Bölgesel Isıtma Tarihçe ve Avrupa uygulamaları Emre ARICAN TURKOTED
BİR TERMİK SANTRALIN BİLEŞENLERİ VE SOĞUTMA İHTİYACI Termik santralların, soğutma sistemlerinden dışarıya yüksek miktarda ısı dışarıya verilmektedir. Isının dışarı verilmesi bir mecburiyet olup, buharın türbinden geçtikten sonra kondenser ile suya dönüşmesi bir örnektir. Buharın soğutulup suya çevrildiği, kondenser
1877 İLK TİCARİ UYGULAMA Tarihte Roma döneminde jeotermal sıcak sular ile evlerin, hamamların, ve seraların ısıtıldığı bilinmektedir. Tahtadan borular ile jeotermal suların dağıtılıdığı Fransa daki Chaudes-Aigues Cantal köyü, ilk 14. yüzyılda ilk planlı projelerden biri olup, hala işletmededir. İlk resmi ticari işletme ise, New York da Mühendis Birdsill Holly tarafından 1877 yılında devreye alınan sistemdir. «Holly» Bölge Isıtma sistemi 3 yıl içinde fabrikalarında dahil olduğu 5 km lik bir sistem olmuştur. Halen en büyük bölge ısıtma New York da devam etmekte olup, ev ısıtması, lokanta mutfakları, çamaşırhaneler, ve (absorbsiyon) soğutma sistemlerinde kullanılmaktadır. 1877 yılı «Holly» Bölge Isıtma Sistemi Her evin tek tek ısınmaya çalışmasında enerji kayıplarını gören Holly, merkezi sistemde ısı üretmiş, ısıyı yüksek izolasyonlu buhar hatları ile taşımış, çevredeki evleri ısıttıktan sonra, dönüş hattında gelen suyun litresi üzerinde fiyatlandırmıştır. Merkezi Buhar kazanı
BÖLGESEL ISITMANIN HIZLA YAYILMASI VE BÖLGESEL SOĞUTMA Bölgesel ısıtma sisteminin başarısı, bir çok büyük şehre yayılmıştır. Detroit Edison Bölge Isıtma şirketi Bölgesel soğutma da benzer yıllarda temellerini kurmuştur. İlk ticari uygulama, 1889 yılında Denver da Colorado Automatic Refrigerator Co. şirketinin çalışmaları ile başlar. 1930 yılında New York şehrinde Rockefeller binalarının soğutulması en büyük uygulamalardan biri olmuştur.
1903 İLK ÇÖP YAKMA TESİSİ Danimarka nın başkenti Kopenhag da 1903 de ilk çöp yakma santrali kurularak buhar üretilmiş ve bölgesel ısıtmada kullanılmıştır. 1 Aralık 1903 de hizmete giren çöp yapma santralinde üretilen ısı, buhar şeklinde taşınarak yeni yapılan hastane, belediye binası, çocuk yurdu ve yoksullar evini ısıtmada kullanılmıştır. (Bu bina bugün kültür merkezi olarak kullanılmaktadır.)
AVRUPA BÖLGESEL ISITMA KULLANIM ORANLARI Avrupa da kullanılan toplam enerjinin %50 si ısı üretimi için kullanılmaktadır. Bölge ısıtma sistemi kullanım oranı her ülke için çok değişiktir. Kullanım Kuzey ve Doğu Avrupa ülkelerinde yüksektir. Avrupa da 5,000 adet orta ve büyük ölçekli bölgesel ısıtma sistemi bulunmaktadır. Bu 5.000 sistemin, yıllık cirolarının 20 milyar Euro civarında ve toplam satılan ısının 600 TWh civarında olduğu tahmin edilmektedir. Bölge ısıtma sistemleri için gelen ısınının yaklaşık %80 i ağırlıklı olarak atık ısı geri kazanımından (kojenerasyon, endüstriyel prosesler gibi) ve yenilenebilir enerji kaynaklarından (biyokütle, jeotermal, gibi) gelmektedir. Bölge ısıtma sistemlerini arttırmak AB 2020 Yenilenebilir direktifinin hedefleri içindedir.
AVRUPA BÖLGESEL ISITMA KULLANIM ORANLARI 2000 yılında, bazı Avrupa ülkeleri arasında, bölgesel ısınma ile ısıtılan evlerin oranı tabloda sunulmuştur. AB Ülkesi Evlerde bölgesel ısıtma oranı İzlanda % 95 Danimarka % 60 Estonya % 52 Polonya % 52 İsveç % 50 Çek Cum. % 49 Finlandiya % 49 Slovakya % 40 Macaristan % 16 Avusturya % 13 Almanya % 12 Hollanda % 3 İngiltere % 2
AVRUPA BÖLGESEL ISITMA KULLANIM HARİTASı Nüfus
Bölgesel Isıtma sisteminin doğalgaz sistemlerine kıyaslanması Bölgesel ısıtma sistemlerinin çift yönlü borulama ve izolasyon ihtiyaçları, genleşme hesaplamaları ve pompalama ihtiyaçları, borulama sistemini doğalgaz ağına göre daha pahalı yapmaktadır.
Bölgesel Isıtmanın artmasını sağlayan unsurlar Bölgesel Isıtma sistemlerinin kullanım oranı ülkeden ülkeye büyük farklılıklar göstermektedir. Kullanım oranını etkileyen en önemli etkenler: 1. Hava kalitesinin korunması ve Çevresel sınırlamalar 2. Şehrin yerleşiminin bölge ısıtma için (borulama) uygunluğu 3. Tüketim noktalarının (Evler, fabrikalar gib) bir birlerine yakın olması 4. Alternatif enerji kaynaklarına ulaşım imkanları 5. Yasal mevzuat 6. Şehir/bölge gelişim planları 7. Ekonomik avantajlar
Satılan Isı Miktarları 90.000 75.000 60.000 45.000 30.000 15.000 GWh(ısı) 2012 yılı, Bölge Isıtma satış oranları GWh -ısı Mesken Endüstri Hizmet Sektörü Bilinmeyen Almanya, İtalya ve Polanya da yüksek miktarda ısı satılmaktadır.
Isı hattı uzunlukları km Bölge Isıtma iletim ve dağıtım boru hatlarının uzunlukları km (tek yön) İsveç, Polonya, Almanya, ve Finlandiya bölgesel ısıtma için, en uzun boru hattı yatırımlarını yapmışlardır.
Satılan Isı Miktarları Toplam Nüfusun Bölge ısıtmadan faydalanma oranı Bölge ısıtmadan faydalanan nüfus Diğer ısınma imkanları olan nüfus İzlanda nüfüsu bölgesel ısıtmadan en fazla istifade eden ülkedir. Takiben, Danimarka, Estonya, Latviya, Litvanya ve İsveç nüfusu diğer yüksek faydalananlardır.
Isının kaynaklarına göre dağılımı 2012 yılı, Bölgesel Isıtma ısı kaynakları Diğer Yenilenebilir Isı geri kazanımı (kojenerasyon dahil) Kojenerasyon dahil, ısı geri kazanımı, bölgesel ısıtma için en önemli ısı kaynağıdır.
Soğutma satışı ve soğutma hattı uzunlukları Bölge Soğutma satışları (MWh soğutma ısı) Bölge Soğutma iletim ve dağıtım boru hatlarının uzunlukları km (tek yön) MWh soğutma ısı km
Akıllı Şebeke Tanımı Akıllı Bölgesel Isıtma şebekesi: Enerji Kaynaklarını ısının arzına göre çeşitlendirebilen, Isıtma görevi ile beraber soğutma görevini de yerine getirebilen, geleceğe yönelik Arz-Talep talep analizlerini yaparak enerji depolama yapabilen, Arz-talep tahmin analizlerine göre dağıtım hatlarını optimize ederek enerji verimliliğini arttırabilen, tüm bunları yaparken çok miktarda ölçüm ile bilgi-işlem sistemleri bulunan diğer enerji altyapıları ve bilgi kaynakları ile data alışverişinde olan sistemlerdir.
Avrupa sistemlerinde Ar-Ge odak noktaları 1 Düşük sıcaklık ile bölgesel ısıtma Isı kayıplarını azaltarak, verim yükseltmek için 2 Bölgesel soğutma Sistem kullanımı arttırarak fayda yükseltme 3 Yenilenebilir enerji kaynakları, atıktan enerji üretimi ve fazla/atık ısıların sisteme katılması 4 Akıllı Şebekeleri kurmak, kojenerasyon, depolama, bilgi işlem sistemlerini entegre etmek 5 Mevcut şebeke optimizasyonu, yeni malzeme araştırmaları, yeni komponent ve inşaat teknikleri geliştirilmesi 6 Gözetleme, Tahmin ve maliyet analizleri için akıllı şebeke sistemlerinin geliştirilmesi Enerji kaynaklarının maaliyetini düşürmek, çevreyi daha az rahatsız edecek ısı kaynaklarına ulaşmak Verimlilik artışı Maaliyet azaltılması, verim yükseltilmesi Maaliyet azaltılması, verim yükseltilmesi
TEŞEKKÜRLER
EK BİLGİLER
AVRUPA UYGULAMALARI (1/5) Almanya İngiltere Binaların %14 ü bölge ısıtmadan faydalanmaktadır. %80 civarında ısı, kojenerasyon santrallarında temin edilmekte olup, kalan ihtiyaç ısı kazanları ve endüstrilerin atık ısılarının geri kazanımları ile ikame edilmektedir. Kojenerasyon santrallarının %42 si doğalgaz, %50 si kömür ve linyit, kalanı ise atık gibi diğer kaynaklardan temin edilmektedir. En büyük bölge ısıtma ağı Berlin dedir. En yüksek kullanım ise %90 ile Flensburg dadır. Münih şehrinin %70 i bölge ısıtmadan faydalanmakta olup, ağ uzunluğu 800 km üzerindedir. 1765 adet bölge ısıtma sistemi kayıda geçmiş olup, 920 adeti Londra dadır. Toplam 210,000 hane ve 1,700 işyeri bölge olarak ısıtılmaktadır. İngiltere nin en büyük bölge ısıtma sistemi Nottingham şehrinde olup, 4,600 hane ve çeşitli ticari işletmeler, konser salonu, halka açık yüzme havuzu ısıtmaktadır. Isının kaynağı atık yakarak enerji üreten kojenerasyon santralıdır. Sheffield blgesel ısıtma sistemi 140 binayı ısıtmakta olup, lise, üniversite, belediye binası, hastaneleri, alış veriş yerleri ve 2,800 haneyi, 44 km yeraltı boru hattı ile ısıtmaktadır.
AVRUPA UYGULAMALARI (2/5) Danimarka Finlandiya Bütün büyük şehirlerinde bölgesel ısıtma ağı olup, ısı ihtiyacının %60 ını temin etmektedir. Isının büyük bölümü (2007 de %80 i) kojenerasyon santrallarından temin edilmiş, geri kalan ise atık yakma tesislerinden geri kazanılmıştır. İletim şebekeleri 125 C ve 25 bar basınçla faaliyet gösterirken, dağıtım şebekeleri en fazla 95 C ve 6 ila 10 bar basınç arasında çalışmaktadır. En uzun dağıtım ağının bulunduğu Kopenhag da, iki adet bölge ısıtma ağı işletmecisi bulunmakta olup, CTR şirketi bölgenin %90-95 ine ulaşacak şekilde 275,000 haneye 54 km lik çift hat ile ısı temin etmektedir. Bölge ısıtma sistemleri, Finlandiya nın ısı pazarının %50 sini oluşturmaktadır. Bu ısının %80 i kojenerasyon santrallarından temin edilmektedir. Apartman bloklarının %90 ı, bahçeli evlerin yarısında fazlası, büyük ticari yapılar bölge ısıtma ağına bağlanmıştır. Finlandiya da evleri ısıtmak için doğal gaz temini bulunmamaktadır. Kojenerasyon santrallarında Doğal gaz, ithal kömür, ve turba (turf) yakılmaktadır. Ağaç ve kağıt endüstrisi atıkları, ve kentsel atıklar önemli yer sahibi olup, yenilenebilir statüsünde sınıflandırılmıştır. Isı üreten endüstriler, fazla ısılarını bölge ısıtma ağına satabilirler. Değişik bir örnek olarak, yer altında bulunan bir bilgi-işlem merkezi, 500 haneyi ısıtacak miktarda ısı temin etmektedir.
AVRUPA UYGULAMALARI (3/5) Avusturya Macaristan Polonya En büyük bölgesel ısıtma ağı Viyana şehrindedir. 2005 yılında Viyana da 251.224 eve 1.602 GWh ısı ve 5211 ticari işletmeye 3.561 GWh ısı tedarik edilmiştir. Elektrik santrallarının ve büyük endüstrilerin temin ettikleri ısı, ısıl ihtiyacın %72 sini karşılamıştır. Biyokütle ve evsel atıkları yakan kojenerasyon santrallarının katkısı önemlidir. Viyana da 3 adet evsel atık yakan kojenerasyon tesisi 116 GWh elektrik ve 1.220 GWh ısı temin etmiştir. Avusturya nın diğer bölgelerinde biyoyakıtlı ve/veya kojenerasyon tesisleri kurulmaktadır. 2011 yılı rakamları ile, evlerin %15 i (yaklaşık 610 bin hane) bölge ısıtma ile ısıtılmaktadır. Budapeşte de, belediye şirketi tarafından 238,000 ev ve 7,000 iş yeri ısıtılmaktadır Polonya da evlerin %40 ı bölge ısıtmadan faydalanmaktadır. Isı, ağırlıklı olarak kojenerasyon santrallarından kazanılmakta olup, ağırlıklı olarak taş kömürü kullanılmaktadır.
AVRUPA UYGULAMALARI (4/5) Bulgaristan Romanya Çekya İzlanda Onlarca şehirde bölge ısıtma ağı bulunmaktadır. En büyük ağ Sofya da olup, temelleri 1949 yılına dayanmaktadır. 2 kojenerasyon ve 2 ısı merkezi ile Sofya nın ısıl ihtiyacı üretilmektedir. En büyük bölge ısıtma ağı Bükreş de, şehrin %72 sini kapsayacak şekilde 570.000 haneye ulaşan sistemdir. En büyük bölge ısıtma ağı Prag da bulunmakta olup, 265,000 haneye ulaşmaktadır. Diğer şehirlerde çok sayıda ısıtma ağları bulunmaktadır. %95 e varan oranıyla, bölge ısıtmanın en yoğun kullanıldığı ülke İzlanda dır. Jeotermal enerji ülkenin en önemli ısı kaynağıdır. 706 MW elektrik kapasitesi ile, 5 büyük jeotermal kaynaklı kojenerasyon santral, ülkenin %26 elektrik ihtiyacını üretirken, saatte 800 MWısıl güç vermektedir. Geri kalan elektrik ihtiyacı hidro elektrik kaynaklarındandır.
AVRUPA UYGULAMALARI (5/5) Ters bir örnek (Norveç) Norveç Ortalama hava sıcaklığının çok düşük olduğu bir bölgede olan Norveç te, bekletinin aksine bölge ısıtma sistemi kullanımı çok düşük olup, 2% seviyesinde ve sadece büyük şehirlerdedir. Bu düşük oranın sebebi, Norveç in zengin hidro-elektrik santral imkanları ile üretilen çok ucuz elektriğin ev ısıtmasında kullanılmasıdır.