Giriş

Giderek çok daha fazla enerji tasarrufuna ve CO2 azalmasına dayanan enerji temininde doğru geçiş sürecinde merkezi olmayan küçük enerji sistemleri bugün ve ileride önemli bir rol oynayacaktır. Genel olarak Kombine Isı ve Enerji (KIE) teknolojisi çok iyi bilinen ve enerji tasarrufu sağlayan ve uzun süredir kullanılmakta olan bir mühendislik çözümüdür. Ancak yeni olan pazarın şimdi bu yıl Almanya, Frankfurt’daki ISH fuarında Mikro KIE cihazları başlığı altında tanıtıldığı şekilde bir veya iki ailenin kullandığı evler için küçük ölçekli KIE ünitelerine de hazır olmasıdır. 

 

Makalemiz bu cihazları bazı ürün örnekleri yardımıyla sadece üç değişik teknoloji için inceleyecektir; “Stirling Makinesi”, “İçten Yanmalı Makine” ve “Yakıt Pili-Fuel Cell”.

 

Stirling Makinesi

Viessmann Vitotwin 300-W (Şekil 1) Stirling Makinesiyle çalışan Mikro-KIE cihazına örnek olarak alınmıştır. Cihaz hermetik prensibine göre çalışır ve hemen hemen hiç bakım gerektirmez. Sessiz çalışır, bu özelliğiyle yaşam mahallerine yakın monte edilebilir. Gaz yakan Stirling motoru6 kW ısı enerjisini üst ısıl değere göre %81 verimle ve 1 kW’lık elektrik enerjisini de üst ısıl değere göre %15 verimle aynı anda üretir. Vitotwin 300-W’nin entegre pik yükte gaz yakan kazanı 6kW ve 20 kW arasında ısıyı buna ilaveten üst ısıl değere göre %98 verimle üretir. 

 

Dolayısıyla bu yüksek verimli Mikro KIE cihazı eski ve yeni müstakil evler ve aynı zamanda bir- iki ailenin oturduğu daireler için de uygundur. 

Yıllık 26.000 kWh veya daha fazla gaz veya 3.000 kWh veya daha fazla elektrik enerjisi tüketimi olan evlerde Mikro-KIE cihazı mükemmel ekonomi sağlayarak çalışmaktadır. 

 

Stirling motoru ısı öncelikli konumda çalışır, yani elektrik yan üründür. Sürekli olarak üretilen 1 kW çalıştığı mahallin elektrik talebinin en alt düzeyini karşılar ve fazla üretilen enerji ana şebeke ağına aktarılır ve yapılan anlaşmaya göre karşılığı alınır.

                                          

Bir tarafta ısı tüketiminde günlük dalgalanmalar diğer tarafta ise Mikro KIE cihazının çalışmasıyla sürekli üretilen ısı nedeniyle sistemin bir ısı

tamponu görevi yapan akümülatör tankla birlikte kullanılması esastır. (Şekil 3).

 

İçten yanmalı makine

Vaillant ecoPOWER 1.0 (Şekil 6) İçten Yanmalı Makineyle çalışan Mikro-KIE cihazına örnek olarak alınmıştır. 

 

Şekil 5 Vaillant ecoPOWER 1.0 sistemine ait tüm parçaları göstermektedir. Cihaz ısı öncelikli konumda çalışır ve yıllık ısı ihtiyaçları 15.000-25.000 kWh olan bir veya iki ailenin kullandığı daireler için uygundur. 

 

Yine pik yüklerde kullanılacak entegre bir duvar tipi kazan ile Mikro-KIE sistemi 2,5-28,3 kW (60/40°C) ısıl güç üretir. Çalışma süresinin yıllık 4.500 saatin üzerinde olduğu durumlarda Mikro-KIE cihazı mükemmel ekonomi sağlayarak çalışmaktadır. 

 

Şekil 6’da bir binanın ısı ve elektrik enerjisinin temini için iki senaryo karşılaştırılmıştır. Bir tarafta kömür yakan bir elektrik santralinden elektrik enerjisi üretimli ve bununla beraber evde gaz yakan bir kazan ve diğer tarafta ise evde bir Mikro-KIE sistemi bulunmaktadır. 

 

Bu örnekte Mikro-KIE cihazının primer enerjiden düşük verimli elektrik santraline nazaran %30 enerji tasarrufu sağlayabildiği görülmüştür.

 

Yakıt hücresine dayanan Mikro - KIE ünitesi

Yakıt hücresi esaslı Mikro-KIE ünitesi için “BlueGen” olarak adlandırılan ürün örneği Şekil 7’de görülmektedir. 

 

Doğalgaz yakan cihaz yüksek sıcaklıkta katı oksit yakıt pilleri (Şekil 8 ve 10) ile çalışmaktadır ve 2kW’a kadar elektrik enerjisini net kısıl değere göre %60’lık verimle üretebilmektedir. 

Daha sonra aynı anda üretilen 1kW’a kadar ısıl kapasite ile beraber “BlueGen” in toplam verimi %80’e kadar yükselebilmektedir. Bu şekilde çalışma sırasında ayrık olarak ve mevcut ortalama enerji veriminde çalışan ısı ve elektrik üretme sistemine göre CO2 azalması %50 veya daha fazla olabilir.

 

Devam eden testler net olarak “BlueGen” cihazının elektrik enerjisi öncelikli konumda ve bir pik yük kazanıyla ve ilave olarak ısıtmayı en uygun duruma getirecek bir destek silindiri (akümülatörü) çalışmasında tek bir ailenin veya iki ailenin oturduğu evlerin yıllık ısı tüketiminin ve aynı zamanda yıllık elektrik tüketiminin ne kadarını karşılayacağını bulmaya çalışmaktadır (1).

 

Sonuç 

Ayrı olarak üretilen ısı ve elektrik enerjisi ile karşılaştırıldığında Stirling motorlu gaz yakan mikro-KIE cihazlar, içten yanmalı makine veya yüksek sıcaklık katı oksit yakıt pili eski veya yeni tek veya iki ailenin oturacağı küçük konutlarda enerji tasarrufu sağlamakta ve CO2 üretimini azaltmaktadır. 

 

Isı üretim önceliği olan “Stirling motoru” ve “İçten yanmalı makine” %15 ve %26,3 elektrik verimiyle 1 kW elektrik gücü ve KIE-ürettiği 2,5 kW veya 6 kW ısıl güç vermek üzere tasarlanmıştır. 

 

Pik yükler için bir kazan ile beraber bu cihazların ısıl kapasiteleri pik yük kazanının seçilen performansına bağlı olarak 28 kW civarında değişir. 

 

Yüksek sıcaklık katı oksit yakıt pili ise elektrik üretimi öncelikli olarak ve %60 gibi çok yüksek elektrik verimiyle 2 kW’a kadar elektrik enerjisiyle 1 kW’a kadar ısıl güç üretecek şekilde çalışmaktadır.

 

Kaynaklar 

(1) İki yıllık araştırma projesi (2011-2013) “Konut binaları için mümkün olan en iyi uygulamayı ve gerçek sistem özelliklerini bulmak için yüksek verimli yakıt-Piline dayanan Mikro-KIS cihazının gerçek çalışma özelliklerinin analizi” ; proje lideri Klaus Sommer. Destekleyen kuruluşlar Klimakreis Koeln (www.klimakreis-koeln.de), Rheinenergie (www.rheinenergie.com) ve Köln Üniversitesi Uygulamalı Bilimler Bölümü(www.fh-koeln.de).