BİR KOJENERASYON TESİSİ İÇİN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI. Dr.Ersun Kubilay

Transkript

1 BİR KOJENERASYON TESİSİ İÇİN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI Dr.Ersun Kubilay Kojenerasyon Sistemleri, mazot, LPG, doğal gaz, bio gaz, çöp gazı gibi yakıtların bir motor veya türbinde yakılarak elektrik ve ısının birlikte üretildiği Birleşik Güç Sistemleridir. Kojenerasyon Tesisleri mutlaka, Atık Isıl Enerjinin tamamından veya çok büyük bölümünden yararlanılmak üzere tasarlanmalıdır. Yüksek verimde çalışacak böyle bir sistemde elektrik üretiminin ihtiyacın altında kalması durumunda, kapasite büyütülmesi yerine mutlaka, sistemin şebekeyle paralel çalıştırılması tercih edilmelidir. Üretilen atık ısıyla buhar, sıcak su, kurutma havası, kızgın yağ v.d. elde etme imkânları olduğu gibi absorbsyonlu sistemlerle soğuk su veya soğuk hava elde etmek (Trijenerasyon) de mümkündür. Endüstriyel tesislerde, binalarda ve kentsel uygulamalarda Kojenerasyon Projelerinin daima en uygun yakıtla, en yüksek verimde ve kesintisiz çalışma koşullarına göre tasarlanmaları esastır. NİÇİN KOJENERASYON? İkincil bir enerji olması nedeniyle elektrik pahalı bir enerji türüdür ve ülkemizde 1 kw elektrik üretmek için, termik çevrim santrallerinde, verime bağlı olarak, çoğunlukla 2 kw tan daha fazla birincil enerji (kömür doğalgaz) tüketilmektedir. Düşük verimli (%36-55 arası) ve atık ısıların yeterince değerlendirilemediği bir termik çevrim santralinde üretilen elektriği yüksek fiyattan satın almak yerine bazı işletmeler, elektrik ihtiyaçlarının tamamını veya bir kısmını, kendi fabrikalarında kurdukları kojenerasyon sistemleriyle karşılamakta ve iyi değerlendirdikleri atık ısılarla enerji maliyetlerini azaltarak rekabet şanslarını arttırmaktadırlar. Kojenerasyon Sistemlerinin başlıca yararları kısaca: Fabrikalarda ve binalarda karbon salımlarının azalmasını, bir başka değişle karbon ayak izlerinin küçültülür, Üretilen yüksek kalitedeki (voltaj ve frekans) elektrikle fabrikalardaki üretim sırasında, makinelerde bulunan elektronik devre ve bileşenlerin zarar görmesi engellenir, İşletmeler elektrik iletim ve dağıtım sistemlerindeki arızalardan etkilenmezler, İşletmeler, hem daha ucuza ürettikleri elektrikten, hem de değerlendirdikleri atık ısılardan dolayı enerji maliyetlerinde ciddi azalmalar sağlarlar, İşletmeler, iletim ve dağıtım hatlarındaki % mertebesinde değişen kayıp-kaçak bedelini ödemek zorunda kalmazlar. Aşağıdaki resimde bir kojenerasyon sisteminde giren birincil enerji miktarıyla çıkan ikincil enerji miktarları yaklaşık oranlarıyla gösterilmiştir. % 40 elektriksel verimde çalışan bir kojeneratörde 40 BİRİMLİK elektrik ve 45 BİRİMLİK ısıyı birlikte elde etmek için 100 BİRİM birincil enerji tüketmek gerekir. Oysa aynı 45 BİRİMLİK ısı, % 90

2 verimde çalışan bir kazanda 50 BİRİM birincil enerji tüketilerek ancak elde edilebilir. Dolayısıyla, kojenerasyonlarda 100 BİRİM birincil enerjiyle elde edilen sekonder enerji konvansiyonel yöntemlerle, farklı iki sistemde (jeneratör+kazan/şebeke+kazan) 150 BİRİM birincil enerjiyle ancak elde edilebilir. Ortaya çıkan 50 birimlik tasarruf, elektrik ve ısının birlikte üretildiği kojenerasyon sistemlerinin akıllı yatırımlar olduğunun basit göstergesidir. Aşağıda, gaz motorlu bir Kojenarasyon Sisteminin prensip şeması gösterilmiştir. Türbinlerde yüksek miktarda atık ısı ağırlıklı olarak egzos gazlarından elde edilir. Yağ ve ceket soğutma eşanjörleri türbinle çalışan sistemlerde yoktur. Kojenerasyon Sistemleri projelendirilirken izlenmesi gerekli yol aşağıdaki gösterilmiştir. I. Elektrik ve Isıl İhtiyaçların belirlenmesi, II. E/I oranına bağlı olarak motor veya türbin tercihinin yapılması, III. Motor / Türbinin büyüklüğünün (kapasite) belirlenmesi, IV. Ön projenin hazırlanması, V. Tekliflerin alınması ve tedarikçi seçimi, VI. Ayrıntılı projelerin (inşaat, mekanik, elektrik) yapılması, gerçek Yatırım Maliyeti ve Geri Ödeme Süresinin Hesaplanması, i. Ekonomik Fizibilite, ii. Teknik Fizibilite, iii. Organizasyonel Fizibilite ve İş/zaman Çizelgesi VII. Yatırım için finansman seçeneklerinin araştırılması, VIII. Uygulama Projelendirme sırasında yukarıda yazılı yol izlenirken aşağıda yazılı noktalara dikkat edilmesi grekir. 1. İhtiyaçlar tespit edilirken mutlaka son bir veya iki yılın saatlik, günlük, aylık elektrik ve ısıl enerji tüketimleri incelenmelidir. Kurulacak Kojenerasyon sistemindeki atık ısıl enerjinin tamamının veya tamamına yakınının kullanılması esastır. İleriye yönelik yatırımlar dikkate alınarak kojenerasyonun büyük seçilmesi, yatırımlar gerçekleşene dek sistemin düşük verimde çalıştırılmasına, bu da Geri Ödeme Süresinin uzamasına neden olur. Bunun yerine tasarım, gelecekte uygun kapasitelerde birkaç motor/türbin in paralel çalıştırılmasına yönelik yapılabilir ve sistemin zamanı geldiğinde büyütülmesi her zaman daha akıllı çözümdür.

3 2. Motor / türbin kararı verilirken elektrik ve ısıl ihtiyaçların oranları dikkate alınır; şöyle ki: E/I > 1 ise motor seçilmelidir, E/I < 0,8 ise türbin seçilmelidir, 0,8 < E/I < 1 ise: Kritik Durum; seçim çok daha ayrıntılı değerlendirmeden sonra yapılmalıdır. Isıl ihtiyaçların fazla olduğu işletmelerde türbin tercihleri daha doğrudur. Şöyle ki: kw aralığında daha çok tercih edilen gaz motorlarında ısı çıkışı: genellikle güç çıkışının 1 1,5 katı, kw üstündeki ihtiyaçlarda tercih edilebilen gaz türbinlerinde ısı çıkışı: Diesel motorlarında ise ısı çıkışı: genellikle güç çıkışının 2,5 3 katı genellikle güç çıkışına eşittir. Türbin satın almayı planlayan bir kuruluşun yeterli sayı ve kalitede teknik personele sahip olması çok önemlidir. Arıza ve periodik bakım zamanlarında servis hizmetini veren kişilerle kolay iletişim ve iyi işbirliği şarttır. 3. Kapasite belirlenirken mutlaka, atık ısıların tamamının veya çok büyük bölümünün 12 ay süresince değerlendirilebilmesi dikkate edilmesi gerekli en önemli noktadır. Atık ısıların iyi değerlendirilemediği Kojenerasyon Sistemleri verimsiz sistemlerdir. 4. Ön proje, satın alınması planlanan sisteme ait teknik özelliklerin, işletme ve bakım giderlerinin, elektriksel ve ısıl verimlerin ortaya çıkarılması, işletmede mevcut OG sistemi üzerinde yapılacak değişikliklerle ilgili sorunların ve bunların maliyetlerinin iyi bilinmesi için çok önemli bir çalışmadır. İyi hazırlanmış bir ön proje, tedarikçilerle yapılacak görüşmelerde kolaylık sağlar. Şirketin kendi yapacağı veya yaptıracağı ön proje ile tedarikçilerin yapacakları ön projeler, farklı yaklaşım ve hesap yöntemlerinden dolayı çoğunlukla örtüşmezler. Bu farklılıkların nedenlerinin iyi bilinmesi, kojenerasyon sistemiyle ilgili istenen özelliklerin belirlenmesinde, tedarikçilerle görüşmede ve karar aşamalarında kolaylık sağlar. Ön proje çalışmalarında kojenerason sistemlerini iyi bilen bir danışman firmadan destek alınması faydalı olur. Sadece tedarikçiler tarafından yönlendirilmek bazen, ihtiyaçtan büyük bir sistemin, servis hizmetleri yetersiz bir tedarikçiye sipariş edilmesi gibi durumlar yaratabilir. Ön projeler sonrasında olası Yatırım Maliyetleri ve Geri Ödeme Süreleri hakkında yeterli ön bilgi elde etmek mümkündür. Bazı tedarikçiler, farklı kapasitedeki motor/türbinler arasındaki fiyat farklarını düşük tutarak firmaların ihtiyaçlarından daha büyük sistemler satın almalarına neden olmaktadır. Büyük seçilmiş ve kapasitesinin altında, düşük verimde çalıştırılan bir motor/türbinin bakım ve yedek parça giderlerinin de yüksek olacağı unutulmamalıdır. Sonraki yıllarda ihtiyaçlarım nasıl olsa artacak o zaman sistemi tam kapasiteyle çalıştırırım düşüncesi kojenerasyon projelendirmelerinde geçerli bir düşünce değildir.

4 5. Motor/türbin tedarikçilerinden olabildiğince çok sayıda teklif almak sistemleri kendi aralarında karşılaştırabilmek adına her zaman yararlıdır. Seçilen kapasiteye uygun motor/türbin bulmakta sıkıntı yaşanabilir ve bunun sonucunda kapasitenin biraz küçültülmesi veya büyütülmesi gerekebilir. Sistem ve tedarikçi seçilirken en önemli nokta tedarikçinin Türkiye deki Servis Hizmetinin güçlü olması kriteridir. Burada daha önce tedarikçinin kurduğu bir-iki sistemin ziyaret edilerek servis hizmetleri hakkında bilgi toplanması önemlidir. Yeterli ve iyi bir servis hizmetinin sağlanamadığı bir Kojenerasyon Sistemi ne kadar mükemmel olursa olsun akıllı bir yatırım değildir ve beklenilen tasarrufları kesinlikle sağlayamaz. 6. Elektrik iletim ve dağıtım şirketleri, kurulacak Kojenerasyon Ünitelerinin kendi sistemlerine zarar vermesini istemezler. Bu bağlamda EPDK ve ETKB için hazırlanan ayrıntılı inşaat, mekanik ve özellikle elektrik projeleri çok önemlidir. Projelerin, bazı Yönetmelik ve standartlara uygun olarak yapılması ve Bakanlığa onaylanması gerekir. Ön ve nihai kabul aşamalarında Bakanlık tarafından yapılan kontroller sonucunda uygulama ile onaylanan proje arasında ortaya çıkan eksik veya farklılıkların hepsi düzeltilmeden sistem için işletme izni almak mümkün değildir. Özellikle, hesapların IEEE standartlarında, ayrıntılı olarak yapıldığı elektrik projelerinin uygulamalarında, her türlü koruma, kilitleme, yük atma ve benzeri koruyucu sistemlerin iyi çalışıp çalışmadıklarının kontrolü için yapılan testler işletme izni için önemlidir. Ekonomik olarak uygun (fizibl) çıkan bir proje teknik veya organizasyonel olarak uygun olmayabilir. Örneğin OG sistemi çok eski olan bir kuruluşa bir kojenerasyon ünitesi şebekeyle paralel çalışmak üzere projelendirilirken, eski sistem ile yeni sistem arasında uyum sorunu yaşanabilir ve eski sistemin tamamen yenilenmesi gerekebilir. Kojenerasyon Sistemlerinin devreye alınmaları aşamasında işletmelerin bir süre durdurulmaları gerekebilir ve bu sorunun organizasyonel açıdan çözümü zor olabilir. 7. Atık ısıların iyi değerlendirildiği verimli Kojenerasyon yatırımları için yerli ve yabancı bankalardan, Hazine Müsteşarlığından uygun koşullarda kredi bulmak, bu yatırımlar için Bakanlıktan kısmî hibe destekleri almak (Gönüllü Anlaşmalar, Verimlilik Arttırıcı Proje) mümkündür. 8. Projenin uygulama aşamasına geçildiğinde iş/zaman çizelgeleri hazırlayarak işlerin planlanması ve takip edilmesi önemlidir. BİR ÖRNEK 2011 yılında: Saatlik ortalama elektrik tüketimi: Saatlik maksimum elektrik tüketimi: Saatlik ortalama ısıl enerji ihtiyacı: Saatlik maksimum Isıl enerji ihtiyacı: kwh kwh kwh (183 Sm3 doğal gaz) kwh (276 Sm3 doğal gaz) olan ve üç vardiya çalışılan bir işletmede aynı yıl için ortalama E/I oranı > 1 olarak bulunmuştur. Bu veriler ışığında, şebekeyle paralel çalıştırılacak ve atık ısıl kapasitesi kwh in üstünde olan, gaz motorlu bir Kojenerasyon Sisteminin projelendirilmesi kararlaştırılmıştır. Kojenerasyon ünitesi elektrik ihtiyacının % 90 ının karşılayacak, geri kalan % 10 ise şebekeden sağlanacaktır.

5 2.648 kwh lik maksimum ısıl enerji ihtiyacı dikkate alındığında: Isıl verimi W t, yaklaşık % 45 olan bir gaz motorunun kwh lik bir atık ısıl enerji verebilmesi için W e elektriksel gücünün (yaklaşık % 40) We = kwh olması gerekir. Bu güçteki bir gaz motoru tam yükte çalıştığında ısıl ihtiyacın tamamını her zaman karşılanabilecektir. Bulunan bu elektriksel güç, saatlik maksimum elektrik ihtiyacı kw tan büyüktür ve üstelik kojenerasyonda elektrik ihtiyacının % 90 ının karşılanması planlanmaktadır. Bu durumda kojenerasyonda üretilmesi istenen elektrik miktarının (maksimum tüketim dikkate alınarak), x 0,90 = kw olarak düşünülmesi daha doğru yaklaşımdır. Kısaca, ısıl ihtiyaçların tamamının karşılayan bir gaz motorunun elektriksel gücü, işletmenin ihtiyacının üstündedir. Dolayısıyla, sistemin yüksek kapasite ve verimde çalışması için, elektriksel gücü kw a yakın gaz motorlarının araştırılması gerekir. Bu durumda gaz motorundan sağlanacak atık ısılar ihtiyacın her zaman tamamını karşılamayacaktır. Tedarikçiler arasında yapılan araştırma sonucunda: CATARPILLAR 3520 E Bu motorda: We: kwh Wt: kwh tır. Seçilen gaz motoruyla ilgili teknik bilgiler aşağıdaki tabloda gösterildiği gibidir: motoru seçilmiştir. Elektriksel Verim = % 42,1 (Elektrik Üretimi : kw) Isıl Verim = % 46 (*) Yakıt Enerjisi = kw Sistemde bulunan üç eşanjör, HT: kw (verim HT = 1067/4923 = % 21,6) LT: 159 kw (verim LT = 159/ 4923 = % 3,2) Egzos için eşanjör: kw (verim egzoz = 1044/4923 = % 21,2) TOPLAM: kw (Toplam Atık Isı Üretimi) Doğal gaz tüketimi: 501 Nm3 (tam yükte) İç elektrik Tüketimi (kurulu güç): 40 kw Yağ Tüketimi: 0,0003 kg/kw (yağ fiyatı= 7 TL /kg) Sistem Fiyatı: (OG Hariç) Bakım Fiyatı: 8 /saat (ilk saat yağ hariç) Motorun içindeki 40 kw lık bir kurulu gücün % 75 inin (30 kw) sürekli tüketileceği kabul edilmiştir. Bu durumda kojenerasyonun çalışması halinde iç tüketim dahil; Saatlik Ortalama Elektrik Tüketimi: kwh, Saatlik Maksimum Elektrik Tüketimi ise: kwh olacaktır.

6 Bu durumda, iç tüketimler dahil, kojenerasyon ve şebekeden sağlanacak saatlik elektrik miktarlarıyla kojenerasyonda kapasite kullanım oranları aşağıdaki tablolarda gösterildiği gibi olacaktır: Saatlik Ortalama Elektrik Tüketimi (kwh) Kojenerasyon İç Tüketimleri (30 kwh) Dikkate alındığında Saatlik Elektrik Tüketimleri (kwh) Kojenerasyonda Saatlik Üretilecek Elektrik % 90 kwh Şebekeden Saatlik Satın alınacak Elektrik kwh Kojenerasyon Kapasite Kullanım Oranları % Oca Oca Şub Şub Mar Mar Nis Nis May May Haz Haz Tem Tem Ağu Ağu Eyl Eyl Eki Eki Kas Kas Ara Ara ort ort Kojenerasyonun, yukarıdaki tabloda yazılı kapasite kullanım oranlarında, üreteceği atık ısılar ve bunların ihtiyaçları karşılama oranları ise aşağıdaki tabloda gösterilmiştir (hesaplarda atık ısıların ancak % 85 inin değerlendirilebileceği kabul edilmiştir): Gün Sayısı 2011 Yılı Kojenerasyonda Üretilecek saatlik Ortalama Atık Isı Miktarları (kw) Kojende Üretilen Aylık Toplam Atık Isıl Enerji (kwh) Tesisat ve Depolama Nedeniyle Atık Isıl Enerjinin ancak % 85 i Değerlendirilebilir (kwh) Kojende Üretilen Aylık Toplam Atık Isıl Enerjinin Doğal gaz Eşdeğeri (Sm3) Kojensiz Aylık Doğal gaz Tüketimleri (Sm3) Kojendeki Atık Isının İhtiyacı Karşılama Oranı (%) Kojensiz Aylık Doğal gaz Tüketimleri Parasal Değeri ( ) Kojenerasyondan Sonra Satın Alınacak Doğal Gaz Miktarı (Sm3) Kojenerasyondan Sonra Satın Alınacak Doğal Gazın Parasal Değeri ( ) 28 Oca Şub Mar Nis May Haz Tem Ağu Eyl Eki Kas Ara TOPLAM Atık ısıların değerlendirilmesinden dolayı yıllık toplam kazanç: = olarak ortaya çıkmaktadır. Aşağıdaki grafikte kojenerason öncesi ve sonrası doğal gaz tüketimleri ve net tasarruf gösterilmiştir.

7 Atık ısıların değerlendirilmesinin yanı sıra elektrik ihtiyacının % 90 ının doğal gazla üretilmesiyle sağlanacak parasal kazançlar da, aşağıdaki grafikte görüldüğü gibi olarak hesaplanmıştır.

8 Şebekeden satın alınan elektriğin birim fiyatı 0,075 /kwh iken, kojenerasyonun devreye girmesiyle elektrik birim fiyatı 0,056 /kwh e düşmüştür. Sonuç olarak, Atık ısıların değerlendirilmesiyle , Elektriğin doğal gazla üretilmesiyle olmak üzere kojenerasyon ünitesiyle toplam, luk brüt parasal kazanç sağlanmaktadır. Kojenerasyon Sisteminin Yıllık İşletme Giderleri: Bakım Giderleri: (319 gün x 24 saat x 8 /saat) Yağ Gideri (tüketim): (0,0003 Kg / kw ve 3 / Kg) Yağ Değişimleri: (yılda üç kez) Finansman Gideri: ( nun) İnşaat Giderleri: Sigorta Gideri: İşçilik Giderleri: (İşletmeye ait işçilik) TOPLAM: Bu durumda yatırımın getireceği Yıllık Net Kar: = olacaktır. Yatırım maliyeti: Kojenerasyon Ünitesi OG Sisteminde değişiklikler EPDK ve ETKB İzinleri TOPLAM olarak öngörülebilir. Geri Ödeme Süresi (GÖS): / = SONUÇ: 2,60 yıl (31 ay) olarak bulunur. Kojenerasyon Projesi fizibilite çalışmalarında Geri Ödeme Süresi olarak bulunan 2,6 yıl makul bir süredir ve yatırımın ekonomik bir yatırım olduğunu göstermektedir. Fizibilite çalışmalarında aşağıda yazılı önemli noktalara mutlaka dikkat edilmelidir: Motor/Türbin seçimini E/I oranı incelenerek yapılmalı, Kapasiteyi belirlerken, elektrik ve ısıl ihtiyaçların en yüksek olduğu aylar dikkate alınmalı, Elektriksel verimi en yüksek olan motorun seçilmesine çalışılmalı, Servis hizmetleri iyi olan tedarikçi seçilmeli, Fizibilite hesaplarında sistem içi elektrik tüketimleri de hesaplara dahil edilmeli, Fizibilite hesaplarında geri kazanılan atık ısının % 15 ini değerlendirilemeyeceği dikkate alınmalı Değişik kapasite kullanım oranlarındaki farklı yakıt tüketimleri ve farklı atık ısılar dikkate alınmalı, Fizibilite çalışmalarında Finansman Giderleri mutlaka hesaplara dahil edilmeli. İyi tasarlanmış ve verimli çalıştırılan gaz motorlu bir kojenerasyon sisteminde Geri Ödeme Süreleri kesinlikle üç yıldan daha uzun değildir.