Enerji Santrallerinde İç Tüketimi Düşüren Tedbirlerde Verimliliğin Artırılması

İklim değişikliği, son yıllarda ülkemizin ve dünyanın en önemli gündem maddelerinden biri haline geldi. Hızla artan enerji ihtiyacına paralel olarak ortaya çıkan karbondioksit emisyonlarını düşürme hedefi, enerji kaynaklarının verimli kullanılmasını zorunlu kılıyor. Emisyonların düşürülebilmesi için alınabilecek tedbirlerden en önemlisi, enerji verimliliğini hem tüketim hem de üretim tarafında artırıyor. Termik santrallerde elektrik enerjisi üretimi yapılırken proseste kullanılan ekipmanların kullandığı enerji, bir iç tüketim oluşturur. Burada tüketilen elektrik enerjisi ise enerji üretim maliyetlerini doğrudan etkiler. Bu doğrultuda termik santraller iç enerji tüketimini azaltıcı enerji verimliliği çalışmaları ile enerji kaynaklarının verimli kullanılması, enerji üretim maliyetleri ve emisyon değerlerinin azaltılması amaçlarına doğrudan hizmet eder.

Siemens, belirtilen amaçlar doğrultusunda bir çalışma yaparak termik santrallerde kazan yakma havası fanları (Taze Hava, Sekonder Hava) ve cebri çekme fanları (Induced Draft) enerji verimliliği açısından irdeledi. Çalışmada termik santral kazanlarında klape ile kontrol edilen fanlarda değişken hız sürücüsü kullanılması sayesinde elde edilecek ortalama enerji tasarruf miktarları gösterildi. Örnek bir işletmede klape ile kontrol edilen taze hava, sekonder hava ve cebri çekme fanlarında değişken hız sürücüsü uygulaması için, uygulama öncesi yapılan ölçüm ve hesaplamalarla birlikte uygulama sonrası gerçekleşen tüketimler verilerek gerçekleşen tasarruf miktarı ve tasarrufun çevresel etkisi belirtildi.

Bu örnek çalışma, 100 MW üzerindeki güce sahip bir enerji santralinde buhar kazanına ait taze hava besleyen primer fanları, yanma tamamlayıcı sekonder fanları ve yanma gazlarını ileten ID fanlarını enerji tasarrufu açısından inceliyor. Çalışma kapsamında incelenen fanlarda yapılan ölçümler ve işletmeden alınan çalışma veri kayıtları ile elde edilecek tasarruf miktarı hesaplanıp detaylandırıldı.

Belirtilen bu fanların, proses ihtiyaçlarına göre değişkenlik gösteren çalışma koşullarına sahip olduğu ve bu koşulların fanın emişinde bulunan klapeler vasıtasıyla ayarlandığı tespit edildi. Santrifüj etkiyle iş yapan bu tip fanlarda, proses ihtiyacına göre debi ayarlamasının klape vasıtasıyla yapılması ise enerji verimliliği açısından tercih edilen bir yöntem değil.

Debi, elektrik motoruna bağlanan değişken hız sürücüyle ayarlandığı için motor devri ile doğru orantılıdır. Bu çalışmanın amacı, enerji tüketimlerinde kayda değer oranda tasarruf sağlayacağı için istenen debiye ulaşmaktır.

Prosesin talebini karşılamak için gerekli gaz debisi fanlarda üç farklı yöntemle ayarlanabilir. Bu yöntemler emiş hattı klapesi, basma hattı klapesi ve fan hız kontrolüdür. Proseste yer alan hemen hemen tüm fanlar, olabilecek en yüksek çalışma şartlarını sağlayacak şekilde boyutlandırılır.

Klapeler ile kesit daraltma işlemi fazladan sürtünmeler oluşturur ve basınç kayıpları artar. Klapeler sistem direncini artırarak fanı yüksek basınçta çalışmaya zorlar. Çalışma noktası, artan basınçla sistem eğrisinde sol bölgeye kayar, debi azalır ve fanın çalışma noktası en iyi verim noktasından uzaklaşır.

Kontrol ekipmanı olarak emiş klapeleri, basma hattı klapelerine göre daha verimlidir. Ancak kesit daraltma işlemi, sürtünme kayıpları ve türbülansa yol açtığından emiş klapeleri değişken hız sürücülerine kıyasla verimsiz sistemlerdir.

Fan akış kontrolünde en efektif yöntem hız kontrolüdür. Aynı hidrolik iş, debinin hız kontrolü ile ayarlanmasında yapıldığında klape kontrolüne göre daha düşük enerji tüketimi gerçekleşir. Fan sisteme uygun bir şekilde tasarlanmışsa fan hızı düştükçe karakteristik eğri ve sistem gücü, eksen takımında orjine doğru hareket eder. Bu sayede değişen debi aralıklarında fan verimliliği mümkün olan en yüksek seviyede tutulur.

Motorlarla sürülen bu tür sistemlerde değişken debi ihtiyacının değişken hız sürücüleri ile sağlanması, günümüzün en yaygın elektrik enerjisi tasarrufu yöntemlerinden biridir.

Termik santrallerde elektrik enerjisi üretimi yapılırken proseste kullanılan ekipmanlar da enerji tüketerek iç tüketim oluşturur. Tesis iç ihtiyaçlarında tüketilen elektrik enerjisi, enerji üretim maliyetlerini doğrudan etkilerken bu referans uygulamada da görülebileceği üzere 100 MW üzerindeki bir kapasitede elektrik enerjisi üreten bir enerji santralinde taze hava fanları, sekonder hava fanları ve ID fanlarda gerçekleştirilebilecek enerji verimliliği artışı ile 2.030 kWh’lik tasarruf gerçekleştirilebilmektedir. Tasarruf edilen miktarın iç tüketimin azalması nedeniyle net üretilen elektrik enerjisi miktarında artışa neden olduğu görülmüştür.
 

Resim 1- Orta Gerilim Değişken Hız Sürücüsü (Sinamics Perfect Harmony - GH180)

Mert Kalpar, Bülent Dinçer – Siemens Türkiye Makine Mühendisi ve Enerji Verimliliği Uzmanları

Kaynak: