Elektrik Üretim Yöntemleri


ENERJİ ÜRETME YÖNTEMLERİ

YAKMA

Atığı yakma ile parçalama uzun yıllardan beri yapılmaktadır. Günümüzde, yakma ile atık bertarafı birçok ülkede yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha modern bir uygulamada oksijenli yakma/insinerasyon atıktan enerji denilen (WtE) enerji geri kazanımının bir kombinasyonudur. Aslında, birçok insineratör bir çeşit enerji geri kazanımını bünyesinde barındırır ve sadece elektrik üretimi durumunda, genelde %20‟yi geçen verim (yakıtın alçak kalorifik değerine göre) ve bazı özel durumlarda %25‟ten fazla verim elde edilmiştir. İnsinerasyon teknolojileri atığın ön işlem gereksinimine göre ikiye ayrılabilir. Kütlesel yakma çok az ön işleme ihtiyaç duysa da, yanma ısısını hapseden yanmayan materyallerden dolayı düşük verime sahiptir. Diğer taraftan, akışkan yataklı yanma fırını veya döner tambur fırın kullanan tesislerde, önemli miktarda ön-işleme ihtiyaç vardır. Ancak, ön-işlem tesisin işletme maliyetine ek bir yük getirir. Ön-işlemin ardından ikinci basamak yanmadır. Yanma; oksijen varlığında 850°C‟ nin üzerinde ısı uygulanarak, atığın CO2, H2O ve %30‟luk bir kısmının da metal, taş gibi hiç yanmayan katı halde kalan ve taban külü olarak bilinen malzemelere dönüşmesidir. Kütlesel-yakmanın temel basamakları şunlardır; ızgara üzerinde birincil yanma; ikincil yanma odasında ek gaz fazı yanması; ileride buhar turbo- jeneratörlerinde elektrik üretmek için kullanılacak olan buharın eşenjör ile üretimi için sıcak yanma gazlarında biriken enerjinin ekstraksyonu, çıkan gazların hava kirlilik kontrol sisteminde (APC) temizlenmesi aynı zamanda çıkış gazı işlemi (FGT) olarak da bilinir. Yüksek baca ile çıkış gazlarının atmosfere çıkışı ve diğer taraftan, kütlesel olamayan önişleme dayalı

yakma düşünüldüğünde, akışkan yataklı yanma fırınında (FCB) atık, dönen sıcak partüküller (kum gibi) içinde askıda kalırken; döner tambur fırında ise ergimesi zor hatlanmış çelik silindir fırın hem yatay plaka üzerinde boyuna dönebilen hem de fırının orta noktası boyunca salınabilen yatay eksen boyunca dönebilir.

Doğrudan yakma atıktan enerjiye dönüşümde en yaygın yöntemdir. Bugün birçok atıktan enerji tesisleri doğrudan yakma sistemleridir – buhar sıcaklığı ve basıncı yükseldikçe tesisin verimi yükselir. Bununla beraber, bu prosesin ileri ısıl dönüşüm proseslerine göre birçok dezavantajı vardır. Atıktan Enerji yakma kazanları genelde 20-50 MWh arasında iken kömür yakıtlı tesisler 100-1,500 MWh arasıdır. Küçük kapasiteli tesisler düşük verim eğilimindedir: verimliliği artırıcı ilave yatırımlar küçük tesisler de kendi maliyetini karşılayamaz. Biyokütle buhar üretimi verimliliğini %40‟ın üzerine artırmak için teknikler mevcut olmasına rağmen, tesis verimi günümüzde tipik olarak % 20 civarındadır. Bu tür tesislerin bir başka önemli dezavantajı da emisyonlardır. Özellikle dioksin ve furan gibi baca gazlarının kontrolü ve arıtımı maliyetli ve zor işlemlerdir. Yakma tesisinin sürdürülebilir bir çözüm temsil etmediği gün geçtikçe anlaşılmaktadır. Örneğin, Londra Büyükşehir Belediyesi insinerasyon/yakma teknolojisine yatırım yapmama konusunda stratejik bir karar almıştır.

GAZLAŞTIRMA

Gazlaştırma karbon içeren katı veya sıvı bir malzemenin bir gazlaştırma ajanı ile yanabilir gaz ürünlere termo kimyasal dönüşümüdür. Gazlaştırma prosesi biyokütlenin kurutulması ile başlar, yakıtın nemi uzaklaştırılır ve buhara dönüştürülür - birçok biyokütle kaynağı gazlaştırmaya uygun olmasına rağmen ideal olarak hammaddenin nem içeriği %5-35 aralığında olmalıdır. Kuru biyokütle daha sonra 700°C‟nin üzerine ısıtılarak gazlaştırılır. Yüksek sıcaklık biyokütle nin kimyasal yapısını değiştirir ve gazlaştırma ajanı hammaddenin farklı heterojen reaksyonlarla hızlı bir şekilde gaza dönüşmesini sağlar. Karbonca zengin sentetik gaz CO2, CO, H2, CH4, H2O, iz miktarda ağır hidrokarbonlar, gazlaştırma ajanında ki inert gazlar, küçük karbon granülleri, kül ve katran gibi çeşitli kirlilikler içerir. Üretilen gazlar genelde elektrik üretimi ve doğrudan ısıtma için yakıt gazı olarak kullanılmaktadır. Proses ekipmanlarının ticari olarak elde edilebilir olmasına ve kömür gazlaştırmasından elde edilen deneyime karşın, araştırmanın bir bölümü biyokütle kaynağının gazlaştıracak ısıyı sağlayan uygun gazlaştırcının seçimine odaklanır. Ticari amaçla kullanılan gazlaştırıcılar üç çeşittir:

  1. Düşey sabit yataklı reaktör (VFB),
  2. Akışkan yataklı reaktör,
  3. Kapalı akışlı gazlaştırıcı

Gazlaştırma yakma ile kıyaslandığında atık bertarafı için çevre dostu ve modern bir seçenektir çünkü sin-gaz temizlendiği için NOx ve SOx gibi kirleticilerin salım miktarı daha azdır ve de yakmaya kıyasla kısıtlı oksijen miktarı sebebiyle daha düşük hacimde baca gazına sahiptir. Ayrıca, sin-gaz daha yüksek sıcaklıklarda yandığından daha çok elektrik verimine sahiptir. Sin-gaz, kojenerasyon tesislerinde buhar türbinleri ile elde edilen verimlerden daha yüksek bir verimde gaz türbinleri ya da motorlarında yanabilmektedir. Sin-gaz anaerobik çürütme (biyometanizasyon) ile üretilen biyogazla karşılaştırıldığında daha yüksek kalorilik değere sahiptir ve gaz motorları ve türbinlerinde daha iyi yanar. Gazlaştırma sonucu oluşan yan ürünler genellikle inert/tehlikesiz olup, stabilizasyon veya yol iyileştirme malzemesi gibi kullanılabilmektedir. Girdi malzemenin %80‟i sin-gaza dönüştürülür. Geleneksel kömür yakma gazlaştırması ile karşılaştırıldığında elektrik üretiminde Megavat başına %50 daha az CO2, %10 daha az NOx ve %90 daha az SOx emisyon avantajı sağlar.

MOLEKÜLER DÖNÜŞÜM

Moleküler dönüşüm, gazlaştırmadan farklı olarak organik maddelerin tamamen oksijensiz ortamda yüksek sıcaklıklarda (300-500C) bozunmasıdır. Prosesin ham ürünleri; H2, CH4, CO, CO2 istenilen yakıta çevirmesiyle olur.

Moleküler dönüşüm ürünleri elektrik, ısı ve diğer yan ürünlere kolayca dönüştürülebilir. Üretilen yakıt, jeneratörlere bağlı olan gaz türbinlerinde veya gaz motorlarında yakılarak elektrik üretimi için kullanılabilir. Elektrik enerjisi yüksek değeri, dağıtım kolaylığı ve ulusal ve uluslararası pazar standartlarına adaptasyonu açısından çekici bir üründür. Kojenerasyon (Birleşik ısı güç) tesisleri ile daha verimli ve iç çevrim oranı yüksek yatırımlar gerçekleştirilebilmektedir. Gerekli performans garantilerini sağlayabilmek açısından motorlar ve türbinlerin geliştirilmeye ihtiyacı vardır. Başlangıçtaki kuru biyokütleden %95‟lere ulaşan verimlerde gaz elde edebilmek üzere optimize edilmiştir. Moleküler dönüşüm prosesi diğer biyolojik ve termal proseslere göre aşağıda belirtilen avantajlara sahiptir; - Gaz motor veya türbinlerinde kullanılabilecek ve elektrik üretebilecek, yüksek kalorilik değerde gaz üretir - Biyokütle miktarıyla orantılı olarak karbon kredileri ticareti için uygundur. - Üretilen yakıt, gaz motorlarında veya gaz türbinlerinde yakılmadan önce, içerisindeki kirlilikten arıtılma üzere temizlendiği için havaya salımlar çok daha azdır. - Kirlilik kontrol arıtma tesisleri yakma ve hatta gazlaştırmaya oranla daha küçük ve haliyle daha ucuzdur. Yakma ile karşılaştırıldığında proses gazlarının hacmi daha azdır. - Üretilen yakıt; enerjiyi buhar türbinlerinden, anaerobik çürütmeden elde edilen biyogazdan veya düzenli depolamadan elde eden depo gazının gaz motorlarında yakılması prosesine kıyasla, gaz türbinlerini veya gaz motorlarını kullanarak daha verimli bir biçimde enerji elde etmek üzere kullanılabilir. - Molkeüler dönüşümün yan ürünleri ve proses atığı genel olarak stabilizasyon materyali vb. olarak kullanılabilir. - Tesisler modülerdir ve inşası kolaydır.