TEKNİK ÜNİTELERİN BOYUTLANDIRILMASI

Termik ünitelerin Boyutlandırılması

"ELECTRICAL ENGINEERING MARCH 1956" Tercüme Eden : Akgdn ALBAYRAK

Bu ııı.ikul. , genlijüycn bir güç sistemine yapılan buhar t 1'ktrik ilâvelerinin değerlendirilmesine ait bir metodu izah etmekte, \r "Conscluîatod Kdi&on Company of New York" firması tarafından daJıa büyük ünitelerin ilâve envestlsnıa nmi jjstifiye etmek için yapılan bir etüdün sonuçlarım \rr ıvıcktcdii.

Ganişliyen bir sisteme yapılacak buhar elektrik ilâvelerinin değerlendirilmesi hali hazır günün mevzuu olmaktadır. Çünkü iş lemekte olan er büyük grupların takriben iki misli kapas'tedekı ünitelerin temini im kân dahilinde olduğu gibi istikbalde daha bü yük ünitelerin ekonomik olarak jastifiye e d;leceği ü/nit edilmektedir. Bundan dolayı "Consilidated Edison Company of New York, Inc., New York, N. Y." firması, sistemine nominal takati 180, 250 veya 300 megawatts olan bir ünitenin ilâve edilmesinin relatif e konomik değerlerini (merits) tayin etmek için bir etüd yapmıştır.

Ünite ebada ile sistem ebadı arasında e koromik b.'r rabıta olduğu geçenlerde L. K. Kirchmayer (1) tarafından gösterihniştir. Burada varılan netice, sistemin pik yükünün ''< 7 ilâ 10 u nisbetinde kapasiteleri olan ü niteler, işletme ekonomisi ve kilowatt başı na inkremental envestismamn azaltılması ba kımından uygun görülmektedir. Bundan da şu netice çıkarılabilir; "Herhangi bir ebad dan yukarı ünitelerde kw başına yatırım masrafları sabit kalırsa bu ebaddan büyük üniteler kullanılmasına pek mahal kalmaz." H. P. Seelye ve W. W. Brown (2) The Det roit Edison Company sistemine iki adet 200 MW ünite yerine iki adet 260 MW ünite nin ilâve edilmesi hususunu ayni sebeplerle müdafaa etmişlerdir. Az zaman önce de ayni sisteme 300 MW lık üırte ilâvelerinin ısmar landığı bildirilmiştir. Her iki etüd da daha büyük ünitelerin cazip özelliğin'n kW başına yatırımın azaltılması olduğunu göstermek tedirler.

Hattı zatında mesele, daha büyük ebad daki ünitelere yapılan ilâve yatırımın jasti fiye edilmesidir. Bu umumiyetle uzun vadeli

tahminlere lüzum h?sıl eden bir "ekonomik e tüdlc" tayin edilir. Bundan dolayı diğer ak la yetkin ve yakın olmayan faktörlerle muka yese edilen ve iyi bir karar vermeğe ihtiyaç gösteren bu etüd nazr. îdir. Bununla beraber nihaî bir karara varmakta bu önemli bir yardımcı unsurdur. Kabul edilen şartlar içinde tetkik edilmekte olan bütün başka tek liflerin reîat'f kıymetlerini gösterir.

A 8 12 1» 20~24 28' 32 38 40 44 48 S 2 SENE

İŞekil 1. Talım'nî sistem st?ııelik pik yükleri

ANALİZ METODU Bütün alternatiflerin ekonomik değer lendirme metodlarmdaki esas, ilâve envestis manların senelik sabit masraflarının tasar ruflara karşı dengelenmesinden ibarettir. Bu prens'p, bu etüdde minimum enves tismanı icap ettiren alternatifin üzerindeki difrensial senelik magıraflarla jastifiye edi len yatırımı tespit etmekte kullanılmıştır. E tüd per'yodu içerisinde senelik masraflar ü rıform olmadığından bunlar eşdeğer bir ha il) Buhar F.loktıik ÜmLeleıının Ekonomik Ebndlaıı Üzerinde Bh Araştırma IJ. K. Kirchma yer, A. Cl. Mellor, J. V. O'Mara, J. R. Stevenson AIEE GÜQ Aparat ve Sistemlori, Ağustos 1955, Sayfa 600 11.

lihaaır kıymete (present worth) irca edile

Önceki faraziyelere nazaran senelik sa

rek kullanılmışlardır.

bit masraflar her ünite ilâvesinde artacak

Hesapları asgariye indirmek iğin, ünite lardır. Böylece senelik masraflar ünite ilâ

başına yatırımın bir fonksiyonu olarak se

velerinin zamanlandırılma fasılasının bir

nelik sabit masrafların halihazır kıymeti fonksiyonu olacaktır. Mevzubahis etüd için

ve bütün veya istasyon net ısı değerinin bir çekil 1 de gösterilmiş olan önceden tahmin e

fonksiyonu olarak senelik işletme masrafları

dilmiş belirli bir pik yükü artışına göre ka

için cebrik ifadeler ekle edilmiştir.

pasite ilâveleri, reserve kapasiteyi muayyen

Böylece sadece ünite ebadının değişme

bir seviyede idame ettirecek şekilde zaman

sinin tesirini değil, aynı zamanda buhar ba

landınlmışlardır. Yedek kapasite miktarı,

sıncı, temperatür, türb'n ve saykıl disaynı gi

yedi senede vasatı bir gün devam eden katlı

bi faktörlerin tesir ettiği termik performans

arızaların meydana getirdiği yük kaybının

değişmelerini de değerlendirmek mümkih: ol

matematik probabilitesinden tayin edilmiş

muştur. Harbiri bir ünite ebadı için lâzım o lan üç tane halihazır kıymet denklemi (pre sent worth equation), mevzubahis etüdde istikbaldeki 20 tesisatın değei'lendirilmes;nde kullanılmıştır. Bu denklemlerin çıkanlmpsı

tir. Etüd edilen üç muhtelif ünite ebadlarının objekt'f yedek kapasite ihtiyaçları şekil 2 de gösterilmiştir. Bu şekilden de anlaşılacağı veçhile bu metod, ilâve edilen 'ünitelerin eba dı arttıkça yedek nisbeti artmaktadır.

ve tatbikatı bundan sonraki kısımlard1 izah edilmiştir.

Ürite ebadının kapasite ilâvelerinin za manına tesiri şekil 3 de gösterilmiştir. Bu

ı Şu. Je lUve edilmiştir

şekilden de anlaşılacağı gibi ilâve edilecek ü

nite sayısı ihtiyacının 50 yıllık etüd suresin

de ünite ebadı arttıkça azaldığı görülmekte

dir. Maamafih, yedek kapasite ihtiyaçlarının

çokluğundan dolayı mecmu kapasite ilâvele

ri ünite ebadıyla birlikte artacaktır. Herşeye

rağmen kapasitenin, kW başına yapıten yatı

rımı ünite ebadının artmasıyla azaldığı gayet

aşikârdır. Yatırımlardaki farklar senelik

sabit masraflardaki farklarla jastifiye edil

melidir. Bu ikisinin balansı şekil 4 de gösteri

len müşterek faiz formülleri ile elde edilen

halihazır kıymet faktörlerinin senelik sabit

' M O 4 0 0 0 ^' 5 0 0 0 ' 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000J

Net Yük Meg*w.'. ts

masrafların icrasında kullanılmasiyle yapıla

bilir.

>ji'kU Ji. Objektif >: ılrk kapasite ihtiyaçlar» üze rinde üır.lp ebadının tesîri

SENELİK SABÎT MASRAFLARIN HALİHAZIR KİYMETÎ

'/< 13,5 luk senelik sabit masraflar bura da etüd müddeti olarak kullanılan 50 senelik bir zamana göre kıymetlendirilmiştir. Sene lik sabit masraflar tesis yılından 50 senelik etüd suresi sonuna kadar devam etmekte ve her senenin küme yekûnlar olarak kabul e d lmektedir. Her ünite ilâvesinin yatırımı ilk işletme senesinin başlangıcında kabul e dilir.

(2) Büyük Ünitelerin Ekonomisi, H. P. Seelye, W. W. Bıown, Amerikan GÜQ Konferansı, Cilt 16, 1954, Snyîa 182 8.

. , _ .. . ıo a » M 3* ilk inlenin Ttvamdtn ScnreJıı 5«/>« Soyu* '

Şekil v. Kapasite İlâvelerinin zamanlanduTİma sında ünite ebadının tesiri

Senelik sabit masrafların halihazır kıy

met değerleri ve 180 MW lık ünite yatırımla rına nisbeten jastifiye edilen büyük ünite ya tırımları aşağıda verilmiştir.

Senelik

Ünite başına

Ünite Sabit Masrafların Jastifiye edilen

Ebadı Halihazır kıymeti (*]Envestisman.

27.674879 I'

1.0000 I1

21.132307 I"

1.3096 I'

18.25&348 I'"

1.5156 I'

(•*) I', I" ve I'" — Sisteme ilâve edilen

her ünite başına jastifiye edilen envestisman.

tinde muntazam bir yedek kapasiteyi idame ettirmek. Bu değer Edison Electric Institude' un kuzey doğu I inci bölgede yaptığı etüdden alınmıştır ("•).

2 — Sistemdeki en büyük üç ünitenin ka pasitesine eşit bir yedek kapasite idama ettir mek. Bu esasın halihazırda ne dereceye kadar kullanıldığı pek malûmumuz değildir.

Mahhozır / r

•i t t1

fahrortj İPwF) **

ı

iî

1s.

H

\

"î

o N

Şekil i. Envestismaıun senelik sabit masrafla rına tekabül eden halihazır kıymet faktörleri

Mukayeseler, 180 MYV hk bir üniteden kW başına 200 dolar veya ünite enstelasyo nu başına 36 milyon dolar olduğuna göre ya pılmıştır. Böylece her 250 MW ünite için di feransiel sabit senelik masrafların jast'fiye ettiği yatırım 1.3096 X 36.000.000 dolar = 47.146.000 olup kW başına 189 dolarlık bir yatırıma eşittir; her 300 MW hk ünite için 1.5156 X 36.000.000 dolar = 54.562.000 olup kW başına 182 dolara eşittir. Diferensial se nelik sabit masrafların jastifiye ettiği ünite basma düşen yatırımlar, bundan sonraki kı sımda mütalâa edilecek olan diferansial iş letme masraflarının jastifiye edebileceği her hangi bir ilâve yatırımdan müstakildir.

Burada reserve kapasitenin hesabında kullanılan ihtimali hesap metodu, bazı elek trik sistemlerinde kabul edilmemektedir. A şağıda esasları verildiği şekilde reserve ka pasitenin, hesap metodlarıyla yukarıdaki iş lemler yapılabilir.

1 — Senelik pik yüklerinin '/• 15 nisbe

Çeki! .). 30ft MW lık ünitelerin ilâvrlerl irin objektif yedefe kapasite ihtiyaçları

Her üç metodun yedek ihtiyaçlarının mu kayesesi gekil 5. de gösterilmiştir. Yük inkişa fının ilk senelerinde üç ünitelik bir yedek, pro babilite metoduyla hesap edilenden fazla ve son senelerde de azdır. Bilhassa yük inkişafı nın son senelerinde üç ünitelik bir yedeğin ki fayetli olup olmıyacağı suni mevzuudur.

'' 35 reserve motodu yük inkişafının ilk senelerinde ihtimali hesap metoduyla tayin edilen yedek kapasiteden az ve sona doğru daha fazla olmaktadır.

Muhtelif metodlarla tayin edilen rsserve kapasite ihtiyaçları tahtında yatırımların mu kayesesi 250 ve 300 MW hk üniteleri jastifiye edebilir. Vr 15 reserve metodu büyük ünitelerin lehine, üç ünite metodu ise nisbeten aleyhine dir.

Bu etüdde nakil, tesislerinin yatırımların daki diferensialler hesaba katılmamıştır, çün kü detaylı etüdler göstermiştir ki, her biri 300 MW kadar olan kapasitelerin düşünülen mevkilerde yakın bir zamanda ilâve edilmeleri sistem bağlama kapasite ihtiyaçlarına madde ten tesir etmiyecektir. Pek tabiî şu gayet aşi kârdır ki bu halin uygun olmadığı yerde, eko ( ') On yedinci altı aylık Elektrik GÜQ Etüdü. Nisan 1955. Edison Electıie Tn^litudt'., No 55 . 5

nomik değerlendirmede bu faktör nazarı iti bara alınmalıdır. İŞLETME MASRAFLARININ HALİHAZIR

KIYMETİ Diferensial işletme masrafları tarafından jastifiye edilen yatırımlar yakıt, bakım, işlet me personeli ve spinning kapasitenin masraf larmdaki diferensialleırin değerlendirilmeleri ne bağlıdır. Yakıt ve bakım, senelik jeneras yonla; işçi, ünite enstalasyonlannm sayısıyla ve spinning kapasite de ünitenin, büyüklüğüy le alâkalıdır.

Bu etüd için jenerasyon kolaylıkları üç grup halinde sınıflandırılmışlardır:

1 — 50 senelik etüd süresinde lüzumlu o lan yeni yüksek basınçlı kapasite ilâveleri baz yüke tahsis edilmiştir (Şekil 3).

2 — 900 ve daha büyük psi lik buhar ba sıncında çalışan mevcut yüksek basınçlı kapa site.

3 — Pik yükte çalışma ve sistem spinning kapasitesini temin etmek için 900 psi den dü şük basınçlarda çalışan mevcut alçak basınçlı kapasite.

YUM CNIRİİ

Şekil 6. Senelik jenerasyonu elde etmek için yük ve yük enerjl eğrilerinin kullanılması

Yakıt ve bakunm diferensial masrafları nın değerlendirilmesi için yukarıdaki esaslara göre sınıflandırılmış gurupların enerji istihsa linin tayininde 50 senelik etüd süresinin her yılı için tertiplenmiş yük eğrisi ve buna teka bül eden yük enerji eğrisi kullanılmıştır. He sapları asgariye indirmek için hem yükler ve hem de kapasiteler senelik sistem pik değerinin % si olarak ifade edilmişlerdir. Yük enerji eğ risinin absisindeki değerlerle senelik pik yükü nün çarpımı senelik kWhr'ı verir. Pik yükü

nün artışında yük faktörü sabit farz edilerek bir tek tertiplenmiş yük eğrisi ve yük enerji eğrisi bu maksat için kullanılmıştır. Yükleme sırası ve grup sınıflarına göre jenerasyonun tayini şekil 6 da gösterilmiştir.

Yeni yüksek basınçlı ünite ilaveleriyle meydana getirilen jenerasyon, normal arıza lara ve tamirata pay bırakmak maksadıyla hangisi daha düşük jenerasyonla neticeleniyor sa % 90 nisbetinde senelik bir imkân faktörü veya % 80 lik senelik bir kapasite faktörüyle tahdit edilmiştir. Mevcut yüksek basınçlı kapa sitenin % 10 nu ve düşük basınçlı kapasitenin 7c 5 i bu gruplardaki arızalar için ayrılmıştır.

"S

\\ %

•?

I 1 K •s • ^

Şekil 7. Mevcut alçak basınçlı kapasitenin ısı değeri

Senelik ya"kıt masraflarının hesabını ba sitleştirmek için her iki yüksek basınçlı grupta tek ısı değerleri kullanılmıştır. Kısmî yüklerde ısı değerlerinin tashihi bu yüklerin kısa de vam sürelerinden dolayı nazarı itibare alın mamıştır. Mevcut yüksek basmçlı ünitelerde ki ısı değerleri kWhr başına asgari 9,700 ve azami 12,500 Btu arasında değişir. kWhr başı na vasati 11,200 Btu kullanılmıştır. Mevcut düşük basınçlı kapasite kullanıldığı takdirde pik değerinin değişken yüklerde çalışması icap edeceğinden şekil 7 da gösterildiği gibi bir muhtelit ısı değeri eğrisi türetilmiştir. Tabia tiyle bu 50 senelik, etüd süresinde mevcut al çak basınçh kapasitelerden bazıları eskiyecek tir, fakat bu makalenin maksatları için oıazarı itibare alınmamıştır.

Evvelce izah edildiği gibi mevcut kapasi tenin ısı değerlerinin sabit olmasıyla sistem se nelik yakıt masraflarının halihazır kıymetini

bu etüde dahil edilen, her tip ünitenin ısı de ğeri cinsinden ifade etmek miımkündür. Bun dan sonra herhangi bir münasip yakıt fiatında etüd edilen muhtelif hallerde uygun bir yakıt fiatı kullanılarak ısı randımamndaki farkları değerlendirmek gayet kolay olur.

Bakım masraflarının farkına tajin etmek güçtür, ve faktörler nisbeten önemsizdir. Bu nunla beraber bakım masrafları, yeni yüksek basınçlı kapasite ilâvelerin ve mcvcuL yüksek ve alçak basınçlı kapasitelerin yakıt masraf larının sırasıyla '/< 10, 15 ve 20 si olarak ka bul edilmiştir.

İşçi masrafları işlemekte olan ünite sayı sının bir fonksiyonudur. Yeni üâveler için altı üniteli santrallar düşünülmüştür. Her santral da çift grup başına işletme personeli sayısı ay nı olacaktır. Halihazır rayice göre senelik işçi masmfları şu şekilde tahmin edilmiştir:

1 ve 2 ünite 3 ve 4 ünite 5 ve 6 ünite

Dolar 400,000 550,000 720,000

Spinning kapasitenin masrafı megavvatı bazına saatte 30 cent veya megavratt bayına senede 2,628 dolar olarak tahmin edilmiştir. 50 senelik etüd süresinde mega\vatt bnşına halihazır değerler 15.762X2,628 ' 41,422 do lar olarak sırasıyla 180, 250 ve 300 MW üni teler için 7,456,000; 10,356 000 ve 12,427,000 dolarlık halihazır değerleri verirler.

NETİCELER

Yukarıda izah edildiği şekilde ekonomik değerlendirilmeleri yapılan 20 teklif, Tablo 1 ed gösterilmiştir. Tablo, eşit kapasiteli ünite ler arasındaki termal performansın farklarmın sebep olduğu tesiri analiz edebilmek için üni te ebadlarına göre aranje edilmiştir.

Her halin ekonomik değerlendirilmesi esas hale göre senelik sabit masrafların, isletme masraflarının ve hakikî yatırımın farkı olarak yapılmış ve netice kW basma envestismanda yapılan tasarruf olarak ifade edilmiştir. Bu metod, mühendislik ekonomisi kitaplarında gösterilenlerden farklıdır. Bunun tercih edil mesinin sebebi senelik sabit masraflarla işlet me masraflarının ayrı ayrı tesirinin gösteril

mesi, bu suretle ünite ilâveltıinde tam bir mu hakeme yapılabilmesini temin etmesidir.

Yapılan etüdde Tablo 1 de de gösterildiği gibi 300 MW lık ünite ekonomik olmaktadır. Bu ebaddaki ünitenin, diğer ebaddaki ünitelare göre kazanç farkı hesaplarda ve tahminlerde yapılacak hatayı kapatacak vaziyettedir. Ener ji nakil tesislerinde hiç bir değişme olmadığı için 300 MW lık ünitenin ekonomik jastifıkas yonu daha kolay olmuştur. Diğsr hallerde bu, daha ufak ünitelerin seçil nesinde bir mi> ar olabilir.

230 ve 300~MW ünite ilâvelerinin tesir et tiği senelik sabit masraflardaki taasrruflar jast'üyp edilmiş mecma diferensial yatırım ların "< 83 ilâ 93 arasındadır.

Çok yüksek kritik basınçlarda çalışacak olan bir tesisin ekonomik değerlendirilmesi hal 14 olarak Tablo 1 e dahil edilmiştir. Dikkat edilecek olursa bunun gibi bir tesirin takribi yatırımı jastifiye edilebilecek meblâğı aşmak tadır.

Benzer ünitelerin 50 senelik etüd sürssine dahil edilmesi kabul edilmiş olmasına rağmen sisteme üniteler ilâve edildikçe ilk ünite yük leme tercihini kaybedecektir. Ünite ebadının ilk ünitenin jenerasyonda kullanılmasına tesi rini gösterebilmek için senelik kapasite fak törü Şekil 8 de gösterilmiştir. Hizmet süresinin ilk 6 ilâ 9 seneleri arasında üniteleri azamî ta katta çalıştırmak mümkün olacaktır. Bundan sonra takatta bir azalma olacaktır. Ünite cbad larınm senelik kapasite faktörlerine mühim bir tesiri görülmemektedir. Ünite ebadı art tıkça kapasite faktöründe ehemmiyetsiz b'r azalma hissedilmektedir.

8. îlk ünitenin jenerasyon içîn kullanılması halinde ebathn tesiri

TABLO : I. TEKLİF EDİLEN ÜNİTE İLÂVELERİNİN EKONOMİK MUKAYESESİNİN ÖZETİ

Basınç psi

No

Teklif edilen

Isı

JT:

m M

*t c.

?;

>•. ~> £ Ç 3] > ^

•+•• V Z ı

•som

»3 İ

02 «3 S

Jastifiya Edilen Diferensial Yatırım 1,000 Dolar

Senelik İşletme Masrafları Basına Göre

İşçi Bakım

•3=3 s 1 rv Co w«

Toplam Dif eren sial ya tırım

Yatırım, 1,000 Dolır Tasarruflar

Jastifiye edilen

Esas İhtiyaç

Toplam kW 1,000 başına

Dolar Dolar

180 MVV hk Üniteler

1 800

o

S

1 000/1 000

Cl ARI (Mukavese için bnzl

ijt ±OX

9,378

)»

Jl

1,000/1,000 '9,432

)J

ÎJ

y7

»t

jj

M

9,257

»

oc (\r\r\ üDjUUU

36,144 36,402 36,191 36,635 36,144 36,635 36,373

oo,uuu 3366,,837965 36,734 36,894 37,039 37,232 37,417

— 251 — 274 — 543 — 259 — 895 — 597 — 544

— 1,38 — 1,52 — 3,02 — 1,44 — 4,97 — 3,32 — 3,02

250 MW lık Üniteler

9,436 11,146

9,372

J>

9,251

»»

1,403

4,500 1,150/1,100/1,100 8,442

5,337

277 220

277 252

277 281

it

)•

— 137 — 137 — 137

864 1,207 1,528 1,528 1,853 6,181

12,010 12,353 12,674 12,674 12,999 17,327

48,010

48,674 48,674 48,999 53,327

46,553 46,809 46,944 47,515 47,720 53,602

1,457 1,544 1,730 1,153 1,279 — 275

5.83 6,18 6,92 4,64 5,12 — 1,10

1.800

2.000

2,400

1,000/1,000 1,050/1,000 1,050/1,000 1,050/1,000 1,050/1,050 1,050/1,050

9,40G 9,342 9,281 9,190 9,281 9,221

18,563 j» ti )t ,1

1,745 2,118 2,473 3,003 2,473 2,823

300 MW hk Ünite er

454 562

1}

•'

— 272

2,489 2,899 3,290 3,873 3,290 3,675

21,052 21,462 21,853 22,436 21,853 22,238

57,052 57,462 57,853 58,436 57,853 58,238

53,846 54,145 54,417 54,586 54,889 55,161

3,206 3,317 3,436 3,850 2,934 3,077

10,69 11,06 11,45 12,83

9,88 10,26

JASTİFİYE EDİLEN YATIRIM HESABI HAKKINDA BİR MİSÂL

Teklif edilen adet Birim Kapasitesi, MW Tahmini îlk Yatırım, dolar 1,000 Isı Değeri (R), Btu/Kwhr Halihazır Kıymeti (bin dolar olarak)

Senelik Sabit Masraflar Yakıt İşçi Bakım Spinning Kapasite

1 (baz) • 180

36,000 9,481 •

27.674,879 I' 828,231+ 98.839 R' •

30,598 131,816+9.8084 R' •

7,456

17 • . . . 300 • •• 54,417

• 9,281

18.259,548 1" • • 725,901+106.3570 R"'

22,304 • • 114,510+10.6357 R"' • . . . 12,427

Senelik tasarruflarla jastifiye edilen diferensial yatırımlar

Sabit masraflar

18.259,548 1"' —27.674,879(36,000)

I"' =54,563

d i " —54,563—36,00

• 18.259,548 (di"')" E 828.231 + 98.0839 (9,481)]—1725.90H

106.3570 (9,281)]

di"'

•

İşçi

....

. 18.259,548(dl"') —30,598 22,304

Bin olarak

Toplam % si

dolar 18,563

84.9

2,473

11.3

di" "

Bakım •

• 18.259,548(dl"')—L131.816+9.8084 (9,481) ] L114,510

dl"' =

Spinning Kapasite •• •

18.259,548(dl"') —7,456—12,427

di"' • •

2.1

2.9

1.2

dolar 21,853

100.0