TERMİK SANTRALLAR - Dünya Enerji Konseyi

Dünya Enerji Konseyi
Türk Milli Komitesi
Enerji Yatırımları Fizibilite Raporu Hazırlanması Semineri
TERMİK SANTRALLAR
Sunan
Muzaffer BAŞARAN
EÜAŞ Emekli Genel Md. Yrd.
Mak. Yük. Müh.
29-31 Mart 2012, Plaza Otel, Ankara
0
İÇİNDEKİLER
1. Giriş
2. Dünya’da Kömür
3. Dünya’da doğal gaz
4. Türkiye’de Kömür
5. Teorik Çerçeve
6. Yanma
7. Bir termik santralın elemanları
8. Kömür Alma, Kül Atma Sistemi
9. Kazan ve Yardımcıları
10. Türbin ve Yardımcıları
11. Generatör
12. Transformatör
13. Soğutma Kulesi
14. Şalt Sahası
15. Baca Gazı Kükürt Arıtma Tesisleri
16. Otomasyon Sistemleri
17. Doğal Gaz Kombine Çevrim Santralları
18. Türkiye’de Kömür Santralları
19. Türkiye’de Doğal Gaz Santralları
20. Temel Kavramlar
21. Maliyetler
22. Sonuç
23. Kaynaklar
1
1. GİRİŞ
Termik Santrallar kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü tesislerdir. Termik
Santrallarda esas olarak fosil yakıtlar olan kömür, gaz ve petrol ürünleri kullanılır. Dünya’da
elektrik üretiminde en büyük pay fosil yakıtlardadır ve uzun bir süre de böyle devam edeceği
tahmin edilmektedir. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA)’nın hazırladığı aşağıdaki grafik primer
enerji kaynaklarına yönelik olsa da elektrik üretiminde de durum farklı değildir.
Şekil 1: Dünya Primer Enerji Talep Projeksiyonu (IEA)
Şekil 2: Dünya Elektrik Üretiminin Kaynaklara göre dağılımı
2009 yılında Dünya Elektrik Üretiminin %41’i kömür, %21’i Doğal Gaz, %16’sı Hidrolik,
%13’i Nükleer, %5’i petrol ve %4’ü diğer kaynaklardan karşılanmıştır.
2
Petrol ürünlerinin elektrikte kullanımı tüm dünya da gün geçtikçe azaldığından bu seminerde
ağırlıklı olarak kömürlü santrallardan ve bir miktarda doğal gaz santrallarından
bahsedilecektir.
2. DÜNYA’DA KÖMÜR
2010 yılı itibariyle Dünya’da 860,9 Trilyon ton kömür rezervi bulunmaktadır. Bunun
%35,4’ü Avrupa ve Kuzey Asya’da, %30,9’u Güney Doğu Asya’da, %28,5’i Kuzey
Amerika’da, %3,8’i Orta Doğu ve Afrika’da, %1,5’u Güney ve Orta Amerika’dadır.
Dünya’da 2010 yılı en büyük 10 üretici ve tüketici ülke aşağıdaki tablo da gösterilmektedir.
Tablo 1: 2010 yılında Kömür Üretim ve Tüketiminde ilk 10 ülke (BP)
Sıra Üretici Ülke
Miktar
%
Sıra
Tüketici Ülke
(tep)
1
Çin
1.800,4
48,3
1
Çin
2
ABD
552,2
14,8
2
ABD
3
Avustralya
235,4
6,3
3
Hindistan
4
Hindistan
216,1
5,8
4
Japonya
5
Endonezya
188,1
5,0
5
Rusya
6
Rusya
148,8
4,0
6
Güney Afrika
7
Güney Afrika
143,0
3,8
7
Almanya
8
Kazakistan
56,2
1,5
8
Güney Kore
9
Polonya
55,5
1,5
9
Polonya
10
Kolombiya
48,3
1,3
10
Avustralya
İlk 10 Toplam
3,444,0
92,3
İlk 10 Toplam
Dünya Toplam 3,731,4 100,0
Dünya Toplam
Miktar
(tep)
1.713,5
524,6
277,6
123,7
93,8
88,7
76,5
76,0
54,0
43,4
3.071,8
3.555,8
%
48,2
14,8
7,8
3,5
2,6
2,5
2,2
2,1
1,5
1,2
86,4
100,0
Tablodan da görüleceği gibi ilk 10 ülke Dünya üretiminde %92,3’lük, ve Dünya
tüketiminde %86,4’lük paya sahiptir.
3. DÜNYADA DOĞAL GAZ
2010 yılı itibariyle Dünya’da 187,1 trilyon m3 doğal gaz rezervi bulunmaktadır. Bunun
%40,5’i Orta Doğu’da, %33,7’si Avrupa ve Kuzey Asya’da, %8,7’si Güney Doğu Asya’da,
%7,9’u Afrika’da, %5,3’ü Kuzey Amerika’da, %4’ü Güney ve Orta Amerika’da, dır.
Dünya’da 2010 yılı en büyük 10 üretici ve tüketici ülke aşağıdaki tablo da gösterilmektedir.
Tablo 2: 2010 yılında Doğal Gaz Üretim ve Tüketiminde ilk 10 ülke (BP)
Sıra Üretici Ülke
Miktar (109
%
Sıra
Tüketici Ülke
3
m)
1
ABD
611,0
19,3
1
ABD
2
Rusya
588,9
18,4
2
Rusya
3
Kanada
159,8
5,0
3
İran
4
İran
138,5
4,3
4
Çin
5
Katar
116,7
3,6
5
Japonya
6
Norveç
106,4
3,4
6
Kanada
7
Çin
96,8
3,0
7
İngiltere
8
S. Arabistan
83,9
2,6
8
S. Arabistan
9
Cezayir
80,4
2,5
9
Almanya
10 Hollanda
70,5
2,2
10
İtalya
İlk 10 Toplam
2.052,9
64,3
İlk 10 Toplam
Dünya Toplam
3.193,3
100,0
Dünya Toplam
Miktar
(109 m3)
683,4
414,1
136,9
109,0
95,5
93,8
93,8
83,9
81,3
76,1
1.867,8
3.169,0
%
21,7
13,0
4,3
3,4
3,0
3,0
3,0
2,6
2,6
2,4
59,0
100,0
3
Tablodan da görüleceği gibi ilk 10 ülke Dünya üretiminde %64,3’lük, ve Dünya
tüketiminde %59’luk paya sahiptir.
4. TÜRKİYE’DE KÖMÜR
Türkiye’de linyit rezervinin uzun yıllar 8,3 milyar ton olduğu söylenirken son 5 yıldaki
MTA’nın aramaları sonucu rezerv 12 milyar tona çıkmıştır. Aşağıdaki haritada Türkiye’deki
önemli kömür sahaları gösterilmektedir.
Şekil 3: Türkiye’de önemli kömür sahaları
Ancak aşağıdaki grafikten görüleceği gibi Türkiye’deki linyitlerin %70’e yakını 2000
kCal/kg’ın altındadır.Kül ve nem oranı yüksektir. Bu sebeple bazı sahalar sadece elektrik
üretim amacıyla değerlendirilebilir.
Şekil 4: Türkiye’deki linyitlerin kalorifik değere göre dağılımı
5. TEORİK ÇERÇEVE
5.1.
Termodinamiğin Yasaları
Termodinamiğin birinci yasası enerjinin sakınımı yasasının özel bir halidir. Bunun bir
başka ifadesi “Enerji almaksızın sürekli iş yapan bir makinanın yapılması imkansızdır”.
4
İkinci yasanın tarifi de şu şekildedir: “Tek bir kaynaktan ısı alarak bu ısıya eşdeğer
miktarda iş yapmaktan başka etkisi olmayan çevrimsel bir makina yapılamaz”.
5.2.
İdeal Gaz Yasası
İdeal gazlar aşağıdaki denkleme uygun hareket ederler.
pv=RT
Burada p basınç (N/m2), v özgül hacim (m3/kg), T mutlak sıcaklık (K), R gaz sabitidir.
Ancak buhar ideal gaz değildir. Bu sebeple buhar parametreleriyle ilgili tablolar ve grafikler
(örneğin Molyer Diyagramı) bulunmaktadır.
5.3.
Temel Parametreler
İç Enerji: Maddenin iç yapısı dolayısıyla sahip olduğu enerjidir ve temelde maddeyi meydana
getiren moleküllerin veya atomların kinetik enerjilerine bağlıdır. İç enerji maddenin kütlesi ve
sıcaklığı ile ölçülür. Birim kütlenin iç enerjisi “u” ile gösterilir ve “özgül iç enerji” adını alır.
Entalpi: Entalpi diğer adıyla “ısı tutumu”, bir cismin belirli bir referans noktasına göre sahip
olduğu toplam ısı miktarı olarak tanımlanır ve birim kütle için: i = u + pv
M kütlesi içinde:
I = U + pV denklemleriyle tanımlanır.
Entropi: Bir akışkanın daha önce sayılan 5 özelliği dışında (p, v, T, u, i) bir özelliği daha
vardır. Bu termodinamik olarak
ds = dq / T olarak tanımlanır. Diğer bir deyişle bir çevrimsel işlemde bir akışkanın ısısının
çok küçük miktarının akışkanın mutlak sıcaklığına oranı entropisindeki değişim olarak ifade
edilebilir.
Bir başka deyişle entropi bir ortamın yüksek ihtimalli bir durumda bulunmasının bir ölçüsü
olmaktadır.
5.4.
Çevrimler
5.4.1. Brayton Çevrimi
Gaz türbinlerindeki gaz, ideal gaz gibi değerlendirilirse gaz türbinlerinin çevrimini Brayton
çevrimiyle gösterebiliriz.
Şekil 5: Brayton Çevrimi
5
Bu çevrimde:
1-2: Hava isentropik olarak sıkıştırılır.
2-3: Sabit basınçta sisteme ısı verilir.
3-4: Yanma ürünleri türbinde isentropik olarak genleşir.
4-1:Sabit basınçta çevreye ısı atılır.
5.4.2. Carnot Çevrimi
Bu çevrimde:
A-B: Sabit sıcaklıkta (izotermik) ısı alınarak genleşme
B-C: TH’den TC’ye adyabatik genleşme
C-D: Sabit sıcaklıkta ısı verilerek sıkıştırma
D-A: TC’den TH’ye yükselerek adyabatik sıkıştırma
Şekil 6: Carnot ve Rankine Çevrimleri
5.4.3. Rankine Çevrimi
Carnot buhar çevrimi çeşitli yönlerden pratik değildir. Bu gerçek buhar karakteristikleri ve
teknolojik kısıtlamalarla daha iyi bağdaşabilecek başka bir çevrim bulunmasını gerektirmiştir.
Bu çevrimde:
1-2: Sistemin pompayla sıkıştırılması
2-3: Sabit basınçta sisteme ısı verilmesi
3-4: Türbinde genleşme
4-1: Kondenserde ısının verilmesi ve yoğunlaşma
5.4.4. Ara ısıtmalı Rankine Çevrimi
Rankin buhar çevriminde verimi artırmak için yüksek basınç türbininde çıkan buhara ara
ısıtma uygulanır.
6. YANMA
Bir yakıtın ekzotermik bir reaksiyon sonucunda oksijenle birleşmesine yanma
denir.Kömürlü santrallarda yanmayı kolaylaştırabilmek, yani oksijenin karbonla reaksiyonunu
6
hızlandırabilmek için kömür öğütülerek yüzey alanı artırılır. Aynı amaç ile sıvı yakıtlara da
yakıcı nozulları aracılığıyla atomizasyon işlemi uygulanır.
Karbonun oksijenle reaksiyonu:
C + O2 → CO2 + 97 kCal
Görüldüğü gibi bu ekzotermik bir reaksiyondur ve ısı açığa çıkar. Eğer tüm karbonları
yakmaya yetecek kadar O2 yoksa o zaman tam yanma olmaz ve CO açığa çıkar.
Havanın %21 O2 olduğuna göre yakıttaki tüm yanıcı elementleri (C, H2, S, CnHm) tam
olarak yakacak hava miktarı teorik hava ihtiyacıdır (Hmin).
Gerçek hava miktarının teorik hava miktarına (Hmin) olan oranına hava oranı ya da hava
fazlalık katsayısı denir (λ).
H
λ = -------Hmin
7. BİR TERMİK SANTRALIN ELEMANLARI
Bir Termik Santralın yerleşim planı (layout) aşağıdaki resimde görülebilir.
Şekil 7: Kemerköy Santralı Genel Yerleşim
Bir kömürlü santralın ana ekipmanları da aşağıdaki şemada görülebilir.
1 Soğutma Kulesi
2 Soğutma suyu pompası
3 İletim hattı
4 Step up Trafosu
5 Generatör
6 AB Türbini
7 Kondensat pompası
8 Kondenser
9 0B Türbini
10 Buhar kontrol valfi
11 YB Türbini
12 Deaeratör (Hava alıcı)
13 Besleme suyu ısıtıcısı
14 Kömür konveyörü
15 Kömür bunkeri
16 Kömür değirmeni
17 Kazan domu
18 Cüruf teknesi
19 Kızdırıcı (Superheater)
20 Taze hava fanı (FD fanı)
21 Tekrar kızdırıcı (Reheater)
22 Taze hava girişi
23 Ekonomizer
24 Hava ön ısıtıcı (Luvo)
25 Kül tutucu elektrofilitre
26 Cebri Çekme fanı
27 Baca
Şekil 8: Kömür Santralı Diyagramı
7
Aşağıda da Afşin Elbistan A Santralının akış şeması verilmektedir.
Şekil 9: Afşin Elbistan A Santralı akış şeması
8. KÖMÜR ALMA, KÜL ATMA SİSTEMİ
Ham kömür kömür madeninden santrala büyük gemilerle, barjlarla, demir yolu
vagonlarıyla, karayolunda kamyonlarla taşınabilir. Türkiye’deki kömür santrallarının
çoğunluğu düşük kalorifik değere sahip linyite dayalı olduklarından madenin hemen yanında
kurulmuşlardır. Madenden gelen ham kömür kırıcılardan geçirilir ve 30-40 mm olan tane
büyüklüğüyle santralın 20-30 günlük kapasitesini karşılayacak kapasiteye sahip olan kömür
stok sahasına getirilir. Kömür, stok sahasından park makinalarıyla alınır ve ünite bunkerlerine
götürülür.
Şekil 10: Kömür Alma Sistemi
8
Kazan altı teknesinden alınan cüruf ve elektrofilitrede tutulan kül, aynı konveyör bandına
dökülerek ya kömürün çıkarıldığı madene veya ayrı olarak inşa edilen kül barajlarına dökülür.
Kül ve cürufun direk suyla taşındığı hidrolik sistemlerde vardır.
9. KAZAN VE YARDIMCILARI
1 Bunker kömür çıkarıcıları
2 Linyit besleyicileri
3 Resirkülasyon kanalları
4 Linyit değirmenleri
5 Ana linyit yakıcıları
6 Brüden yakıcıları
7 Kömür tozu filitreleri
8 Brüden bacaları
9 Islak tip cüruf çıkarıcı
10 Döner ızgara
11 Hava önısıtıcı
12 Taze hava fanları (FD fan)
13 Kül tutucu elektrofilitre
14 Cebri çekme fanı (ID fan)
15 Soğuk gaz fanları
16 Sıcak hava kanalları
17 Brüden kanalları
18 Baca gazı kanalları
19 Soğuk gaz kanalları
20 Yağ yakıcılar
Şekil 11: Afşin Elbistan A Santralı Kazan Kesiti
Bunkerlerden alınan kömür transport bantlarıyla değirmenlere gelir, değirmenlerde toz
haline getirilen kömür yanma odasına sıcak havayla püskürtülür ve kömür havada yanar.
Yakıtın kimyasal enerjisi kazanda meydana gelen yanma sonucu ısı enerjisine dönüşür.
Yanma sonucu meydana gelen gazlar (baca gazları) ısılarını konveksiyon ve radyasyon
(ışıma) yolu ile kazan borularına vererek boruların içinden geçmekte olan suyun sıcaklığının
yükselmesini sağlarlar. Su sıcaklığı kazan basıncının karşılığı olan buharlaşma sıcaklığına
eriştiğinde buharlaşma başlar. Bu şekilde meydana gelen su-buhar karışımı genellikle “dom”
denilen bir büyük tankta doymuş buhar ve su olmak üzere ikiye ayrılır.Doymuş buhar daha
sonra yine baca gazları ile kızdırılır. Su ise tekrar çevrimin başlangıç noktasına gönderilerek
yeniden ısıtılır. Kızdırıcılarda mümkün olduğu kadar yüksek sıcaklıklara erişmek arzu edilen
bir durumdur, çünkü bu sıcaklık ne kadar artarsa verimde artar.
Kazanların çok farklı tipleri olmasına karşın bugün iki ana tipten bahsedilmektedir:
1. Pulverize Kömürlü Kazanlar
2. Akışkan Yataklı Kazanlar
Yukarıda anlatılanlar aslında pulverize kömür kazanıyla ilgili özelliklerdi, akışkan yataklı
kazanın bunkerine kömür 10 mm civarında gelir ve alttan nozullarla hava verilen yatak
üzerine gönderilir. Yanma kireç beslemesi de yapılan bu yatak üzerinde gerçekleşir.
Aşağıdaki şemada akışkan yatak teknolojisi şematik olarak gösterilmektedir.
9
Kül malzeme
Baca gazı
Baca gazı
hava
hava
Kömür
Kireç
Baca gazı
Baca gazı
Kül
Kül
malzeme
hava
Baca
gazı +
hava
Kül
malzeme
Kül
Şekil 12: Akışkan Yatak Teknolojisinin Şeması
Kazandaki diğer ekipmanlar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Değirmenler (Akışkan yataklı kazanda yok)
Fanlar (FD Fanları, ID Fanları, Soğuk Gaz Fanları)
Hava Ön Isıtıcıları
Kurum Üfleyiciler
Cüruf ızgarası
Kül Tutucu Elektro Filitreler
10.
TÜRBİN VE YARDIMCILARI
Bir buhar türbini, genel olarak yatay ekseni etrafında dönebilen bir rotor, bu rotor üzerine
monte edilmiş ve rotorla beraber dönen hareketli kanatlar, türbin gövdesi, bu gövde içinde
bulunan iç gövde , sabit kanat taşıyıcıları ve sabit kanatlardan meydana gelir. Rotor , her iki
tarafından radyal yataklarla yataklanmıştır. Eksenel yatak rotoru eksenel yönde sabitleştirir.
Buharın türbinden dışarı kaçmasının söz konusu olduğu yerler labirentlerle donatılmıştır.
Kazandan gelen taze buhar ani kapama ventilinden, giriş kasasından reglaj ventilinden
geçerek nozullara ve buradan genellikle Curtis ya da Laval çarkına gelir. Bu çarktan çıkan
buhar gövde içerisine girerek türbinin tüm kanat basamaklarına akar. Buhar, türbinin
içerisinde ilerlerken iş meydana getirir ve hacmi genişler. Bu nedenle basamaklar ilerledikçe
türbinin sabit ve hareketli kanatlarının boyları daha uzun dizayn edilir.
Buhar, faydalı enerjisini kanatlar yardımıyla rotora verdikten sonra çürük buhar
kondenseye dökülür.
Çeşitli basınç basamaklarından alınan ara buhar, borular ile gövdeden ayrılarak besleme
suyu ısıtıcılarına gönderilir. Bu ara buharlarla kazana giden besleme suyu ısıtılır.
Türbin çıkış tarafında bulunan generatörün rotoru, türbin rotoruna kaplinle bağlanmıştır.
10
Şekil 13: Buhar Türbini
11. GENERATÖR
Generatörler, stator ve rotor adı verilen 2 ana bölümden oluşurlar. Stator gövdesi
genellikle kaynaklı tiptendir. Gövde içerisine 0,5 mm kalınlığındaki saçların üst üste
konulması ile oluşturulan saç paketleri yerleştirilir. Bu saç paketlerinde açılmış oluklara ise
stator sargıları döşenir ve mika ya da benzeri yalıtkanlarla birbirlerinden ayrılır.
Buhar santrallarında kullanılan generatörlerin stator sargı gerilimleri 10 kV, 15 kV, 22 kV
ya da 33 kV gibi değerlerde olabilir.
Şekil 14: Generatör
Generatör rotoruna indüktörde denebilir. Rotorda oluşturulan manyetik alanın stator içinde
döndürülmesiyle stator sargılarında voltaj indüklenmiş olur. Yuvarlak kutuplu senkron
11
generatörlerin devirleri yüksek olduğundan (3.000 rpm) rotor üzerinde büyük merkezkaç
kuvvetleri oluşur. Bu kuvvetler ise rotorların maksimum çaplarını sınırlar. Yuvarlak kutuplu
senkron generatörlerin boylarının uzun, çaplarının ise küçük seçilmesinin nedeni budur.
12. TRANSFORMATÖRLER
Transformatörler, gerilim seviyesini ihtiyaca göre yükselten veya düşüren statik elektrik
makinalarıdır.
Şekil 15: Bir ana transformatör
Transformatörler basit olarak alaşımlı demir saç paket bir nüve üzerine iki grup sargıdan
oluşurlar. Birinci sargının gerilimi U1 ve sargı sayısı n1, ikinci sargının gerilimi U2 ve sargı
sayısı n2 ise:
U1
n1
------- = ---------U2
n2
Generatörün çıkış gerilimini (10, 15, 22kV) santralın bağlanacağı iletim hattı gerilimine
çıkartan transformatöre ana transformatör, generatör çıkış barasından iç ihtiyaç için gerilimi
düşüren transformatöre iç ihtiyaç transformatörü denilir. Santral içinde gerilim seviyesini
düşüren çok sayıda güç transformatörü olduğu gibi ölçü aletleri içinde çok sayıda akım ve
gerilim transformatörü bulunmaktadır.
13. SOĞUTMA KULESİ
Eğer santral deniz, göl veya büyük debili bir nehir kenarında değilse soğutma kuleleri
kullanılır. Türbinden kondensere gelen buharın ısısı soğutma kulesinden gelen suyla
soğutularak yoğuşturulur. Isınan soğutma suyuda soğutma kulesinde tekrar soğutulur.
12
Şekil 16: Soğutma Kule Tipleri
Soğutma kulelerinde genelde üç tip kullanılır.
1. Cebri sirkülasyonlu (fanlı) ıslak tip soğutma kulesi
2. Doğal sirkülasyonlu (hiperbolik) ıslak tip soğutma kulesi
3. Kuru tip soğutma kulesi
Doğal çekişli soğutma kulelerine su belirli bir yükseklikten girerek, aşağıya doğru dökülür.
Bu sırada kulenin altından giren hava ise sudan daha soğuk olduğu için ısınarak yükselir.
Böylece aşağıya akmakta olan su, yukarı çıkmakta olan hava tarafından soğutulur. Su, kule
içinde ne kadar fazla kalır ve ne kadar küçük partiküllere ayrılırsa o kadar fazla soğur. Bu
nedenle kule içerisine, su akışını yavaşlatıcı ve onu parçalayıcı engeller konur.
14. ŞALT SAHASI
Generatörde üretilen elektriğin gerilimi ana transformatörde yükseltildikten sonra şalt
sahasıyla iletim sistemine bağlanır. Şalt sahasında ana bara, transfer bara, kesiciler,
ayırıcılar, parafudrlar bulunur. Ana transformatör çıkış gerilimi daha düşük seviyelere
indirilecekse ona uygun ilave transformatörlerde bulunur. Santralın ilk başlatılması sırasında
dışarıdan enerji almaya imkan sağlamak için şalt sahalarında start up transformatörleri de
bulunur. Şalt sahasına giriş ve çıkışlar fider denilen donanımlarla sağlanır.
Eski dönemlerde şalt sahalarında daha çok basınçlı havayla çalışan kesiciler kullanılırken
daha az yer kapladıkları için şimdi SF6 gazlı kesiciler daha yaygın kullanılırlar.
13
Şekil 17: Afşin Elbistan A Santral Şalt sahasında Enerjinin Akışı
15. BACA GAZI KÜKÜRT ARITMA SİSTEMLERİ
Kömür veya petrol ürünleri yakan santrallarda baca gazından kükürtdioksiti (SO2) ayıran
tesislere Baca Gazı Kükürt Arıtma Tesisleri (BGKAT veya BGD veya FGD) adı verilir. BGD
teknolojileri kuru ve ıslak sistemler olarak ikiye ayrılır. Kuru proseslerin avantajları olmasına
rağmen yüksek kükürtlü kömürlerde tutma verimi yeterli olmadığı için Dünya’da ve
Türkiye’de en yaygın kullanılan proses ıslak kireç taşı prosesidir. Bu proseste tutma verimi
%95’in üzerine çıkabilmektedir.
Şekil 18: Yatağan Santralı BGD Akış Şeması
14
Tablo 3:Yatağan TS BGD Tasarım Değerleri
Parametre
Minimum
Baca Gazı debisi
Islak
670.000
(Nm3/h)
Kuru
549.000
SO2 (mg/Nm3)
kuru baz
Yıkama kulesi resirkülasyon pompa
sayısı
Kireçtaşı ihtiyacı (ton/saat)
Normal
1.275.000
1.045.500
Maksimum
1.450.000
1.189.000
9.878
10.240
10.240
2
9
2
18
2
21
Normal
Maksimum
1.999.720
2.226.280
9.650
9.650
14.000
3
17
4
24
4
36
•
Şekil 19: Afşin Elbistan B Santralı BGD Akış Şeması
Tablo 4:Afşin Elbistan B TS BGD Tasarım Değerleri
Parametre
Minimum
Baca Gazı debisi
(Nm3/h)
1.441.091
SO2 (mg/Nm3)
kuru baz
Yıkama kulesi resirkülasyon pompa
sayısı
Kireçtaşı ihtiyacı (ton/saat)
16. OTOMASYON SİSTEMLERİ
Santrallarda belirli olaylara etki eden olayların limit değerler içinde tutulabilmesi büyük
önem taşır. Bu değerler önceden saptanmış olan sınırları aşmamalıdır. Bu ayarlamanın
sürekli olarak sağlanabilmesi için uygulanan tekniklere genel anlamda otomasyon tekniği
denir. Otomasyon genelde kumanda ve reglaj diye ikiye ayrılabilir.
15
Bir tesisi elle idare eden bir operatör tesisin durumunu dikkatle izler, algıladığı bilgileri
kafasında değerlendirir ve bu değerlendirme sonucunda gerekiyorsa elle müdahale eder.
Operatörün bu davranışıyla otomasyon sistemi arasında da benzerlikler vardır.
Otomasyon sisteminin gerçekleşmesi üç etapta sağlanır.
a) Tesisisin o anki durumunun sinyal vericiler tarafından saptanması
b) Kazanılan bilgilerin emirlere dönüştürülmesi
c) Ayar organlarını harekete geçirerek tesisin durumuna etki edilmesi
Bir buhar santralında su ve buharın çeşitli noktalarındaki basınç, sıcaklık ve debisi; döner
makinalarda vibrasyon, yağlama yağları sıcaklığı; tanklar ve basınçlı kaplarda sıcaklık,
basınç ve seviye sürekli olarak ölçülür ve değerlerin limit değerleri aşması halinde alarm
sinyalleri verir, hatta santralı durdurabilir.
Santralda bir pompanın, bir elektrik motorunun , bir değirmenin çalıştırılması için belli
şartların oluşması gerekir. Bu şartlar yerine gelmemişse o ekipman çalışmaz. Bu sistemlere
de mantık devreleri veya kilitleme sistemleri (logic circuits veya interlocking systems )denilir.
17. DOĞAL GAZ KOMBİNE ÇEVRİM SANTRALLARI
Termodinamikte gaz türbinlerinin işletmesi 5. Bölümde gösterilen İdeal Brayton
çevrimiyle tarif edilirler. Gaz isantropik olarak kompresörde sıkıştırılır ve yine türbinde
isantropik olarak genleşir ve başlangıçtaki basınca döner. Tüm diğer çevrimlerde olduğu gibi
yüksek yanma sıcaklığı daha yüksek verim anlamına gelir. Bu sıcaklığı sınırlandıran ise
kullanılan çelik alaşımı, seramik ve diğer malzemenin yüksek sıcaklık ve basınca olan
dayanıklılığıdır.
Gaz türbin çevrimleri açık çevrim (basit çevrim) ve kombine çevrim olarak ikiye ayrılır.
■ Açık Çevrim ■
Şekil 20: Açık Çevrim
17.1. Açık Çevrim
Çevre koşullarında hava, kompresör tarafından emilerek sıkıştırılır, basıncı ve
sıcaklığı artar. Yüksek basınçlı hava daha sonra, yakıtın sabit basınçta yakıldığı
yanma odasına girer. Yanma odasında oluşan yüksek sıcaklıktaki gazlar türbinde
16
çevre basıncına genişlerken iş yapar. Türbinden çıkan egzos gazları atmosfere atılır.
Böylece açık çevrim gerçekleşmiş olur. Açık verimde çevrim verimi %30-35
mertebesindedir.
3.1. Kombine Çevrim
Gaz türbini egzost gazlarının enerjisi kazan işlevi üstlenen bir ısı eşanjöründe (kazanda)
buhar üretmek için kullanılır. Bu ikinci çevrime gerekli ısı enerjisi sağlayabilmek için kazana
genellikle birden çok gaz türbini bağlanır. Ayrıca buhar çevriminde ara ısıtma ve ara buhar
alma yapılabilir. Ara ısıtma için enerji, fazladan bir miktar yakıtı oksijen açısından zengin
egzost gazlarıyla yakarak sağlanabilir. Verimi % 59’lere varan kombine çevrim santralları
işletme halindedir. Şu anda verimi %60 üzeri olan santrallardan Gallerdeki Baglan Bay
Santralını GE ve Irsching santralını Santralını Siemens kurmuş ve santrallar şu anda test
aşamasındadırlar.
SU
KAZAN-2
DOĞALGAZ
HAVA
KAZAN-2
KAZAN1
G
239MW
G
KOMPRESÖR
TÜRBİN
LP
HP
IP
KAZAN-2
SOGUTMA
KULESİ
237,5MW
KONDENSER
KAZAN-2
Şekil 21: Bursa Doğal Gaz Kombine Çevrim Santralı Akış Şeması
18. TÜRKİYE’DE KÖMÜR SANTRALLARI
Türkiye’de 2012 Şubat sonu itibariyle kömür yakan santralların kurulu gücü 12.355,7
MW’tır. Bunların 8.139,7 MW’ı linyit, 335 MW’ı yerli taşkömürü ve 3.881’ı MW ithal kömür
kullanırlar. Bu santrallar 2011 yılında 63,76 milyar kWh üretmişlerdir ve 228,43 milyar kWh’lik
Türkiye toplam üretimlerindeki payları %27,91dir.
Bu santralların 7.761 MW’ı EÜAŞ, 620 MW’ı İşletme Hakkı Devri, 1.320 MW Yap İşlet,
2.365 MW Serbest Üretici Şirketler ve 289,7 MW Otoprodüktör Şirketler tarafından
işletilmektedir.
MTA ve TKİ tarafından yürütülen çalışmalar sonucunda mevcut rezervler dikkate alınarak
yerli kömüre dayalı 9.700 MW’lık ilave santral kurulabileceği hesaplanmaktadır.
Aşağıda Türkiye’deki bazı kömürlü santrallardan örnekler verilmektedir.
17
Tablo 5: Türkiye’deki linyit santrallarının temel parametreleri
Parametre
Kurulu Güç
Ünite Güç
Üretim kapasite
Buhar debi
Kızgın buh. sıcaklık
Kızgın buh. basınç
Tekrar kızd. buh. sıc.
Tekrar kızd. buh.
bas.
Besleme su sıcaklık
Kondense vakum
Santral Verim
Özgül ısı tüketimi
Birim
MW
MW
106 kWh/yıl
ton/saat
0
C
bar
0
C
bar
0
C
Bar
%
kCal/kg
AE-B
1.440
360
9.100
1.037
540
167
540
38
AE-A
1.360
340
8.800
1.020
535
194
535
39
Yatağan
630
210
5.518,8
660
535
139
535
24
Soma
990
165
6.435
525
540
142
540
32
Çan
320
160
2.080
462
543
174
542
37
Seyitömer
600
150
3.900
500
540
140
540
36
250
0,07
38,95
2.208
255
0,07
31,27
2.750
243
0,0726
33,56
2.568
234
0,07
30,01
2.886
251
0,085
42,00
2.048
250
0,06
37,07
2.710
19. TÜRKİYE’DE DOĞAL GAZ SANTRALLARI
Türkiye’de 2012 Şubat sonu itibariyle 16.330,6 MW’lık doğal gaz santralı vardır. Bu
santralların 4.082,9 MW’ı EÜAŞ, 4.781 MW’ı Yap İşlet, 1.449,6 MW’ı YİD, 5.133 MW’ı
Serbest Üretici Şirketler ve 884,1 MW’ı Otoprodüktör Şirketler tarafından işletilmektedir. Bu
santrallar 2011 yılında 102,13 milyar kWh üretmişlerdir ve 228,43 milyar kWh’lik Türkiye
toplam üretimlerindeki payları %44,71’dir.
Türkiye’de kamu kuruluşu olan EÜAŞ’ın üç doğal gaz kombine çevrim santrallarının devreye
giriş tarihleri ve verimlerine bakıldığında bile verim artışındaki gelişme izlenebilir.
Tablo 6: EÜAŞ DGKÇ Santralları
Santral
Hamitabat
İlk GT devreye giriş
24.11.1985
Kurulu Güç (MW)
1.120
Yıllık Üretim (106 kWh/yıl)
7.200
GT güç (MW)
92
GT giriş sıc.( 0C )
990
Verim (%)
48
Ambarlı
09.08.1988
1.350
9.460
139
1.050
51
Bursa
24.11.1998
1.431
9.870
239
1.350
55
Ancak Hamitabat ve Ambarlı gaz türbinlerinin 20 yıllık sürede aşınmaları ve
yıpranmaları nedeniyle upgrading yapılmış, yanma hücrelerinde, kompresör ve türbin sabit
ve hareketli kanatların bir kısmı daha verimli profilli kanatlarla değiştirilmiş, bazı kanatlara da
daha yüksek sıcaklığa dayanıklı kaplamalar yapılmıştır.
YİD ve Yi Modeliyle yapılan doğal gaz santralları da aşağıdaki gibidir.
Tablo 7: YİD Modeliyle yapılan DGKÇ Santralları
İsim
Ova
Trakya
Devreye giriş
1996
1998
Güç (MW)
258
499
Teorik Kapasite (106 kWh)
2.219,8
4.368,6
Esenyurt
1999
188
1.615,3
Unimar
1999
504
4.415,0
Toplam
1.449
12.654,7
18
Tablo 8: Yİ Modeliyle yapılan DGKÇ Santralları
İsim
Gebze
Adapazarı
Devreye giriş
2002
2002
Güç (MW)
1.595
798
Teorik Kapasite (106 kWh)
13.972,2
6.990,48
İzmir
2003
1.590
13.928,4
Ankara
2004
797
6.990,48
Toplam
4.780
41.881,56
20. TEMEL KAVRAMLAR
Yılda 365 x 24 = 8.760 saat vardır.
İşletme Saati (Operation Hours): Bir yılda bir santralın çalışma saatleri toplamı işletme
saatidir. Bu nükleer santrallar için ortalama 8.000-8.500 saat, doğal gaz santralları için 7.5008.000 saat, Kömür santralları için 6.500-7.500 saat, hidrolik santrallar için 3.000-4.000 saat
ve rüzgar santralları için 2.000-2.500 saattir.
Günlük Yük eğrisi (Daily Load Curve): Elektrik talebe göre üretilir. Bir ülkede veya
bölgede gün içindeki talebe göre yapılan üretimde santralların gücünün değişimini gösteren
eğrilere yük eğrisi denir.
Şekil 22: Günlük Yük Eğrisi
Zaman yönünden Emre Amadelik (Availability according to Time): Santralın bir yılda
çalıştığı ve çalışmadığı halde çalışabilir durumda olduğu saatler 8.760’a bölünerek bulunur.
Üretim yönünden Emre Amadelik (Availability according to Generation): Santralın bir
yılda üretim yaptığı saatlerin toplamının 8.760’a bölünmesiyle elde edilir.
Kapasite Kullanım Faktörü (Capacity Factor veya Capacity Utilization Factor): Bir
santralın yıl içinde fiilen yaptığı üretimin, santralın tam yükte 8.760 saat çalışsa üreteceği
elektik miktarına bölünmesi sonucu bulunur.
Çevrim Verimi (Cycle Efficiency): Santrala yakıtla verilen kimyasal enerjinin ne kadarının
elektrik enerjisine dönüştüğünü gösteren bir performans parametresidir.
19
Kömür santrallarının kritik altı olanlarının verimi %30-37, Super kritiklerin verimi%39-43
ve ultra super kritiklerin verimi de %43-50 arasındadır.
Doğal Gaz santrallarında açık çevrimde verim %30-35’ken, kombine çevrim
santrallarında verim %60’ları bulmuştur.
21. MALİYETLER
MIT’nin 2003 ve 2007‘de yaptığı çalışmalara göre kömür yakan, gaz yakan ve nükleer
santralların yatırım ve elektrik üretim maliyetleri aşağıdaki gibidir.
Tablo 9: MIT Elektrik Üretim Seçeneklerinin Maliyetleri (2003 ve 2007)
MIT 2003
MIT 2007
Seçenek
Nükleer
Kömür
Doğal Gaz
Nükleer
Kömür
Doğal Gaz
Yatırım ($/kW)
2.000
1.300
500
4.000
2.300
850
Üretim mal. (c/kWh)
6,7
4,3
4,1
8,4
6,2
6,5
ABD Enerji Bakanlığının 2009’da yaptığı bir çalışmaya göre 2016’da devreye
girebilecek farklı kaynaklara dayalı santralların elektrik üretim maliyetleri aşağıdaki tabloda
verilmektedir.
Tablo 10: Yeni Üretim Kaynakları İndirgenmiş Maliyetler, 2016
2016’da devreye girecek santrallar için ABD ortalama indirgenmiş
maliyetler (2009 $/MWh)
İndirgenmiş
Sabit
Değişken
İletim
Toplam sistem
yatırım mal.
işletme
işletme bakım
yatırımı
indirgenmiş
bakım mal.
mal.
mal.
Klasik kömür
85
65,3
3,9
24,3
1,2
94,8
İleri tek. kömür
85
74,6
7,9
25,7
1,2
109,4
İleri tek. Kömür ve KTD
85
92,7
9,2
33,1
1,2
136,2
Klasik DGKÇ
87
17,5
1,9
45,6
1,2
66,1
İleri tek. DGKÇ
87
17,9
1,9
42,1
1,2
63,1
İleri tek. DGKÇ ve KTD
87
34,6
3,9
49,6
1,2
89,3
DG Klasik yanma
30
45,8
3,7
71,5
3,5
124,5
DG İleri tek. yanma
30
31,6
5,5
62,9
3,5
103,5
İleri tek. Nükleer
90
90,1
11,1
11,7
1,0
113,9
Rüzgar (Karada)
34
83,9
9,6
0,0
3,5
97,0
Rüzgar (Deniz Üstü)
34
209,3
28,1
0,0
5,9
243,2
Güneş PV
25
194,6
12,1
0,0
4,0
210,7
Güneş Termik
18
259,4
46,6
0,0
5,8
311,8
Jeotermal
92
79,3
11,9
9,5
1,0
101,7
Biomas
83
55,3
13,7
42,3
1,3
112,5
Hidro
52
74,5
3,8
6,3
1,9
86,4
Kaynak: ABD Enerji Bakanlığı, Annual Energy Outlook 2011
Santral Tipi
Kapasite
faktör (%)
TEK, TEAŞ ve EÜAŞ tarafından yapılan kömür santrallarından BGD tesisi olanların
yatırım maliyetleri ekteki tabloda görülebilir.
20
Tablo 11: Kömür Santrallarında Santral ve BGD yatırım maliyetleri ($/kW)
Santral
Çayırhan 1,2
Orhaneli
Yatağan
Kemerköy
Yeniköy
Afşin Elbistan B
Güç
2x150
1x210
3x210
3x210
2x210
4x360
Santral $/kW
1.990
2.004
1.032
1.680
1.166
1.268
BGD $/kW
258,8
280,6
172,3
176,4
163,3
134,4
BGD/Santral %
13
14
16,7
10,5
14
10,6
22. SONUÇ
Fosil Yakıtların kullanımı uzun yıllar devam edecektir. Dolayısıyla üretimi daha verimli,
daha temiz ve daha ucuz yapabilecek teknolojiler üzerinde çalışılmalıdır.
Yenilenebilir Enerji önemlidir ve değerlendirilmelidir. Ancak rüzgar yoksa rüzgar enerjisi
yoktur, akarsuda su yoksa hidrolik enerji yoktur, güneş battığında güneş enerjisi yoktur.
Dolayısıyla devamlı güvenilir baz yük santrallarına ihtiyaç vardır. Bu ihtiyacı da kömür, gaz
ve nükleer santrallar karşılar.
23. KAYNAKLAR
1. Yaver Heper, Buhar Santralları Teorisi ve Uygulaması,METU Press, Ankara 2001.
2. Macit Çiğdemoğlu, Teknik Termodinamiğe Giriş, Gürsoy Matbaacılık, Ankara, 1976.
3. EÜAŞ web sitesi
4. TEİAS web sitesi
5. DOE web sitesi
6. IEA, World Energy Outlook 2008
7. BP Statistical Review of World Energy, June 2011.
8. Wikipedia web site
9. Dr. İlker Şengüler, Lignite Explorations in Turkey, New Projects and New Reserves, 27.
Pittsburgh Coal Conference, 12-16 Ekim 2010, İstanbul
10. Mustafa Yörükoğlu, Kömür
1
21