Header

Genel Sistem Dizaynı’ndan DÜNYADA ÖNCÜ TRİJENERASYON UYGULAMASI

05 Şubat 2003 Dergi: Şubat-2003
GE-Fanuc, tyco-Keystone, Foxboro, Magnetrol gibi dünyanın önde gelen markalarının da Türkiye temsilcisi olan G.S.D., 2001 yılından itibaren CAPSTONE MicroTurbine’ın Türkiye’de pazarlanmasını tam yetkiyle üstlendi. Capstone Mikro Türbin’leri kullanarak


G.S.D. dünyada bir ilke imzasını attı.

Genel Sistem Dizaynı ekibi, atık gazı doğrudan soğutma amacı ile kullanan dünyanın ilk trijenerasyon ünitesini Istanbul’da kendi binası, TECHNO PLAZA’da uygulamaya aldı. 60kW elektrik ve çıkan egzos gazı kullanılarak absorpsiyonlu soğutma tekniği ile 60.000 kCal/saat soğutma üreten tesis kış aylarında da 80.000 kCal/saat ısıtma üretim kapasitesine sahip.

Capstone (ABD) Mikro Türbin’leri ile elektrik ve sıcak egzos gazı üreten tesisin ısıtma üretimi MICOGEN-Unifin ısı eşanjörleri ile sağlanıyor ve soğutma için kullanılan absorpsiyonlu soğutma ünitesi özel olarak tasarlanarak Broad Firması tarafından üretildi. Toplam verimliliği %80’in üzerine çıkan tesis Doğal Gaz’ın optimum kullanımını sağlayarak enerji (elektrik + doğal gaz) giderlerinde %50’ye varan tasarruf sağlıyor.

Otel, alışveriş merkezi, hastane, site gibi binalara kolaylıkla adapte edilen bu sistem sektörünün öncü kuruluşu olan G.S.D. tarafından uygulanıyor.

TRİJENERASYON

Trijenerasyon olarak adlandırılan sistemler, tek bir yakıt kullanarak Isıtma, Soğutma ve Elektrik üretiminin birlikte yapılmasını anlatır. Bu tesis bir jeneratör seti ve ısıtma/soğutma yapan bir absorpsiyonlu soğutucu ünitesinden oluşan ve binanın soğutma, ısıtma, nem alma ve elektrik ihtiyaçlarını karşılayabilen bir enerji merkezidir.

Enerji ve havalandırma teknolojisinde jeneratör setleri, soğutma (chiller) üniteleri, kazanlar, vantilatörler, havalandırma sistemleri ve diğer üniteler ile ilgili uzun bir geliştirme sürecinden geçilmiştir. Trijenerasyon düşüncesi, enerji sistemlerinin birlikte yüksek verimli olarak çalıştırılması ve bu sistemlerin uygun şekilde bir araya getirilmeleri üzerinde çalışmaktadır. Değişik alanlarda ulaşılan gelişmiş teknolojiler birlikte kullanılarak optimize edilir böylelikle enerji tüketiminde etkili bir düşüş sağlanırken çevreye verilen zarar en düşük seviyeye indirilir.Bu yazıda, G.S.D. tarafından dünyada ilk defa egzos gazını direk kullanan soğutma ünitesi ile kurulan Trijenerasyon sistemimizin özellikleri incelenmiştir.

Sisteme gereken enerji IGDAŞ tarafından sağlanan Doğal Gaz ile temin edilmektedir. Binamıza düşük dağıtım basıncı ile gelen doğal gaz Copeland Scroll tipi bir kompresör kullanılarak 5,5bar basınca yükseltilmektedir. Kompresör çıkışından sonra doğal gaz son filtre grubundan geçerek Mikro Türbin’e gelmektedir.

MİKROTÜRBİN

Mikro Türbin doğalgazı, basit ve temiz biçimde kaliteli enerjiye dönüştüren bir üründür. 30kW ve 60kW enerji üreten iki ayrı modelde üretilir. Çoklu paket ile (multi-pac) modüler olarak büyüyebilen sistem ile 6MW ‘a kadar olan tesislerin kurulması mümkündür. Çok yüksek elektronik teknolojisiyle çalışan Mikro Türbin, doğalgaz ve propan gibi yakıtların yanısıra biyogaz gibi alternatif yakıtlar ile de elektrik enerjisi üretir, atık egzos gazı uygun bir ısı eşanjörü ile ısıya veya absorbsiyon teknolojisi kullanılarak soğutmaya dönüştürülür.

Mikro Türbin teknolojisi bugüne kadar sadece büyük tesislerin yararlanabildiği kojenerasyon ve trijenerasyon teknolojilerini daha küçük işletmeler ve ticaret merkezleri, plazalar, alışveriş merkezleri, siteler gibi yerleşim birimlerinin de kullanabilmesi imkanını sunuyor. Örneğin, 60kW gücündeki bir Mikro Türbin ile ortalama 1500 metrekare yerleşim alanının hem elektrik ihtiyacı hem de ısınma ve soğutma ihtiyacı karşılanabilir. Tamamen elektronik kontrollu olan Mikro Türbin’ler kuruluş esnasında ek donanım (trafo, pano, koruma sistemleri, vb) gerektirmez.

Mikro Türbin’ler, istenilen yere kolaylıkla kurulabilir. Mini ısı santrali ile birlikte ortalama 6 m2 bir alan işgal eden Mikro Türbin’ler, kazan dairesi gibi kapalı özel alanlara ihtiyaç duyulmaz.

Elektrik kesintisine tahammülü olmayan hastane, okul, otel, ihracata dönük işletmeler, vb. için benzersiz bir enerji kaynağıdır. Bu özellikleri ile Capstone Mikro Türbin kullanımı, dünyada da hızla yaygınlaşıyor.

Mikro Türbin çok ekonomik bir enerji kaynağıdır. Büyük bölümü ithal edilen ve hidrokarbon başlığı altında toplanan benzin, fuel oil ve doğalgaz gibi ısı kaynaklarının, enerji üretiminde %35 verimle kullanılabilmesine karşılık, Mikro Türbin ve birlikte kullanılan kojenerasyon/trijenerasyon sistemleri yakıtı %85 verimle kullanır.

Ülkemizin bugün içinde bulunduğu şartlar gözönünde bulundurulduğunda doğal gaz yönünden oldukça avantajlı bir konuma geldiğimiz görülmektedir. Tüm dünyada temiz, verimli ve ekonomik olması nedeni ile en çok tercih edilen enerji kaynağı doğal gaz olmaktadır. Mikro Türbin ile elektrik üretiminin, ihtiyaç olan yerde ve zamanda yapılması verimliliği en üst seviyeye arttırmaktadır.

Böylelikle elektrik enerjisinin taşınmasından kaynaklanan kayıplar en az indirilirken, depolanamayan bir enerji olan elektrik üretiminin de talepdeki dalgalanmalardan etkilenmesi azalmaktadır. Kullanıcı ucuz ve kaliteli (sabit gerilim, sabit frekans, kesintisiz) elektrik kullanımından yararlanırken atık gaz ile ısıtma ve soğutma yaparak bu sistemden kazancını daha da arttırmaktadır.

CE, UL, ISO gibi standardlar tarafından onaylanmış olan Mikro Türbin’ler çok az bakım gerektirir. Normal koşullarda senede bir kez hava filitresini değiştirmek suretiyle yıllarca sorunsuz çalışır. Mikro Türbin kontrol ve koruma donanımlarının tamamı üzerinde bulunan elektronik kumanda ünitesi içersine yerleştirilmiştir. Böylelikle ayrıca bir koruma röleleri ve senkronizasyon panosuna gereksinim duyulmaz. Çoklu (Multipack) sistemlerde tüm Mikro Türbin’lerin kumandası tek bir ana ünite (Master) üzerinden yapılır. Yine ana ünite üzerinde bulunan MODEM ve telefon bağlantısı ile ayar değerleri üzerinde değişiklik yapılabilir, arıza bulma işlemleri gerçekleştirilir ve sisteme kumanda edilir.

Elektronik kumanda ünitesi üzerinden yapılacak ön ayarlamalar ile haftalık programlama yapılarak günlük çalışma saatleri, haftalık çalışma programı belirlenebilir. Mikro Türbin’ler bu değerlere göre otomatik olarak devreye girip çıkarlar, yük alma, yük atma, senkronizasyon işlevlerini tamamlarlar.

Mikro Türbin’lerde hava yatakları kullanılmaktadır. Böylece sistemin ısınması, soğutma sistemi, yağ ve yağlama sistemi gibi bakım gerektiren bir çok üniteye ihtiyaç duymaksızın çalışması sağlanmıştır. Mikro Türbin tarafından ortamdan alınan hava filtre edildikten sonra jeneratör üzerinden geçer ve bu üniteyi soğutarak kompresör kısmına ulaşır. Kompresör ile basıncı arttırılan havanın küçük bir kısmı, üzerinde kompresör, türbin ve jeneratör rotoru bulunan milin yataklanmasında kullanılır.

Sıkıştırılan hava bir rejeneratör kısmından geçirilerek çıkmakta olan egzozun üzerinde bulunan ısının bir kısmını alarak yanma odasına girer. Bu bölümde içeri püskürtülmekte olan yakıt ile birlikte yanarak sıcaklığını 600 ûC’ye kadar yükseltir. Yükselen sıcaklık ile basınç artar ve basıçlı gaz türbini üzerinden akarak enerjisini bu türbin vasıtası ile mile aktararak egzoz bölümüne geçer. Egzoz bülümüne doğru giden sıcak gazlar rejeneratörden geçerken kompresörden çıkan soğuk havayı ısıtır.

Egzoz bölümüne ulaşan sıcak gazlar hala 260 ûC sıcaklıktadır.

Elektrik üretimi mil üzerinde bulunan jeneratör rotorunun jeneratör gövdesi içersinde dönmesi ile oluşur. Şebekeye paralel ve bağımsız olarak çalışabilen sistemde, paralel çalışma halinde üretim voltaj ve frekansı şebekeyi takip eder. Bağımsız çalışma halinde elektronik bir kumanda sistemi ile jeneratörün ürettiği elektrik enerjisinin sabit voltaj ve sabit frekansda olması sağlanır. Şebekeden ayrı çalışma durumunda jeneratör çıkış voltajı kumanda panosundan tamamen elektronik olarak ayarlanır. Şebekeye paralel çalışma halinde şebekeden alınacak enerji miktarı ayarlanır. Böylece sistemin ürettiği elektriğin şebekeye gitmesinin önlenir ve üretilen elektrik miktarının yetersiz kalması halinde gereken miktar şebekeden sağlanır.

ISITMA

Atık sıcak gazlar (Egzoz) ısıtma amacı ile kullanılacağı kış ayları boyunca MIGOGEN Unifin su ısıtma ünitesinden geçer. Bu ünite, içersinde bulunan by-pass sistemi sayesinde bina ısıtmasında kullanılan suyun ayarlanan sıcaklık değerinde kalmasını sağlar. MICOGEN Su Isıtıcı üzerindeki elektronik gösterge ve tuşlar ile su sıcaklığı istenen değere ayarlanır.

Sıcak su Fan-Coil aparatları ile binada ısıtma amacı ile kullanılır. Fan-Coil üniteleri duvara monte edilen kontrol cihazları veya bina otomasyonuna bağlı olarak kumanda edilerek ortamın istenen miktarda ve hızlı ısıtılması yanısıra kapalı alanlara taze havanın istenen sıcaklıkta basılarak ortam hava kalitesinin ayarlanmasını sağlar.

MICOGEN ısıtma üniteleri Capstone Mikro Türbin’leri için değişik boylarda özel olarak imal edilmektedir. 4 adet’e kadar Mikro Türbin aynı ısıtma ünitesine bağlanabilir. Isıtma ünitelerinin su borusu kısmı isteğe bağlı olarak bakır (içme suyu) veya aluminyum olarak üretilir.

Isıtma üniteleri ile açık sistemlerde 104 ûC, kapalı sistemlerde 135 ûC sıcaklığa kadar, su, içme suyu, glikol/su karışımı, yüzme havuzu suyu, vb. ısıtması yapılabilir. Su ısıtıcısı, dış gövde kaplaması ile birlikte küçük alanlara sığacak şekilde tasarlanmıştır. Kullanılan sıcaklık programına göre, ısıtıcıdan egzoz gazı çıkış sıcaklığı 100 ¡C civarında olmaktadır. Bu sıcak gaz ortam ısıtması (hava ısıtma eşanjörleri ile) ve karbondioksit zenginleştirmesi (seracılık) amacı ile kullanılabilir.

ABSORPSİYON SOĞUTMA

Atık sıcak gazların enerjisi ile yaz aylarında soğutma yapılmaktadır.

Absorpsiyonlu soğutucu sistemleri 174kW soğutma gücünden başlamak üzere 23MW büyüklüğüne kadar çeşitli boylarda standard olarak üretilmektedir. Bu üniteler ihtiyaca göre ısıtma ve kullanma için sıcak su üretimi de yapabilmektedir. C30 Mikro Türbin’in direk egzos gazı ile çalışan absorpsiyonlu soğutucuda gaz giriş ve çıkış sıcaklıkları 260 ûC ve 115 ûC olurken soğutma suyu (Chilled Water) giriş ve çıkış sıcaklıkları 12 ûC ve 6 ûC olmaktadır. Sistemin soğutma kapasitesi 60.000kCal/saat’dir. Soğuk su sıcaklığı dış ortam sıcaklığına göre otomatik olarak ayarlanmaktadır. Böylelikle sıcak havalarda daha fazla soğutma yapılarak görece daha serin olan günlerde enerji tasarrufu sağlanmaktadır.

Absorbsiyonlu soğutma ünitesi ısı kaynağı kullanılarak soğutma yapmayı sağlar.

Sisteme giren ısı fiziksel reaksiyonları tetikleyerek soğutma sağlayan çevrimi başlatır ve sürdürür. Absorpsiyon teknolojisi ısıtma soğutma ve havalandırma sistemlerinde 150 yılı aşkın süredir kullanılmaktadır. Bugünün teknolojisi ile absorpsiyonlu soğutma üniteleri her türlü fosil yakıtlarını ve egzos gazı, güneş enerjisi gibi değişik kaynaklarca üretilen ısıları kullanabilmektedir. Bu soğutma sisteminin değişik enerji kaynaklarını çevrime ihtiyaç duymadan kullanabilmesi verimliliğini arttırmaktadır.

Dünyadaki üretim, yerleşim ve benzeri tesislerde her an çok miktarda enerji kullanılamadan atmosfere salınmaktadır. Geçmişte bu enerjinin absorpsiyon teknolojisi kullanılarak geri kazanılması çok pahalı ve ekonomik olarak verimsiz bulunmuştur. Günümüzün şartlarında, kaynakların sınırlı hale gelmesinin yanısıra çevre kirliliği, global ısınma gibi konuların da ağırlık kazanması ile enerji verimliliği gözardı edilemeyecek kadar önem kazanmıştır. Bu gelişmelerin yanısıra üretim teknolojinin gelişmesi ve absorpsiyonlu soğutucuların verimliliklerinin artması kaybolan bu enerjinin kullanılması için yeni yöntemleri güncel hale getirmiştir.

Bu kayıp enerjiyi kazanmanın en verimli yollarından bir tanesi türbin atık gazının soğutmada kullanılmasıdır.

Tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de elektrik şebekesi ekonomik gelişmelerin baskısı altında bulunmakta ve yeni çağın ihtiyacı olan kalite ve güvenilirliğin gerisinde kalmaktadır. Absorpsiyonlu soğutucular soğutmayı ısı enerjisi kullanarak sağlar ve yüksek miktarda elektrik kullanmazlar, böylelikle şebeke dağıtım hatları ve trafoları üzerindeki yüklerin hafifletilmesine de katkı sağlar, kullanıcının elektrik yatırım maliyetlerini düşürür. Elektrik üretiminin çevre kirliliğine etki eden faktörlerin başında bulunduğunu göz önünde bulundurarak absorpsiyonlu soğutma kullanmanın çevreye büyük katkısı olduğunu söyleyebiliriz. Ayrıca, absorpsiyonlu soğutucular, içinde doğada sıkça bulunan SU ve LiBr tuzları ihtiva ederken, ozona zarar veren CFC ve HCFC türü hiç bir gaz bulundurmaz.

İlk defa G.S.D. tarafından uygyulanan direk egzos kullanan absorpsiyonlu soğutucu teknolojisi ile türbin ve absorpsiyonlu soğutucu arasındaki kayıplar en düşük seviyeye indirilmiştir. Böylelikle uzun yıllardır kullanılan bu teknolojide karşılaşılan bariyerlerden bir tanesi daha aşılmıştır.

BİNA OTOMASYONU

G.S.D. tarafından kurulan Bina Otomasyonu ve Trijenerasyon sistemleri tamamen entegre olarak çalışmaktadır. Sistemde, klasik olarak bina otomasyonu kavramı içersinde yer alan işlevlerin (güvenlik, izleme, asansör, kumanda) yanı sıra enerji kullanımının optimum hale getirilmesi amaçlanmıştır.

Bu gaye ile tüm bağımsız bölümler hareket (PIR) sensörleri ile donatılarak, kulanılmayan bölümlerin enerji tüketimi asgari seviyeye düşürülmüştür.

Yine bağımsız birimlere yerleştirilen sıcaklık ve nem algılayıcıları ile ısıtma ve soğutmanın verimli çalışması sağlanırken konfor seviyesi en üst düzeye ulaştırılmıştır.

Sistemin tasarımında GE-Fanuc PLC sistemi kullanılmıştır. Her kat için ayrı bir elektrik ve pnömatik pano kullanılarak ısıtma, soğutma ve elektrik sistemlerinin kumandası elektronik ve pnömatik kontrol cihazları ile sağlanmıştır. Bina Otomasyon sistemi kumandası tek bir noktada CIMPLICITY programı kullanılarak yapılır. Bu kumanda konsolundan, bağımsız bina bölümlerinin sıcaklık ve nem değerlerinin yanısıra binada kullanılan elektrik güçleri izlenmekte gerektiği takdirde müdahalede bulunulmaktadır. Binaya giren taze hava miktarı da bu konsoldan kumanda edilir. Bina içinde bulunan kişi sayısına göre taze hava miktarı az veya çok alınarak kalite sabit tutulur. Binada bulunan kişi sayısı azaldıkça dışardan taze hava girişi azaltılarak ısıtma ve soğutmada tasarruf sağlanır.

Aynı zamanda binadaki konfor sıcaklıkları dış hava sıcaklığına göre kompanze edildiğinden ısıtma ve soğutmada ayrıca bir tasarruf daha sağlanmış olur. Diğer yandan, binanın kullanılmadığı zamanlarda, içerideki hava kalitesinin ve sıcaklık değerlerinin minimum konfor seviyesinde tutulabilmesi için sistem Night Purge moduna geçmektedir. Bu sayede bina sabah kullanılmaya başlandığında içerideki hava kalitesi ve sıcaklık değerleri minimum konfor şartlarında olduğundan kalkış anındaki yüksek enerji seviyelerinin ve dalgalanmalarının önüne geçilirken, binada çalışanlar için de en iyi konfor şartları sağlanmış olur. Kumanda konsolu grafik yapısı ile kullanıcıya kolay kullanma imkanı tanımaktadır. Menüler ve ikonlar üzerine imleç ile tıklayarak ekranlar arasında geçişler sağlanmıştır. Gözlenmeyen ekranlarda oluşan değişiklikler alarm ekranları ile operatörün bilgisine sunulur. Renk kodları da kullanılarak değişikliklerin kolayca izlenmesi sağlanır. Konsoldan izlenen tüm değerlerin belirli aralıklar ve süreler ile kayıt edilerek geriye doğru izlenmesi ve bu değerlerin rapor haline getirilmesi mümkündür. Tamamen G.S.D. tarafından geliştirilmiş olan kontrol sistemine kullanıcı ihtiyaçları doğrultusunda her türlü değişiklik ve eklemeler kolayca adapte edilir.

G.S.D tarafından sunulan Trijenerasyon ve Bina Otomasyonu sistemleri ile enerji ve otomasyon sektörlerine ‘Akıllı Bina, Akıllı Enerji’ anlayışı getirilmektedir. Böylece birbirinden tamamen ayrı olarak değerlendirilmekte olan disiplinler biraraya gelerek oluşturdukları sinerji ile binalarda enerji masrafları büyük oranlarda düşürülürken konfor düzeyi azami ölçüde arttırılmaktadır.

Ali Ayhan FİDANCI

Genel Sistem Dizaynı


Etiketler