SANAYİNİN ELEKTRİK ÜRETMESİ-BİLEŞİK ÜRETİM

Dr. Ersin ARAŞ ALPET Aliağa Petrokimya San. ve Tic. A.Ş.

ÖZET

Sanayi bileşik üretimle proses gereksinimi olan buhar veya ısıyı elde ederken, yan ürün olarak elektrik enerjisini sadece elektrik üreten termik santralların yaklaşık yarısı kadar enerji kullanarak ve yarı fiyatına elde edebilir. Böylece sanayinin elektriğe ödediği fatura

azalırken, yakıtın verimli kullanılması sayesitide miz de ithal ettiği enerjide büyük tasarruf sağtayabiHr:

Yazıda bileşik üretimin neden teşvik edilmesi ge r e k ip

tipleri ve Amerika Birleşik Devletlerl'nde bu amaçta

çıkarılan kanun ve uygulaması açıklanmaktadır.

t

GİRİŞ ithal petrol ve diğer enerji türlerinin giderek pahalı laşması mevcut enerji kaynaklarından azami yararlanma zorunluluğu getirmiştir. Ayrıca finans zorlukları, yüksek kredi faizleri elektrik şirketlerinin veya kurumlarının yeni yatırımlarını oldukça güçleştirmiş bulunmaktadır.

Enerjinin en büyük tüketicileri endüstri ve elektrik üre ten kuruluşlar olup bunların enerjiyi verimli kullanmaları enerji maliyetini, dolayısıyla tüm sektörlerdeki son ürün fiyatlarını doğrudan etkilemektedir (1). Elektrik üreten ana kuruluşların (TEK v.b.) gerek yakıt fiyatlarının, ge rekse santral kurma maliyetlerinin artması sebebiyle elektrik fiyatları giderek artmakta, bu ise çeşitli kesimle rin tepkisine neden olmaktadır. Dolayısıyla bu sahada yatırım miktarını ve yakıt sarfiyatını azaltabilecek her olanak incelenmeye alınmalıdır.

Ortaya çıkan enerji darboğazını aşmak ve verimliliği artırmak amacıyla Amerika Birleşik Devletleri Kongresi 1978 yılında kısaca "PURPA" diye bilinen (Public Utilities Regulatory Policies Act) kanunla bileşik üretimi teşvik etmiş ve korumaya almıştır. A.B.D. Enerji Bakanlığı Bileşik Üretim Şubesi 1983 yılında ülkelerinde bileşik üretim kurulu güç kapasitesinin yaklaşık 10.000. MW olduğunu ve bu kapasitenin her yıl 800. ila 1500. MW arasında artmasını beklediklerini açıklamıştır.

Ülkemizde de enerjinin daha verimli kullanılması ve elek trik üretiminin artması için benzer kanuni düzenlemelere ihtiyaç vardır.

BİLEŞİK ÜRETİM

Bileşik üretim elektrik enerjisinin yanında endüstriyel

veya ticari amaçla ısıtma veya soğutmada kullanmak için buhar, ısı gibi diğer faydalı enerji türlerinin üretilmesidir (2), (3).

Sadece elektrik üreten klasik santrallarda, kazanlarda kömür, doğal gaz, petrol veya nükleer yakıt yakılarak su buhar haline getirilmekte ve bu buhar, türbinleri dön dürerek bağlı olan jeneratörler vasıtasıyla elektrik enerji si elde edilmektedir. Son safhadaki artık buhar değer lendirilemeyerek yoğunlaştırılmakta, su halinde tekrar kazana gönderilmektedir. Bu çevrimde toplam verimlilik % 32 45 arasında değişmektedir.

Bileşik üretim tesisleri klasik santral gibi elektrik elde et mekte, fakat son safhadaki ısı enerjisi oldukça fazla olan artık buhar değerlendirilerek sanayide proses bu harı olarak, merkezi ısıtma sistemlerinde ise ısıtma amacıyla kullanılarak toplam verimliliği % 60 85 dolay larına çıkmaktadır. Bilhassa ileri teknoloji kullanılan kombine çevrim bileşik üretim santrallarında % 85 ve rimlilik elde edilmektedir.

Bileşik üretim potansiyelinin büyük olduğu sanayi dalları kâğıt, kimya, rafineriler, maden ve gıda olup bunlara büyük merkezi ısıtma tesisleri de eklenebilir. Belirtilen sahalarda endüstri kendi elektrik ihtiyacını kısmen veya tamamen karşılayabileceği gibi uygun koşullar varsa elektrik şirketlerine de elektrik satabilir. Yukarıda belirti len verimlilik organlarından görüleceği üzere bileşik üretimle hem elektrik enerjisi üretimi artırılabilir hem de kullanılan yakıttan büyük tasarruf sağlanabilir.

BİLEŞİK ÜRETİM SİSTEMLERİ

Elektrik ve termik enerji türlerinin birlikte elde

edilebilmesi yakıt harcanarak şaft gücü (mekanik iş, elektrik üretimi v.b.) ve ısı elde edilen ekipmanlar gerektirir. Isı veya termik enerji endüstriyel proseste doğrudan veya buhara dönüştürülerek kullanılır. Geleneksel işletmede termik ve elektrik enerjisinin ayrı, ayrı üretilerek kullanılması Şekil 1'de gösterilmiştir.

Ya 5it

Elektrik ebekeden)

Buhar Üretimi

HAM MADDRLER

ENDÜSTRİYEL PROSES

ya ;ıt I 01

Üretimi

SON

ÇEVF1EYE ARTIK I S I

Şekil 1. Geleneksel endüstriyel proses.

KLASİK BİLEŞİK ÜRETİM Proses buharının basınç ve sıcaklığı yükseltildikten sonra istenilen çalışma değerine jenaratöre bağlı bir türbinle indirilir (Şekil 2). Böylece hem proses buharı hem de elektrik enerjisi elde edilir.Birkaç tür proses buharına gereksinme varsa ara çekiş karşı basınçlı türbinler kullanılır.

Karşı basınçlı türbin kazan sistemiyle en az yakıtla elektrik üretilir (5000 kilojul/kWh), fakat birim proses buharı için en az elektrik üretilen metoddur.

Sadece elektrik üretimi yapan termik bir santralda ısı oranının yaklaşık 11000 kilojul/kWh olduğunu hatırlamakta yarar vardır.

GAZ TÜRBİNLERİY LE BİLEŞİK ÜRETİM

Gaz türbini ile elektrik üretimi buhar türbinine nazaran daha kestirme bir yoldur. Yanma odasında yanan sıvı veya qaz yakıt önceden sıkıştırılan havayı ısıtır. Yanmış karışım genişliyerek türbinle birlikte dönen jeneratör vasıtasıyla elektrik elde edilir (Şekil 4).

Gaz türbinleri buhar türbinlerine nazaran daha yüksek sıcaklıklarda çalışırlar, dolayısıyla eksozlardan çıkan artık ısı birkaç yolla geri kazanılabilinir. örneğin eksoz gazı bir ısı eşanjöründen (veya kazandan) geçirilerek proses gereği su, buhar, yağ, hava ve benzeri ortamlar ısıtılabilinir. Bu gazda % 18 oksijen bulunduğundan ek yakıt yakılarak proses sıcaklığına çıkılıp sanayide doğrudan ısıtma veya kurutma amacıyla kullanılabilir.

Şekil 4'te eksoz gazının buhar üretilmesi amacıyla kullanılması, kombine çevrim bileşik üretim tesisi prensip şeması görülmektedir. Belirtilen sistemle kazanlarda gerekirse ek yakıt yakılarak yüksek basınçta buhar elde edilir. Yüksek basınçlı buhar karşı basınçlı veya yara çekişli kondens türbinlerden geçirilerek proses için uygun düşük basınçlı buhar ve elektrik elde edilir. Bu yöntemle (kondens olmadan) elde edilen ısı oranı 5800 6300 kilojul/kWhtır. Birim proses buharı için elde edilen elektrik enerjisi buhar türbinlerine kıyasla yaklaşık beş misli fazladır.

YUksak Basınçlı

Şekil 2. Karşı basınçlı türbinle bileşik üretim.

Eğer sistemde daha fazla çalışma esnekliği isteniyorsa ara çekişli kondens türbin tesis edilir (Şekil 3). Tabii olarak kondenserli türbin tarafından güç üretilmesi verimliliği düşürür.

Kazan b«al« suyu tankına

Şekil 3. Ara çekişli kondens türbin kazan sistemi

Şekil 4. Gaz türbinleriyle bileşik üretim sistemi.

DİZEL MOTORLARDA BİLEŞİK ÜRETİM Yöntem gaz türbinlerinde anlatılanın aynısıdır. Isı oranı 6300 7400 kilojul/kWh dolayındadır. Birim proses buharı için üretilen elektrik enerjisi yaklaşık gaz türbinlerinden iki, buhar türbinlerinden on defa daha fazladır (Şekil 5).

nt7.KI. MOTORU

Örneğin A noktasında çalışacak bir sanayi için gaz türbinleri, B noktasındaki için buhar türbinleri seçimi uygun düşer. C noktasındaki tercihte elektrik alış ve satış fiyatları önem kazanır.

I S I GERİ KAZANMA KAZANI

Proses buharı

Şekil 5. Dizel motorlmarla bileşik üretim.

UY GUN BİLEŞİK ÜRETİM TİPİNİN SEÇİMİ

Sanayinin hangi bileşik üretim tekniğini kullanacağı ihtiyacı olan termik, elektrik enerji miktarına, hangi yakıtı kullanacağına ve diğer faktörlere bağlıdır. Buhar ve gaz türbinleri ile dizel motorların termik, elektrik kapasiteleri birbirlerinden farklıdır. Azami enerji tasarrufu genellikle endüstrinin termik ihtiyacının tümüyle karşılanıp fazla elektrik enerjisini satabildiği zaman sağlanır. Şekil 6'da çeşitli tip üretimlerde sadece üst çevrimle (kondens olmadan) elde edilen proses buharı elektrik enerjisi kapasite eğrileri görülmektedir (4). Endüstri çalışma noktasına yakın olan sistemleri inceliyerek şartlarına uygun seçim yapmalıdır.

100— E 50— (MW)

f

V

/y Ç /

.01 2 3 4 5 6789.1 2 3 4 567891. 2 3 4

Buhar OO6 Ib/saal)

Proses buharı:P=150 psig , T= 360 "F Buhar türbini giriş: P 850 psig. T» 825 °F

TEŞVİK TEDBİRLERİ VE PURPA

Sanayinin bileşik üretime yatırım yapması için bazı teşvik ve düzenlemelere gereksinme vardır. Benzer sorunları olan Amerika Birleşik Devletlerinde endüstriyel tesislerin verimini artırarak elektrik üretmelerini ve ülke genelinde yakıt tasarrufunu sağlamak amaayla A.B.D. Kongresi tarafından onaylanan "PURPA" kanunuyla elektrik şirketlerine (TEK gibi) bazı zorunluluklar getirilmiştir.

Bunlar: a) Endüstriyel tesisle paralel çalışma, b) Endüstriyel tesisin fazla enerjisini satın alma, düşük fiyat teklif etmeme, ve c) Endüstriyel tesisin tasvibi ile fazla enerjiyi diğer bir müşteriye iletme olarak özetlenebilir.

PURPA elektrik şirketinin endüstriden satın aldığı elektrik enerjisinin fiyatını aşağıdaki esaslara göre düzenlemektedir.

Enerji fiyatı endüstriyel kuruluşun elektrik üretmesi sayesinde elektrik şirketinin üretmekten kurtularak tasarruf ettiği birim maliyet artışına eşit olmalıdır.

Mahalli üretim ile şebekenin elektrik kayıplarında olan azalma hesaba katılmalıdır.

Enerjinin harcandığı noktada üretilmesinin elektrik şebekesinde yaratacağı ferahlık tartışılmazdır. Ayrıca büyük yatırımlar yapmadan ek kapasite sağlanacak, tabii afetlerden ve/veya elektrik sistemi çökmelerinden sanayi kendi elektrik üretimi sayesinde kurtularak, fabrikalarının üretimlerinde devamlılık sağlayabilecektir.

Ülkemizde TEK tarafından endüstriyel tesislerden satın alınan enerji fiyatının Resmi Gazete'de yayınlanan 4 Eylül 1985 tarih, 18858 sayı, 85/9709 karar ile TEK ortalama satış fiyatının % 65'ini geçmemesi esas alınmıştır. Bu kriter enerji tasarrufu açısından sakıncalı, endüstri için caydırıcıdır. Esasta mühim olan ortalama fiyat olmayıp TEK'in bu enerjiyi üretmek için yapmak zorunda olduğu ek masraftır. Elektrik şirketleri (TEK) bu ek enerjiyi gaz türbinleri ve/veya kondenserli türbinlerle elde ettiğinden maliyetin pahalı olacağı açıktır. Endüstri ise bileşik üretim sayesinde yakıtı verimli kullanıp elektrik enerjisini daha ucuza elde edebilmektedir. Birim maliyet artışı fiyatı endüstri için kârlı olacağından daha verimli çalışıp TEK'e elektrik satmak isteyecektir. Elektrik şirketinin endüstriden enerji satın alırken ödediği ücret kendisinin yapmaktan kurtulduğu masraf olup ek bir külfet değildir. Dolayısıyla gerek elektrik şirketi gerekse diğer müşteriler endüstriyel kuruluşu sübvanse etmemektedirler, PURPA buna mani olmaktadır.

Şekil 6. Proses buharı elektrik enerjisi kapasitelerinin karşılaştırılması (kondens yok, sadece üst çevrim

W

SONUÇ

Endüstriyel proses veya merkezi ısıtma sistemlerinde olduğu gibi devamlı ve bol termik enerji gereksinimi olan sahalarda daha düşük maliyetle elektrik enerjisi elde edi

lebilir. Ana neden, türbinlerin ara ve son kademelerinden çıkan buhar çeşitlerinin maliyetinin onu değerlendiren kullanıcıya (son ürüne) yüklenmesidir. Elektrik üretim maliyeti hesaplanırken termik enerji amacıyla kurulan santraldan elektrik enerjisi elde edebilmek için yapılan ek masraf ve ek enerji tüketimi dikkate alınmalıdır.

Bileşik üretim santralının fizibilitesi, öngörülen uygulamanın buhar ve güç dengesine, enterkonnekte şebekeden alınan ve satılan enerjinin fiyatına ve yapılacak yatırım miktarına bağlıdır.

Genelde endüstri bileşik üretimle enerjiyi daha verimli kullanarak elektrik şirketlerinden daha ucuza elektrik üretebilmektedir. Endüstrinin bu yönde teşviki için TEK'çe satın alınan enerjinin mevcut fiyatlandırma

e$asının değiştirilerek PURPA'ya benzer bir uygulamaya gidilmesi faydalı olacaktır. Bu sayede endüstri ve elektrik şirketleri ülkemizin ısı ve elektrik enerjisinin üretimini birlikte optimize edebilecektir.

KAY NAKLAR (1) Araş Ersin, "Endüstriyel Güç Sistemlerinde Kararlılık, Oto matik Kontrol ve Yük Atma" Doktora Tezi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Ağustos 1988.

(2) Harkins P.L, "PURPA, New Horizons for Electric Utilities and Industry" IEEE, PAS, vol. PAS 100, No. 6 June 1981.

(3) Mc Connell John E. "The Gravving Imperativeness of Cogen eration" IEEE PES VVınter Annual Meeting 1980.

(4) 'Cogeneration1, Noyes Data Corporation, 1978.

Elektrik Elektronik Haberleşme ve Bilgisayar Sektörlerinde üretim, pazarlama, temsilcilik, distribütörlük ve hizmet faaliyetleri bütünselliği içinde, alabildiğince eksiksiz tanıtan bir doküman...

"Türkiye Elektrik Elektrdnik Bilgisayar 1990 Katalogu" Elektrik Mühendisleri Odası'nın mesleki ve teknik yayın çerçevesinde hazırlandı.

Yayınlandı ... Edindiniz mi?

ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI izmir Cad. Ihlamur Sokak No:10/1 Telefon: 125 32 72 73 Faks: 117 38 18