Cam Endüstrisinde Enerji Verimliliği

(1)

Cam Endüstrisinde Enerji Verimliliği

Durmuş KAYA^1*, Fatma ÇANKA KILIÇ², Ecem UZUN³, Muharrem EYİDOĞAN⁴, Osman TAYLAN⁵

*1Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği, Kocaeli, Türkiye

2 Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği, Kocaeli, Türkiye

5 King Abdülaziz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Endüstri Mühendisliği, Cidde, Suudi Arabistan

Türkiye cam sektörü; yaklaşık 2,3 milyar ABD Doları düzeyindeki üretim değeri ve yaklaşık 20 bin civarında çalışan sayısı ile üretim girdilerinin tamamına yakınını yurtiçinde sağlayan, sermaye ve enerji yoğun, aynı zamanda da yüksek kapasite ile çalışma zorunluluğu olan bir sektördür. Sektörün hammaddesi olan cam üretiminin yapısal özellikleri itibariyle ergitmeye dayalı enerji yoğun bir üretim olması nedeniyle, sektör; enerji ve yakıt fiyatlarına karşı çok duyarlıdır. Bu bağlamda yüksek enerji fiyatları sektörü olumsuz yönde etkilemektedir. Sektörde yüksek enerji tüketimine karşın, enerji verimliliğine yönelik yapılacak iyileştirmeler hem sektörün rekabet gücünü artıracak hem de çevresel iyileştirmeye katkı sağlayacaktır. Dolayısıyla enerjinin verimli kullanılması ekonomimizin sürdürülebilir büyümesine öncülük edecektir. Bu çalışmada cam sektöründe enerji verimliliği açısından yapılabilecek iyileştirmeler araştırılmıştır. Bu amaçla endüstriyel kuruluşlarda gerçekleştirilen enerji verimliliği proje örnekleri ele alınmış, projeler için tasarruf miktarı, tasarrufun mali karşılığı, yatırım tutarı ve geri ödeme sürelerine ait bilgiler paylaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: cam, enerji verimliliği, cam endüstrisi, enerji tasarrufu Abstract

Glass industry in Turkey; With a production value of approximately US $ 2.3 billion and the number of employees around 20 thousand, it is a sector that provides nearly all of its production inputs in domestic, capital and energy intensive and also has the capacity to work with high capacity. The sector is the raw material of the sector, due to the fact that the production of glass is an energy intensive production based on melting. energy and fuel prices are very sensitive. In this context, high energy prices negatively affect the sector. Despite the high energy consumption in the sector, improvements in energy efficiency will both increase the competitiveness of the sector and contribute to environmental improvement. Therefore, efficient use of energy will lead to the sustainable growth of our economy. In this study, improvements in the glass sector in terms of energy efficiency were investigated. For this purpose, energy efficiency project examples in industrial establishments were taken into consideration, the amount of savings for the projects, financial allowance for savings, investment amount and repayment periods were shared.

Keywords: Glass, energy effiency, glass industry, energy saving 1. Giriş

Enerjinin verimli kullanımı, tüm dünyada üzerinde önemle durulan konulardan biridir. Enerji üretimi ve kullanımının, hava kirliliği, sera gazı etkisi ve ekosisteme etkileri gibi birçok çevresel etkisi vardır (Mc Allister ve ark., 2011). Uluslararası enerji ajansının raporuna göre enerji üretiminden kaynaklanacak CO2 emisyonunun 2030 yılında, 2005 yılına göre %49 artacağı ve birçok ülkenin orta ve uzun vadede yüksek enerji fiyatı ile karşı karşıya kalacağı ifade edilmiştir (IEA,2007).

Türkiye’de sanayi sektörünün yapısı farklılık göstermektedir. Her sanayi kuruluşunun kendine özgü bir yapısı bulunmaktadır. Bu sebeple enerji tasarrufu potansiyeli sektör bazında değerlendirilmeli ve sektörler bazında somut örneklemeler yapılmalıdır. Sanayinin mevcut teknolojik durumu da göz önünde bulundurularak çalışmalar yapılmalı ve sektörel bazlı enerji verimliliği potansiyelleri ortaya konulmalıdır.

(2)

Cam sektörü hammaddesinin ve üretimde gerekli girdilerinin büyük çoğunluğunu yurtiçinde bulunduran, sermaye ve enerjinin yoğun olarak kullanıldığı ve aynı zamanda yüksek kapasite kullanımı gerekli olan bir sektördür. Cam üretim maliyetleri içinde enerji, hammadde ve işçilik en önemli paya sahip kalemlerdir.

Enerji verimliliği konusunda yoğun çalışmaları olan sektörün özellikle yüksek enerji fiyatlarından etkilenmesi rekabet gücünün kaybedilmesi ihtimalini doğurmaktadır. Bu sebeple cam sektörü rekabet gücünü korumak için verimlilik artışına, maliyet düşürmeye ve katma değeri yüksek ürünler üretmeye yönelmiştir. Bir işletmenin tükettiği enerjiyi etkin kullanabilmesi, ancak zamanında yatırım yaparak teknolojinin güncelleştirilmesi, işletme şartlarının optimizasyonu ve sürekli kontrolü sonucunda yapabilecek tasarruflar ile mümkündür.

Bu hususlarda yapılacak iyileştirmelerin yanı sıra enerji verimliliğinin sağlanması cam sektöründe verimliliğin başlıca odaklarından biri olmalıdır. Sektörün yüksek enerji tüketimine karşın cam sanayii bir taraftan da yeni teknolojiler sayesinde geliştirdiği yüksek katma değerli ürünler ile enerji verimliliğine verilen önemin etkisini kanıtlamaktadır. Enerji tasarruf imkânları da göz önünde bulundurularak, teknolojik yenilikler sağlanarak, birim ürün başına tüketilen enerji miktarında düşme sağlanabilecektir. Bu doğrultuda cam üretimi yapan bir fabrika da işletme sahasında olası kayıpları tespit etmek ve enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik olarak enerji verimliliği çalışması yapılmıştır.

Cam fabrikasında gerçekleştirilen enerji etüdü ile enerjinin etkin kullanılması, enerji tasarruf imkânlarının belirlenmesi, mevcut durumda verimlilik arttırıcı projelerin belirlenmesi, yapılan etütle birlikte çevrenin korunması ve enerji maliyetlerinin işletme bütçesi üzerindeki yükünün hafifletilmesi amaçlanmıştır.

2. Materyal Ve Metod

Kompresörlerde ve basınçlı hava hatlarında enerji verimliliği kapsamında, fabrikada yapılan ölçümler elektriksel ve mekanik olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Elektriksel ölçümler, kompresörleri tahrik eden elektrik motorlarından alınan ölçümleri kapsamaktadır. Mekanik ölçümler ise kompresörlerin basınç değerleri ve basınçlı hava hatlarındaki sızıntı miktarının tespitini kapsamaktadır.

Fabrikada ultrasonik dedektörle basınçlı hava hatları taranarak sızıntı hava kayıpları tespit edilmiştir.

Basınçlı hava hatlarındaki sızıntı miktarı “UE SYSTEMS UP 3000” ultrasonik sızıntı dedektörü ile tespit edilmiştir. Cihazdan okunan dB değeri cihazın yazılımıyla hacimsel debiye dönüştürülmüştür.

Basınçlı hava hatlarının uzunluğu nedeniyle basınçlı hava sıcaklığının ortam sıcaklığına eşit olduğu kabul edilmiştir.

Kızgın yağ kazanlarında reküperatör sonrasından baca gazı analizi yapılmıştır. Ayrıca reküperatöre giren taze havanın hızı, hız probu ile ölçülmüştür. Kazan doğalgaz tüketimleri işletmedeki sayaçlardan takip edilmiştir.

İşletmede bulunan pompaların debileri ultrasonik debimetre ile ölçülmüştür. Pompaların beslemelerine enerji analizörü bağlanarak pompaların tükettikleri aktif güç ölçülmüştür.

Aydınlatma sistemi analizlerinde, mevcut armatürlerin aktif güç ölçümü alınarak değişim hesapları yapılmıştır.

3. Ölçümler Ve Hesaplamalar

Cam fabrikasında basınçlı hava sistemine, kızgın yağ kazanına, pompalara ve aydınlatma sistemine yönelik ölçümler yapılmış ve ölçüm sonuçları değerlendirilmiştir.

3.1. Basınçlı Hava Sistemi

(3)

Yapılan enerji tasarrufu çalışmalarında, enerji tasarruf potansiyelinin yüksek olduğu alanlardan birinin basınçlı hava sistemi olduğu görülmüştür. Basınçlı hava, sanayide çok yaygın olarak kullanılan olmazsa olmaz bir girdidir ve kullanımı giderek de yaygınlaşmaktadır. Basınçlı hava sisteminde meydana gelecek bir arıza birçok tesiste üretimin durmasına sebep olmaktadır. Fabrikadaki kompresörlerden alınan ölçümler sonucunda bazı kompresörlerin yük-boş şeklinde çalıştığı gözlenmiştir. Kompresörlerin yükte birim enerji tüketimi ve boşta enerji tüketimi tespit edilerek tasarruf hesapları yapılmıştır.

Değişken devirli hız sürücüsü uygulaması ile yük-boş şeklinde çalışmanın önüne geçilebilmektedir. Bu sayede enerji tasarrufu elde edilebilecektir. Kompresörlerin yükte ve boşta birim enerji tüketimleri Tablo 1’de, kompresörlere sürücü uygulaması ile elde edilebilecek tasarruf miktarı hesapları ise Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 1. Kompresör Yükte-Boşta Birim Enerji Tüketimleri ve Çalışma Yüzdeleri Ekipman

Adı

Yükte Birim Enerji Tüketimi

Boşta Birim Enerji Tüketimi

Boşta Çalışma Yüzdesi

Yükte Çalışma Yüzdesi

kW kW % %

1.Kompresör 200,00 75,48 75,00 15,00

2.Kompresör 200,00 72,98 12,00 88,00

3.Kompresör 155,00 110,00 55,00 45,00

Tablo 2. Kompresör Yükte ve Boşta Birim Enerji Tüketimleri

Ekipman Adı

Yükte Enerji Tüketimi

Boşta Enerji Tüketimi

Net Enerji Tasarrufu

Net Mali Tasarruf

Yatırım

Maliyeti BGÖS

kWh/yıl kWh/yıl kWh/yıl TL/yıl TL yıl

1.Kompresör 262.800,00 495.903,60 488.019,60 120.296,83 90.356,26 0,75 2.Kompresör 1.541.760,00 76.716,58 30.463,78 7.509,32

135.487,52 1,01 3.Kompresör 611.010,00 529.980,00 511.649,70 126.121,65

TOPLAM 1.030.133,08 253.927,80 225.843,78 0,89

Fabrikada ultrasonik dedektörle basınçlı hava taraması yapılarak sızıntı hava kayıpları tespit edilmiştir.

Fabrikanın basınçlı hava hatlarında ultrasonik sızıntı dedektörü ile yapılan ölçümlerde enerji tasarrufu yapılabilecek kaçak noktaları tespit edilmiştir. Ultrasonik sızıntı dedektörüyle tespit edilen 89 noktada gerçekleşen enerji kaybı 265.881,35 kWh/yıl ve kaybedilen enerjinin yıllık toplam maliyeti 58.785,36 TL/yıl’dır. Belirlenen 89 noktada kaçaklar giderilerek yılda 58.785,36 TL/yıl’lık enerji tasarrufu sağlamak mümkündür.

3.2. Yanma Sistemleri (Kızgın Yağ Kazanı)

Cam fabrikasında, camın mukavemetini arttırmak ve iki camı birbirine yapıştırmak için otoklav sistemleri kullanılmaktadır. Otoklavlar, elektrikli otoklav ve kızgın yağlı otoklav olmak üzere iki çeşittir. Otoklav sisteminde, iki cam birbirine PVB ile yapıştırılır ve PVB ile birleşen camlar otoklava girer. Otoklav içerisinde belirli bir sıcaklık ve basınç koşullarında bu camlar lamine hale gelmektedir.

Lamine hal, camın şeffaflaşmış halidir. Kızgın yağlı otoklavlarda otoklav içinde istenilen sıcaklığı sağlayabilmek için kızgın yağ kullanılmaktadır.

İşletmede reküperatör sonrasından baca gazı analizi yapılmıştır. Ayrıca reküperatöre giren taze havanın hızı, hız probu ile ölçülmüştür. Kazan doğalgaz tüketimleri sayaçlardan takip edilmiştir. Baca gazı analiz değerleri ile reküperatörlü ve reküperatörsüz kazan verimi hesaplanmış ve yanmamış CO ile kaybedilen ısı miktarı Tablo 3’te gösterilmiştir. CO ile kaybedilen ısı miktarına bağlı olarak hesaplanan kazan verimleri ise Tablo 4 ve Tablo 5’te verilmiştir.

(4)

Tablo 3. Baca Gazındaki Yanmamış CO ile Oluşan Isı Kaybı

Kızgın Yağ Kazanı

Doğalgaz İçin

Sabit Değer CO2 CO Isı Kaybı

K % ppm %

32 9 3 3,45

Tablo 4. Reküperatörsüz Kazan Verimi Kızgın

Yağ Kazanı

FT AT A2 O2 B

qA

Yanmamış CO ile Oluşan Isı Kaybı

Verim Baca

Gazı Sıcaklığı

Ortam Sıcaklığı

Yakıta Özel Katsayı

Oksijen Yakıta Özel Katsayı

°C °C % % % %

216,00 27 0,66 0,80 0,009 7,88 3,45 86,17

Tablo 5. Reküperatörlü Kazan Verimi

Kızgın Yağ Kazanı

FT AT A2 O2 B

qA

Yanmamış CO ile Oluşan Isı Kaybı

Verim Baca

Gazı Sıcaklığı

Ortam

Sıcaklığı Yakıta Özel Katsayı

O2 Yakıta

Özel Katsayı

°C °C % % % %

110,00 27 0,66 0,57 0,009 3,43 3,45 90,62

Kazan brülör sistemlerinde en ideal yanmayı sağlayacak iki temel fonksiyon vardır. Bunlardan birincisi yakıt oranı ayarı, ikincisi de hava oranı ayarıdır. Bu ayarların sürekli kontrollü bir şekilde olması sağlanarak en ideal yanma işlemi gerçekleştirilir. Yanma ortamına az miktarda O2 girerse yanma tam olarak gerçekleşemeyeceğinden dolayı dışarıya yüksek miktarlarda CO çıkar. Bu da yanma veriminin kötü olması demektir ve yakıtın (enerjinin) yakılamadan bacadan atıldığının bir göstergesidir. Öte yandan hava klapeleri gereğinden fazla açılırsa, yani aşırı havalandırma sağlanırsa bu defa da açığa hiç CO çıkartılmamış olur. Teorik olarak yakıt tam yanmıştır ancak aşırı havadan dolayı sistemde soğuma meydana geleceği için bu da bir enerji kaybı olarak karşımıza çıkacaktır. Kazan yanma ayarının yapılması ile elde edilebilecek tasarruf miktarı Tablo 6’da verilmiştir.

Tablo 6. Yanma Ayarının Yapılması İle Elde Edilebilecek Tasarruf Miktarı Mevcut

Durum Uygulama Sonrası Tasarruf

Doğalgaz Kazan Verimi

Tüketilecek Doğalgaz

Birim Güç Tasarrufu

Yıllık Enerji Tasarrufu

Yıllık Mali Tasarruf

Yatırım

Maliyeti BGÖS

kW % kW kW kWh/yıl TL/yıl TL yıl

722,93 94,07 696,42 26,51 79.530,00 7.261,09 7.500,00 1,03 3.3. Pompalar

İşletmede bulunan pompaların debileri ultrasonik debimetre ile pompaların tükettikleri aktif güç ise pompaların beslemelerine enerji analizörü bağlanarak ölçülmüştür. Buna bağlı olarak hesaplanan pompa sistem verimleri Tablo 7’de verilmiştir.

(5)

Tablo 7. Mevcut Pompaların Sistem Verimleri Pompa İsmi Debi Aktif Güç Sistem Verimi

m³/h kW %

Pompa 1 650,00 66,20 65,47 Pompa 2 689,00 66,64 68,94 Pompa 3 302,00 90,00 6,52 Pompa 4 356,00 76,30 9,07 Pompa 5 449,00 170,00 54,58 Pompa 6 460,00 169,60 57,56 Pompa 7 301,23 131,00 46,89 Pompa 8 346,25 125,00 56,47 Pompa 9 623,36 98,70 57,89 Pompa 10 650,24 98,30 64,3 Pompa 11 657,54 101,50 44,99 Pompa 12 625,25 197,00 68,59 Pompa 13 598,74 190,00 68,98 Pompa 14 687,70 199,50 73,54

Alınan ölçümler neticesinde pompaların sistem verimleri hesaplanmıştır. Pompa 3, Pompa 4, Pompa 7 ve Pompa 11 pompalarının verimleri istenilen değerlerin (~%50 ve altı) altında çıkmıştır. Verimleri düşük olan pompaların (~%50 ve altı) daha verimli pompalar ile değişimi tasarruf hesabı Tablo 8’de verilmiştir.

Tablo 8. Pompa Değişimi ile Elde Edilebilecek Tasarruf Hesabı

Pompa İsmi

Yeni Pomp a Sistem Verim i

Birim Enerji Tüketim i

Birim Enerji Tasarruf u

Enerji Tasarruf Potansiyeli

Tasarrufu n Mali Değeri

Yatırım Maliyeti

BGÖ S

% (kW) (kW) (kWh/yıl) (TL/yıl) (TL) (Yıl)

Pompa 3 68,50 8,57 81,43 700.298,00 210.929,76 18.641,70 0,09 Pompa 4 72,30 9,57 66,73 573.878,00 172.852,05 18.641,70 0,11 Pompa 7 80,00 76,78 54,22 466.292,00 140.447,15 44.393,58 0,32 Pompa 11 75,00 60,88 40,62 349.332,00 105.218,80 50.388,03 0,48

TOPLAM 2.089.800,0

0 629.447,76 132.065,0

1 0,21

3.4. Aydınlatma Sistemi

Etüt çalışması sırasında fabrika genelinde floresan armatürlerin kullanıldığı tespit edilmiştir. Mevcutta bulunan armatürlerin, daha verimli olan LED armatürler ile değiştirilmesi ile ilgili analizler yapılmış, mevcut armatürler yerine aynı aydınlık seviyesine sahip armatürler önerilmiştir. Aydınlatma değişimi tasarruf hesabı Tablo 9’da verilmiştir.

(6)

Tablo 9. Pompa Değişimi ile Elde Edilebilecek Tasarruf Hesabı

Fabrika Sahası

Mevcut Durumda Yıllık Tüketim (kWh/yıl) : 2.356.564,70 LED Tube Sistemi Yıllık Tüketim (kWh/yıl) : 1.251.175,00 Fiziksel Tasarruf Miktarı (kWh/yıl) : 1.105.389,70 Önlenecek CO2 Miktarı (ton/yıl) : 644,44

Fiziksel Verimlilik (%) : 46,91%

Yıllık Toplam Tasarruf Miktarı (TL/yıl) : 332.943,38

Yatırım Miktarı (TL) : 780.897,55

Geri Ödeme Süresi (yıl) : 2,35

3. Sonuç

▪ Fabrikanın basınçlı hava hatlarında ultrasonik sızıntı dedektörü ile yapılan ölçümlerde enerji tasarrufu yapılabilecek kaçak noktaları tespit edilmiştir. Ultrasonik sızıntı dedektörüyle tespit edilen 89 noktada gerçekleşen enerji kaybı 265.881,35 kWh/yıl ve kaybedilen enerjinin yıllık toplam maliyeti 58.785,36 TL/yıl’dır. Belirlenen 89 noktada kaçaklar giderilerek yılda 58.785,36 TL/yıl’lık enerji tasarrufu sağlamak mümkündür.

▪ Yanmamış CO sonucunda kızgın yağ kazanının verimi düşmektedir. Yanma ayarı yapılarak kazan verimini artırmak mümkündür. Kazan yanma ayarı ile kazan veriminin artması sonucu elde edilebilecek tasarruf miktarı 79.530,00 kWh/yıl’dır. Tasarrufun mali değeri 7.261,09 TL/yıl’dır. Yanma ayarı için gerekli yatırım maliyeti yaklaşık 7.500,00 TL ve basit geri ödeme süresi 1,03 yıl’dır.

▪ Pompalardan alınan ölçümler ve yapılan hesaplar neticesinde bazı pompalarının veriminin düşük olduğu tespit edilmiştir. Düşük verimli olan pompaların daha yüksek verimli pompalar ile değişimi önerilmektedir. Bu uygulama sayesinde elde edilebilecek tasarruf miktarı 2.089.800,00 kWh/yıl’dır. Tasarrufun mali değeri 629.447,76 TL/yıl’dır. Yatırım maliyeti 132.065,01 TL ve basit geri ödeme süresi 0,21 yıl’dır.

▪ Henüz LED dönüşümü yapılmamış olan mevcut armatürlerin daha verimli olan LEDTube ile değiştirilmesi enerji tasarrufu açısından büyük önem taşımaktadır. Mevcut bu armatürlerin daha verimli olan LED Tube’ler ile değiştirilmesi 1.105.389,70 kWh/yıl enerji tasarrufu sağlanacağı öngörülmektedir. Bu tasarrufun mali değeri 332.943,38 TL/yıl’dır. Uygulamanın yatırım bedeli 780.897,55 TL’dir. Uygulamanın basit geri ödeme süresi 2,35 yıl’dır.

4. Tartışma

Günümüzde küreselleşen ekonomi ve artan enerji fiyatları işletmeleri enerji maliyetlerini gözden geçirmeye zorlamaktadır. Artan yakıt fiyatlarına karşın endüstriyel işletmeler minimum enerji ile daha fazla ürün üretmek için gereken önemi göstermelilerdir. Bir işletmede üst yönetimden en alt kademedeki çalışana kadar, enerji tasarrufunu prensip edinmiş ve bu doğrultuda çalışma yapan sanayi tesisleri ya da endüstriyel işletmeler spesifik tüketim miktarını düşürerek aynı enerji ile daha fazla iş yapmış olacaklardır. Ölçmek bilmektir, bilmek yönetmektir anlayışıyla yola çıkarak kalibrasyonlu ölçüm aletleri kullanılarak sürekli ölçüm ve gözlem yapılmalıdır. Yapılan ölçüm ve gözlemler kayıt altında tutularak, enerji tasarrufu çalışmalarının işletmeye sağladığı faydalar gözlemlenmeli, yapılacak analiz ve yorumlamalar ile tasarruf yapılacak alanlar tespit edilmelidir. İşletmelerde yapılan enerji verimliliği çalışmaları, tasarruf potansiyellerini ortaya koymaktadır Enerji tasarruf çalışmalarına gerekli mali kaynak ve insan gücü temin ve tesis edilerek kısa, orta ve uzun vadede bu çalışmaların getirileri en iyi

(7)

KAYNAKLAR

TÜBİTAK, Cam Sanayii Raporu, MMP Ön Raporu EK 2D, 22 Kasım 2018 tarihinde https://www.tubitak.gov.tr/tubitak_content_files/vizyon2023/mm/Ek2d.pdf adresinden alındı.

McAllister, S., Chen, J. ve Fernandez-Pello, A. C., (2011), Thermodynamics of Combustion, Fundamentals of Combustion Processes, 1st Edition, Springer, USA, 18-20,

IEA, (2007), Global Energy Trends, World Energy Outlook 2007 Edition, International Energy Agency, 73-75.

Kaya D., Ozturk H.H., (2014) Sanayide Enerji Yönetimi ve Enerji Verimliliği, Uygulamalı Örneklerle, Kocaeli:Umuttepe Yayınları.

Cam ve Cam Ürünleri Sektörü Raporu, 16 Kasım 2018 tarihinde http://www.aso.org.tr/wp- content/uploads/2017/09/12.pdf adresinden alındı.