Elektrikle Çalışan Güç-Isı Kuplajında Atık Isı Kullanımı

Doğalgaz/biyometan alanında BHKW’lerin kontrolü için ağırlıklı nokta ısı ihtiyacıdır. Bu, BHKW ısı ihtiyacına göre işletilmesi esnasında elektriğin herhangi bir kısıtlamaya tabi olmaksızın verilebileceği anlamına gelmektedir. Bundan ötürü ısı üretimi amacıyla da çalışan BHKW’ler genelde bir ısı tüketim noktasının ısı ihtiyacının ana yükünü karşılamalıdır (yıllık ihtiyacın % 70-80’ini), bu arada uç tüketim ihtiyacı için ek kazanlarda hazır bulundurulmalıdır. Elektrikle üretimi ağırlıklı çalışan güç-ısı kuplajlarından ise BHKW’nin yük eğrilerinden elektrik ihtiyacı tanımlandığı zaman söz edilebilir. Bu da ancak bir elektrik beslemesi olmadığı ya da görece sabit bir elektrik ihtiyacı söz konusu olduğunda gerçekleşebilir. Yeterli sayıda ısı köprüsü bulunan büyük tesisler veya sanayi kuruluşları buna uygundur. Yüksek çalışma saatlerine ulaşabilmek için ısı depolama imkânlarının mevcut olması ve ek olarak ana yükü karşılaması gerekir. Bu tesisler sıklıkla bir yük yönetimine sahiptirler. Bu, BHKW’nin ihtiyaç anında faydalanım opsiyonlarını değiştirebileceği anlamına gelmektedir ki, bu da örneğin konutlarda veya hastanelerde avantajlı olabilmektedir [160].

Pratik olarak desentral elektrik kazanımlı biyogaz tesislerinin büyük kısmının, aslında üretilen elektrik miktarının azami ikmal edilebilen elektrik miktarına göre düzenlenebildiği bir elektrikli güç-ısı kuplajı olduğu anlamına gelmektedir. Bu sadece kullanıma hazır gaz miktarı ya da BHKW’nin büyüklüğü sınırlandırmaktadır [160].

3.10.5.1. Isı hazırlanması/Isı dağılımı (Yakın Isı Şebekeleri)

Yerinde elektrik üreten bir biyogaz tesisinin ekonomik olarak işletilmesi için belirleyici faktörlerden birisi, elektrik kazanımı esnasında ortaya çıkan ısının satılmasıdır. Özellikle kırsal bölgelerde bu ısı civar sakinlerine satılabilir. Genel bir satış için yakın ısı

şebekelerinin kurulumu söz konusu olabilir. Bu şebeke, suyu 90 °C (gidiş) ve 70 °C (geliş) sıcaklığı ile nakleden çift sarmal yalıtımlı çelik veya plastik borulardan oluşmaktadır [160].

95

Biyogaz tesisinin ısısının şebekeye verilmesi ısı aktarıcıları ile gerçekleşir, binalar ve aktarım istasyonları ısı sayaçlarıyla donatılır. Yakın ısı boruları bir sızıntı tanıma sistemine sahip olmalı ve trafik yüklerine ve düşük ısılara dayanabilmeleri için yeterli derinliğe (1 m) döşenmeleri gerekmektedir. Bunun dışında aşağıdaki noktalara da dikkat edilmelidir;

Zamanında ön planlama ve konsept oluşturulması,

Yüksek bir asgari ısı satımı seviyesi,

Yeterli sayıda şebekeye bağlı konut ünitesi (asgari 40),

Şebekeye bağlı konut ünitelerinin birbirlerine mümkün olduğunca yakın bulunmaları [160].

Şebekeye bağlı ısı alıcıları için büyük enerji piyasalarına karşı bağımsızlık, buna bağlı yüksek tedarik güvencesi ve nihai olarak enerji maliyetlerinde düşüş bir avantaj olarak ortaya çıkmaktadır. Isı pazarlamasının bu formu bu güne dek çok sayıda biyoenerji köyünde (örneğin Jühnde, Freiamt veya Wolpertsthausen) gerçekleştirilmiştir. Hat uzunlukları 4 ila 8 km arasında değişmektedir [160].

3.10.5.2. Soğuk Üretimi

Yanma prosesinden kaynaklanan ısıdan bir başka istifade yöntemi ise bu ısıyı soğuğa dönüştürmektir. Bu, adsorbsiyon ve absorbsiyon olmak üzere ikiye ayrılan sorbsiyon yöntemleri tarafından gerçekleştirilir [160]. Şekil 3.23’te absorbsiyon soğutma makinesinin çalışma prensibi görülmektedir.

96

Şekil 3.23. Bir absorbsiyon soğutma makinesinin çalışma şeması [160].

Soğuk üretmek için soğutucu ve çözücülerden oluşan bir çalışma maddesi çifti kullanılır. Çözücü bir soğutucu maddeyi absorbe eder, sonra ondan yine ayrılır. Çalışma maddesi çifti olarak 6/12 °C sıcaklık alanı için su (soğutucu) ve lityumbromid (çözücü), 60 °C’ye kadar olan sıcaklık alanı için amonyak (soğutucu) ve su (çözücü) olarak kullanılabilir [160].

Çözücü ve soğutucu, ekstaktörde birbirinden ayrılacaktır. Bunun için çözeltinin ısıtılması gerekir, bu amaçla da BHKW tarafından kullanıma sunulan ısı değerlendirilir. Soğutucu düşük kaynama noktası nedeniyle ilk olarak buharlaşır ve kondensatöre ulaşır. Artık içinde soğutucu bulunmayan çözücü ise absorbere ulaşır. Soğutucu, kondensatörde soğutulur ve bu şekilde sıvılaştırılır. Bunun ardından bir genleşme valfinde istenilen sıcaklığa karşılık gelen buharlaştırma basıncına tabi tutulur. Soğutucu buharlaştırıcıda ısı almak yoluyla buharlaşır. Tüketicilerin bağlı bulunduğu soğuk döngüsünün asıl soğutması esas olarak burada gerçekleşir. Bu esnada oluşan soğutucu buharı absorbere akar. Soğutucu absorberde çözücü tarafından alınır (emilir), böylece döngü tamamlanmış olur [182,226].

Burada tek hareketli yapı parçası çözücü pompasıdır, bundan ötürü bu tesislerin aşınma ve dolayısıyla bakım giderleri çok düşüktür. Absorbsiyon soğutma sistemlerinin bir başka avantajı kompresyon soğutma sistemlerine göre daha düşük enerji tüketmeleridir,

97

ancak diğeri kadar düşük sıcaklıklar üretemezler. Bu yöntem günümüzde sütleri soğutma veya ahır iklimlendirmesi gibi çeşitli tarımsal alanlarda kullanılmaktadır [160].

3.10.5.3. Ardıl Elektrik Kazanımı Konseptleri

ORC tekniği (Organic Rankine Cycle) ile BHKW’nin çok yüksek olmasa bile fazla atık ısısının, hangi kısımlarının tekrar elektrik enerjisine dönüştürülebileceğini saptamaya yarayan bir teknolojidir. Bu teknolojinin prensibi buhar gücü prosesine dayanmaktadır ancak burada akışkan olarak su değil, düşük kaynama ve yoğunlaşma noktalarına sahip başka maddeler uygulama alanı bulmaktadır. Bu proses ilk kullanım yeri olan jeotermik elektrik üretiminden kaynaklanmaktadır ve bu alanda yıllardan beri başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. Akışkan olarak hâlihazırda çevre dostu maddeler (silikon yağı) denenmekte olup, bu sayede bu güne dek kullanılan kolay tutuşabilir (tuluol, pentan, propan) veya çevreye zarar veren (FCKW) maddeleri piyasadan giderek çekilmektedir. ORC prosesi her ne kadar bu güne dek ahşabın yakıt olarak kullanıldığı ısı santrallerinde gerçekleştirildiyse de, bu teknolojinin motorlarda biyogaz yakımıyla kombinasyonu henüz geliştirme aşamasındadır [220]. Tahminen 1 MWel. gücündeki bir BHKW’nin ürettiği güce

ek olarak ORC prosesi tarafından da 70-100 kWel’’lik (% 7-10) bir güç üretilebilir [227].

Yaklaşık olarak 100 kWel. gücünde bir OCR prototipi geliştirilmiştir. Halen ardıl ORC

teknolojisini kullanarak işletmeye geçmiş olanaz sayıda biyogaz tesisi vardır [228].

ORC teknolojisine alternatif olarak, ilave bir jeneratörü doğrudan atık gaz türbinine bağlamak ve bu sayede ek bir elektrik gücü oluşturarak motor verimini yükseltmek gibi yeni gelişmeler de bulunmaktadır [160].