Kojenerasyona Genel Bakış

Kojenerasyon, bir enerji kaynağı kullanılarak (doğalgaz, kömür, fosil yakıtlar vs.) en az iki farklı enerji formunun (elektrik, ısı) üretilmesidir (Şekil 2.1).

Kojenerasyon sistemleri termal elektrik üretim sistemlerine benzemektedir. Fakat normalde dışarı atılan ve sistem tarafından üretilen ısı bir ürün gibi kullanılmaktadır.

Böylece toplam kullanılabilir enerji üretimi artmış olmaktadır. Elektrik ve termal enerji üreten kojenerasyon sistemlerinin genel verimi % 80’i bulabilmektedir. Kojenerasyon sistemlerinin bazı avantajları yüksek verim, iki farklı enerji üretimi, enerji tüketiminde azalma, çevre emisyonlarının azaltılması, ekonomik ve güvenilir oluşlarıdır (Rosen, 2006).

Elektrik üretimi sırasında oluşan sıcak gazın ya da çürük buharın çok geniş bir kullanım yelpazesi vardır. Enerjiye değişik şekillerde (elektrik/buhar/sıcak su) ihtiyaç duyan tüketicilerin, aynı anda tek bir tesisten ihtiyaçlarını karşılayabilmeleri birçok yarar sağlamaktadır. Konvansiyonel bir tesiste, yakıtla giren enerjinin, kullanılan yakıt/teknoloji kombinasyonuna bağlı olarak, % 35-50’si elektriğe dönüştürülebilmek-tedir (Mimag-Samko, 2007). Kojenerasyon sistemlerinde ise, 100 birimlik enerji girdisinin, 30-40 birimi elektrik enerjisi ve 50-60 birimi de ısıl enerji olmak üzere, toplam, 90 birime kadarı geri kazanılabilmektedir. Kojenerasyon uygulanmazsa;

elektrik ayrı bir tesisten, buhar da başka bir sistemden elde edilecektir ki, bu durumda kojenerasyon örneğindeki 90 birim ikincil enerjiyi elde etmek için 156 birim yakıt gerekecektir (Mimag-Samko, 2007).

Şekil 2.1: Kojenerasyon sistemi (Meidel, 2006)

2.1.1. Kojenerasyonun yararları

Kojenerasyon sistemlerinin, elektrik ve buharın ayrı tesislerde elde edildiği klasik uygulamaya karşı belirgin üstünlükleri vardır. Mimag-Samko (2007) kojenerasyonun yararlarını aşağıdaki şekilde sıralamıştır:

• Çok daha yüksek çevrim verimi elde edilmesi ve dolayısıyla yakıt ekonomisi sağlaması,

• Aynı ikincil enerjiyi elde etmek için daha az yakıt tüketildiğinden daha az emisyon ve atık oluşturması sebebiyle çevre dostu olması,

• Enerji tüketildiği yerde üretildiğinden, iletim ve dağıtım hatlarında oluşan kayıpları ortadan kaldırması, şebekeden etkilenmeden, kesintisiz ve kaliteli elektrik arzı sağlaması,

• Tek bir tesisten; endüstriyel buhar, elektrik ve yakın çevredeki yerleşim birimlerine merkezi ısıtma-soğutma hizmeti verilebilmesine olanak sağlaması.

2.1.2. Kojenerasyon sistemlerinde yakıt kullanımı

Kojenerasyon, kömür, petrol türevi yakıtlar, doğal gaz ve biyokütle gibi çeşitli yakıtlarla yapılabilmektedir. Bu kaynakların en yaygın olanı doğal gaz ve yağ yakıttır.

Ayrıca doğal gaz çevre dostu bir yakıt olarak hava kirliliğini de azaltan bir yakıttır (Karadağ, 2007). Günümüzde kojenerasyon tesislerinde kullanılan yakıtların % 60’ını doğal gaz oluşturmaktadır (Şekil 2.2) (Güngör, 2007).

Yakıt seçimindeki en önemli kriterler yakıt fiyatı ve arz güvenilirliğidir. Bu nedenle, fosil yakıt rezervlerinin miktarı ve dağılımı göz önüne alındığında, arz güvenilirliği ve fiyat konusunda sorunlar yaşanan sıvı ve gaz yakıtların tercih edilmesi enerji güvenliğini sarsmaktadır. Günümüze kadar kısa vadede çözüm getirdiği için, doğal gaz kombine çevrim santrallerine ve diğer akaryakıtlar için kojenerasyon uygulamalarına öncelik verilmiştir. Gelişen yeni teknolojiler ile uzun vadede kömürlü ve dolayısıyla ülkemizin öz kaynaklarına dayalı kojenerasyon yatırımlarına da önem verilmesi gerekmektedir (Mimag-Samko, 2007).

Şekil 2.2: Türkiye’de kojenerasyonun kullanılan yakıt türüne göre dağılımı (Güngör, 2007)

2.1.3. Kojenerasyon sistemlerinin uygulama alanları

Kojenerasyon sistemleri en çok gaz türbinli sistemler ve içten yanmalı motorlu sistemler olarak uygulanmaktadırlar. Burada sistemin seçimi, kullanım yeri ve amacı, gereken ısı ve elektrik miktarı ile büyüklüğüne göre değişim gösterir. Smith (2006), tesisin büyüklük ölçeği ve kullanılacak işlem ısısına göre bunu basit bir grafik ile (Şekil 2.3) göstermiştir.

Şekil 2.3: Gaz türbinli ve gaz motorlu kojenerasyon sistemleri uygulama alanı (Smith, 2006)

2.1.4. Kojenerasyon sistemlerinin sınıflandırılması

Gaz türbinleri :

Egzoz gazı türbin palelerine çarparak türbinin dönmesini sağlar. Yakıt olarak sıvı petrol gazı veya doğal gaz kullanılabilir. Ayrıca jeotermal kaynaklardan elde edilen buhar ile çalışan türbin modelleri de bulunmaktadır (Şekil 2.4).

Şekil 2.4: Kojenerasyon sisteminde kullanılan gaz türbinleri (Smith, 2006)

İçten yanmalı motorlar :

Silindir içinde yanan yakıt, pistonları iterek pistonların eksantrik hareketine, dolayısıyla enerjiye dönüşür. Çıkan sıcak gaz ısı prosesinde, elde edilen kinetik enerji ise jeneratörler ile elektrik enerjisi üretiminde kullanılır. Likit petrol gazı, doğal gaz, dizel ve benzinli yakıt ile çalışan modelleri vardır (Şekil 2.5).

Şekil 2.5: Kojenerasyon sistemlerinde içten yanmalı motorlar (Smith, 2006)

Mikrotürbinli CHP :

Küçük çaplı işletmeler ile villa ve evlerde kullanılmak üzere küçük ebatlara sahip türbin sistemi mevcut olan birleşik ısı güç sistemleridir (Şekil 2.6).

Şekil 2.6: Mikrotürbinler (Smith, 2006)

2.1.5. Kojenerasyon sistemlerinin tarihçesi

20. yüzyılın başlarında buhar mekanik gücün ana kaynağıydı. Elektrik daha kontrol edilebilir olduğu halde buhar ile çalışan küçük ölçekli güç üreten evler, sistemlerini hem buhar hem elektrik üreten sistemler olarak geliştirdiler. Daha sonra 1940’dan 1970’e kadar geçen süreçte bu yapı, çevresindeki alanlara güç üreten merkezi elektrik santrallerine kadar gelişmiştir. Ucuz elektrik kaynakları nedeniyle büyük ölçekli elektrik üretim işletmeleri hemen güven sağlamış ve bu nedenle küçük ölçekli güç üreten evler kojenerasyonu bırakarak elektriği buralardan almışlardır (Science Encyclopedia, 2007).

1960 yıllar ve 1970’li yılların başında kojenerasyon sistemlerine ilgi tekrar artmış ve enerji kaynaklarının korunması, 1970’li yılların sonunda açıklık kazanmıştır.

Bu tarihlerde ilk kez Amerika’da kojenerasyon sistemlerinin geliştirilmesini sağlayan

yasalar çıkmıştır. Özellikle 1978’deki elektrik, su ve doğalgaz gibi halka açık kaynakların düzenlenmesine ilişkin yasa ile kojenerasyon sistemlerinin elektrik ağına bağlanarak elektriğin satışı ve satın alınabilmesi sağlanmıştır. Bu şartlar kojenerasyonun Amerika’da hızla gelişmesini sağlamıştır (Science Encyclopedia, 2007)

Avrupa’da kojenerasyon yeni bir teknoloji olarak görülmediğinden Avrupa Komitesi’nin enerji programında yer almamıştır. Bu nedenle hükümetler çok az destek sağlamışlardır. Oysa ki bazı Avrupa ülkeleri farklı enerji tedbirleri almışlardı. Örneğin Danimarka’da elektriğin % 27. 5’luk bölümü kojenerasyon ile üretilirken, Italya’da bu oran % 30’lara ulaşmaktadır (Science Encyclopedia, 2007).