Sanayi tesislerinde enerji maliyetlerini azaltmak için çoğu zaman ilk olarak daha verimli motorlar, pompalar, fanlar veya yeni nesil ekipmanlar gündeme gelir. Ancak önemli bir enerji kaynağı çoğu tesiste hâlâ yeterince değerlendirilmemektedir: atık ısı.
Fırınlardan çıkan sıcak gazlar, kurutma hatları, egzoz akımları, kompresörler, buhar ve kondens sistemleri, sıcak proses suları ve çeşitli soğutma prosesleri önemli miktarda termal enerji taşıyabilir.
Bu noktada temel soru şudur:
Tesisten uzaklaştırılan bu enerji gerçekten “atık” mıdır, yoksa henüz doğru teknolojiyle değerlendirilmemiş bir enerji kaynağı mıdır?
Bir baca gazının sıcaklığının yüksek olması, tek başına ekonomik bir atık ısı geri kazanım projesi için yeterli değildir. Teknik değerlendirmede en azından;
birlikte değerlendirilmelidir.
Basitleştirilmiş olarak geri kazanılabilir termal güç şu ilişkiyle ifade edilebilir:
Q = m × Cp × ΔT
Burada;
Ancak hesaplanan teorik enerji ile teknik olarak geri kazanılabilir enerji aynı değildir.
Isı değiştirici yaklaşım sıcaklıkları, proses güvenliği, ekipman verimleri, baca gazının minimum çıkış sıcaklığı ve işletme koşulları dikkate alındığında kullanılabilir enerji miktarı değişmektedir. Bu nedenle başarılı bir atık ısı projesi yalnızca “kaç °C?” sorusuyla değil, “ne kadar enerji, ne kadar süreyle ve hangi amaçla kullanılabilir?” sorularıyla başlamalıdır.
Her Atık Isı Kaynağı İçin Aynı Teknoloji Kullanılmaz
Atık ısı geri kazanımında kritik konulardan biri, kaynağın sıcaklık seviyesine ve kullanım ihtiyacına uygun teknolojinin seçilmesidir.
En basit yaklaşım, atık ısının başka bir proseste doğrudan kullanılmasıdır.
Örneğin geri kazanılan enerji;
kullanılabilir.
Isı doğrudan kullanılabiliyorsa, elektrik üretmek yerine termal kullanım çoğu durumda daha basit bir proses yapısı sağlayabilir.
Birçok endüstriyel tesiste büyük miktarda enerji bulunmasına rağmen sıcaklık seviyesi proses için yeterli değildir. İşte bu noktada endüstriyel ısı pompaları devreye girer. Isı pompası düşük sıcaklık seviyesindeki termal enerjiyi daha yüksek ve kullanılabilir bir sıcaklık seviyesine taşıyarak atık ısının tekrar prosese kazandırılmasını sağlar. Sistemin performansının temel göstergelerinden biri COP (Coefficient of Performance) değeridir:
COP = Sağlanan Isıl Enerji / Tüketilen Elektrik Enerjisi
Ancak yüksek COP tek başına iyi bir proje anlamına gelmez. Kaynak ve hedef sıcaklık arasındaki fark, yıllık çalışma süresi ve elektrik maliyeti birlikte değerlendirilmelidir.
ORC: Atık Isıdan Elektrik Üretmek
Atık ısının doğrudan kullanılamadığı veya tesisin sürekli elektrik ihtiyacının bulunduğu durumlarda Organic Rankine Cycle (ORC) teknolojisi önemli bir alternatif oluşturabilir.
ORC sistemlerinde klasik Rankine çevriminden farklı olarak su yerine daha düşük kaynama sıcaklığına sahip uygun bir organik çalışma akışkanı kullanılır. Bu hem atık su çıkışını önler hem de sistem kapalı çevrim ile organik akışkan sayesinde devir daim yapar.
Genel çevrim;
Evaporatör → Expander/Türbin → Jeneratör → Kondenser → Pompa şeklinde çalışır.
Atık ısı evaporatörde çalışma akışkanına aktarılır. Buharlaşan akışkan expander üzerinden geçirilerek mekanik enerjiye, ardından jeneratör aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Burada önemli bir mühendislik detayı vardır: Yüksek atık ısı miktarı, otomatik olarak yüksek elektrik üretimi anlamına gelmez.
ORC performansını;
doğrudan etkiler.
Bu nedenle ORC yatırımları yalnızca kurulu güç üzerinden değil, yıllık net elektrik üretimiüzerinden değerlendirilmelidir.
Atık ısı projelerinde ısı kaynağının sıcaklığı ve geri kazanılabilir ısı miktarı önemli parametreler olsa da yatırımın teknik ve ekonomik performansını belirleyen en kritik faktörlerden biri yıllık çalışma süresidir. Bunu basit bir örnekle açıklayabiliriz: Aynı miktarda atık ısı potansiyeline sahip iki fabrikanın farklı yıllık çalışma saatlerine sahip olduğunu düşünelim.
Birinci tesis yılda 8.000 saat, ikinci tesis ise yalnızca 2.000 saat çalışıyor olsun. Anlık termal güçleri aynı olsa bile yıllık geri kazanılabilir enerji miktarları ciddi şekilde farklı olacaktır.
Yıllık enerji yaklaşık olarak:
E = P × t
ilişkisiyle hesaplanabilir.
Örneğin bir başka tesiste 500 kW geri kazanılabilir atık ısı bulunuyorsa ve tesis yılda 8.000 saat çalışıyorsa:
E = 500 kW × 8.000 h = 4.000.000 kWh/yıl = 4.000 MWh/yıl
Aynı 500 kW atık ısı potansiyeline sahip başka bir tesis yılda yalnızca 2.000 saat çalışıyorsa:
E = 500 kW × 2.000 h = 1.000.000 kWh/yıl = 1.000 MWh/yıl
Yani iki tesiste de anlık atık ısı gücü aynı (500 kW) olmasına rağmen, yıllık çalışma süresi nedeniyle ilk tesiste geri kazanılabilecek enerji 4 kat daha fazladır. Bu nedenle fizibilite çalışmalarında yalnızca kW veya MW değil, MWh/yıl değeri de dikkate alınmalıdır. Asıl ekonomik değer, sistemin yıl boyunca ne kadar enerji geri kazanabildiğinde ortaya çıkar.
Asıl Mesele Teknoloji Değil, Entegrasyondur.
Atık ısı geri kazanımında yapılan önemli hatalardan biri, probleme ekipman odaklı yaklaşmaktır.
“Buraya ORC kuralım.”
“Buraya ısı pompası kuralım.”
“Buraya eşanjör ekleyelim.”
Doğru yaklaşım ise bunun tersidir. Önce tesisin enerji haritası çıkarılmalıdır.
Kaynak → Sıcaklık → Debi → Süreklilik → Kullanım Noktası → Teknoloji → Ekonomik Değer zinciri birlikte değerlendirilmelidir.
Çünkü bazı proseslerde elektrik üretmek yerine doğrudan ısı geri kazanımı daha avantajlı olabilir. Başka bir proseste ise düşük sıcaklıklı enerjinin ısı pompası ile yükseltilmesi daha anlamlı olabilir. Bazı tesislerde de farklı teknolojilerin birlikte kullanıldığı hibrit enerji geri kazanım sistemleri en yüksek toplam verimliliği sağlayabilir.
Enerji dönüşümünde artık yalnızca “Ne kadar enerji tüketiyoruz?” sorusunu sormak yeterli değildir.
Yeni soru şudur:
“Satın aldığımız enerjinin ne kadarını kullanmadan çevreye bırakıyoruz?”
Endüstriyel tesislerde bacadan, sıcak sudan, buhardan veya proses ekipmanlarından kaybedilen her kWh enerji potansiyel olarak yeniden değerlendirilebilir bir kaynaktır.
ERCET – Energy Recovery & Clean Environmental Technologies olarak endüstriyel tesislerde enerji kaynaklarını yalnızca tüketim noktaları üzerinden değil, geri kazanım potansiyelleri üzerinden değerlendiriyoruz. Atık ısı kaynaklarının teknik karakterizasyonundan uygun teknoloji seçimine; ORC, endüstriyel ısı pompası ve proses ısı geri kazanım sistemlerinin entegrasyonuna kadar tesis özelinde çözümler geliştiriyoruz. Çünkü enerji verimliliğinin bir sonraki adımı yalnızca daha az tüketmek değil; hali hazırda satın alınmış ancak kaybedilen enerjiyi yeniden kullanabilmektir.
