kömürleşme başlar. C miktarı %50ise linyit, C miktarı %70ise taş kömürü, C miktarı %90ise antrasit adını alır... Sınıflandırma Üç tip kömür vardır: antrasit linyit taş kömürü Jeolojik olarak kömürlerin yaşları 400 milyon yıl ile 15 milyon yıl arasında değişir. Genellikle yaşlı kömürler daha kalitelidir.

5 Antrasit en değerli kömür türüdür. %95'i karbondan oluşur. En sert kömür türü olup yandığında diğerlerinden daha fazla ısı verir. Antrasit ve bitümlü kömürler genellikle daha sert, dayanıklı, siyah renkli ve camsı parlak görünüştedirler. Göreceli olarak nem içerikleri daha düşük olup, karbon oranları daha yüksektir.

6 Odun kömürü Öte yandan ağacın havasız ortamda yavaş yavaş kısmen yakılmasıyla elde edilen ve siyah barut üretiminde ve metallerin sert yüzeylerinin kaplanmasında kullanılan "odun kömürü" veya "mangal kömürü" denir. Hammaddesi daha çok meşe odunundan sağlanır. Kok kömürü Taş kömürünün havasız ortamda, bütün uçucu bileşenlerinin giderildiği yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasıyla elde edilen özellikle bazı önemli ya da önemsiz işlemlerinde kullanılan malzemeye ise kok kömürü denir. Kok; gerçek anlamda bir kömür değildir. Tabiatta serbest halde bulunmaz, fabrikalarda taş kömürünün içindeki gazların çıkartılmasından sonra elde edilen kömürdür. Hava gazı Havagazı ilk kez 18. yüzyılın sonlarında ayrımsal damıtma yoluyla İngiltere'de üretildi. Hava gazı elektriğin dünyada yaygınlaşmasından önce sokakların aydınlatımasında, merkezî ısıtmada ve konutların ısıtılmasında yaygın olarak kullanıldı. Yerini zamanla doğal gaz almış olmasına rağmen doğal gazın giderek pahalılaşması üzerine kömürden gaz elde etmek için değişik yöntemler aranmaya başlandı. Üzerinde çalışılan yöntemlerden biri de 1870'te geliştirilmiş olan kömürün toz halinde üretildikten sonra yüksek sıcaklıklarda hava ve buharla karıştırılmasıdır.

7 Linyit ve kısmen alt bitümlü kömürler genellikle yumuşak, kolayca ufalanabilen ve mat görünüştedirler. Bu tip kömürlerin ana özelliği göreceli olarak çok yüksek nem içerirler ve karbon içerikleri düşüktür. Kömürün gazlaştırılması; Kömürün gazlaştırılması işlemi 18. yüzyılda ortaya çıkmış bir düşüncedir. Kömürü gazlaştırıp özellikle doğal gaz ve petrolün yerini alması düşüncesi vardı. Değişik enerji kaynakları bulma çabaları çerçevesinde kömürün ham petrole benzeyen bir sıvı yakıta dönüştürülmesi çabalarına başlanmıştır. Bu amaçla uygulanmaya çalışılan bir yöntemde proliz ve hidrojenlemedir. Bu yöntem yüksek basınç altında bir katalizör yardımıyla hidrojen ile kömürün tepkimeye sokulmasıyla gerçekleşir. II. Dünya Savaşı sırasında Almanya'da kömürün hidrojenlenmesi yaygın olarak kullanılan bir teknikti, ama bu üretim yöntemi petrolden benzin elde etmekten çok daha pahalıya mal olduğundan giderek ticari önemini yitirdi.

8 Kömür kullanım alanları Enerji Sektörü Çimento Sektörü Şeker Sektörü Toprak Sektörü Isınma Sektörü

9 DÜNYA KÖMÜR REZERVLERİ (milyar ton)

10 DÜNYA KÖMÜR TALEBİ

11 Dünya da Kömür Rezervi ve Üretimlerine Ait Bilgiler: Kömür, ülkemizin sahip olduğu önemli doğal kaynaklardan biridir. Türkiye de halen görünür 7 milyar ton, mümkün ve muhtemel 1,2 milyar ton olmak üzere yaklaşık 8,2 milyar ton linyit rezervi bulunmaktadır. Bu rezervin 2,5 milyar ton u TKİ sahalarında bulunmaktadır. Bu rezervler dünya genelinin % 2 sini oluşturmaktadır. Dünya linyit üretiminin ise % 8 i Türkiye de yapılmaktadır. Dünya Enerji Konseyi nin araştırmalarına göre ; Kanıtlanmış işletilebilir kömür rezervi toplam 861 milyar ton büyüklüğündedir. Söz konusu rezervin; 405 milyar tonu antrasit ve bitümlü kömür, 261 milyar tonu alt bitümlü kömür ve 195 milyar tonu ise linyit kategorisindedir.

12 Dünya Enerji Konseyi tarafından 75 civarında ülkede bulunduğu raporlanan dünya kömür rezervlerinden en büyük payı ABD almaktadır. Toplam rezervin %27,6 sı bu ülkede bulunmaktadır. ABD yi %18,2 ile Rusya Federasyonu ve %13,3 ile Çin izlemektedir. Diğer kömür zengini ülkeler arasında; Avustralya (%8,9), Hindistan (%7), Almanya (%4,7), Ukrayna (%3,9), Kazakistan (%3,9) ve Güney Afrika Cumhuriyeti (%3,5) bulunmaktadır. Dolayısıyla, dünya kömür rezervlerinin %90 dan fazlası bu 9 ülkenin elinde bulunmaktadır.

13 DÜNYA KÖMÜR ÜRETİMİ Dünya kömür üretimi son otuz yılda yaklaşık iki kat artmıştır. Toplam milyon ton büyüklüğündeki 2010 yılı dünya taşkömürü üretiminin %51 ini (3.162 milyon ton) tek başına Çin gerçekleştirmiştir. ABD nin payı %15,1 (932 milyon ton), Hindistan ın payı %8,7 (538 milyon ton) ve Avustralya nın payı ise %5,7 (353 milyon ton) oranındadır. Taşkömürü üretimi Linyit üretimi

14 DÜNYA KÖMÜR TÜKETİMİ Dünya kömür tüketimi, son otuz yılda yaklaşık iki kat artmıştır. Son on yıldaki artış oranı ise %56 düzeyindedir yılında milyon tep olan dünya kömür tüketimi 2011 yılı sonunda %5,4 oranında artarak milyon tep olmuştur yılı dünya kömür tüketiminin yaklaşık yarısı Çin tarafından gerçekleştirilmiştir.

15 Dünya Elektrik Üretiminde Kullanılan Kaynakların Dağılımı

16 Çeşitli Ülkelerde Elektrik Üretiminde Kömürün Payı

17 DÜNYA KÖMÜR TİCARETİ

18 DÜNYA FOSİL KAYNAKLARININ TAHMİNİ TÜKENİŞ SÜRESİ DOĞAL GAZ; 65 YIL PETROL; 42 YIL KÖMÜR; 230 YIL

19 KÖMÜRLE ÇALIŞAN SANTRALLARIN TOPLAM KURULU GÜCE ORANI , Polonya Güney Afrika Avustralya Çin Çek YunanistanHindistan ABD DanimarkaAlmanya Hollanda Türkiye Cumhuriyeti

20 Türkiye de Kömür Türkiyede antrasit içeren kömür yatağına rastlanmamıştır. En çok rastlanan kömür çeşidi ise linyittir. Türkiye linyit bakımından oldukça zengin bir ülkedir ve toplam 8,4 milyar ton linyit rezervine sahiptir. Fakat bu rezervin %68 inin ısıl değeri az olduğundan, üretilen linyitler genellikle termik santrallerde kullanılır.

21 Ülkemizde 2010 sonu itibariyle toplam birincil enerji arzı 109,3 milyon tep dir.

22 Rezervler; Ülkemizde, doğalgaz ve petrol rezervleri oldukça sınırlı olmasına karşın, 515 milyon tonu görünür olmak üzere, yaklaşık 1,3 milyar ton taşkömürü ve 10,8 milyar tonu görünür rezerv niteliğinde toplam 11,8 milyar ton linyit rezervi bulunmaktadır. Bu miktar dünya kanıtlanmış işletilebilir kömür rezervlerinin 1,5 ini oluşturmaktadır. Linyit rezervlerimiz ise dünya linyit rezervinin %6 sı büyüklüğündedir. Türkiye Taşkömürü Kurumu Ruhsatlı Kömür Sahalarına Ait Rezervler (ton)

23 Başlıca linyit yatakları; Afşin Elbistan AEL (Afşin Elbistan Linyitleri) Karaisalı, Adana) Merzifon ve Suluova Mengen, Bolu Kükürtlü Eynez, Soma ve Işıklar, Soma (Manisa) Uluçayır, Divriği (Sivas) Gülşehir, Nevşehir) Zonguldak Tunçbilek, Tavşanlı (Kütahya) GLİ (Garp Linyitleri İşletmesi) 2010 Yılı Sonu İtibarıyla Kurumlara Ait Linyit Rezervleri (ton)

24 Hava kirliliği Zararlı Etkileri; Asit yağmurları Sera etkisi Zehirlenmeler

25 Termik Santral, Nedir? Termik santraller kısaca kömür ve türevi yakıtların belirli sistemlerde yakılması sonucu açığa çıkan kimyasal enerjiyi, çeşitli sistemlerle mekaniğe, mekanik enerjiyi de elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.

26 1. Soğutma kulesi 10. Buhar kontrol valfi 19. Süperfırın 2. Soğutma suyu pompası 11. Yüksek basınçlı buhar türbini 20. Enerjili akım fanı 3. 3-fazlı Enerji nakil hattı 12. Gazdan arındırıcı 21. Tekrar ısıtıcı 4. Yükseltici trafo (3-fazlı) 13. Besleme suyu ısıtıcısı 22. Yanma hava girişi 5. Elektrik üreteci (3-faz) 14. Kömür taşıyıcı 23. Ekonomizör 6. Düşük basınç buhar türbini 15. Kömür besleme hunisi 24. Hava önısıtıcı 7. Yoğuşma pompası 16. Kömür öğütücü 25. Elektroststik filtre 8. Yüzey yoğunlaştırıcı 17. Buhar fıçısı 26. Endüklenmiş akım fanı 9. Orta basınç buhar türbini 18. Kül hunisi 27. Baca

27 Termik Santral ın Çalışma Prensibi; Kömür veya linyit santralde bulunan kazanlara beslenir. Kazanda oldukça yüksek sıcaklıklarda ( C) yanma başlar. Kazan içinde bulunan boru sistemlerindeki su ısı etkisiyle buharlaşır. Yüksek sıcaklıktaki ve yüksek basınçtaki buhar türbinlere gönderilir. Türbin döner ve generatöre bağlı sistem elektrik üretir.

28 Termik Santral ın Ana Ekipmanları; Kazan Türbin-Generatör Kondenser(Buhar yoğunlaştırıcı sistem) Soğutma Kulesi(Baca)

29 Kazan; Yakıtın çeşitli ateşleme sistemleri ile yakılıp ısının elde edildiği bölümdür. Kazan sıcaklığı kazanın türüne göre C arasında değişir. Isı kazan etrafındaki ve içindeki borulardaki suyu buhar haline getirerek uygun sistemlerle türbine gönderir. Termik santral kazanlarının birçok çeşidi vardır. Bunlardan bazıları: Pulverize Kazanlar Sürüklemeli Kazanlar Akışkan Yataklı Kazanlar Atık Isı Kazanları Ülkemizde en fazla Pulverize Kazan teknolojisi kullanılmaktadır.bu sistemde kömür değirmenlerde öğütülerek mikron boyutunda parçalara ayrılır. Bu şekilde yanmanın homojen bir şekilde gerçekleşmesi sağlanır bu da verimi artırır.

30 Türbin ve Generator; Sıcak ve basınçlandırımış buhar (genelde C,ve bar) izole boru sistemleri ile türbine gönderilir. Buhar bünyesinde barındırdığı büyük miktardaki enerjiyle türbin kanatlarını döndürmeye başlar. Türbin miline akuple edilmiş generatör rotoru türbinle aynı hızda döner türbin hızı belirli bir hıza ulaştığında(yaklaşık olarak, 3000 dev/dak) generatör rotuna ikaz verilir ve generatör çıkışından elektrik enerjisi elde edilmiş olur, böylece santralin nihai amacı olan elektrik enerjisi elde edilmiş olur.

31 Kondenser ve Soğutma Kulesi; Türbinden çıkan, buhar enerjisi diğer bir deyişle basınç ve sıcaklığı azalmış buhar yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürülür. Bu işlemin sebebi buharın depolanamamasına karşılık suyun depolanabilme özelliğinin olmasıdır. Oluşan su sonra, tekrar kullanılmak üzere santralın ısı üretilen bölümüne geri gönderilir. Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak bölgelerde ise santralın hemen yanında bulunan soğutma kuleleri kullanılır.

32 Türkiye de Termik Santral Kullanımı; Türkiye de 2012 Şubat sonu itibariyle kömür yakan santralların kurulu gücü ,7 MW tır. Bunların 8.139,7 MW ı linyit 335 MW ı yerli taşkömürü ı MW ithal kömür kullanırlar. Bu santrallar 2011 yılında 63,76 milyar kwh üretmişlerdir ve 228,43 milyar kwh lik Türkiye toplam üretimlerindeki payları %27,91 dir.

33

34

35 AFŞİN-ELBİSTAN ÇATALAĞZI SOMA SEYİTÖMER

36 Dünya da Termik Santral Kullanımı; Elektrik enerjisi üretiminde termik santrallerin payı ülkeden ülkeye %50 ile %95 arasında değişmektedir. Bu santrallerde yakıt olarak genellikle linyit,petrol,doğalgaz ve biyokütle kullanılmaktadır. Dünyada termik santrallere baktığımızda çoğunlukla düşük kalorili linyit kullanıldığı görülmektedir.

37 Avrupa da çalışan termik santraller genellikle yaşlı santraller olup, son 10 yılda geliştirilen yüksek verimli santrallerin çok altında verime sahiptirler. Aşağıda Avrupa daki termik santrallerin yaşları verilmiştir.

38 Atık Isıların Değerlendirlmesi; Serbest piyasa şartlarında,yüksek işletme maliyetlerine sahip düşük verimli santrallerin çalıştırılabilmesi ancak atık ısılarını da değerlendirmekle mümkün olmuştur. Sadece elektrik üretmek için kurulan santraller aynı zamanda çevredeki konutların ısı ihtiyacını karşılayarak verimi %80-90 lara taşımıştır. Termik santral atık ısıları sadece konutların ısı ihtiyacını karşılamakla değil soğutmada,sera ısıtmasında,balık çiftliklerinde,hafif sanayide vb. bir çok yerde fayda sağlamaktadır. Dünyada termik santrallerden bölgesel ısıtma yapan ülkelere örnek verecek olursak; Özellikle Almanya,Danimarka vefinlandiya bölgesel ısıtma sistemlerinde yüksek oranda faydalanarak Enerji sektöründe maliyeti minimize etme çalışmalarına gitmişlerdir.

39 Termik Santrallerde Atık Isının Değerlendirilmesiyle Sağlanan Faydalar Verimde artış Elektrik ve ısı üretim maliyetinde düşüş Çevre kirliliğinde azalma Enerji güvelirliğinde artış Enerjide dışa bağımlılıkta azalma

40 Termik Santrallerin Avantajları ve Dezavantajları Avantajları; Enerji ihtiyacının giderek arttığı günümüzde fosil yakıtlardan enerji elde etmek kaçınılmaz ve oldukça gerekli bir yöntemdir. Özellikle kömür ve linyitin kullanıldığı termik santrallerin dünya üzerinde giderek yaygınlaştığı da bilinmektedir. Burada önemli olan nokta çevresel riskleri ve zararları minimuma indirilmiş sistemler tasarlamak ve kullanmaktır. Termik santrallerin yararlarını ve zararlarını şu şekilde sıralayabiliriz: Kurulum maliyetleri yatırımcı için oldukça uygundur. Yakıtın taşınabildiği heryere kurulabilir. Kalitesiz linyit kömürü,kömür tozları ve yakılması güç fuel-oil kullanılabildiği için ekonomiktir. Dezavantajları; En büyük dezavantajı termik santrallerin çevresel sorunlara neden olmasıdır. Bulunduğu çevrede su,hava ve toprak kalitesini yeterli önlemler alınmadığında düşürebilir. Atmosfere SOx ve NOx emisyonları yayarak havayı kirletirler. Fakat teknolojinin gelişmesiyle birlikte bu emisyonlar minimuma indirilebilmektedir.

41 Termik Santrallerde SOx ve NOx giderme Kömür ve linyite dayalı termik santrallerde yanma sonucu kömürün yapısındaki piritik kükürt ve benzeri zararlı minarellerden kaynaklanan SO₂,NO,NO₂ gibi atmosfere zararlı gazlar açığa çıkmaktadır. Bu gibi gazları temizlemek ve zararlarını minimum düzeye indirmek amacıyla kullanılan yöntemlere baca gazı arıtma yöntemi denir. Bu yöntemler ıslak prosesler ve kuru prosesler olmak üzere ikiye ayrılır.

42 Bu gibi yöntemlerden en belirgini ve yaygını ıslak kireçtaşı kullanımıdır. Kireç ve SO₂ tepkimeye girerek bir çökelek oluşturur bu da zararlı gazların dışarıya verilmesini önler. Baca gazı salınmadan önce çeşitli filtre sistemleri ile zararlı gaz içeriği kireç tarafından absorblanır. Buna benzer birçok yöntem söz konusudur,aynı işlem soda tarafından yapılabilmektedir. Fakat kireç hem çok bulunabilir olmasından hem de maliyet uygunluğu açısından en çok tercih edilen malzemedir.

43