TÜRKİYE LİNYİTLERİNİN ELEKTRİK ÜRETİMİ AMAÇLI DEĞERLENDİRİLMESİNE TEKNOLOJİK BİR SEÇENEK: OPTIMASH PROJESİ Dr. İskender GÖKALP, CNRS-ICARE, Fransa Mücella ERSOY, TKİ Genel Müdürlüğü, Ankara ÖZET Bilindiği gibi; enerji bağımsızlığı her ülke için olduğu gibi Türkiye için de son derece önemli bir konudur. Enerji bağımsızlığına ulaşabilmek için enerji kaynaklarına ve bu kaynakları kullanılabilir, çevre dostu enerjiye (sıvı yakıt, ısı, elektrik) çevirecek bilgi ve teknolojiye ve ayrıca da yatırım ve organizasyon kabiliyetlerine sahip olmak gerekir. Buna yönelik AB 7. Çerçeve Programı kapsamında kazanılan, 1 Kasım 2011 de başlayan, ortakları arasında Türkiye nin de yer aldığı Yüksek Küllü Kömürlerin Elektrik Üretimi Amaçlı Gazlaştırılmasının Optimizasyonu (OPTIMASH) başlıklı projenin katkı koyacağı düşünülmektedir. Proje kapsamında; yüksek küllü kömüre dayalı Entegre Kömür Gazlaştırma Kombine Çevrim Teknolojisi (IGCC) nin işletme koşullarının optimizasyonunun yapılması amaçlanmaktadır. Buna yönelik olarak; Hindistan ve Türkiye'den seçilmiş yüksek küllü kömürlerin karakterizasyonu, kömürlerin hazırlanması; 1MWth kapasiteli bir pilot tesis kurulması ve ayrıca ticari ölçeğe geçiş için gerekli modelleme ve fizibilite çalışmalarının yapılması planlanmaktadır. Bu bildiri kapsamında OPTIMASH Projesi tanıtılıp projenin, Türkiye nin hem enerji kaynağı hem de teknolojide bağımsızlığına koyabileceği katkılar tartışılacaktır. 1. GİRİŞ 11.7 milyar ton rezerviyle linyit, Türkiye nin en önemli yerli enerji kaynaklarından biridir [1]. Türkiye 2010 yılı enerji tüketiminin (109 milyon tep) %29,7 si yerli enerji kaynaklarından ve bunun yaklaşık yarısını linyitten sağlamıştır. Aynı yıl 211.207 GWh olan elektrik üretiminin %17 si linyite dayalı santrallerden üretilmiştir [2].
Ancak yerli enerji kaynağı payının toplam birincil enerji tüketiminde 1970 lerin başındaki %80 e varan değerinden 2010 da yaklaşık %30 lara; yerli kömür (taşkömürü+linyit) kullanım oranının da %24 den %16 ya düştüğü gözlenmektedir. Aynı dönemde elektrik üretiminde yerli kömür kullanımı %49 dan %8 e düşmüştür.göz önüne alınan 40 senede Türkiye nin toplam birincil enerji tüketimi 5 mislinden fazla büyümüştür [3]. Türkiye nin enerji kaynağında olduğu kadar teknolojide de dışa bağımlılığı oldukça vahimdir. Türkiye de enerji kaynağı ve teknolojide bağımsızlığını arttırmanın önemli yollarından birinin yerli kömür, özellikle linyit, kullanımını çevre dostu teknolojiler geliştirip kullanarak arttırmak olduğu açıktır. Buna yönelik AB 7. Çerçeve Programı kapsamında kazanılan, 1Kasım 2011 de başlayan, ortakları arasında Türkiye nin de yer aldığı Yüksek Küllü Kömürlerin Elektrik Üretimi Amaçlı Gazlaştırılmasının Optimizasyonu (OPTIMASH) başlıklı projenin katkı koyacağı düşünülmektedir. Projenin amacı; yüksek küllü Türk ve Hindistan kömürlerinin elektrik üretimi amaçlı gazlaştırılmasının optimizasyonudur. Bir başka ifadeyle yüksek küllü kömüre dayalı Entegre Kömür Gazlaştırma Kombine Çevrim Teknolojisi (IGCC) nin işletme koşullarının optimizasyonudur. Bu amaçla 1MWth kapasiteli bir pilot tesis kurulacak, ayrıca ticari ölçekli tesislerin fizibilitesi yapılacaktır. Bu bildiri kapsamında OPTIMASH Projesi tanıtılıp projenin, Türkiye nin hem enerji kaynağı hem de teknolojide bağımsızlığına koyabileceği katkılar tartışılacaktır. 2. AB 7. ÇERÇEVE PROGRAMININ ÖNEMİ 1984 yılında başlayan AB Çerçeve Programları, Avrupa Birliği nde çok uluslu araştırma ve teknoloji geliştirme projelerinin mali olarak desteklendiği 4-5 yıllık dönemli başlıca Topluluk Programı dır. AB 7. Çerçeve Programının yürürlükte olduğu 2007-2013 yılları boyunca toplam bütçesi 53,2 milyar Euro dur. (Enerji alanına yönelik bütçesi ise 2,4 Milyar Euro dur). Türkiye nin katılım payı ödeyerek içinde yer aldığı AB Çerçeve Programları kapsamında uluslar arası konsorsiyumlu yenilikçi Ar-Ge projelerinde yer alması, Türkiye nin bilimsel ve teknolojik gelişme hedeflerini gerçekleştirebilmesi açısından çok önemlidir [4, 5]. AB özellikle son yıllarda temiz kömür teknolojileri politikalarına, özellikle karbondioksit tutma ve depolama teknolojilerine büyük önem vermekte olup bildiri konusu proje çağrısı bu kapsamda açılmıştır.
Birinci başvurusu 16 Kasım 2010; ikinci başvurusu 26 Nisan 2011 tarihlerinde olmak üzere iki aşamalı olarak başvurulan ve 21 Haziran 2011 tarihinde müzakere süreci başlayan söz konusu OPTIMASH Projesi; AB çerçeve programı kapsamında enerji alanında kömüre yönelik Türkiye de kazanılan ilk projedir. 3. OPTIMASH PROJESİNİN TANITIMI [6] Yukarıda değinildiği gibi projenin amacı; yüksek küllü Türk ve Hindistan kömürlerinin elektrik üretimi amaçlı gazlaştırılmasının optimizasyonudur. Bir başka ifadeyle yüksek küllü kömüre dayalı Entegre Kömür Gazlaştırma Kombine Çevrim Teknolojisi (IGCC) nin işletme koşullarının optimizasyonudur. Bu amaçla 1MWth kapasiteli bir pilot tesis kurulacak, ayrıca ticari ölçekli tesislerin fizibilitesi yapılacaktır. Koordinatörlüğünü Fransa Ulusal Araştırma Merkezi -CNRS'nin yaptığı 48 ay süreli projenin diğer ortakları ise; Türkiye den TKİ Genel Müdürlüğü ile Hacettepe Üniversitesi (HUN); Hollanda dan Enerji Araştırma Merkezi (ECN), Hindistan dan büyük sanayi kuruluşu THERMAX Ltd ve Hindistan Teknoloji Enstitüsü Matras (ITT Madras) 'dır. Projenin bütçesi 5.2 Milyon Euro olup Avrupa Komisyonu projeye 3.4 Milyon Euro finansal katkı sağlayacaktır. (TKİ Bütçesi: 238.080 Euro; HUN Bütçesi: 243.034 Euro olmak üzere toplam 481.114 Euro projeden Türkiye'ye bütçe ayrılmıştır). 2.1. Proje Kapsamında Yapılacak Çalışmalar /Proje İş Paketleri: Proje beş iş paketinden (İP) oluşmakta olup aşağıda iş paketleri kapsamında yapılacak çalışmalar verilmektedir: 1. Gazlaştırma teknolojisinin seçimi/ Hollandalıların geliştirdikleri gazlaştırma teknolojisinin yüksek küllü kömüre uyarlanmabilirliğinin araştırılması 2. Yüksek küllü kömürlerin hazırlanması ve karakterizasyonu ile bu kömürlerin gazlaştırılmasının optimizasyonu (TKİ ve Hacettepe Üniversitesi ağırlıklı olarak bu iş paketi kapsamında yer almakta olup kömür yıkama tesisi tasarımı da yapacaklardır) 3. Yüksek küllü kömür için pilot ölçekli teknoloji geliştirme 4. Ticari ölçeğe geçiş için modelleme ve fizibilite çalışması 5. Projenin yönetimi ve koordinasyonu İP1: Dolaylı gazlaştırma teknolojisinin yüksek küllü kömürlere uyarlanabilirliğinin/ uygunluğunun araştırılması
Bu iş paketinin amacı; yüksek küllü kömürler için Entegre Gazlaştırma Kombine Çevrim (IGCC) sisteminde en uygun gazlaştırma teknolojisinin değerlendirilmesi ve seçimidir. Bu kapsamda yüksek küllü kömürlerin gazlaştırılmasına yönelik Dünya genellinde yapılan mevcut çalışmaların gözden geçirilmesi, SWOT Analizi yapılması, ECN'in laboratuvar ölçekli geliştirdiği gazlaştırıcı kullanılarak seçilen Hint ve Türk kömürleri üzerinde performans testleri yapılması önerilen gazlaştırıcı teknolojisinin fizibilite çalışmasının yapılması planlanmıştır. İP2: Yüksek küllü kömürlerin karakterizasyonu /hazırlanması ile gazlaştırılmasının optimizasyonu Bu iş paketinde yüksek külü Hint ve Türk kömürlerinin karakterizasyonu, bu kömürlerin iyileştirilmesi/hazırlanmasının optimizasyonu; gazlaştırma kinetiğinin belirlenmesi ve modellenmesi; laboratuvar ölçekli gazlaştırma sisteminin kurulması; modellenmesi; gazlaştırıcının genel performansının iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu kapsamda Değişik kaynaklardan seçilen yüksek küllü Hint ve Türk kömür numunelerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi, laboratuvarda yıkanabilirlik özelliklerinin ortaya konulması; modelleme ve simulasyon çalışmaları ile değişik kalitede ürünlerin belirlenmesi; tesis edilecek gazlaştırma ünitesi için seçilen ürün baz alınarak pilot ölçekli bir kömür yıkama tesisinin tasarlanması; Kömür gazlaştırma kinetiği data ve modelinin geliştirilmesine yönelik deneyler ve modelleme çalışmaları yapılması Teçhizatlı laboratuvar ölçekli gazlaştırma sisteminin kurulması; gazlaştırma ölçümlerinde optik erişimli lazer diagnosis kullanılması Gazlaştırma modelinin geliştirilmesi/iyileştirimesi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği- CFD kullanılarak simulasyon yapılması, doğrulanması ve ölçek büyütme çalışmalarının yapılması, Yüksek küllü kömür gazlaştırmasının değişik proseslerle (kömür iyileştirme, gaz soğutma, gaz temizleme, uçucu kül uzaklaştırma, kül bertarafı, korozyon, aglomerasyonu önlemek için iyileştirilmiş tasarım önlemleri vb.) genel performansının iyileştirilmesi çalışmalarının yapılması öngörülmüştür.
İP 3: Pilot ölçekli gazlaştırma sisteminin tasarımı, imalatı ve testi Bu iş paketinde ise 1. ve 2. iş paketlerinde gerçekleştirilecek çalışmaların sonuçları kullanılarak Hindistan'ın önemli sanayi kuruluşlarından biri olan proje ortağı THERMAX'da 1 MWh kapasiteli 10 bara kadar basınçta çalışabilen bir pilot tesisin kurulması, işletmeye alınarak verimlilik ve emisyon verilerinin elde edilmesi, doğrulama modelleri kullanarak tasarım iyileştirmelerinin yapılması, sistem performansının test edilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla proses tasarımı, temel mühendislik, detay mühendislik, imalat, tedarik, tesisi kurma ve işletmeye alma, deneme çalışmaları yaparak data toplama ve analiz etme, işletme ve bakım çalışmalarının yapılması planlanmıştır. İP4: Ticari Ölçeğe Geçiş/ Ölçek Büyütme Bu iş paketinin amaçları ise pilot ölçekli demonstre edilmesi planlanan 1 MWh lik tesise ait model ve ekipmanları kullanarak ticari ölçekli yüksek küllü kömürlerin gazlaştırılması sistemine geçmek için gerekli proseslerin kavramsal olarak tasarlanması; deney ve simulasyon sonuçlarının data ve modelleri doğrulaması; maliyet ve karbon ayak izi değerlendirmelerinin yapılması; ölçek büyütme konusunda literatür araştırması yapılması; geometrik, basınç ve hidrodinamik olarak da ölçek büyütme stratejisinin oluşturulmasıdır. Buna yönelik olarak proses datası toplama ve gazlaştırma modellerini gözden geçirme, proses modellemenin geliştirilmesi ve doğrulanması, teknik -ekonomik ve çevresel etki değerlendirmelerinin yapılması planlanmıştır. IP5: Yönetim ve Sonuçların Yaygınlaştırılması Sonuncu iş paketinin amaçları yapılan sözleşmeler ile mali ve idari konuların yönetimi; bilimsel ve teknik aktivitelerinin koordinasyonu; proje ortakları arasında ve
Avrupa Komisyonu ile iletişimin sağlanması; proje sonuçlarını yaygınlaştırma ve işletme planının uygulanmasıdır. Bu kapsamda idari yönetim, proje çalışmalarının koordinasyonu, sonuçların yaygınlaştırılması ve uygulama planının hazırlanması çalışmalarının yapılması planlanmıştır. 3.2. Türkiye'nin Projedeki Rolü Bu projede TKİ Kurumu, Hacettepe Üniversitesi ile beraber, ağırlıklı olarak yüksek küllü kömürlerin hazırlanması ve karakterizasyonu konusunda çalışacak olup kömür yıkama tesisi tasarımı da yapacaklardır. Bu amaçla Hindistan'dan kömür numuneleri gelmiş, Türkiye'den de Tunçbilek ile Saray kömürleri seçilmiş olup çalışmalara başlanmıştır. Ön gazlaştırma testleri için her iki kömür ECN e gönderilmiştir. Bugüne kadar hem Tunçbilek hem de Hindistan kömürü üzerinde boyutlandırma, yıkama testleri ve elde edilen numunelerin kısa analizleri, elementer analizleri ile kül ergime, AID, UID analizleri yapılmıştır. 4. OPTIMASH PROJESİ' NİN TÜRKİYE ENERJİ BAĞIMSIZLIĞINA KOYABİLECEĞİ KATKILAR Enerji bağımsızlığının her ülke için olduğu gibi Türkiye için de son derece önemli bir konu olduğunu biliyoruz. Enerji bağımsızlığına ulaşabilmek için enerji kaynaklarına ve bu kaynakları kullanılabilir enerjiye (sıvı yakıt, ısı, elektrik) çevirecek bilgi ve teknolojiye ve ayrıca da yatırım ve organizasyon kabiliyetlerine sahip olmak gerekir. Türkiye nin elektrik üretimindeki dışa bağımlılığı verilebilecek en kötü örneklerden bir tanesidir. Bugün Türkiye de üretilen elektriğin yarısı doğalgaz kaynaklıdır ve dışa bağımlılık oranı nerdeyse %100 dür. Bu dışa bağımlılık enerji kaynağı için (doğalgaz) olduğu gibi doğalgazı elektriğe çevirecek teknoloji (gaz türbini) için de geçerlidir. Her iki kalemin ithali için aktarılan bütçe kaynakları Türkiye nin ithalat/ihracat dengesini bozan en önemli sorundur. OPTIMASH projesinin amacı Türkiye nin enerji bağımsızlığına ulaşmasına katkı koyabilecek yatırımları harekete geçirecek yerli kaynak ve teknolojiye dayalı enerji sistemlerinin kurulmasını sağlayabileceğini düşündüğümüz kömür gazlaştırılması yoluyla elektrik üretimini desteklemektir. Türkiye linyitlerinin uygun bir teknoloji ile gazlaştırılması sayesinde doğalgaz ithal ikamesi imkanı doğacaktır. Ayrıca gazlaştırma teknolijisi hem çoklu kaynaklarla çalışabilen (yani çeşitli katı yakıtları ve karışımlarını kabul edebilen) hem de çıktısı da çeşitli olabilen (yani güç ve ısı
üretimine olduğu kadar sıvı yakıt ve çeşitli kimyasalların üretimine de imkan veren) bir termokimyasal dönüşümdür. OPTIMASH projesinin çevresel açıdan da çok olumlu etkileri olması beklenmektedir. Bilindiği gibi Türkiye linyitlerinin termik santrallerde elektrik üretimi amacıyla doğrudan yakılması bir seri çevresel problem doğurmaktadır. Linyitlerin gazlaştırılması sayesinde temiz kömür teknolojilerine doğru büyük bir adım atılmış olacaktır. Ayrıca gaz türbinli kombine çevrimlerin verimliliği buhar türbinlerinden üstün olduğundan, aynı gücün üretilmesi için daha az kömür kullanılacaktır. İlaveten, gazlaştırma sürecinin ilerdeki yıllarda zorunlu olması beklenen karbonik gazın tutulmasını çok kolaylaştırdığı bilinmektedir. Dolayısıyla, gazlaştırma yoluyla Türkiye linyitlerinin güç ve ısıya çevrilmesi sayesinde yerli kaynakların çevreye uygun bir şekilde değerlendirilmesi sağlanacaktır. 5. SONUÇ OPTIMASH projesi bilhassa şu noktalara dikkat edilerek kurgulanmıştır: (1) Türkiye nin yerli kaynaklarını kullanarak elektrik üretim gücünü artırabilmek için, geliştirilecek gazlaştırma teknolojisi, şu anda termik santrallere beslenmeyen linyit rezervlerine de uygun olması; (2) geliştirilecek ve kullanılacak gazlaştırma ve gaz temizleme teknolojileri elde edilen gazın gaz türbinlerinde yakılmasına enerji verimliliği, mekanik dayanırlılık ve çevresel açılardan uygun olması; (3) tasarlanacak ve geliştirilecek teknolojilerin uluslararası pazarlarda rekabet edebilme kabiliyeti yüksek olması, yani mümkün olduğu kadar yenilikçi olması. Dolayısıyla, OPTIMASH projesi Türkiye nin yerli enerji kaynağı kullanma olanaklarını kuvvetledirecek ve bu kaynaklardan çesitli faydalı ürün elde edilmesini sağlayacaktır. Bu çalışmalar sayesinde Türkiye linyitlerine özgün gazlaştırma teknolojileri geliştirilmiş olacaktır. TEŞEKKÜR Bu bildirinin yazarları OPTIMASH Projesi'nin hazırlanmasında katkı koyan proje araştırmacılarına teşekkür ederler. KAYNAKLAR [1]. ETKB, 2011, "Kömür rezervlerinin güncellenmesi çalışması" [2]. ETBK, 2010, Türkiye Genel Enerji Denge Tablosu. [3]. Gökalp,İ ve Ersoy, M., 2009, "Türkiye'de Sürdürülebilir Kömür Tekno- Ekonomisinin Koşulları, DEK/TMK Türkiye 11. Enerji Kongresi, 21-23 Ekim, İzmir. [4]. http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.html [5]. http://www.fp7.org.tr/ [6]. OPTIMASH Projesi