HİZMET BİNALARINDA KOJENERASYON & TRIJENERASYON. UYGULAMALARI ve OPTİMİZASYON

Transkript

1 HİZMET BİNALARINDA KOJENERASYON & TRIJENERASYON UYGULAMALARI ve OPTİMİZASYON 30 Mayıs 2015 / ANKARA Özay KAS Makina Yük. Müh. Arke Enerji Sistemleri

2 KOJENERASYON NEDİR? Kojenerasyon; birleşik ısı ve güç üretimi, diğer bir deyişle elektrik enerjisi ve ısı enerjisinin birlikte üretilmesi şeklinde tanımlanabilir. Küçük ( kwe) orta (>1.000 kwe) ölçekli kojenerasyon sistemlerinin kullanımı endüstriyel tesisler başta olmak üzere yaygındır. Teknik anlamda mikro kojenerasyon sistemleri için bir üst limit henüz tanımlanmasa da yasal mevzuata göre 100 kwe tan küçük üniteler mikro kojenerasyon olarak tanımlanır.

3 KOJENERASYON NEDEN TERCİH EDİLİR? Kojenerasyonun tercih edilme nedenleri başlıca aşağıdaki gibi sıralanabilir. Kullanılabilir elektrik ve ısının aynı tesiste birlikte üretilebilmesine olanak vermesi Enerji tasarrufu sağlaması Üretimin, tüketimin olduğu yerde yapılmasıyla şebeke kayıplarının azaltılması Zararlı gazların salınımın azaltılmasına katkı Arz güvenliğinin sağlanmasına katkı Enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

4 KOJENERASYON VERİM KARŞILAŞTIRMASI TESİS ÇEVRİM VERİMİ İLETİM KAYIPLARI FAYDALI ENERJİ % 40 MERKEZİ SANTRAL % 50 % 10 BÖLGESEL ISITMA % 80 % 5 % 75 KÜÇÜK KOJENERASYON % 90 % 2 % 88 MİKRO KOJENERASYON % 90 % 0 % 90

5 KOJENERASYON TEKNOLOJİLERİ İçten Yanmalı Motorlar (Otto Çevrimi) Gaz Türbinleri Kombine Çevrim Santralları İçten Yanmalı Motorlar (Dizel Çevrimi / Ağır Yakıtlı)

6 KOJENERASYON TEKNOLOJİLERİ İçten Yanmalı Motorlar (Otto Çevrimi) Mikro Türbinler Dıştan Yanmalı Motorlar (Stirling Çevrimi) Yakıt Pilleri

7 KOJENERASYON TEKNOLOJİLERİ İçten Yanmalı Motorlar (Otto Çevrimi) Otto çevrimi ile çalışan kojenerasyon ünitelerinin çevrim verimleri %80-96 arasında değişmektedir. Avrupa ülkeleri başta olmak üzere tüm dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır.

8 KOJENERASYON SİSTEMİ URETIM ANALIZI Kojenerasyon sistemleri, kullandığı her 100 birim yakıt enerjisinin; %38-44 sini Elektrik Enerjisi ne, %45-55 sini Isı Enerjisi ne dönüştürür. ÇEVRİM KAYIPLARI (% 5-15) ELEKTRİK ÜRETİMİ (% 38-44) ISI ÜRETİMİ (% 45-55) Egzost Sistemi Ceket Soğutma Sistemi Aftercooler Soğutma Sistemi Buhar Üretimi (4-15 Bar ) Sıcak Su Üretimi (90-70 C)/(40-45 C) Absorbtion Chiller ile Soğuk Su Üretimi (7-12 C) YAKIT GİRİŞİ (%100)

9 KAYIPLAR ISI URETIMI ELEKTRIK URETIMI KAYIPLAR KAYIPLAR ISI URETIMI ELEKTRIK URETIMI YAKIT TASARRUFU KOJENERASYON NASIL TASARRUF SAĞLAR? Kojenerasyon sistemleri, kullandığı 100 birim enerji nin; 40 birim ini Elektrik Enerjisi, 50 birim ini Isı Enerjisi olarak kullanıma sunar. Aynı miktarda elektrik ve ısı enerjisinin sağlanması için konvansiyonel elektrik santralında 100 birim, ısı santralında 55 birim yakıt kullanılması gerekir. Böylece, aynı miktarda enerjinin sağlanması için konvansiyonel sistemde 155 birim enerji gerekirken, kojenerasyon sisteminde ihtiyaç 100 birimdir. ISI SANTRALI ELEKTRIK SANTRALI KOJENERASYON SISTEMI KULLANILAN YAKIT MIKTARI KULLANILAN YAKIT MIKTARI % KONVASİYONEL ISI VE GÜÇ ÜRETİMİ KOJENERASYONLA ISI VE GÜÇ ÜRETİMİ

10 KOJENERASYON SİSTEMİNİN KULLANIM ALANLARI DOĞALGAZ YAKITLI : BİYOGAZ YAKITLI : -Endüstriyel Tesisler -Hastaneler -Oteller -İş Merkezleri -Atık Su Arıtma Tesisleri -Hayvan Besi Çiftlikleri -Çöp Toplama Merkezleri -Tarım Ürünleri İşleme Tesisleri -Eğitim Kurumları -Alışveriş Merkezleri -Konutlar - Spor Kompleksleri ve Yüzme Havuzları

11 KOJENERASYON SİSTEMİ İÇİN MEVZUAT 02 Ekim 2013 tarihinde yayınlanan Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik ile sadece kendi ihtiyacını karşılamak üzere kojenerasyon sistemi kuran gerçek ve tüzel kişilere lisans alma ve şirket olma muafiyeti getirilmiştir. Böylece vakıfların, toplu konutların, kamu kuruluşlarının, küçük ve orta büyüklükte faaliyet gösteren tesislerin kojenerasyon sistemi kurmalarında kolaylıklar sağlanmıştır. Ayrıca, 18 Eylül 2014 tarihinde yayınlanan «Kojenerasyon ve Mikro Kojenerasyon Tesislerinin Verimliliğinin Hesaplanmasına İlişkin Usül ve Esaslar» tebliği ile yüksek verimli Kojenerasyon tanımı detaylı olarak belirlenmiştir. Bu tebliğin içeriği, AB Kojenerasyon Direktifi (EU/2012/27/EC) ile paraleldir.

12 KOJENERASYON SİSTEMİ İÇİN MEVZUAT LİSANSLI : Güç ve verim için herhangi bir kısıtlama yoktur. Lisanslar için EPDK sorumludur. Yasal prosedür, detaylıdır ve uzun süre alır. Elektrik fiyatları DUY tarafından günlük ve saatlik olarak belirlenir. Üretilen elektrik için dağıtım ve iletim şirketlerine belirli fon ve paylar ödenir. LİSANSSIZ : Verim ve güç sınırlaması vardır. * Mikro CHP (<100 kwe) * YEK(<1 MWe) * Kendi ihtiyacı için yüksek verimli CHP (EU 2012/27/EC Directive) İzinler için yerel dağıtım şirketleri sorumludur. Yasal prosedür daha yalındır ve kısa süre alır. Üretilen elektrik için dağıtım ve iletim şirketlerine belirli fon ve paylar ödenmez.

13 KOJENERASYON UYGULAMASI İÇİN ISITMA SİSTEMİ AKIŞ DİYAGRAMI 95 o C CHP UNIT 75 o C 95 o C 80 o C PLATE HEAT EXCH. 75 o C 60 o C DRY COOLER

14 TRIJENERASYON UYGULAMASI İÇİN ISITMA-SOĞUTMA SİSTEMİ AKIŞ DİYAGRAMI 95 o C 95 o C 7 o C CHP UNIT ABSORBTION CHILLER 75 o C 85 o C 12 o C 85 o C 80 o C PLATE HEAT EXCH. 75 o C 60 o C DRY COOLER

15 KOJENERASYON SİSTEM SEÇİMİ İÇİN OPTİMİZASYON MAKSİMİZE EDİLMESİ HEDEFLENEN 3 TEMEL KRİTER; Elektrik Tüketiminin Maksimum Oranda Karşılanması Soğutma ve Isıtma İhtiyacının Maksimum Oranda Karşılanması Kojenerasyon Sisteminin Maksimum Kapasite İle Çalışması MAKSİMİZASYON İÇİN KISITLAR; Elektrik ve Isı Tüketiminin Mevsimsel ve Günlük Etkilerle Değişkenlik Göstermesi Kojenerasyon Ünitelerinin Nominal Güçlerinin Belirli Aralıklarla Üretilmesi Yatırım Geri Ödeme Süresinin Minimum Yapılması ile OPTİMİZASYON

16 KOJENERASYON SİSTEM SEÇİMİ İÇİN TEMEL HATALAR Tesisin kurulu trafo gücüne veya kurulu talep gücüne göre kapasitenin belirlenmesi Kış-Yaz ve Gece-Gündüz tüketim farklılıklarının dikkate alınmaması Şebekeden alınması gereken minimum elektrik miktarının dikkate alınmaması Seçimin elektrik ihtiyacı yerine ısı ihtiyacının birincil plana alınması Kojenerasyon ünitelerinin nominal gücün %35-40 nın altında çalışamayacağının göz ardı edilmesi

17 KOJENERASYON SİSTEMLERİ VE HİZMET TESİSLERİ Yaşamımızın vazgeçilmez parçası haline gelen hastane, otel, alışveriş merkezi gibi tesislerin verdiği hizmet seviyesi ile paralel olarak sağladığı iç hava kalitesinin elde edilmesi enerji harcamalarının önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Hastanelerin, otellerin ve alışveriş merkezlerinin ısıtma-soğutma ile elektrik tüketimi ihtiyaçları, gaz motorlu kojenerasyon ünitelerinin sağladığı kullanılabilir elektrik ve ısı enerjisi oranlarına uygun paralellik göstermektedir. Hizmet tesisleri bu açıdan kojenerasyon uygulamaları için en uygun tesislerin başında gelmektedir.

18 ÖRNEK HASTANE PROJESİ Proje Yeri : İstanbul Rakım : 80 mt. Maksimum Dış Hava Sıcaklığı : 35 C Minimum Dış Hava Sıcaklığı : -3 C Toplam Alan : m² Elk. Kurulu Gücü : 2 x kva Kojenerasyon Kurulu Gücü Kojenerasyon Isıl Gücü : 800 kwe : 915 kwth. Elektrik Birim Fiyatı (TL/kwh) : 0,278 Doğalgaz Birim Fiyatı (TL/m3) : 0,768

19 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 KW HASTANELERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ HOSPITAL DAILY ELECTRICITY CONSUMPTION SUMMER WINTER

20 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 KW HASTANELERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ HOSPITAL DAILY ELECTRICITY CONSUMPTION-PRODUC TION SUMMER CONS. CHP MAX. PROD. WINTER CONS. ACTUAL PROD. Kojenerasyon sisteminin elektrik üretim kapasitesi tesisin baz elektrik tüketimi esas alınarak seçilmiştir. Sistem kümülatif %91 yükte çalışarak yıllık elektrik tüketiminin %84 ünü karşılamaktadır.

21 HASTANELERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ

22 ELEKTRİK TÜKETİM & ÜRETİM GRAFİĞİ Kojenerasyon sisteminin elektrik üretim kapasitesi tesisin baz elektrik tüketimi esas alınarak seçilmiştir. Sistem kümülatif %91 yükte çalışarak yıllık elektrik tüketiminin %84 ünü karşılamaktadır.

23 HASTANELERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ISITMA İHTİYACI

24 ISITMA İHTİYACI & ÜRETİM GRAFİĞİ Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki sıcak su ile hastanenin yıllık ısıtma ihtiyacının %91 ini karşılanmaktadır. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %69 dur.

25 ENERJİ GİDERLERİ KARŞILAŞTIRMASI TL elektrik, TL doğalgaz olmak üzere toplam TL olan yıllık enerji gideri kojenerasyon sistemi ile bakım giderleri dahil olmak üzere TL ye gerilemiştir. Böylece toplam enerji giderlerinde %35,2 oranında tasarruf sağlanmıştır. Yatırım geri ödeme süresi Ay dır.

26 ENERJİ GİDERLERİ KARŞILAŞTIRMASI TL elektrik, TL doğalgaz olmak üzere toplam TL olan yıllık enerji gideri kojenerasyon sistemi ile bakım giderleri dahil olmak üzere TL ye gerilemiştir. Böylece toplam enerji giderlerinde %35,2 oranında tasarruf sağlanmıştır. Yatırım geri ödeme süresi Ay dır.

27 BİRİNCİL ENERJİ TASARRUFU (PES) PES = {1 1 CHPHn REF Hn + CHPEn REF En }x100% PES = {1 48 x 0, ,2 52,5 x 0,86 }x100% PES = 23, 2 > 10 «PES (Primary Energy Savings)» Birincil enerji tasarrufu değeri 23,2 olup 10 dan büyüktür. Dolayısıyla bu uygulama örneği Yüksek Verimli Kojenerasyon dur.

28 ÖRNEK OTEL PROJESİ Proje Yeri : Antalya Rakım : 50 mt. Maksimum Dış Hava Sıcaklığı : 41 C Minimum Dış Hava Sıcaklığı : -1 C Toplam Alan : m² Elk. Kurulu Gücü : 2 x kva Kojenerasyon Kurulu Gücü Kojenerasyon Isıl Gücü : 600 kwe : 711 kwth. Elektrik Birim Fiyatı (TL/kwh) : 0,287 Doğalgaz Birim Fiyatı (TL/m3) : 0,805

29 OTELLERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ

30 ELEKTRİK TÜKETİM & ÜRETİM GRAFİĞİ Kojenerasyon sisteminin elektrik üretim kapasitesi tesisin baz elektrik tüketimi esas alınarak seçilmiştir. Sistem kümülatif %84 yükte çalışarak yıllık elektrik tüketiminin %78 ini karşılayacaktır.

31 OTELLERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ISITMA İHTİYACI

32 ISITMA İHTİYACI & ÜRETİM GRAFİĞİ Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki sıcak su ile tesisin yıllık ısıtma ihtiyacının %80 i karşılanacaktır. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %82 dir.

33 ENERJİ GİDERLERİ KARŞILAŞTIRMASI TL elektrik, TL doğalgaz olmak üzere toplam TL olan yıllık enerji gideri kojenerasyon sistemi ile bakım giderleri dahil olmak üzere TL ye gerileyecek, böylece toplam enerji giderlerinde %27 oranında tasarruf sağlanacaktır. Yatırım geri ödeme süresi 2,9 Yıl dır.

34 ENERJİ GİDERLERİ KARŞILAŞTIRMASI TL elektrik, TL doğalgaz olmak üzere toplam TL olan yıllık enerji gideri kojenerasyon sistemi ile bakım giderleri dahil olmak üzere TL ye gerileyecek, böylece toplam enerji giderlerinde %27 oranında tasarruf sağlanacaktır. Yatırım geri ödeme süresi 2,9 Yıl dır.

35 OTELLERİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL SOĞUTMA İHTİYACI

36 SOĞUTMA İHTİYACI & ÜRETİM GRAFİĞİ Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki sıcak su ile tesisin yıllık soğutma ihtiyacının %43 ü karşılanacaktır. Ancak bu durumda ısıtma ihtiyacının karşılama oranı %80 den %43 e gerilemektedir. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %100 dür.

37 ISITMA İHTİYACI & ÜRETİM GRAFİĞİ Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki sıcak su ile tesisin yıllık soğutma ihtiyacının %43 ü karşılanacaktır. Ancak bu durumda ısıtma ihtiyacının karşılama oranı %80 den %43 e gerilemektedir. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %100 dür.

38 ÖRNEK ÜNİVERSİTE KAMPÜSÜ PROJESİ Proje Yeri : İstanbul Rakım : 150 mt. Maksimum Dış Hava Sıcaklığı : 35 C Minimum Dış Hava Sıcaklığı : -3 C Toplam Alan : m² Elk. Kurulu Gücü : 6 x kva Kojenerasyon Kurulu Gücü Kojenerasyon Isıl Gücü : kwe : kwth. Elektrik Birim Fiyatı (TL/kwh) : 0,284 Doğalgaz Birim Fiyatı (TL/m3) : 0,768

39 ÜNİVERSİTENİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ

40 ÜNİVERSİTENİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ Kojenerasyon sisteminin elektrik üretim kapasitesi tesisin baz elektrik tüketimi esas alınarak seçilmiştir. Sistem kümülatif %89 yükte çalışarak yıllık elektrik tüketiminin %96 sını karşılayacaktır.

41 ÜNİVERSİTENİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ISITMA İHTİYACI

42 ÜNİVERSİTENİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ISITMA İHTİYACI Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki kızgın su ile tesisin yıllık ısıtma ihtiyacının %58 i karşılanacaktır. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %77 dir.

43 ENERJİ GİDERLERİ KARŞILAŞTIRMASI TL elektrik, TL doğalgaz olmak üzere toplam TL olan yıllık enerji gideri kojenerasyon sistemi ile bakım giderleri dahil olmak üzere TL ye gerileyecek, böylece toplam enerji giderlerinde %34,5 oranında tasarruf sağlanacaktır. Yatırım geri ödeme süresi Ay dır.

45 ÖRNEK ALIŞVERİŞ MERKEZİ PROJESİ Proje Yeri : Ankara Rakım : 850 mt. Maksimum Dış Hava Sıcaklığı : 35 C Minimum Dış Hava Sıcaklığı : -15 C Toplam Alan : m² Elk. Kurulu Gücü : 5 x kva Kojenerasyon Kurulu Gücü Kojenerasyon Isıl Gücü Kojenerasyon Soğutma Gücü : kwe : kwth. : kwth. Elektrik Birim Fiyatı (TL/kwh) : 0,305 Doğalgaz Birim Fiyatı (TL/m3) : 0,758

46 ALIŞVERİŞ MERKEZİNİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ

47 ALIŞVERİŞ MERKEZİNİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ELEKTRİK TÜKETİMİ Kojenerasyon sisteminin elektrik üretim kapasitesi tesisin baz elektrik tüketimi esas alınarak seçilmiştir. Sistem kümülatif %89 yükte çalışarak yıllık elektrik tüketiminin %79 unukarşılayacaktır.

48 ALIŞVERİŞ MERKEZİNİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL SOĞUTMA İHTİYACI

49 ALIŞVERİŞ MERKEZİNİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL SOĞUTMA İHTİYACI Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki sıcak su ile tesisin yıllık soğutmaa ihtiyacının %58 i karşılanacaktır. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %91 dir.

50 ALIŞVERİŞ MERKEZİNİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ISITMA İHTİYACI

51 ALIŞVERİŞ MERKEZİNİN GÜNLÜK VE MEVSİMSEL ISITMA İHTİYACI Kojenerasyon ünitesinin ceket soğutma ve egzost devrelerinden elde edilen C rejimindeki sıcak su ile tesisin yıllık ısıtma ihtiyacının %94 ü karşılanacaktır. Isı üretimi kapasitesi faydalı kullanım oranı %91 dir.

54 TRİJENERASYON UYGULAMASI İÇİN GENEL YAKLAŞIM Diğer tüm hizmet binalarından farklı olarak otellerin ısıtma ve sıcak su ihtiyacı yaz aylarında daha düşük de olsa 4 mevsim gece-gündüz süreklidir. Hastaneler için de benzer durum söz konusudur. Trijenerasyon uygulaması kojenerasyona göre tasarruf tutarını arttırsa da, absorbsiyonlu chiller yatırım maliyeti göz önüne alındığında toplam yatırım geri ödeme süresi hastane ve otellerde kojenerasyona göre daha uzun olmaktadır. Bununla birlikte, iklim şartları dikkate alınarak her proje için değerlendirmenin ayrı ayrı yapılması ve buna göre karar verilmesi yerinde olacaktır. Özellikle Ege ve Akdeniz bölgesi gibi ılıman iklime sahip illerde trijenerasyon uygulaması kojenerasyona uygulamasına göre daha avantajlı olabilmektedir.

55 DEĞERLENDİRME / SONUÇ Temel felsefesi tasarruf sağlamak olan kojenerasyon sistemlerinin etkin ve verimli hizmet vermesi için öncelikli olarak sistem kapasitesinin doğru belirlenmesi gerekmektedir. Aksi takdirde verimsiz, hatta atıl tesislerin oluşması kaçınılmaz olacaktır. Hizmet binalarının elektrik, ısıtma ve soğutma ihtiyacı verilerine dayalı olarak oluşturulacak analiz ve etüd tekniği ile yüksek doğrulukta optimizasyon yapmak mümkündür. Böylece önemli ekonomik tasarruflar vaat eden kojenerasyon sistemlerinin doğru seçimi ile gereksiz yatırımların önüne geçilebilecek ve yatırım geri ödeme süreleri en aza indirilebilecektir. TEŞEKKÜRLER...