Yüksek Verimle Yanan Kömürün Gücü

Transkript

1 Yüksek Verimle Yanan Kömürün Gücü *Dr. Selçuk ÖZGEN, Ferda BAYRAK *Araştırma Merkezleri Koordinatörü GİRİŞ Dünya genelindeki ortalama sıcaklık 19. yüzyıldan itibaren 1,5 C artarken, bu artışın 2 C nin altında kalması ve endüstrileşme öncesi sıcaklık değerlerine dönebilmek için çeşitli önlemler gündeme gelmektedir. Bunun için çeşitli forumlar düzenlenerek 2050 yılına kadar düşük karbon salınımlı veya tamamen karbon içermeyen enerji üretim yöntemlerine geçilmesi gerektiği vurgulanmaktadır Aralık ayında Paris te düzenlenen Uluslararası İklim Zirvesinde de benzer konulara gündeme gelmiştir. Bu zirvede sera gazını azaltımına yönelik çözümlerden biri olarak HELE teknolojileri önerilmiştir. Bu raporda sıcaklık artışının 2 C nin altında kalması için kömürle çalışan elektrik santrallerinde HELE teknolojilerin rolü anlatılacaktır. HELE (high efficiency low emission) Teknolojisi Uluslararası Enerji Ajansı tarafından yapılan tahminlere göre kömürün enerji üretimindeki rolü uzun dönemde de değişmeyecektir. Hatta değişmek bir yana dursun, kömürün payının enerji arenasının merkezi durumundaki Güneydoğu Asya ülkelerinde %32 lerden %50 lere çıkması beklenmektedir. Dünyada şehirleşme ve sanayileşme arttıkça ekonomik ve demografik değişimlere bağlı olarak inşaat ve enerji sektörlerinde yüksek enerji gerektiren çelik, çimento, cam ve alüminyum gibi materyallerin üretiminde artışa gidilmesi kaçınılmaz olacaktır. Bu üretim senaryosu içinde kömür en büyük çıktıya sahiptir. Örneğin, 1 ton ham çelik üretimi için 770 kg kömür gereklidir. Uluslararası Enerji Ajansının Yeni Politika Senaryosuna göre 2040 yılında kömürle çalışan santrallerin üretim kapasitesi 2,6 TW a ulaşacaktır. Bu ise 12 bin TWsaatlik bir elektrik üretimi demektir. OECD ülkeleri dışındaki Asya ülkeleri ile birlikte gelişmekte olan ülkelerin bu üretimin %75 ini oluşturması beklenmektedir. Bunlar içinde Çin ve Hindistan ın üretim kapasitesinin 840 GW ı bulacağı düşünülmektedir. Farklı enerji üretim teknolojileri ile kıyaslandığında kömürün en ucuz kaynak olması birçok Asya ülkesinde kömürü ön sırada tutacaktır. Konvansiyonel kömür yakma sistemlerinde türbini hareket ettiren buhar eldesi genellikle % 32 verime ulaşmaktadır. Süperkritik ve ultra-süperkritik gibi HELE (high efficiency low emission) teknolojileri ile bir yandan kömürle çalışan termik santrallerin ürettiği enerji miktarı artırılırken bir yandan da emisyonları düşürmek mümkün olabilmektedir. HELE teknolojisi ile çalışan üretim tesislerinde suyun sıvı ve gaz hallerinin birlikte dengede bulunduğu sıcaklık ve basınçta

2 çalışıldığı için %45 in üstünde verime ulaşılabilmektedir. Bu sistemler MWsaat başına daha az kömüre ihtiyaç duymakta böylelikle daha az CO2 ve civa emisyonu oluşumu sağlamaktadır. HELE teknolojileri ile çoklu buhar türbini basınç modülleri kullanılmakta böylece daha yüksek basınç ve sıcaklıkta maksimum enerji elde edilebilmektedir. Buhar her bir türbin modülünden geçerken basınç düşmektedir. Bu modüller yüksek basınç (YB), ortalama basınç (OB) ve alçak basınç (AB) kesitlerinden oluşmaktadır. Yüksek basınç kesitinden çıkan buhar, buhar sıcaklığının yükseltilmesi için tekrar ısıtıcıya dönmektedir. Tekrar ısıtma işlemi sayesinde buhar nemi düşük tutulmakta böylelikle türbin kanatlarının çevrilmesine engel olan su damlası oluşumu engellenmektedir. Türbin kanatları her bir modülde türbülansı engelleyecek şekilde tasarlandığından buharın kinetik enerjisi daha verimli bir şekilde harekete dönüşmektedir. Ultra süper kritik HELE teknolojilerinde ilk yatırım maliyetleri konvansiyonel santrallere göre % daha pahalı olsa da daha yüksek verim eldesi emisyonları ve yakıt maliyetini

3 düşürmektedir. Bu nedenle, bu sistemler enerji arz güvenliğinin önemli olduğu durumlarda ve santrallerin yaşlanması durumlarında uygulanmaktadır. High efficiency low emission (HELE) teknolojileri bir yandan kömürle çalışan termik santrallerin ürettiği enerji miktarını artırırken bir yandan da emisyonları düşürmek için tasarlanmaktadır. Bu teknoloji küresel ölçekte emisyon düşürmede büyük oranda etkilidir. Yapılan araştırmalara göre dünya ölçeğinde kömürle çalışan üretim santrallerinin ortalama veriminin %33 ten %40 a çıkarılması CO2 emisyonunda 2 Gigaton luk bir düşüş sağlayabilecektir. Bu 2 Gigaton luk düşüş iklim değişikliği için şimdiye kadarki yapılan faaliyetlerden çok daha etkili olabilecek düzeydedir. Hele Teknolojilerine Dünyadan Örnekler Nordjylland Termik Santralı, Danimarka Danimarka nın kuzey Jutland bölgesinde 400 MW gücündeki 3. Ünite 70 metre yüksekliğinde buhar jeneratörü ve çift geri ısıtma döngüsüne sahiptir. Buhar basıncı 29 MPa (4200 psi) seviyesinde tutularak iki adet geri ısıtma sistemi ile 582/580/580 derecelere ulaşılmaktadır. Buhar ortalama basınçlı ve alçak basınçlı türbün modüllerine geçmeden önce geri ısıtılmak üzere kazana verilmektedir. Çift geri ısıtma döngüsü ve soğutmada deniz suyu kullanılarak 3. Ünite kömürün alt ısıl değerine göre %47 lik bir elektrik üretim verimine ulaşılmaktadır. Elde edilen buhar iki adet ısı değiştiricisinden geçirilerek Aalborg şehrine derecede su verilebilmektedir. 3. Üniteden elde edilen bu ikili kullanım şekli ile bitümlü kömürün enerji içeriğinin %91 i kullanılabilir hale geçmektedir. Trianel Kohlekraftwerk Lünen, Almanya

4 Yenilenebilir enerji sistemlerinin devlet desteği ile teşvik edildiği Almanya da, nükleer enerji santrallerinin kapatılmasından sonra güvenilir enerji kaynaklarına geçilmesi büyük önem arz etmektedir. Ülkenin termik santrallerinin çoğu 25 yaşının üzerindedir. Bu santralleri daha verimli çalışanları ile değiştirmek ülkenin karbon azaltımı politikasını desteklemektedir. 750 MW elektrik üretim gücüne sahip ve inşaatı 1,4 Milyar Euro ya mal olan Lünen de kurulu tesis 2013 yılından beri şehir şebekesine elektrik dağıtmaktadır. 28 Mpa(4060 psi) ve 600 derecede buhar üreten sistemde bir yüksek basınç, bir orta basınç ve iki alçak basınç silindirli türbün sistemi bulunmaktadır. Ultra süper kritik sistem sayesinde klasik sisteme göre yılda 1 milyon ton CO2 azaltımı mümkün olabilmektedir. Avrupanın en temiz taş kömürü elektrik üretim santrali olan santral % 46 elektrik üretim verimi ile çalışmaktadır. John W. Turk Jr., A.B.D. %42 lik elektrik üretim verimi ile çalışan 600 MW gücündeki santral ülkenin en yüksek verimle çalışan kömürlü santralidir yılında devreye alınan tesis 1,8 milyar dolarlık maliyeti ile Arkansas eyaletinde gerçekleştirilen en pahalı projedir. 26,2 Mpa (3789 psi) ve 600 derecede buhar üreten tesis düşük kükürtlü alt bitümlü kömür yakmaktadır. Dörtlü geri ısıtma sistemine sahip alçak ve orta basınç türbinlerinde bulunan ayrı silindirler klasik buhar türbinlerindekinden % 25 daha fazladır. Yüksek verimlilik eldesi için türbin kanatlarının tasarımı önemli Isogo Yeni Üniteleri 1 & 2, Japonya Japonya nın ikinci büyük kenti olan Yokohama ya 6 km mesafede kurulu termik santral 1960 yılında devreye alınan 2 adet 265 MW gücünde üniteden oluşmakta yılında klasik santral kapatılıp yerine kurulan ultra süper kritik çalışan santral 600 MW kapasiteli ve 25 MPa(3626 psi) da 600/620 derecede çalışırken % 45 verime ulaşıyor. Emisyonlar bakımından çok iyi bir kontrol sağlanan santral dünyada kömür yakan santrallerin en temizi konumunda. Türkiye de Hele Teknolojisi İle Çalışan Termik Santrallerden Bazıları Zetes2, Zonguldak Eren 2, Zonguldak Zonguldak Eren Termik Santrali 2x615 MW gücünde, süper kritik kazanlı 275 barda ve 280 derecede çalışmaktadır. İthal kömür yakan santralde % 41 lik verime ulaşılmaktadır. Bekirli, Çanakkale

5 Türkiye nin 3. büyük ithal kömür yakan termik santrali olup, 2x600 MW kurulu gücündedir. Ortalama 8 milyar 640 milyon kwh elektrik üretimi ile yaklaşık konutun elektrik ihtiyacını karşılayabilir durumdadır. % 42 verimle çalışan santralde süper kritik kazanlar 22,12 Mpa basınçta, 374 derece sıcaklıkta çalışmaktadır. İzdemir, Aliağa 2007 yılında kurulan santral 350 MW gücünde, ithal kömüre dayalı süper kritik kazan teknolojisi ile çalışmaktadır. Yıllık ortalama 2 milyar 562 milyon kwh elektrik üreten tesis 318 derecede tekrar kızdırılmış buhar giriş basıncı ve 25,26 Mpa kızgın buhar giriş basıncında çalışmaktadır. Tesiste yanma verimi %45 tir. SONUÇ Özetle Paris te gerçekleşen Uluslararası iklim zirvesinde sıcaklık artışının 2 C nin altında kalması için önerilen yöntemlerden biri olan ve yüksek verimle-düşük emisyonla çalışan HELE (High efficiency low emission) teknolojileri kullanarak, kömürle çalışan santrallerdeki verimin aynı kömürü kullanarak %5-15 oranında artırması sağlanırken, daha düşük emisyonlar çıkarılarak iklim değişikliği programına katkı sağlanmış olacaktır. Aynı zamanda ülkemizdeki örneklerine ithal kömüre dayalı santrallerde rastladığımız bu HELE teknolojisini yerli kömüre dayalı santrallerde de kullanmak mümkündür. Santrallerimizde bu şekilde yapılacak revizyonlarla aynı kömürden elde edilecek enerji üretimleri artırılarak son 1 yılda yerli kömürlerden (linyit+taşkömürü) gerçekleşen GWh lik enerji üretimimiz GWh seviyelerine çıkarılabilecektir.