Gelişen dünyada enerji talebi günden güne artmakta, buna karşın doğal yakıt rezervleri azalmaktadır. Bu durumda, enerjiyi verimli kullanmak, maliyeti düşürmek, düzenli ve güvenli enerji hizmetleri sağlamak çağımızın en önemli ihtiyaçları arasında görülmektedir. Bu yazımızda, bu amaca hizmet eden yöntemlerden biri olan Siemens’in Kojenerasyon sistemlerini inceleyeceğiz.

Kojenerasyon Nedir?

Kojenerasyon, ısı ve elektrik enerjisinin aynı anda üretilmesi anlamına gelmektedir. Üretilen ısı enerjisi, direkt kurutmada kullanıldığı gibi buhar, sıcak su, kızgın yağ elde etmek amaçlı da kullanılmaktadır. Soğutma amaçlı kullanım alanları arasında endüstri, konut, AVM ve hastaneler yer almaktadır.

Şekil 1: Kojenerasyon sistemlerinde kullanılan Siemens SST-110 Serisi Buhar Türbinleri

Avantajları Nelerdir?

Kojenerasyon sistemlerinin en büyük avantajı, toplam (termik+elektrik) verimin, klasik enerji santrallerine göre yüksek olmasıdır. Basit çevrimde çalışan ve sadece elektrik üreten bir gaz türbinini yada bir motoru ele aldığımızda elde edilecek verim %35-40 arası olmaktadır. Kojenerasyon sistemlerinde ise toplam termik ve elektrik verim %98’lere ulaşabilmektedir. Verimdeki bu artışın, kojenerasyon sistemleri için çok önemli bir avantaj olduğu görülmektedir.

Diğer bir avantaj ise kojenerasyon tesislerinde üretilen ısı ve elektrik, üretildiği noktada kullanıldığı için, iletim ve dağıtım bedellerinin maliyete yansımamakta ve böylece kesintisiz ve temiz bir enerji kaynağı haline gelmektedir.

Siemens Enerji Sektörü‘nün kojenerasyon uygulamalarında gaz türbinleri ve buhar türbinleri ile geniş uygulama alanları bulunmaktadır. Siemens bu alanda gaz türbinleri ile 5MW’tan 47 MW’a kadar, buhar türbinleri ise 75kW’tan 250MW’a kadar faaliyet göstermektedir.

Şekil 2: Kojenerasyon sistemlerinde kullanılan Siemens SGT-800 Serisi Buhar Türbinleri

Dünyada Enerji Tüketimi

Dünyamızın artan nüfusuna bağlı olarak ulaştırmada kullanılan araç sayısı da artmaktadır. Bu artış beraberinde kullanılan yakıt miktarının da artması anlamına gelmektedir. Kullanılan fosil yakıtlar ise atmosferde kirletici emisyonların ve karbondioksit (CO2) gazı miktarının hızla artışına bu bağlamda sera etkisi oluşumuna ve iklim değişikliğine kadar uzanan geniş çerçevede sorunlara neden olmaktadır.

Şekil 2: Kojenerasyon sistemlerinde kullanılan Siemens SGT-800 Serisi Buhar Türbinleri

Gelecekte Her Abone Elektrik Enerjisi Üretebilecek

Şekil 3 ve 4‘de görüldüğü gibi kojenerasyon uygulamaları, Avrupa’da sektörel olarak daha yaygın kullanılmaktadır.

Şekil 3: Türkiye’de endüstri bazında kojenerasyon uygulamalarının sektörel dağılımı

10 Mart 2012 tarihinde yayınlanan “Lisanssız Elektrik Üretimi Yönetmeliğinin Tebliği”ne göre, %80 verimliliğin üzerinde olduğu takdirde, güç sınırı olmaksızın lisanssız kojenerasyon tesisi kurmak mümkündür. Bu tebliğ ile mikro ölçekli kojenerasyon uygulamaları evlerimize kadar girebilecek, ileride her elektrik abonesi birer elektrik üreticisi konumuna gelebilecektir. Kojenerasyon (Kojen) tesislerinin endüstride kullanımlarına yönelik çözümlerden bahsedecek olursak; sanayide en çok kojen uygulaması buhar ve sıcak su temini seklinde olmaktadır.

Şekil 4: Avrupa’da endüstri bazında kojenerasyon uygulamalarının sektörel dağılımı

Uygulama Örnekleri Nelerdir?

►Buhar Elde Etme Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

Şekil 5’te, bir tekstil fabrikasında genel olarak, gaz türbinli kojen uygulaması gösterilmektedir. Bu uygulamadaki toplam verim (elektrik+buhar) %82’lere ulaşmaktadır. Ayrıca üretilen sıcak su kullanımı da düşünülürse, verim %90’lara kadar çıkmaktadır.

Şekil 5: Buhar Elde Etme Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

Örnek vermek gerekirse, Siemens SGT 100 Gaz türbini ile 5 MW’lık elektrik enerjisi üreten kojenerasyon santrali, elektriğin yanı sıra 13 barg’de 13 ton/saat buhar ve 80ºC’de 40 ton/saat sıcak su üretebilmektedir. Güncel doğal gaz fiyatları ile 1 KWh Elektrik enerjisi, bakım işletme maliyetleri dâhil 0,08 TL’ye üretilebilmektedir. %90 verimle çalışan bir kombine çevrim enerji santrali bile elektrik enerjisini bu kadar ucuza mal edemeyecektir ki; böyle bir teknoloji henüz geliştirilememiştir. Gaz motorları ile benzer uygulamalarda buhar üretiminde toplam verim %70’lere, sıcak su ile ancak %80’lere ulaşabilmektedir. Gaz türbinleri ile ısı/elektrik oranı, 2/1 ila 1/1 arasında değişen kojenerasyon tesisleri kurmak mümkündür.

►Kombine Çevrim Kojenerasyon Tesisi

Siemens’in endüstriyel gaz türbinlerinin en büyük avantajı, egzoz gaz sıcaklığının yüksek olması (545ºC) nedeniyle, özellikle buhar kullanan tesislerde, atık ısı kazanı ısıl verimliliğini ciddi oranda arttırmasıdır. Böylece toplam verimlilikte rakiplerine göre ciddi avantajlar sunulabilmektedir.

Yüksek egzoz gazı sıcaklığının bir diğer avantajı ise, yüksek basınçlı atık ısı kazanı arkası “Backpressure Buhar Türbini” kurarak elektrik verimini artırmanın mümkün olmasıdır. Böylece Şekil 6’teki gibi daha az buhar daha çok elektrik kullanan bir tesiste, ısı/elektrik ihtiyacına göre maksimum verimde kojen tesisi tasarlamak mümkündür. Buhar türbini toplam yatırım miktarını ortalama artırmakla birlikte, geri ödeme süresini ve kWh birim maliyetini ciddi oranda düşürebilmektedir, ayrıca toplam verimlilikte de fazla kayıp olmamaktadır. Ara kademeden prosese ihtiyacını, geriye kalan buharı da kondense eden bir buhar türbini seçerek de elektriğe dönüştürülebilmektedir. Özellikle değişken buhar talebi olan tesislerde bu yöntem uygulanmaktadır.

Şekil 6: Kombine Çevrim Kojenerasyon Tesisi

►Kurutma Amaçlı Kojenerasyon Tesisi

Seramik, sunta, kâğıt gibi sektörlerde faaliyet gösteren firmaların kullandığı kojenerasyon tesisleri, atık ısıyı kurutma amaçlı kullanmaktadırlar ve toplam verimlilikleri %98’i bulmaktadır.

Şekil 7‘te görüldüğü gibi direk egzoz ısının prosese verildiği bu işletmelerde, Siemens gaz türbinlerinin yüksek egzoz sıcaklığı sayesinde ekstra bir yakma sistemiyle sıcaklığı artırmaya ihtiyaç duyulmaz. Yardımcı Yakma (Supplemantary Fired) sistemleri ile de istenildiğinde değişken ısı ve yüksek sıcaklık ihtiyaçlarına cevap verilebilmektedir. DLE (Dry Low Emission) yakma teknolojisi ile sağladığı yüksek yanma verimi ve düşük egzoz emisyonu, Siemens‘in diğer avantajları arasındadır.