ÜRETİMDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

1. ÜRETİMDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ ÖZKAN AĞIŞ TÜRKOTED Yönetim Kurulu Başkanı 4. ULUSAL ENERJİ VERİMLİLİĞİ FORUMU ve FUARI 10-11 Ocak 2013, WOW Convention Center, İstanbul

2. ENERJİ VERİMLİLİĞİ KANUNU GİRİŞ 18.04.2007 yılında çıkartılan, 5627 sayılı “Enerji Verimliliği Kanunu” Türkiye enerji tarihinde ilk defa, enerjinin verimli kullanılması esaslarını vermiş, amaç ve kapsamını belirlemiştir. Kanun tasarısı T.B.M.M. Genel Kurulu’na gelmeden önce, Meclisin Enerji ve Teknoloji komisyonundaki çalışmalara katılan ve bilgi veren ve önerilerde bulunan bir enerji uzmanı olarak sizlere bugün enerji verimliliğini anlatacağım.

3. ENERJİ VERİMLİLİĞİ NEDİR? • Üretimde enerji verimliliği, birim enerji kaynağı ile mümkün olan en yüksek ikincil (sekonder) enerji elde etmek, tüketimde enerji verimliliği ise, elimizdeki enerjinin mümkün olduğu kadar (yani mevcut teknolojinin imkan verdiği ölçüde) tasarruflu kullanılmasıdır. • Enerji Verimliliği Kanunu’nun amacı, enerjinin etkin kullanılması, israfın önlenmesi, enerji maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi ve çevrenin korunması için enerji kaynaklarının ve enerjinin kullanımında verimliliğin artırılmasıdır.

4. Enerji Verimliliği konusu, enerji üretiminden tüketimine kadar, birincil ve ikincil enerji kaynaklarının en yüksek tasarrufla kullanılmasıdır. Yapılabilecek tasarruf büyük ölçüde teknolojik gelişmişliğe ve rekabetçi piyasa kurallarının uygulanmasına bağlıdır. ENERJİ YOĞUNLUĞU • Enerji yoğunluğu, bir ülkede enerji verimliliğinin en önemli göstergesidir. Birim milli gelir başına (mesela 1000 $ veya 2000 $) kullanılan (yani tüketilen) enerjinin, kilogram veya ton eşdeğer petrol olarak ifadesidir. Bir ülkede enerji yoğunluğu çok yüksekse, o ülkede enerji kaynakları verimli kullanılmıyor, yani israf ediliyor demektir.

5. Bugün Türkiye’de bu rakam 260 kep mertebesindedir. 10 yıl önce 320 kep idi. Yani 10 yılda %20 düşürme başarısını göstermişiz. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı bu yoğunluğu daha çok düşürmeye kararlıdır. 2009 yılında hazırladığı “Strateji Planı”nda, enerji yoğunluğunu, referans yıl olan 2008’e nazaran, 2015 yılına kadar %15 ve 2023 yılına kadar da %20 oranında azalma sağlamayı planlamaktadır. Şekil. 1 Türkiye’nin 2000 – 2008 yılları arasında Enerji Yoğunluğu Değişimi

6. Bir örnek verirsek, 2008 yılında tekstil ve hazır giyim sektörünün 15.7 milyar dolar ihracat maliyetinin, 2.5 milyar dolarını, enerji kaynaklı harcamalar oluşturmuştur. Yani 2008 yılında, tekstil ve hazır giyim sektörünün enerji yoğunluğu yaklaşık 200 kep idi. 2007 yılında çıkartılan 5627 sayılı Enerji Verimliliği Kanunu’ndan sonra geçen 4 yıl içinde aynı sektör, enerji yoğunluğunu %8 azaltarak 184 kep’e indirmeyi başarmıştır. • Bu performans, kullanılan yüksek teknolojilerin yanında, sektörde enerji yöneticileri istihdam etme, enerji verimliliği eğitimi düzenleme ile kazanılmıştır.

7. AB ile Türkiye’nin enerji yoğunluğu değerleri aşağıdaki Grafik – 1’de görülmektedir. Grafik 1. AB ile Türkiye Enerji Yoğunluğu Karşılaştırması

8. Bu kanunun kapsama alanı çok geniştir: • Bu kanun; enerjinin, üretim, iletim, dağıtım ve tüketim aşamalarında, endüstriyel işletmelerde, binalarda, elektrik enerjisi üretim tesislerinde, iletim ve dağıtım şebekeleri ile ulaşımda enerji verimliliğinin arttırılması ve desteklenmesine yönelik usul ve esasları kapsar. • Biz bugün burada “ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİM TESİSLERİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ” konusunu mercek altına alacağız.

9. ÜRETİMDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ • Verim veya verimlilik nedir? Üretimde verimlilik, birim primer enerji kaynağından (doğal gaz, kömür, akaryakıt, biyogaz, biyokütle gibi) ne kadar sekonder enerji (elektrik, buhar, sıcak su ve mekanik enerji) elde edileceğidir. Formülü çok basittir. Yüzde verimlilik (ѵ) ise: Sekonder enerji miktarı (S) V (verim) = x 100 Primer enerji miktarı (P)

10. Verimli üretim de, belirli miktardaki enerji kaynağından olabildiğince yüksek miktarda sekonder enerji üretebilme sanatıdır, becerisidir. • Teknoloji geliştikçe üretim verimi seviyeleri, yani oranları da artmaktadır. Mesela konvansiyonel kazanlara göre dizayn edilmiş linyit ve kömür santrallarında, elektrik üretim verimi %35 – 40 arasında değişirken, süper kritik santrallarda verim %44 – 48 arasında değişmektedir. • Doğal gaz kombine çevrim santrallarında durum biraz farklıdır. Şimdi bu santralları farklı yapan özelliklere geleceğiz.

11. ÇEVRİM SANTRALLARI • Esasında “çevrim” kelimesi bu santralların dizayn farkını pek de güzel ifade etmiyor. Buna, Kombine Çevrim, Kombine Kojenerasyon ya da Kojenerasyon Çevrimli Santrallar demek lazım. Şimdi bunların farkını görelim: • Aşağıdaki şekilde Kojenerasyon ve Komine Çevrim Santralları’nın farkını göreceksiniz: Şekil – 2. Kojenerasyon ve Kombine Çevrim Tesislerinin şematik görünümü

12. KOJENERASYON VE TRİJENERASYON NEDİR? • Kojenerasyonda, motor ya da gaz türinlerinin egzoz gazlarının ısısı, sadece fabrikanın buhar veya sıcak su ihtiyacının karşılanması için kullanılmakta, bu ısının yaklaşık %95’i sömürülerek, elektrikle birlikte %90-92 arasında çevrim verimi sağlamaktadır. Kojenerasyon sistemlerinde, fabrikanın ihtiyacı olan elektriğin fazlası, elektrik sistemine verilerek serbest tüketicilere satılmaktadır. • Trijenerasyonda ise, egzoz gazları ile elde edilen faydalı ısı proses ihtiyacında kullanılırken, fazlası da soğutma suyu üretiminde kullanılmaktadır.

13. Böyle bir kojenerasyon tesisinin şematik görünümünü aşağıdaki Şekil-2’de görmekteyiz. Bu örnek, bir Petro kimya kompleksi içindeki 3 gaz türbinli ve 3 atık ısı kazanlı kojenerasyon tesisinden verilmiştir. Şekil – 3. Bir Petrokimya kompleksinde Kojenerasyon Tesisi

14. Aşağıdaki şekilde ise, trijenerasyon örneği görülmektedir: Şekil 4. Trijenerasyon Teknolojisi ile Enerji Üretimi

15. KOJENERASYON VE TRİJENERASYON SİSTEMLERİNİN ÇEVRİM VERİMİ NASIL HESAPLANIR? • Kojenerasyon ile birlikte meydana gelen “Primer Enerji Tasarrufu”nun hesaplanması, Avrupa Kojenerasyon Direktifi’nde aşağıdaki gibi formülize edilmektedir: PES : Primer Enerji Tasarrufu CHP Hŋ : Kojenerasyon ile Üretilen Isı Verimi CHP Eŋ : Kojenerasyon ile Üretilen Elektrik Verimi RefHŋ : Isı Referans Değeri RefEŋ : Elektrik Referans Değeri

16. KOMBİNE ÇEVRİM SANTRALLARI • Şimdi gelelim kombine çevrim santrallarına. Kombine çevrim santralı, kojenerasyon tesisinin buhar ilaveli versiyonudur. Aşağıda turbo generatör orta ölçekli bir kombine çevrim santralının şematik görünümünü görüyorsunuz. Şekil – 5. Orta Ölçekli Kombine Çevrim Santralı

17. Burada görüldüğü gibi, tek ilave buhar türbini ve kondense suyu soğutma sistemidir. Bu endüstriyel kombine çevrim santralı, Şekil-2’de belirtilen kojenerasyon tesisine nazaran daha çok elektrik, ama daha az proses buharı ürettiği için, soğutma suyu vasıtasıyla sistemin dışına kaçan ısı kayıpları dolayısıyla çevrim verimi daha düşüktür. • Petrokimya ve Rafineri Tesislerinde kullanılan bu kojenerasyon şekline “Kombine Kojenerasyon Tesisleri” denir ve verimleri aynen kojenerasyon verim formülü ile hesaplanır. • Kullanılan proses buharının miktarı arttıkça, verim de kojenerasyon çevrimine o derece yaklaşır. Bu tip endüstriyel kombine çevrim santrallarda çevrim verimi %60-80 arasındadır. • Şimdi geliyoruz, kombine çevrimli güç(elektrik) santrallarına. Bu bölümde bahsedeceğimiz santrallardan, İngilizce “Combined Cycle Gas Firing Power Plant’’i kastediyoruz.

18. Şekil – 4’te, toplam kurulu gücü 280 MW olan bir kombine çevrim santralının, önce sistem şemasını, sonra çevrim şemasını (cycle flow) göreceğiz. Şekil 6. Bir Kombine Çevrim Gaz Santralının Şematik Gösterimi

19. Yukarıda sistem şemasını gördüğümüz bu santralın şimdi bir de çevrim şemasına göz atalım: Şekil – 7. 280 MW’lık bir kombine çevrim santralının çevrim şeması

20. Böyle bir kombine çevrim santralının ekipman yerleşim şemasını da aşağıda görebiliriz: Şekil 8. Kombine Çevrim Santralı Dış Görünümü (tipik)

21. Kombine çevrim santrallarında elektriğin 2/3’ü gaz turbo jeneratöründen, %3’ü de buhar turbo jeneratöründen elde edilir. Gaz türbinlerinin basit çevrim (simple cycle) olarak çalıştırılması durumunda elektrik üretim verimi, kapasiteye ve gaz türbini tipine göre %33 – 40 arasında değişir. Egzoz gazlarını atmosfere atmayıp atık ısı kazanında değerlendirirsek, basit çevrim kojenerasyon çevrimine dönüşür. Eğer üretebileceğimiz faydalı ısı enerjisini (buhar veya kaynar su şeklinde) fabrikada veya toplu konutlarda kullanabiliyorsak, çevrim verimi %90’a kadar yükselir. Santral yakınında, bu kadar büyük ısı enerjisini kullanacak ısı tüketicileri yoksa, atık ısı kazanında üretilebilen ve de civarda kullanılamayan buharı elektrik enerjisine çevirmekten başka

22. çare yoktur. Bunun için buhar türbin jeneratörü ve soğutma suyu sistemi ilave edilir. İlave edilen buhar türbinlerinde verim, kondense soğutma suyu kayıpları dolayısıyla verim çok düşüktür. %12-20 arasında değişir. Böylece oluşturulacak kombine çevrimin verimi de %50-60 arasında değişmektedir. Buhar turbo jeneratör veriminin seviyesi biraz da dizayna bağlıdır. Buhar türbini egzozundan çıkan düşük basınçlı buharı yoğuşturacak kondenser’e göndermek yerine, santral sosyal tesislerinde veya civarındaki komşu kanallara gönderebilirsek, kondenser kayıpları ortadan kalkacağı için, buhar turbo generatörü verimi %35’lere kadar yükselir. Bu türbinlere karşı basınçlı (back pressure) türbinler diyoruz.

23. Buhar türbinlerinde verim yükseltmenin değişik bir design’ı da, kondenseli ancak ara kademe buhar çekişli türbinlerin kullanılmasıdır. Böyle bir dizayn, hem çok elektrik üretmek, hem de process buharı üretmek maksadıyla yapılır. Kondensersiz ve karşı basınçlı türbin yerine, kondenseli ve bazı kademelerinden buhar çekilen buhar türbini design edilir. Böyle bir çevrimin verimi, kombine çevrim verimi ile karşı basınçlı çevrim verimi arasındadır.

24. Şimdi burada 5627 sayılı Enerji Verimliliği Kanunun 7. Maddesinde belirtildiği halde, 5 yıldan beri üzerinde fazla bir şey yapılamayan ve çok önemli gördüğümüz bir ısı kaybından bahsedeceğim. Bu da 7/e maddesinde belirtilen “Termik santralların atık ısılarından yararlanılır” maddesidir. Yukarıda belirttiğimiz gibi, kondenseye yoğuşturulmak üzere püskürtülen buhar, yoğuşturulduktan sonra “kondensat’’ adıyla, kazan besleme suyu sistemine verilmekte, ancak, soğutma suyuna geçen milyarlarca kalorilik ısı denize veya havaya atılmaktadır. Bu ısı, termik sanrallarda, kızgın buharla türbine verilen ısının yarısından fazladır. Bir başka ifadeyle, 100 MW’lık bir buhar türbininde saatte 100 MW’lık elektrik enerjisi elde edilirken, saatte 25 MWh’lik ısı enerjisi de (dizayn şekline göre) denize, nehre veya havaya atılmaktadır.

25. Kanun 5 yıldan beri yürürlükte olduğu halde, uygulama ile ilgili yönetmelik ve ısı geri kazanımını teşvik edecek kararname çıkmadığı için bu dev ısı kaybı devam etmektedir. Bu ısıların geri kazanılması gerçekleştirilebilirse, %40’lık buhar türbini verim %50 çevrim verimi de %90’a yükseltilebilecektir. • Bu kayıp ısı yoluyla denize veya havaya atarak ziyan ettiğimiz ısının, işletmede olan yaklaşık 20,000 MW’lık termik santrallarda yılda: 5000 MWh x 6000 h = 30 x 10⁹ KWh olduğunu hesaplıyoruz.

26. Yani bir yılda, 30 x 10⁹ kWh ısıyı ziyan ediyoruz demektir. Bir başka ifadeyle, soğutma suyu kayıpları yüzünden, yılda 30 x 10⁹ kWh’lık fazla yakıt yakıyoruz demektir. Yakıtımız doğal gazın bugünkü yaklaşık 4 cent/kWh fiyatıyla yılda 2 milyar $’lık fazla yakıt yakıyoruz anlamına gelmektedir. EİEİ tarafından Türkiye’nin yılda 4.0 milyar $’lık enerji tasarruf potansiyeli hesaplandığına göre, bu tasarrufun dörtte birini, termik santralların atık ısılarından sağlayabileceğimiz anlaşılıyor. Yetkililerden, bu kayba mani olunması yolunda teşvik edici yasal güvenceler bekliyoruz.

27. DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER… info@turkoted.org www.turkoted.org