ENERJİ VERİMLİLİĞİ ALANINDA ARGE ÇALIŞMALARI Doç.Dr.. Mustafa Tırıs
Türkiye ve Enerji Enerji Güvenliği Enerji İthalatının değeri Kömür, Doğalgaz, ve Petrol İhtiyacı için 50 Milyar USD Bağımlılık %75 Teknolojik alt yapı İthal Teknoloji Düşük Seviyede Lisansa Bağlı ekipman üretimi Kyoto protokolü (CO2) Petrol fiyatları 2008 yılı ortalama 120 USD Şu an 70-80 USD Kriz Sonrası > 120 USD (2-3 Yıl)
Yerli Kaynaklar Kömür Linyit (12 Milyar Ton)* (150 Yıl) Taş Kömürü (1.1 Milyar Ton) Hidrolik Rüzgar Jeotermal Güneş
SÜRDÜRÜLEBİLİR GELİŞİM VE ENERJİ 1.Sürdürülebilir gelişim için enerji ve teknolojilerinin üç temel bileşeni: Enerji kaynağı Teknik ve ekonomik uygulanabilirlik Çevre dostu 2.İklim değişikliği ikliği dünyanın önündeki en ciddi ve uzun soluklu bir problem olarak durmaktadır. Bu kapsamda: Enerji tasarrufu ve enerjinin verimli kullanımı Yeni çevre dostu teknolojilerin geliştirilmesi ve uygulanması (Temiz Kömür, Yenilenebilir Enerji, Biyoyakıt, y Hidrojen, Yakıt Pili,) büyük önem arzetmektedir.
ENERJİ ENSTİTÜSÜ YAKLAŞIMI Mevcut haldeki enerji kaynakları ve sistemlerini, verimliliği arttırarak, kaynak açısından enerji portföyünü çeşitlendirerek, enerji güvenliği ve iklim değişikliği problemlerini çözerek, ülkenin teknolojik rekabet gücünü arttırarak daha sürdürülebilir hale dönüştürmek olmalıdır.
Enerji Verimliliği (Yönetimi) Üretim koşullarından, ürün kalitesinden, güvenlikten ve çevresel koşullardan fedakarlık etmeksizin enerjinin daha verimli kullanılması için yapılan çalışmalar. Enerji harcamalarının azaltılması ve Birim Maliyetlerin düşürülmesi Kaynakların etkin kullanımı Enerji dönüşüm tesisi ihtiyacının ve yatırım maliyetlerinin azaltılması Rekabetçi Koşulların korunması Alternatif kaynaklar ile global Enerji Krizine hazırlık Çevrenin korunması
Anahtar Enerji Teknolojileri (IEA F. Birol) Üretim Tarafı Kullanım Tarafı CCS Enerji Santralleri Kömür IGCC Enerji Verimli Binalar Verimli Motor Sistemleri Kömür USCSC Nükleer III + IV Güneş PV Yüksek Verimli İYM Isı Pompalar Elektrikli Araçlar Güneş CSP Rüzgar Biyokütle IGCC Yakıt Pilli Araçlar Endüstriyel CCS Güneş İle Isıtma Elektrik Ağları Yüksek Verimli Endüstriyel Prosesler Biyoyakıtlar y 2. Nesil
Eneji Alt yapı yatırım ihtiyacı 2005-2030 = $20.2 trilyon Arama ve Geliştirmeş 73% Rafineri 18% Diğer 9% Petrol 21% $4.3 trillion $11.3 trillion 46% Elektrik 56% 54% Santraller İletim ve Dağıtım Biyoyakıtlar 1% $3.9 trillion Arama ve Geliştirme LNG zinciri İletim ve dağıtımğ 56% 7% 37% Doğalgaz 19% Sadece % 18 Çin Kömür 3% 89% 11% Madencilik Limanlar ve dağıtım
ArGe Çalışmaları Enerji Etütleri Enerji Verimli Teknolojiler Yerel ve Sürdürülebilir Enerji Teknolojiler
Enerji Etütleri Son On yıllık Performans, Enerji ej Yoğun Sektörlerde e 10 dan fazla a uygulama a projesi (Çimento, Demirçelik vs.) Değişik sektörlerde 30 dan fazla enerji etüdü Yaklaşık 50 Firmada ön enerji etüdü Uluslararası Çalışmalar ABD ve Japonya da Eğitimler Brezilya da Enerji Verimliliği Hizmetleri CATOGA Madeni Enerji Etüdü 2002 BASF Sao Paulo Enerji Etüdü 2002 BSH Mocca Enerji Etüdü 2003 BSH Hortalandia Enerji Etüdü 2003 LATASA Enerji Etüdü 2004 İspanya da Enerji Verimliliği Hizmetleri ACERİNOX Enerji Etüdü 2009
Sektörlere ait Örnekler Yatırım Ödeme Toplam gerektirmeyen Yatırım Gerektiren Tasarruf İmkanları Süresi Tasarruf Sektör (ABD $/Yıl) Yatırım (ABD $) Tasarruf (ABD $/yıl) (Ay) (ABD $/yıl) Gıda 112.000 190.000 276.000 8,3 388.000 Çelik 330.000 676.000 1.485.000 5,5 1.815.000 Çimento 660.000 1.510.000 4.016.000 4,5 4.676.000 Beyaz Eş. 142.000 503.000 784.000 7,7 926.000 Tekstil 684.000 191.000 449.000 5,1 1.133.000 Hırdavat 164.000 131.000 273.000 5,8 437.000 Geri
1 No lu Tesis Üretim : Endüstriyel Elmas Yıllık Üretim Miktarı : 2,000,000 Karat Tesisin yaşı : Dört Yıl Tesisler : Dizel Jeneratörler (1750 kw) Su tesisi Basınçlı hava sistemi Klimalar (850 kw) Havalandırma Enerji Enerji Miktarı Maliyet Elektrik 27,692,000 kwh 99,691 GJ İç Üretim Dizel Yakıt 7,795.000 Litre 321,154 GJ $ 6,236,000 Toplam $ 6,236,000
1 No lu Tesis Açıklama Jeneratörler den Isı Geri Kazanımı Absorpsiyon lu Soğutma Elektriksel Dizel Yakıt Tasarruf Tasarruflar (kwh/y) Tasarrufu (Litre/y) Potansiyeli ($/y) Yatırım Maliyeti ($) Basit Geri Ödeme (y) - 900,000 800,000 400,000 0,5 1,500,000-300,000 300,000 0,9 Güç faktörü 2,000,000-500,000 300,000 0,9 Hava %10 - %10 700 0,2 Kaçakları Toplam 3,500,000 900,000 1,600,000 1,000,000 0,8
2 No lu Tesis Üretim : Endüstriyel Boya Tesisin yaşı : On Yıl Tesisler : Buhar ve Sıcak kyağ ğ kazanları Su tesisi Basınçlı hava sistemi Klimalar (850 kw) Havalandırma Kompresörler Aydınlatma Kaynak Miktar Maliyet (ABD Doları Elektrik 35.866.466 kwh 129.119 GJ 2.204.815 Doğalgaz 19.641.216 kwh 70.708 GJ 281.586 Toplam 2.486.401
2 No lu Tesis Açıklama Elektrik Enerjisi Tasarrufu (kwh/yıl) Basit Doğal Gaz Tasarruf Geri Yatırım Maliyeti Tasarrufu Potansiyeli Ödeme (ABD$) (kwh/yıl) (ABD$/yıl) Süresi (Ay) Basınç Hava Kayıpları Kompresörler için Dışarıdan emiş V Kayışların değiştirilmesi Ofis Sıcaklığının Ayarlanması Yüksek Verimli Motorlar Tesisin mikro kojenerasyonu 129763-8760 860 2 417078-25476 3600 2 90058-6044 1575 4 346300-22454 11000 6 190867-12818 15786 15 0-233034 183552 1 Aydınlatma 133856-5354 11790 23 Gerilim Seviyesi Değişimi Basınçlı Hava Sisteminde Basınç seviyesi i Yanma Verimliliği 0 727589 2500000 41 834156-50952 25000 6 0 4143425 45000 60000 16 Toplam 2142078 4143425 1137481 2813163 29.5
3 No lu Tesis Üretim : Elektrikli ve Gazlı Fırınlar Tesisin yaşı : 25 Yıl Tesisler : Buhar ve Sıcak Yağ kazanları Su tesisi Basınçlı hava sistemi Klimalar (850 kw) Havalandırma Kompresörler Aydınlatma Enerji Miktar Maliyet (ABD$) Elektrik 10,430,240 kwh 28,972 GJ 768.816816 Doğalgaz 18,514,735 kwh 67,000 GJ 442.000 Toplam 1.210.816
3 No lu Tesis Açıklama Elektriksel Doğalgaz Tasarruf Tasarruf Tasarrufu Potansiyeli (kwh/yıl) (kwh/yıl) (ABD$/yıl) Yatırım Maliyeti (ABD$) Basit Geri ödeme süresi (Ay) Basınçlı Hava Kaçakları Dış Ortam Havasının Kompresörlerde kullanılması Yüksek Verimli Motorlar Kompansazyon Aydınlatma Gerilim Seviyesi Değişimi Yanma verimliliği Toplam 195600-11464 2260 2.4 95700-5855 1800 4 81520-6654 9139 17 0-28788 58000 24 346982-13879 34425 29 0-727589 2500000 41 0 4780875 120000 36000 4 719802 4780875 914229 2641624 35
Sanayide Enerji Tasarufu Başlıkları Teknoloji Enerji Tasarrufu Geri Ödeme Süresi Çevresel Kazanç Gelişmiş kompresör kontrol sistemleri Orta 0.0 Düşük Basınçlı hava sistemi yönetimi Yüksek 0.4 Düşük Motor diagnostikleri Düşük Hemen Düşük Motor sistemi optimisazyonu Yüksek 1.5 Az Pompa verimliliği artırılması Yüksek 3.0 Yok Anahtar relüktans motorlar Orta 7.4 Yok Gelişmiş yağlayıcılar Orta 0.1 Orta Anaerobic atık su arıtımı Orta 0.8 Düşük Yüksek verimli yakıcılar Yüksek 3.1 Düşük Atıksu için membran teknolojileri Yüksek 4.7 Orta Proses entegrasyonu (Pinch) Yüksek.3 Düşük Sensörler ve kontrol Yüksek 2.0 Orta Gelişmiş HVAC Orta 4.0 Yüksek Gelişmiş aydınlatma teknolojileri Yüksek 1.3 Yüksek Gelişmiş aydınlatma dizaynları Yüksek 3.0 Yüksek Gelişmiş ayarlanabilir hız sürücü Yüksek 1.1 Orta kontrolleri
Örnek Tasarruf Potansiyelleri Kazan İzolasyonu Yıllık Tasarruf 65,000 R$ (35.000 US$) Insulation Losses (Boiler Jacket) Re= 260000 w= 2 m/s Emis= 0.9 Eff 0.8 NG Price, $R/m3 hc= 5.46 5.34 k= 0.026 kcal/mhk To(C)= 30 LHV 38000 0.46 D L(m) DL (m) A (m2) Ts (C) hr hc h (kcal/h) V (NG m3/h) V (NG m3/year) R$ / Year 2.60 5.00 13.00 106.19 60.0 5.7 6.8 12.5 39760.33 4.37 36082.5 16605.7 2.60 5.00 13.00 106.19 65.0 5.8 6.8 12.6 46903.51 5.16 42564.9 19589.0 2.60 5.00 13.00 106.19 70.0 5.9 6.8 12.8 54206.54 5.96 49192.4 22639.0 2.60 5.00 13.00 106.19 75.0 6.1 6.8 12.9 61674.18 6.78 55969.3 25757.9 2.60 5.00 13.00 106.19 80.0 6.2 6.8 13.1 69311.26 7.62 62900.0 28947.4 260 2.60 500 5.00 13.00 106.1919 85.0 64 6.4 68 6.8 13.2 77122.69 848 8.48 69988.88 32209.8 2.60 5.00 13.00 106.19 90.0 6.5 6.8 13.4 85113.44 9.36 77240.4 35547.1 2.60 5.00 13.00 106.19 95.0 6.7 6.8 13.5 93288.55 10.26 84659.4 38961.4 2.60 5.00 13.00 106.19 100.0 6.9 6.8 13.7 101653.14 11.18 92250.2 42454.8
İzolasyonların Yenilenmesi Alan,m2 Isı Kazancı kw kw/m2 Fiyat,US$ ET,Mcal/h Yakıt, t/ay Yakıt, t/yıl Yakıt Gideri,US$/yıl G S,Ay 24 114 4,791 3300 98,5220096 9,333664064 65 9800 4,0 48 229 4,787 5724 196,847368 18,64869806 131 19581 3,5 72 343 4,785 7447 295,172727 27,96373206 196 29362 3,0 97 457 4,706 10095 393,498086 37,27876605 261 39143 3,1 123 571 4,659 12742 491,823445 46,59380005 326 48923 3,1 150 685 4,580 15556 590,148804 55,90883405 391 58704 3,2 177 799 4,525 18369 688,474163 65,22386804 457 68485 3,2 Geri Ödeme süresi 4 Ay mertebesinde
MİKRO KOJENERASYON SİSTEMLERİ Mikro CHP Teknolojileri Yakıt Pilleri (PEMFC, SOFC, AFC) Mikro Türbinler İçten Yanmalı Motorlar Stirling Motoru Diğer
MİKRO KOJENERASYON SİSTEMLERİ Küçük ölçekli kojenerasyon sistemlerinin karşılaştırılması İçten Yanmalı Motorlar Mikro Türbinler Stirling Makinaları PEM Yakıt Pilleri Elektriksel Güç (kw) 10-200 25-250 2-50 2-200 Elektriksel verim 25-45 25-30 15-35 40-50 Kısmi yüklerde verim 23-40 20-25 ~35 40-50 (% 50) Toplam Verim 75-85 75-85 75-85 75-90 Elektrik güç / Termal 0.5-1.1 0.5-0.6 0.3-0.7 0.9-1.1 güç Çıkış sıcaklığı ( C) 85-100 85-100 60-80 60-80 Bakım Zamanı (saat) 5000-20000- ~5000 10000 (a) 20000 30000 Gürültü (dba) 50-65 50-70 - 0 Yatırım Maliyeti ($/kw) 800-1500 900-1500 1300-2000 2500-3500 (a)vaillant firmasının prototip test sonuçları esas alınmıştır. 10000 saatlik ömür, gerçek çalışma şartları altında gerçekleşmiştir.
Enerji Üretim Teknolojileri Süper kritik çevrimler ve entegre sistemler kullanılarak konvasiyonel teknolojilerin verimlerinin % 8 10 arasında geliştirecek teknolojilerin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Ayrıca üretilecek bilgi ve teknikler kullanılarak mevcut santrallerin yenilemesi için ekonomik değer sağlanacaktır.
Yüksek Verimli Enerji Santralleri
Sonuç Dünyada Enerji Verimliği Çalışmaları hızla artmaktadır. Liderlik potansiyeli Katma değer üretme Özgün teknoloji geliştirme ihtiyacı Hizmet Yelpazesini geliştirme İhtiyacı (Enerji Yönetimi, i Finansman ve sigorta, uygulama, Doğrulama) Proses ve ekipman geliştirme kabiliyetinin kazanılması Yenilenebilir teknolojilerin katılması