29.09.2014
Elektrik enerjisinin artışına olan ihtiyaç yıllık %10
civarındadır.
Bu sebeple;
 Tesis sayıları artırabilir.
 Var olan tesisler büyütülebilir.
 Ham madde miktarı artırabilir.


Kimyasal enerjiden doğrudan elektrik enerji
dönüşümüne ‘direkt enerji çevrimi’ denir.
Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü
aşağıdaki gibidir.
KÖMÜR
Verim=%100
Verim=%100
Kimyasal
Enerji
ISI
Isı
Enerjisi
TÜRBİN
JENERATÖR
Mekanik
Enerji
Verim=%40
Verim=%40
Elektrik
Enerjisi

Kayıp miktarını azaltmak için;
◦ Üretim merkezlerinden tüketim merkezlerine elektrik iletmede
yüksek gerilim hatları yanında faz sayısı artırılabilir. (Hem kayıplar
azalacak, hem de izolatör tasarımı, korona gibi dezavantajlı
durumlar azalacaktır.
◦ Cihazlarda ve iletim hatlarında kullanılan dirençlerdeki
malzemeler kayıplara ve gerilim düşümlerine yol açar. Bu sebeple
süper iletkenler kullanılmalıdır.
 Görüldüğü
gibi dönüşüm sırasında verim kaybı
%60’ları bulmaktadır.
1
29.09.2014

Katı ve sıkı yakıtlarının 1kg’nın;
Gaz yakıtların 1m^3’ünün;
0ºC ve 760 Torr basınç altında yanmalarıyla ‘kcal’
olarak açığa çıkan ısı miktarına ‘o yakıtın ısıl değeri’
denir.


Yakıtların ısıl değerleri;
yanmadan önceki ve sonraki zamanlarda farklı
olduğundan ‘alt ısıl ve üst ısıl’ kavramları
ortaya çıkmıştır.
Üst Isıl Değer:
 Yanmadan önce yanma elemanlarının ilk
sıcaklıklarının 0ºC olması,
 Yanma sonunda meydana gelen suyun aynı
derecede suyun yoğunlaştırılması
Şartlarıyla;
 1 kg ya da 1 m3 ‘lük yakıtın sabit basınç altında
yakılması sonucu ortaya çıkan ısının ‘kcal’
cinsinden miktarıdır
Alt Isıl Değer:
Yanmadan önceki yanma elamanlarının ilk
sıcaklıklarının 0ºC olması;
 Yanma sonunda meydana gelen elamanların
tekrar aynı dereceye gelmeleri;
 Meydana gelen suyun tekrar aynı derecede buhar
kalması
Şartlarıyla;
 1kg ve 1m3’lük yakıtın sabit basınç altında
yakılması sonucu ortaya çıkan ısının ‘kcal’
cinsinden miktarıdır.




Elektrik enerjisi elde etmek için santrale başka bir tür enerji
vermek gerekir. Buna ‘ham enerji’ yada ‘primer enerji’
denilmektedir.
Ham enerji maddelerine aşağıdaki örnekler verilebilir.
Isıl (Termal) ham enerji maddeleri
Su kuvveti
Rüzgar kuvveti
Güneş enerjisi
Diğer kaynaklar (gelgit, su akıntısı, jeotermal, vb...)
2
29.09.2014

Katı Isıl
Ham Enerji
Maddeleri
Taşkömürü
Linyit
Odun
Atom
Sıvı Isıl Ham
Enerji Maddeleri
Gaz Isıl
Ham Enerji
Maddeleri
Birim geçişleri;
1joule=1 Wsa=1Nm=107 erg
1kWh=3.6*103 kj=860kcal
1kcal=4,187kj=1,163*10-3kWh
1kj=0,278*10-3kWh=238,8*10-3kcal
Gaz yağı
Mazot
Benzin
Fuel oil
Maden kömürü katranı
Yüksek fırın gazı
Doğal gaz
Kok gazı
Rafineri gazı
LPG
















Taşkömürü :
Çok değerlidir,
Türkiye’de enerji üretiminde pek kullanılmaz.
Çatalağzı termik santrali, Zonguldak ve civarı…
Alt ısı değeri Hu=7000 kcal/kg=30000 kJ/kg
Linyit :
Ülkemizde çok bulunan bir kömür türüdür.
Soma, Tunçbilek, Afşin-Elbistan....
Hu=2500-4500 kcal/kg=10000-18800 kJ/kg
Odun :
Elektrik enerjisi üretimi için kullanılmaz.
Hu=3000-4000 kcal/kg=12500-16750 kJ/kg.
Çekirdek (Nükleer) Enerji :
Elde edilmesi ileri teknoloji gerektiren, askeri amaçlara dönüştürülebileceğinden
stratejik önemi olan bir ham enerji maddesidir. U235 (Uranyum 235 kullanılır.).
1kg U235 3000 ton taşkömürüne eşdeğer ısı verir.
Hu=2.1010 kcal/kg=8,4.1010 kJ/kg ; U235 doğada bulunur. Primer nükleer yakıt
olaarak bilinir. Sekonder nükleer yakıtlar ise Plutonyum ve Toryum dur. Pu239 ve
Th232 atomları, U236 yı nötron bombardımanı ile U235 e dönüştürür. Yapay olarak
elde edilirler.



Gaz yağı, mazot, benzin, fuel oil, maden kömürü
katranı gibi petrolden elde edilen sıvı yakıtlar
kullanılabilir.
Ortalama alt ısı değeri Hu=10000 kcal/kg=42000
kJ/kg dır.
Ülkemizde son yıllarda yanlış politikalar sonucu
fuel oil le çalışan mobil santraller kurulmuştur.
Pahalı ve çevreye zararlıdır
3
29.09.2014
















Yüksek Fırın Gazı:
Yüksek fırınlarda pik demir üretilirken oluşur.
Alt ısı değeri bakımından fakir gaz grubuna girer.
Hu=4200 kcal/m3=17850 kJ/ m3
Doğal gaz:
Tabiatta bulunur ve tıpkı petrol gibi sondaj yapılarak çıkartılır.
Son yıllarda ülkemizde uygulanan yanlış ve art niyetli enerji
politikaları sonucu Rusya ve İran dan gaz alışı anlaşmaları
yapılmıştır. Bu gazı harcamak için büyük gaz santralleri kurulmuştur.
Dışa bağımlı olduğundan enerji maliyeti çok pahalıdır.
Hu=9300 kcal/ m3 =21000 kJ/ m3
Kok gazı:
Hu=4200 kcal/ m3
Rafineri gazı:
Hu=1250 kcal/ m3=51300 kJ/ m3
LPG:
Hu=22680 kcal/ m3=94260 kJ/ m3
Su gazı, hava gazı, kömürleme gazı, vb....

3.3.1 Elektrik Enerjisi Tüketimi
 Enerji üretimini (kurulacak santrallerin tipini, boyutunu
belirlemek) planlamak için; önce tüketimin bilinmesi gerekir.
 İhtiyaç (ihtiyacın miktarı ve zamana göre değişimi)
belirlendikten sonra üretim merkezleri planlanır.
aşağıdaki unsurlara göre sınıflandırmak
 Tüketimi
mümkündür.
- İhtiyacın zamana göre değişimi.
- Tüketimin zamana göre değişimi.
- Tüketim rejimi ve tüketim alanı.
Bazı elektrik tüketim alanları aşağıda verilmiştir.
Aydınlatma tüketimi,
atölyeler,
ziraat tüketimi,
sanayi tüketimi,
demiryolu tüketimi,
elektro kimyasal tüketim,
ticarethaneler,
enerji ihracatı v.s’dir.
4
29.09.2014




Bir tüketicinin 24 saatlik değişimini veren eğriye
‘günlük yük eğrisi’ denir.
Her tüketicinin kendisine özgü bir yük eğrisi vardır.
Örneğin aydınlatma tüketicilerinde akşam saatleri
yük tüketimi artar.


Her bir tüketicinin günlük yük eğrisi farklı olacağı için
tüketim merkezinin günlük yük eğrisi hepsinin
toplamından bulunur.
Tüketici bölgesinin çektiği maksimum güce ‘‘puant güç’’
denilir.
Puant güç, bölgenin enerji ihtiyacı belirlenirken kullanılan
önemli bir güç seviyesidir.
Şekil 2. Puant güç ve minimum sarfiyat
Şekil 1.Yük eğrisi

Tesisten faydalanma oranı veya yüklenme katsayısını ifade eden ‘m’ ;
m=



=
=
<1
ekonomik veriler ışığında m 1’e oldukça yakın olmalıdır.
Böylece enerji ucuza üretilebilir.
F=∫
Bu amaçla;


Maksimum enerji tüketimi: FMAX=PP. 24
Yüklenme katsayısı
: m=F/FMAX= h / 24 = Po / PP< 1 ; m<1
(Tesisten faydalanma katsayısı )

Yük değiştirme oranı
: √=PMİN/PP
Ortalama güç (kW)
: PO=F/24

Tçalışma süresi: T=∑

İşletme süresi (saat)
≤
a)
b)
ya puant güç küçültülmeli
ya da ortalama güç büyümelidir.
Bu işlem için;
-Enerjinin az tüketildiği zamanlarda tarifeyi ucuzlatıp, puant zamanlarda
arttırarak bu işlem halledilebilir.
-Tüketici ihtiyacının değişmesi nedeniyle puant zamanlarda değişebilir. Kışın
daha erken, yazınsa daha geç saatlerde tüketim maksimum olur.
: h=F/PP
5
29.09.2014

Bir tesisteki cihazların (motor, aydınlatma,
ısıtma) anma güçleri/nominal (tüketicinin en
fazla çekeceği güç) toplamı o tesisin kurulu
gücünü verir.
Pkt= ∑


Bir tesisteki kurulu gücü oluşturan cihazların hepsinin
aynı anda devreye girmesinin mümkün olamayacağı
kabul edilerek ‘eş zamanlılık tanımı’ yapılır. Bu katsayı
aynı anda devreye girecek cihazların kurulu güce
oranıdır.

Tüketicilerin besleneceği santralin büyüklüğü ya da trafonun gücü ile
kabloların kesitleri günlük yük eğrilerinden faydalanarak bulunur.

Puant gücü ‘kuvvet ve aydınlatma’ olarak ikiye ayırırız.
Pa:aydınlatma; Pk:kuvvet olmak üzere;

Pp=Pa+Pk




Küçük tüketicilerde g, %60’lara çıkabilir,
büyük tüketicilerde %40’lara düşebilir.
Tüketim bölgesinin özelliğine göre Pa ya da Pk büyüktür. n, tüketici nüfusunu,
an kişi başına güç miktarını gösterirken;
Pa=
g=

Bir tesisteki kurulu gücü oluşturan cihazların
hepsi bir anda devreye girmez.



. n<20000 olan yerlerde an=50 W/kişi
n>20000 olan yerlerde an=100 W/kişi
Çok büyük şehirlerde an=150 W/kişi alınabilir.
Kurulacak santrallerin güçleri en azından tüketicinin puant gücüne eşittir.
Ancak iletim ve dağıtım kayıpları da kesilmelidir.
Pz, kayıp gücü, her yerde aynı değildir. Akımın büyük olduğu yerlerde büyük,
küçük olduğu yerlerde küçüktür.
6
29.09.2014

3.3.2 Elektrik Enerjisi Üretimi:
Üretim Merkezleri Kurulurken Nelere Dikkat Edilir..?





Şekilde bir santralin beslediği tüketim merkezi
gösterilmiştir.

Mevsimlik
değişimler
nedeniyle
günlük
eğrilerinden yıllık yük eğrileri çok kolay olmaz.

Bir yıla ait günlük yıl eğrilerinden oluşan şekil eşit
zaman aralıklarına bölünür ve bu dilimler boy
sıralarına göre dizilerek genel bir merdiven eğrisi elde
edilir.

Örnek çeyrek saat( 15 dk) arayla
(24*4)=96*365 adet dilime bölünebilir.


Po(t)=P t(t)+Pz(t)
Ppo(t)=Pp(t)+Pzmax(t)
Pz(t)=3.I2(t).R
Üretici gücü her zaman; Ppo≥Pg(t)+PZmax
Tüketim merkezindeki nüfus artışı
Santralin tüketim merkezine uzaklığı
Ham enerji kaynaklarının santrale uzaklığı
Çevresel ve topoğrafik etüdler
yük
Onar dakikalık dilimler dikkate alınacak olursa bir
ortalama eğri elde edilir, buna ‘düzenlenmiş yıllık
eğrisi’ denir.
7
29.09.2014

Yıllık yük eğrisinin alanı için;
A=∫
Amax=Pp*8760
İşletme süresi, h=
Yüklenme katsayısı m=
<1
h, işletme süresi, daima T≤ 8760
çal şmasüresindenküçüktür.
 Santral yada trafo gücünün Pp olması yetmez.
Arıza durumlarında gruplar devreden çıkacağı
için yedek güç bulundurulmalıdır.


Santral yada trafo gücünün Pp olması yetmez. Arıza
devreden çıkacağı için yedek güç bulundurulmalıdır.

Yedek güç Py iken;
durumlarında
gruplar


Py=y.Pp
y; %20-%30 arasında değişen bir katsayı olup,
Enterkonnekte şebekelerde,%10
Küçük şebekelerde,%30 alınabilir.

Ps=Pp+Py+Pi= Pp(1+y+i)=r.Pp

Ayrıca santral tipi de önemli olup, iç ihtiyaç da göz önünde bulundurulmalıdır.

Pi=i.Pp
Bütün bunlara göre;
Santral gücü;
Eşitlikteki r, rezerv katsayısı olup genelde bu
değer (1+y) olarak alınır.
Eğer düzenlenmiş yük eğrisinde Pp yerine Ps
alınsaydı;
alınmakta olup, i katsayısı;
Buhar santrallerinde;%5-7,5
Dizel santrallerde; %3-4
Hidrolik santrallerde %0,5-1,5 arasındadır.
8
29.09.2014



Santral tipi
m(%)
h(saat)
Köy santrali
7
1200
Kasaba santrali
14
2000
Şehir santrali
25
3500
Küçük bölge santrali
45
4500
Büyük bölge santrali
46-50
5000
Sanayi santrali
60-70
6000
Santrallerden tüketiciye enerji 3ɸ iletim hatlarıyla ile taşınır.
İletim ve dağıtım şebekelerindeki kayıplar zamana göre değişkenlik
göstermektedir.
Aşağıdaki şekilde gösterilen Az alanının, maksimum kayıp olan Pzmax ile
çalışma durumunda, Azmax alanına oranı ‘kayıp derecesi-Θ’ denir.
Az=Pz.hz
Azmax=Pz.T
m; 1’e yakınlaştırılırsa santral
verimli kullanılmış demektir.
Θ=
=
∫
(
)
.
=
.
.
Θ=

Santrallerde
alçak gerilim 0.4 kV,
orta gerilim 6.3-11.5,15.75-21 kV ‘lar
mertebesindedir.
 Küçük santrallerde alçak gerilim yeterlidir. Bilindiği
gibi santrallerin iç ihtiyaç gerilimi tüketici
geriliminden %5 daha büyüktür.
 Dizel ve su santrallerinde iç ihtiyaç gerilimi 0.4 kV
 Buhar santrallerinde 0.4-3.15 veya 6.3 kV’dır.





•
•
•
•
Çok küçük güçlerde santral gücü, grup gücüne eşit olabilir,ancak
büyük güçlerde bu pratik olarak imkansızdır. Bu nedenle güç
gruplara bölünür.
Eğer bir santralin diğer santrallerle paralel çalışması gerekiyorsa ,
jeneratörün büyük güçlü seçilmesi gerekir.
Böylece her kW’a karşı gelen maliyet daha küçük olur ve büyük
güçlü makinenin verimi yüksektir. Ancak yedek parça sağlamak
imkansızdır ve arıza durumunda , tek makine olduğu için, % 100
kayıp olur.
Bu nedenlerden dolayı santrallerde makine sayısı birden fazla olur
ve günlük ya da yıllık yük eğrisine uydurulur.
Tam yükte verim maksimumdur. Az ve aşırı yüklerde ise verim
düşmektedir.
3 santral grubu vardır.
-Temel yük grubu,
-hareketli yük grubu
puant yük grubu
9
29.09.2014
Yer belirlemede en önemli faktör;
Ham enerji kaynağının durumudur.
 Su ve linyit gibi kaynaklar yakınına
 Nakil için uygun alanlar yakınına
 Demir yolu gibi büyük ulaşım sektörlerin yakınına
santral kurulabilir.
Santral kurarken;
 -Çevre kirliliği faktörü
 İlerde sistemin büyütülebileceği
 Atıkların atılabileceği
 Soğutma imkanları düşünülmelidir.




Santrallerde en iyi çalışma durumu P1 = P2 = P3 olmasıdır.
 Böylece, makinalar arası görev değişikliği ve bir makinanın eskimesi
engellenmiş olur.
Grup sayısını , santralin kurulu gücü ,çalışma tarzı , tahrik makinesinin tipi
ve gelişme imkanları belirler.
Grup sayısının azlığı;
 verimi artırırken
 Anında devreden çıkan yük problemi getirmektedir.





Santrallerde maliyetin yanında, enerjinin kalitesi de
önemlidir.
Kalitesi elektrik enerjisi; gerilimi ve frekansı sabit olan
enerjidir.
fsbirim enerji maliyeti, A(kWh) enerji ve M yapılan
masraflar olmak üzere
f s [YTL / kWh ] 


Masraflar ikiye ayrılır;
Bunlar santral kurulurken yapılan
tesis masrafları
işletme masraflarıdır.
Masraflar
Sermaye Masrafları
İşletme Masrafları
[Sabit] : M ü
[Değişken] : M T
M[ YTL] Masraflar

A[ kWh ]
Enerji
10
29.09.2014


Tesis masrafları;
Sermaye masrafı (p) dört alt masraf grubundan
oluşmaktadır.
Mt=p.S

Buradaki S; sermayedir.
p , sermaye masrafı olup,
Ve tesis masrafları bunun p yüzdesine eşittir.

Sermaye ise


pf: Faiz masrafı yüzdesi
pa: Amortisman (yıpranma payı) masrafı
yüzdesi
pt: Tamir-bakım masrafı yüzdesi
pi: İdari masraf (personel giderleri) yüzdesi

S=a.PS




PS santralin kurulu gücü, a ise birim santral maliyetini
ifade eder.
Mü, Elektrik enerjisi üretimi aşamasındaki masraflar olup,
Bir termik santral için yakıt, kül nakli, yağlama yağı, soğutma suyu gibi
alt masraflardan oluşmaktadır.
[A : kWh & b : 1 kWh lık elektrik enerjisi üretirken yapılan masraf]
Mü=b.A
b=by+bs+bkül+byy
bs= .by
bk = .by
byy= .by
b=by.(1+ + + )






 ve  reel katsayılar olup, 1 den küçüktür.  ise 1 den çok çok
küçüktür.
Bu 3 masrafın yakıt masrafına göre değerleri küçük olacağından ihmal
edilebilir. Su santrallerinde ise yakıt masrafı sıfırdır.
by : yakıt masrafı
bs=by : soğutma suyu masrafı
bkül=.by : kül nakil masrafı
byy=.by : yağlama yağı masrafı






Amortisman masrafları santralin ömrüne bağlıdır. Dizel
santraller kısa ömürlü iken (en çok 10 yıl) hidroelektrik
santraller en uzun ömürlüdürler. (40 yıl).
Tamir ve bakım masrafı su santrallerinde çok düşüktür.
Oysa termik (ısıl) santrallerde mekanik parçaların
çokluğundan dolayı bakım ve tamir önemli bir yer tutar.
Yakıt masrafı, yakıt türüne, yakıt miktarına ve yakıtın fiyatına
bağlıdır.
Buna göre by yakıtın enerji maliyetine katkısı (1 kWh lık elektrik
enerjisi üretmek için harcanan yakıtın masrafı),
fy yakıt fiyatı ve Qy ise
1 kWh lık elektrik enerjisi üretirken harcanan yakıt miktarı olmak
üzere;
Qy 
860
;  Verim ; H U kcal/kg
.H U
by 
860
.f y
 .H U
; H U kJ/kg ise
by 
3600
.f y
 .H U
11
29.09.2014




Su santrallerinde yakıt maliyeti sıfırdır.
Verim buhar santralinde %35-42,
dizel santrallerde ise %38-40 dolaylarındadır.
Kombine çevrim ve kojenerasyon santrallerde ise verim
%60’ları geçmektedir.
fs 
M
T
M
A
U

p .S  b y . A
A
; h : ISLETME
h
a .p
860
fs 
 fy.
h
 .H U
PS 




A
p .a . P S

 by
A




Enerji maliyeti nasıl düşürülür?
h işletme süresini mümkün olduğunca artırmak gerekir.
Bunun için puant zamanını artırmak yani yük eğrisinde
dalgalanmaları azaltmak gerekir.
Yani puant güç ile minimum güç arasındaki farkı
azaltmak gerekmektedir
SURESI
En ekonomik santrali belirlerken, santral tiplerini ikişerli mukayese edip,
her defasında birini eleriz. Üstün olanı bir diğeriyle benzer şekilde tekrar
karşılaştırıp daha iyi olanı buluruz. Bu işlem en iyi santral tipini
buluncaya kadar devam eder.
Enerji birim maliyetleri farklı iki santral göz önüne alınsın.
Birinci santraldeki enerjinin birim maliyeti f1, ikinci santraldeki
enerjinin birim maliyeti f2 olsun.
Bu maliyetlerin işletme süresi (h) ile değişimi [a.p/h] aşağıdaki gibi
verilmektedir.
f1(h)
f2(h)
Ekonomik maliyet fonksiyonu
b2
b1
S2 daha ekonomik S1 daha ekonomik
h0
12
Download

Enerji Ekonomisi Slaytı