Enerji Üretiminde Yaklaşımlar
 

Ülkemizde enerji üretim ve tüketiminin farklı eğilimlerle gelişim göstermesi ve uygulanan yanlış enerji politikaları sonucunda, 1970 yılında %76 olan üretimin tüketimi karşılama oranı 2000 yılında %35, 2004 yılında ise %28 değerine düşmüştür. Önümüzdeki yıllar için yapılan enerji projeksiyonlarında bu azalmanın hızlı bir şekilde devam ederek, 2020 yılında üretimin tüketimi karşılama oranının %24 değerine düşmesi beklenmektedir. Bu durum ülkemizin enerji açısından dışa bağımlılığının artmasına yol açacaktır.
 

Şekil 1: Türkiye'de Enerji Üretimi, Tüketimi ve Arzı (1960 - 2008)

Hem sanayide, hem de konut ısıtmasında gerekli olan elektrik enerjisinin ve ısıl enerjinin aynı kaynaktan karşılanması ile yapılacak olan enerji tasarrufu çevre kirliliğini ve dışa bağımlılığımızı azaltırken, kaynaklarımızın hızlı tükenmesini de önleyecektir. Günümüzde, sanayileşme ve kalkınmanın en önemli girdileri arasında yer alan enerji, bütün dünya ülkelerinde olduğu gibi ülkemizde de önemini ve güncelliğini sürdürmektedir. Enerji kullanımı, endüstrileşme ve ekonomik gelişme ile yakından ilgili olup, enerji tüketimi, refah seviyesinin yükselmesiyle hızla artmaktadır. Ülkemizde de hızla artan enerji talebinin karşılanması zor olup, enerji kaynağının seçiminde dikkatli olunması gerekmektedir.
 

Şekil 2: Kojenerasyon Sisteminin Sağladığı Enerji Tasarrufu Örneği

 

Sanayi ülkelerinde enerji açığını kapatmak ve bu çevresel sorunların yok edilmesi ya da en azından insan sağlığını tehdit etmeyecek düzeye indirilmesi amacıyla çok çeşitli enerji politikaları uygulanmaktadır. Bu politikalar arasında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı önemli yer tutmaktadır. Bunlar arasında; rüzgar, jeotermal, dalga ve güneş enerjisi yer almaktadır. Fakat bu santrallerin her zaman ve her yerde kullanılması mümkün olmamaktadır. İkinci bir seçenek ise nükleer enerji santralleri olmaktadır. Fakat hem yatırım maliyetlerinin yüksek olması hem de risk faktörlerinin yüksek oluşu ve hatasız çalışmayı gerektirmeleri, bu tesislerin negatif yönünü oluşturmaktadır. Meydana gelecek bir radyoaktif madde sızıntısı, yüzlerce yıllık bir negatif etkiye sahip olabilecektir.

Enerji üretim aşamasında ısı enerjisinin diğer enerji türlerine verimli bir şekilde dönüştürülebilme imkanları, atık enerjilerin değerlendirilmesi, üretilen enerjinin optimum dağıtımı ve kullanımı, fosil yakıt tükenme hızını ve olumsuz çevresel etkileri azaltacaktır. Isı ve mekanik enerjinin birlikte üretildiği kojenerasyon tesisleri, enerji üretim verimliliği, enerji üretim maliyeti ve ekoloji yönünden ısı ve mekanik enerjinin ayrı ayrı üretildiği klasik tesislere göre daha yüksek performansa sahip olduğu bilinmektedir. Günümüzde, bu tesislerin performansını daha da artırabilmek için muhtelif kriterlere dayalı olarak performans optimizasyonları üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır.

Şekil 3: Kojenerasyon Santrali


►İlginizi Çekebilir: Elektrik Nasıl Oluşur?

Kojenerasyonun Tanımı

Kojenerasyon, enerjinin hem elektrik hem de ısı formlarında aynı sistemden beraberce üretilmesidir. Bu birliktelik, iki enerji formunun da kendi başlarına, ayrı yerlerde üretilmesinden daha ekonomik neticeler oluşturmaktadır. Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da dizel motor, kullandığı enerjinin %30-40 kadarını elektriğe çevirebilir. Bu sistemin kojenerasyon şeklinde kullanılması halinde sistemden dışarıya atılacak olan ısı enerjisinin büyük bir bölümü de kullanılabilir enerjiye dönüştürülerek toplam enerji girişinin % 70-90 arasında değerlendirilmesi sağlanabilir. Bu tekniğe birleşik ısı-güç sistemleri ya da kısaca kojenerasyon denir.

Kojenerasyon konusu, özellikle enerji sektörünün çok hassasiyetle üzerinde durduğu bir konudur. Kojenerasyon sistemlerinin ekonomik ömürleri 100.000–150.000 saat mertebesindedir. Bu da yaklaşık 12–20 yıla karşılık gelmektedir. Enerjiyi akılcı ve verimli kullanan kurum ve kuruluşlar daha fazla rekabet etme imkânına kavuşacaklardır.

Konvansiyonel enerji üretim sistemleri (termik santrallerde elektrik, kazanlarda ısı üretimi) çevreyi kirletmekte ve primer enerjinin yaklaşık %55-65'i atık ısı olarak ziyan olduğundan hiç ekonomik olmamaktadır. Buna karşılık bir kojenerasyon sisteminde elektrik üretimi sırasında ortaya çıkan ısı, eşanjörler yardımıyla çeşitli ısı ihtiyaçları için (sıcak su, buhar, absorbsiyonlu soğutma vb.) değerlendirilebilmektedir. Gaz ile çalışan kojenerasyon sistemlerinde elektrik ve ısının eş zamanlı üretilmesi ile %80-90 oranında verim elde edilebilmektedir. Böylece primer enerjinin atılan kısmı minimize edilmektedir. Bu yüksek sistem verimi sayesinde kojenerasyon sistemi, ilk yatırım tesis giderini 1.5-3 sene gibi kısa bir sürede geri öder.
 

Şekil 4: Kojenerasyon ve Geleneksel Enerji Üretiminin Karşılaştırılması


►İlginizi Çekebilir: Güneş Enerjisi Elektrik Üretim Sisteminin Tasarlanması ve Maliyet Hesabı

 

Geleneksel elektrik üretiminde enerji kaybı, iletim ve dağıtım bölümlerinde %5-10 mertebelerindedir. Üretimin yapıldığı yerden ihtiyaç duyulan yere kadar olan bu kayıplar son kullanıcıya kadar inildiğinde belirgin bir artış gösterir. Uzun mesafelerde elektriğin iletimi, ısı enerjisinin iletimine göre daha ucuz ve efektiftir. Bu sebepten dolayı kojenerasyon santralleri ısı enerjisinin ihtiyaç duyulduğu bölgenin olabildiğince yakınında olmalı ve ihtiyacı karşılayabilecek boyutlarda kurulmalıdır. Bu koşul sağlanmadığı takdirde bir ara ısıtıcıya gerek duyulacaktır. Kojenerasyonun en önemli noktası, bu sözü edilen konumlandırmadır.

Elektrik enerjisinin az üretilmesi sonucunda ihtiyacı karşılamak için ekstra bir alım gerekli olmaktadır. Proje, ısı enerjisi ihtiyacını karşılamak için planlandığında normalde gerekenden daha çok elektrik üretilecektir ve bu fazla enerji dağıtım hattından başka tüketicilere sunulabilir.

Şekil 5: Singapur Kojenerasyon Enerji Santrali

Şekil 6: Dünyada Kojenerasyon Sistemlerinin Elektrik Üretiminde Kullanım Oranları


►İlginizi Çekebilir:  Kojenerasyon ve Trijenerasyon Sistemi

Kojenerasyonun Çalışma Prensibi

Kojenerasyon santralleri, tek bir işlemde hem elektrik hem de ısı enerjisini üretirler. Isı  enerjisi gereksinimi bölgeden bölgeye değişir, bu yüzden santralin kapasitesi bu bölgenin ihtiyaçlarını karşılamak için planlanmalıdır. Santral bölgenin bir kısmını ya da tamamını besleyecek şekilde düşünülmeli ve hatta enerji fazlasını iletim hattı üzerinden ihraç edebilecek şekilde tasarlanmalıdır.

Bölgenin ihtiyaçlarına göre esas hareket sağlayıcı bölüm buhar türbini veya gaz türbini olabilir. İlerleyen teknoloji ile gelecekte mikro-türbin, karıştırma motorları veya yakıt hücreleri kullanıma girecektir. Türbin elektrik generatorüne hareket verir ve kullanılabilir ısı yeniden elde edilir. Temel elemanlar güvenilir ve yiiksek performanslı olmalıdır.

Özet olarak, kojenerasyon santralleri tek tip yakıttan aynı anda hem ısı hem de elektrik enerjisi elde ederler fakat ısı enerjisinin iletimindeki problemlerden dolayı tüketiciye yakın olmaları kurulumda gerekli bir şarttır. 
 

Kojenerasyonun Avantajları

Kojenerasyon, enerjinin hem ısıl enerji formunda hem de elektrik enerjisi formunda tek bir sistemden eş zamanlı olarak elde edilmesidir. Dolayısıyla bu birliktelik, iki enerji formunun da kendi başlarına ayrı yerlerde üretilmesinden daha ekonomik neticeler oluşturmaktadır.

Elektrik üretirken aynı zamanda ihtiyaca bağlı sıcak su, buhar, sıcak gaz, kızgın yağ veya soğuk su üretmeye imkan sağlanır. Doğalgaz başta olmak üzere propan, mazot, çöp gazı, biyogaz vb. yakıtlarla çalışarak kesintisiz, kaliteli ve yüksek verimde enerji üretilir. Elektriği ürettikleri yerde tüketen işletmeler iletim kaybına maruz kalmamakta ve atık ısıyı da kazandıkları için birim enerji maliyetleri çok düşük olmaktadır. Şebekedeki gerilim ve frekans dalgalanmalarının (şebeke kirliliğinin) verdiği zarardan kurtulmaktadırlar. Elektronik kartların yanması gibi masraflar ve iletim kayıpları sıfırlanmaktadır.

Gerek ileri teknoloji ürünü türbin ve motorlar kullanıldığı için, gerekse de kojenerasyon ile toplam çevrim veriminin artması, diğer bir deyişle atık ısı miktarını elde edecek oranda birincil yakıttan tasarruf edildiği için sınırlı kaynak etkin bir biçimde kullanılmış ve emisyon zararları en aza indirilmiş olmaktadır. Özellikle CO2 yani sera gazı emisyonlarının önemli miktarda azalması sağlanmaktadır. Elektrik kesintilerinden etkilenilmemekte ve bakım veya arıza zamanlarında yine şebekeden elektrik alınabilmektedir. Konvansiyonel enerji üretimine karşın yerel kullanıcının ihtiyacını karşılamaya daha elverişli santraller ve iletim, dağıtım kayıpları gibi enerji israfının olmadığı sistemler kurulması mümkündür. Yerel ve genel santral güvenliğinin ve güvenilirliğinin artması, kojenerasyon ile yerel tüketicinin elektrik ve ısı enerjisiz kalması önlenebilir. İletim hatlarında ya da dağıtımda çıkan problemler sistemin yerel olmasından dolayı daha az olacağından daha güvenilir bir enerji üretim sistemidir. Büyük ölçekli maliyet azalımı, bu sayede endüstriyel ve ticari kullanıcılar için rekabet gücünü arttırması sağlanır. Üretim santrallerinin çeşitliliğinin artması sayesinde rekabetçiliği arttırması ve enerji piyasalarında özelleştirmenin önünü açması gerçekleşir.

Kojenerasyonun avantajlarını kısaca maddelemek istersek,

► Yakıt tüketimini oldukça azaltır,

► Enerji maliyetini düşürür,

► Dağıtım ve iletim kayıpları yok denecek kadar azdır,

► Ulusal elektrik üretim ve dağıtımında daha az yüklenme olmasına neden olur,

► Çevre kirliliğinin azaltılmasına katkı sağlar.

Kojenerasyon Kullanım Alanları

► Odun ve tarım atıkları ihtiva eden yerler,

► Gıda üretimi yapan yerler,

► Kimyasal işletmeler,

► Rafineriler,

► Çimento, seramik ve cam fabrikalarıdır. 

Şekil 8: Türkiye'de Kojenerasyon Uygulamalarının Sektörel Dağılımı
 

Sonuç 
 

Kojenerasyon, işletmelere kazanç sağlarken, kaynakları daha az harcamak, çevreye daha az zarar vermek gibi olumlu etkileri olan bir yöntemdir. Ucuz enerji üretimi, kullanım rahatlığı, çevreye katkısı vb. sebeplerden dolayı tercihi kolay olmaktadır. Bunların enerji verimleri ile birlikte kontrol edilip sıkı bir enerji politikası uygulanması kaçınılmazdır.

Bundan sonra yapılması gereken, enerjiyi daha verimli kullanmak, enerji kayıplarını en aza indirmektir. Yeni enerji kazanımları yaratmak, yeraltı ve yer üstü kaynaklarını kullanmak da önemlidir.

Bu konuda gerçekçi politikalar oluşturmak, sivil toplum örgütlerinin ve üniversitelerin çabaları ile olacaktır.

Kaynaklar :

►İSKENDER, S., 2006, "Türkiye'de Enerji ve Geleceğe Yönelik Planlar", Türkiye 10. Enerji Kongresi, Kasım, 2006.

►AĞIŞ, Ö., "21. Yüzyılda Kojenerasyonun Yeri", Bölgesel Isıtma ve Kojenerasyon Konferansı Bildiriler Kitabı, 21-24

►"Kojenerasyon Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Uygulanabilirliği" Mühendis ve Makine, 2002, Sayı 506

►"Kojenerasyon ve Yöremizde Uygulanması", Doç.Dr. Fikret Yüksel