Gaz motorlu bir kojenerasyon sisteminin bir boyutlu simülasyonu

Enerji verimliliği konusu ülkemizde ve tüm dünyada hassasiyet kazanmış bir konu haline gelmiştir. Ülkeler ve kuruluşlar bazında olduğu gibi bireysel bazda dahi enerji kullanımında verimlilik sağlanması yönünde bilinçlenme artmaktadır. Özellikle enerji maliyetlerindeki artış, arz güvenliği, çevre kirliliği vb. hususlardan ötürü enerji verimliliği önemli gündem maddesi olarak karşımızdadır. Kojenerasyon sistemleri enerjiyi verimli kullanma avantajlarından ötürü günümüzde gittikçe yaygınlaşan sistemlerdir. Bu sistemlerde elektrik üretimi yapılırken açığa çıkan atık ısıdan faydalanmak suretiyle bunun için ayrıca enerji tüketimi yapılmaz. Fabrikalar, hastaneler, oteller, üniversite kampüsleri, havalimanları ve alışveriş merkezleri gibi hem elektrik hem ısı enerjisine ihtiyaç duyan büyük komplekslerde enerji maliyetleri kojenerasyon sistemleri sayesinde ciddi miktarda düşürülebilir. Ayrıca, yakıt sarfiyatının azalması ile beraber emisyon yönetmelerine uygunluk ve çevre kirliliğini azaltmaya katkı sağlanır. Kojenerasyon sistemlerinde gaz türbinleri, buhar türbinleri ve içten yanmalı motorlar kullanılarak enerji üretimi sağlanabilir. Hangi tür makinenin kullanılacağı, talep edilen enerji miktarı, çevresel şartlar ve fizibilite sonuçlarına göre belirlenir. Fiyatının uygun olması, işletme kolaylığı ve temiz enerji kaynağı olması gibi sebeplerden dolayı doğalgaz enerji üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkemiz için dışa bağımlılık durumu doğalgazla enerji üretimi konusunda bir handikap olsa da doğalgaz tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de popüleritesini korumaktadır. Kojenerasyon sistemi kurulumu öncesinde bir çok fizibilite çalışması yapılması gereksinimi vardır. Fizibilite çalışması basamaklarından birisi girdi değerlerine göre hangi çıktı değerlerinin elde edilebileceği ve bunun analizidir. Yani sıcaklık, basınç ve bunun gibi parametrelerin güç, verim ve yakıt sarfiyatını nasıl etkilediği, sistem yatırım kararı ve sistem kârlılık hesabında etkin rol oynayacaktır. Bu tez çalışmasında gaz motorlu bir kojenerasyon sisteminin simülasyonunu yapan bir program oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında öncelikle kojenerasyon sistemleri, kullanım alanları ve tekniklerinden bahsedilmiştir. Sonrasında MWM marka gaz motorları özelinde kojenerasyon sistemleri, gaz motoru ve kojenerasyon santrali ekipmanları detaylandırılmıştır. Gaz motorlu kojenerasyon santralinin çalışma prensibi anlatılmış, şematik şekiller ve resimler ile desteklenmiştir. Simülasyon programı için oluşturulan termodinamik model içerdiği tüm denklemler ve kabuller ile anlatılmıştır. Termodinamik model hava gaz karışımının sıkıştırılması, ara soğutma safhası, gaz motoru yanma odalarındaki yanma prosesi ve güç eldesi, egzoz safhası ve en son atık ısıdan enerji eldesi hesaplamalarını kapsamaktadır. Oluşturulan termodinamik model MATLAB programında kodlanmıştır. MATLAB arayüzünde kullanıcıdan bazı değerler talep edilir. Programa girilen bu değerler program tarafından termodinamik modeldeki yerine konulur ve denklemler çözülür. Hesaplamaların bitmesinin ardından excel sayfası şeklinde bir datasheet oluşturulur ve kullanıcıya sunulur. Bu datasheet girilen değerlere göre sistemden elde edilebilecek çıktı verilerini kullanıcıya sunacaktır. Çalışmanın sonuç kısmında simülasyon programında yapılan birkaç simülasyona yer verilmiştir. Bu simülasyonlarda farklı girdi koşullarında hangi çıktı değerlerinin alındığı kıyaslanmıştır. Bu kıyaslar rakımın değişimi, farklı ortam sıcaklıkları, farklı gaz motoru tipi ve gaz motoru yükünün artması yada azalması şeklindedir. Bu analiz sonuçlarına göre rakımın artışı ve sıcaklığın yükselmesi elde edilen güç değerlerinde ve sistem veriminde düşüşe sebep olmaktadır. Ayrıca, MWM markasına ait TCG 2032 serileri aynı girdi koşullarında TCG 2020 ve TCG 2016 serisi gaz motorlarına göre daha verimlidir. Motor yükü konusunda ise tam yükten aşağı yük değerlerinde verim değerlerinin düştüğü görülmüştür.