Kojenerasyon Nedir?

Kojenerasyon kısaca, enerjinin hem elektrik hem de ısı formlarında aynı sistemden beraberce üretilmesidir. Bu birliktelik, iki enerji formunun da tek tek kendi başlarına ayrı yerlerde üretilmesinden daha ekonomik neticeler oluşturmaktadır. Basit çevrimde çalışan, yani sadece elektrik üreten bir gaz türbini ya da motoru, kullandığı enerjinin %30-40 kadarını elektriğe çevirebilir.
 

Şekil 1: Kojenerasyon Tesisinin Şematik Görünümü




 

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" diyoruz.
 

Her iki enerji formumun ayrı ayrı aynı nihai miktarlarda üretilmesi için gerekli birincil enerji miktarının, bunların kojenerasyonla üretilmesi durumunda ne oranda azalacağı aşağıdaki grafikte görülmektedir.
 

Grafik 1: Yıllık Isı İhtiyaç Eğrisi

 

►İlginizi Çekebilir: Kojenerasyon ve Trijenerasyon Sistemi

 

Kojenerasyon tekniği ile kullanılan birincil enerjiden tasarruf %42 seviyesinde gerçekleşmektedir. Dolayısı ile kojenerasyon sisteminin çevreye en önemli katkılarından biri de burada ortaya çıkmakta, büyük enerji tasarrufu yanında atık emisyonları da aynı oranda azalmaktadır. Ülkemizde henüz üzerinde çok durulmayan bu husus, sistemin özellikle avrupa ülkelerinde yaygın teşvik görmesinin ana sebeplerinden biridir.

 

Birleşik Isı-Güç Üretiminin Yararları

► Makro Düzeyde :

► İşletme Bazında:

Kojenerasyonda Üretim Teknikleri

Kojenerasyon iki çeşit ana tahrik ünitesi vasıtasıyla uygulanmaktadır. Bunlar:
 

Şekil 2: Soldan Sağa Gaz Motoru ve Gaz Türbini

►İlginizi Çekebilir: Atık Isı Geri Kazanımı

Gaz türbinleri kojenerasyon uygulamaları için yaygın olarak 4,5 - 20 MW güç aralığında kullanım bulmaktadır. Buna karşılık gaz motorları da daha küçük güçlerde, yurdumuzda da özellikle 1 MW seviyelerinde uygulanmaktadır. Ancak gaz motor kojenerasyon uygulamalarını bu boyutta sınırlamak doğru değildir. Tek modülde 100 kW seviyelerinden 3 MW seviyelerine kadar motorlar mevcut olup, bunların çoklu modülleri ile yapılan santrallarda 10 MW seviyelerine ulaşılması Avrupa'da yaygın uygulamalardır. Kojenerasyonda kullanılacak ana tahrik ünitesinin seçim kriterlerine daha sonra değineceğiz.

 

Bu üniteler kendi başlarına sadece elektrik üretebilecek durumdadırlar. Bu üniteleri kojenerasyon sistemi haline getirmek için dışarı atılan ısının kullanılır ısı haline dönüştürülmesi gerekmektedir. Gaz türbininde bu ısı egzos gazı ısısı şeklinde olup, bir atık ısı kazanı marifetiyle bu ısı proses ihtiyacına göre buhar, sıcak su, kızgın su ya da kızgın yağ üretmek için kullanılabilmektedir.
 

Şekil 3: Kojenerasyon Çıkış Ünitesinden Bir Görünüm

Diğer bir yaygın kullanım alanı da egzoz gazının hava ile karıştırılarak direkt kurutma aplikasyonlarında kullanılmasıdır. Bu işlemler sayesinde toplam çevrim verimi % 80 seviyelerini yakalayabilmektedir.
 

Gaz motorlarında ise atık ısının yaklaşık 1/3 oranı egzos gazından 2/3 de motorun soğutma sistemlerinden geri kazanılmaktadır. Şekilde görüleceği üzere soğutma devreleri; silindir-gömlek soğutması, karterdeki yağın soğutulması ve turbocharger soğutmasından oluşmaktadır. Buna egzoz eşanjöründen elde edilen ısı eklenmektedir.
 

Şekil 4: Gaz Motorlu Paket Tip Kojenerasyon Ünitesi Prensip Şeması

Motor kojenerasyon sistemlerinin bu soğutma gerekliliği özellikleriyle geri kazanılan ısı en verimli şekilde sıcak su olarak kullanılabilmektedir. Böyle bir sistemde toplam sistem verimi % 90 seviyesini geçebilmektedir. Proses ihtiyacına göre, toplam verimden feragat etmek suretiyle yine buhar üretimi ya da direkt kurutma suretiyle ısı kullanımı mümkündür.

Kojenerasyonda Sistem ve Kapasite Seçimi

Bu sistemlerin seçimi başlıca şu kriterlere göre yapılır:

Bunların en önemlisi ilk iki kriterdir. Sağlıklı bir santral seçimi için mümkünse yıllık, yoksa aylık ya da haftalık bazda tüketim değerleri tesbiti yapılmalı, bunlar grafiklere dökülmelidir. İlk olarak yıllık ortalama elektrik tüketimine bakılır ve atıl kapasite yaratmayacak şekilde bu tüketimin az altında kalacak bir kapasite seçilir. 1.amaç elektrik tüketimine yönelik kapasite belirleme olmalıdır. Her ne kadar -"hazır santral kuruyorum, tüm ısı ihtiyacımı da karşılayacak bir kapasite seçeyim, fazla elektriği satarım!" felsefesi genel olarak pazarımıza hakim olmuşsa da bu şebekenin enerji alış şartlarındaki uygunsuzluk ve ilerde kapasite ile karşılaşıldığında şebekenin enerji fazlasını almaması gibi durumlar kabil olduğundan kesinlikle yanlış bir yaklaşımdır. Sistem pazarlamacıların bu konudaki olası yanlış yönlendirmelerine karşı dikkatli olunmalıdır.
 

Şekil 5: Kojenerasyon Sisteminde Net Yakıt Tasarrufu

Santralin elektrik kapasitesi belirlendikten sonra ısı tüketim verilerine bakılır. Yoğun olarak yüksek sıcaklıkta enerji gerekiyorsa - buhar, kızgın yağ ya da sıcak hava - ve bu yaklaşık 1:2 elektrik&ısı dengesine oturuyorsa, sisteme uygun yakıt ekonomik olarak mevcut ise ve santral büyüklüğü gaz türbinleri kapasite aralığına giriyorsa ihtiyaç bir gaz türbin kojenerasyon santralına işaret eder.

Dikkat edileceği üzere sonuca etken değişken sayısı çok fazladır. Tüm öncelikli kriterler bir gaz türbin santralını işaret ederken dahi, yakıtın ekonomik bulunabilirliği santralı diesel motor santralına dönüştürebilmektedir.
 

Yukardaki değerlendirme sonucu, proses yüksek ısı ihtiyacı göstermeyen sıcak su ya da kızgın su ihtiyacına işaret ediyorsa, ve elektrik:ısı dengesi elektrik lehinde daha fazla ise elektrik talebine göre bir gaz ya da diesel motor santralına işaret edilmektedir. Burada odak motorlardaki yaklaşık 10 puanlık daha yüksek elektrik çevrim verimidir. %40 elektrik verimli bir motor santrelinda doğalgazdan elde edilecek elektrik ısıdan hiç yararlanılmasa dahi şebeke elektriğinden daha ucuza mal olmaktadır, bu gaz türbinlerinde mümkün değildir.