SANAYİDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

1. SEKTÖRLERDEKİ ENERJİ TASARRUF POTANSİYELLERİ

2006 yılı değerlerine göre, Türkiye’deki sanayi sektörü toplam enerji tüketiminde %36, elektrik tüketiminde %55’lik paya sahiptir.

Yapılan çalışmalar sanayi sektörünün enerji tasarruf potansiyelinin yüksek olduğunu göstermiştir. Rekabetin artması ve üretim maliyetlerinin düşürülmesi gerekliliğinin de sektörde baskı oluşturması sonucunda ülkemizdeki enerji verimliliği çalışmaları sanayide başlamış olup başarılı örneklerin sayısı her geçen gün artmaktadır. Ancak bu çalışmalara rağmen sektörde hala 6.5 mtep gibi bir değere sahip büyük bir tasarruf potansiyeli bulunmaktadır.

 

Enerji yoğunluğu değeri de (Enerji yoğunluğu = yıllık birincil enerji tüketimi / yıllık gayrisafi milli hasıla)verimlilik açısından önemli bir göstergedir. Bir ülkenin enerji yoğunluğunu hesaplanarak enerjiyi verimli veya verimsiz kullandığını söylenebilir.Ülkemizde enerji yoğunluğu, OECD ülkelerinin 2, Japonya’nın ise 4 katıdır.

Sanayideki toplam enerji tasarruf potansiyelinin %25 olduğu ve kullanılan toplam yıllık yaklaşık 27 MTEP enerjinin 20 MTEP’lik (%75’lik bölümü) kısmının demir çelik, çimento, cam, petrokimya ve petrol sektörlerinde tüketildiği göz önüne alındığında bu sektörlerde yapılacak tasarruf miktarlarının birinci derecede önem taşıdığı söylenebilir.

 

Sanayide sektörel bazda yapılabilecek tasarruf uygulamaları, ilgili sanayi kuruluşunun prosesine ve proseste kullandığı enerji kaynaklarına doğrudan bağlıdır. Bazı prosesler de elektrik enerjisi ön plana çıkar. Bazı prosesler çok yüksek sıcaklıklarda olup, atık baca gazları da çok yüksek sıcaklıklardadır ve bu atık önemli bir enerji tasarrufu odağıdır.

Genel olarak sanayideki sektörlere göre uygulanan ve enerji tasarruf potansiyeli olan sektörle prosesler şöyle özetlenebilir.

q Demir çelik sektöründe: Bu sektör enerji yoğun bir sektördür. Demir çelik tesislerinde maliyetin %15’inin enerji (entegre tesislerde bu değer % 25 lere kadar çıkabilmektedir) gideri olduğu bilinmektedir. Çeliğin ergitilmesinde, dökümünde, haddelenmesinde, çelik ergitme ve tav ocaklarında, ocağı besleyen enerji sistemlerinde, toz tutma ve soğutma suyu sistemlerinde yapılabilecek tasarruflar hem tesis hem de Türkiye genelinde göz önüne alındığında küçümsenmeyecek boyutlardadır. 2005 yılı verilerine göre sektördeki tasarruf potansiyel miktarı %30 mertebesindedir. Demir çelik sektörünün, Türkiye’nin tüm sanayisindeki toplam enerji tüketimi içindeki payı %30’dur.

q Cam, seramik ve çimento sektörleri: Taşın toprağın 1000o C üzerindeki ısılarda işlenerek ürüne dönüştüğü yüksek sıcaklık prosesleri olan bu tesislerdeki sinter ve kurutma fırınlardan çıkan yüksek sıcaklıktaki gazların enerjisinden geri kazanım, bürülörlerin yanma verimlerinin iyi ayarlanması, fırın sızdırmazlıklarının sağlanması, yalıtımların iyileştirilmesi, hammadde ve mamul transfer sistemlerinin iyileştirilmesi gibi önlemler enerji tasarrufu sağlayacaktır.

q Gıda, tekstil ve petrokimya sektörleri: Daha düşük sıcaklıkta işlemlerin yaıpıldığı bu sektörlerde kojenerasyon uygulaması enerji verimliliğini artıracak en önemli uygulamadır. Özellikle yoğun buhar kullanan tesislerde birleşik güç ve ısı uygulamalarına öncelik verilmelidir. Büyük ölçekli kuruluşlarda ise birleşik güç ve ısı uygulamalarına zorunluluk getirilmelidir. Ülkemizde bunu başarı ile uygulayan birçok sanayi kuruluşu vardır. Yeni kurulacak tesislerde bu uygulama teşvik edilmelidir. Bu sektörlerde yoğun olarak bulunan soğuk depolarda, klimalarda, buhar sistemlerinde doğru işletme yapılması ve izolasyonun uygun yapılması, fırın ve kazan brülörlerinin iyi ayarlanması, motor ve kompresörlerde alınacak önlemler de enerji verimliliğini artıracak uygulamalardır.

 

2. ENERJİ ETÜTLERİ VE ENERJİ YÖNETİMİNİN ÖNEMİ

 

Genel olarak sanayide enerji yönetiminin uygulanması; enerji muhasebesini ve enerji tüketimlerinin sürekli ölçülmesini gerektirmektedir. Ancak ölçülebilen değerler hakkında çalışmalar yapılabilir. Bir sanayi kuruluşundaki spesifik enerji değeri aynı iş kolundaki ülke içindeki ve dünyadaki değerler ile karşılaştırılmalıdır. Yeni yapılacak yatırımlarda enerjiyi verimli kullanan ve spesifik enerji değerleri düşük prosesler tercih edilmelidir.

Sanayide, başarılı bir enerji yönetim sistemi oluşturmak için göz önüne alınacak uygulamalar şöyle özetlenebilir:

§ Kazan, fırın, kompresör ve üretim ekipmanlarının veriminin arttırılması, basınçlı havanın, kondensatın verimli kullanılması;

§ Elektrik motoru ve sürücüleri, soğutma sistemleri, hadde tezgâhları gibi enerji tüketen ekipmanların verimli kullanımının sağlanması ve tüketimlerinin switchler ve vanalarla kontrol altında tutulması;

§ Fan ve pompaların frekans kontrolu ile işletilmesi, doğal havalandırma ve aydınlatma önlemleri alınması;

§ Yüksek güç tüketilen noktaların sürekli otomatik ve entegre sistemlerle kontrol altında tutulması;

§ Enerjinin en ekonomik yoldan kullanılması, yük yönetimi yapılarak yükün kaydırılmasına çalışılması;

§ Yüksek verimli kojenerasyon ile enerji üretiminde verimliliğin sağlaması;

§ Sanayi tesisindeki üretim makinelerinin bakımlı vaziyette tutularak verimli çalışmalarının sağlanması. tesislerdeki tüm ekipmanların en verimli stand-by modları olacak şekilde ayarlanması.

Bütün bu önemli uygulamalar, sanayide enerjinin verimli kullanımı için vazgeçilmezdir. Bu uygulamaların gerçekleştirilmesi için aşağıdaki hususlar önem taşır;

1. Sanayi tesislerinde enerji verimliği fırsatları tespit edilmelidir. Bu amaçla aylık, yıllık enerji ve su tüketimlerinin tespiti önem taşır.

2. Enerji verimliliği uygulama planı yapılmalıdır.

3. Enerjinin verimli kullanımı için yapılacak yatırımların detaylı fizibilite çalışmalarının yapılması ve projelerin geri ödeme süresi tespit edilmelidir.

4. Ekonomik yapılabilirliği olan projeler için tasarım çalışmaları yapılmalıdır.

5. Proje uygulaması ve gerekli yatırım yapılmalıdır.

6. Yapılan enerji verimlilik yatırımının sonuçları takip edilmeli ve yapılan enerji tasarrufları tespit edilmelidir.

7. Başarılı olan uygulamaların yaygınlaşması, benzer kuruluşlarda uygulamasının yapılabilmesi için bilgi paylaşım ortamı sağlanmalıdır.

Enerji yönetim programlarının ilk adımı tesisin ön enerji etütlerinin yapılmasıdır. Ön etütten sonra detaylı çalışmalar yapılabilir. Bir sanayi kuruluşunda yapılacak ayrıntılı enerji verimliliği etüt çalışmaları önem taşır. Bu çalışmalar ilgili tesisin süreçlerini iyi bilen kişilere veya kuruluşlara yaptırılmalıdır. Aksi durumda etüt çalışmaları yönetimleri yanlış yönlendirilebilir.

Sanayi kuruluşlarındaki bazı enerji verimlilik uygulamaları hiç yatırım yapmadan sadece bazı alışkanlıkların değiştirilmesiyle de sağlanabilir. Bunlar tesisin süreçlerine ve teknolojisine bağlı olarak % 3–10 arasında tasarruf sağlayabilir. Daha uzun vadeli ve bazı yatırımlarla gerçekleşecek enerji tasarruf uygulamaları da vardır. Bu yatırımların geri dönme süresi 6 ay ile 2 yıl arasında değişebilir. Dünya’da yatırımın geri dönüşünün 4–5 yıl olduğu durumlarda da uygulama gerçekleştirilebilmektedir. Fakat ülkemizde henüz bu aşamaya gelinememiştir.

 

Sanayi Kuruluşlarında Enerji Tasarruf Potansiyeli

 

Enerji Tasarrufu Oranı %	Geri Ödeme Süreleri
	Seviye 1 0-1 yıl	Seviye 2 1-5 yıl	Seviye 3 5 yıldan fazla	Toplam
A Kategorisi İlgili sektörde teknolojisi ispatlanmış uygulamalar	4	2	3	9
B Kategorisi Diğer benzer sektörlerde teknolojisi ispatlanmış uygulamalar	3	2	1	6
C Kategorisi Araştırma ve geliştirme proje uygulamaları	2	5	7	14
Toplam	9	9	11	29

 

Türkiye şartlarında genelde hemen uygulanabilecek durum; A ve B kategorileri Seviye 1 yani geri ödemesi 1 yıla kadar olan uygulamalardır. Bunlara örnek olarak yalıtım, motor hız kontrolü gibi kendini ispatlamış teknolojilerdir. Bu durumda % 7 lik enerji tasarrufu sağlanır. Fakat büyük ve orta ölçekli ve ihracat potansiyeli olan işletmelerde A ve B kategorileri Seviye 1 ve Seviye 2 beraberce düşünülürse % 11 lik enerji tasarrufu elde edilebilir. Bu da küçümsenmeyecek bir değerdir. Örnek olarak baca gazlarının ve proses sularının taşıdığı atık enerjinin geri kazanılmasıdır.

Bu günkü enerji fiyatları ile % 50 elektrik ,% 50 doğalgaz enerjisi tüketimi olan bir sanayi kuruluşunda 1000 TEP /yıl enerji tasarrufu yapıldığında yaklaşık 1 500 000 YTL/yıl tasarruf edilmesi mümkündür.

Eğer AR-GE Mühendislik grubu olan bir sanayi kuruluşu uzun vadeli geri ödeme süreli enerji verimlilik uygulamalarını da gerçekleştirirse, bu çalışmalar sonucunda % 29 luk toplam bir tasarruf yapma imkanı vardır. Bu uygulamalar için ülkemizde güzel örnekler vardır.

Enerji verimlilik çalışmaları, dışarıdan katılacak bir enerji verimlilik danışmanı ile birlikte, fabrikada çalışan ve fabrikanın büyüklüğüne bağlı olarak 1 ile 3 kişilik tecrübeli mühendislerin beraber çalışması ile yapılabilir. AB ülkelerinde en verimli ve başarılı sonuçlar böyle elde edilmiştir.

3. SANAYİDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ ÇALIŞMALARINDA ENERJİ BALANSININ YAPILMASI

Kütle ve Enerji Denklikleri

Sanayi kuruluşlarında kütle ve enerji denkliklerinin yapılması çalışmaların başarıya ulaşması için çok önemli bir adım olup mevcut durumun ve enerji tasarruf potansiyellerinin tespit edilmesini sağlar. Termodinamiğin “maddenin korunumu ve enerjinin korunumu” kanununa göre; bir prosese giren ve çıkan maddeler eşittir. Aynı şekilde prosese giren ve çıkan enerjiler de eşittir. Proseslerin verimlilikleri: enerji verimliliklerine, buda madde ve enerji ölçümlerine göre tespit edilebilir.

Ham madde girişinden nihai mamul üretimine kadar tüm proses süresinde enerji denklikleri kullanılarak enerji tüketimleri ve tasarruf potansiyelleri tespit edilir.

 

Madde ve Enerji Denkliğinin prensibi aşağıda belirtildiği gibidir;

 

 

Bu istemin enerji ve kütle denklikleri aşağıdaki gibi ifade edilir

 

Giren Kütle = Çıkan Kütle + Proseste Kalan Kütle

Ham Madde = Mamul + Atıklar + Kalan Kütle

 

∑MR = ∑MP + ∑MW + ∑MS

 

Giren Enerji = Çıkan Enerji + Proseste Kalan Enerji

 

∑ER = ∑EP + ∑EW + ∑EL + ∑ES

\_______ _______/

/ Çıkan Enerjidir. 

4. KÜTLE ve  ENERJİ BALANS UYGULAMA ÖRNEĞİ

 

Ark Ocaklı Demir Çelik Tesisinde Enerji Balansı

Demir çelik sektörünün sanayide en büyük enerji tüketim payına sahip olduğu ve enerji tasarruf potansiyelinin en yüksek sektör olduğu söylenmişti. Ülkemizde üretilen toplam demir-çelik miktarı 22 miyon ton/yıl’dır. Bunun 16 milyon tonu ark ocaklı tesislerde üretilmektedir. Ark ocaklı tesislerde kaliteli çelik ve yassı mamul de üretilebilmesi, ayrıca ilk yatırım maliyetinin düşük olması nedeniyle son yıllarda ark ocaklı tesisler daha çok tercih edilmektedir.

Proseste üretim ve kimyasal reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiğinden, ekipmanların atık ısısının kazanılması, reaksiyon ve ısı transfer şartlarının iyileştirilmesi ile tasarruf sağlanabilir. Son yıllarda elektrik ark ocaklarında spesifik enerji tüketimlerinin düşürülmesi yönünde çalışmalar ağırlıktadır. Ergitmenin yoğun kimyasal enerji ile takviye edilmesi ve elektrik arkının verimli kullanılması ile proses süresinin kısalması ve böylece daha düşük birim enerji tüketimi sağlanabilmektedir.

 

Spesifik enerji tüketiminin düşürülmesi yönünde yapılan çalışmalar şu şekilde özetlenebilir:

• -Elektrik Ark Ocağının (EAO) gövde ve kapağı su soğutmalı şekle dönüştürülerek ocaklar daha verimli çalıştırılır ve refrakter duruşları azaltılarak verimlilik yükseltilir.
• Klasik yolluklu ocaklar, EBT ve OBT döküm delikli hale getirilerek curufsuz döküm alınması sağlanır.
• İkincil metalürji denilen pota ocağı uygulaması ile EAO sadece ergitme ocağı gibi kullanılarak döküm hızları artırılır.
• Önceden yalnız elektrik enerjisi ile yapılan ergitme ve izabe işlemleri için jet brülörleri kullanılarak kimyasal enerji takviyesi ile döküm hızları artırılarak tüketim azaltılır. Ayrıca atık gazlar içindeki CO gazını yakmak için post-combustion (son yakma) teknikleri geliştirilerek tam yanma sağlanır.
• Köpüklü cüruf uygulaması ile enerjinin duvarlara ve refraktere yansıması yerine sıvı çeliğe daha etkin geçişi sağlanır.
• -Atık enerjiden yararlanılarak hurda ön ısıtma tesisi kurulmakta veya şaft tipi ocak tasarımları geliştirilmektedir.
• Trafo güçleri artırılarak UHP (Ultra High Power) EAO yapılmakta, bu amaçla trafoların sekonder gerilimleri artırılarak uzun ark boyu ile çalışma şartları sağlanır. Bu yeni bir felsefe olan “yüksek empedanslı” ark ocaklarının gelişmesine neden olup, spesifik enerji ve elektrot tüketimlerinin azaltılması sağlanmıştır.

Enerji tasarrufu çalışmaları için öncelikle kütle ve enerji balans hesaplarının yapılması ve mevcut tesis için tasarruf potansiyellerinin belirlenmesi yararlıdır. Yapılan örnek çalışmada, ark ocaklı demir-çelik tesisinde enerji ve kütle denklikleri hesaplanmıştır. 
Bu çalışmada; 1000–1400 oC’de çıkan gazların sıcaklıkları ve CO, CO2 ve O2 miktarları ölçülerek toplam atık enerji hesaplanmıştır. 

Şekil 1 ve Şekil 2’de EAO’na giren, çıkan malzeme ve enerji değerleri verilmektedir. Enerji girdisi, elektrik ve kimyasal enerjilerin toplamıdır. Toplam giren enerji 700 kwh/ton olarak ölçülmüştür. Burada elektrik enerjisi ölçüldüğü gibi yani sekonder enerji olarak hesaplara dahil edilmiştir. Çeliğe aktarılan enerji toplam girdinin %63 ü olarak hesaplanmıştır. 700 kwh/t enerjinin %7’si gövde ve kapak soğutma suyuna, %7’si cüruf ile atılmakta ve %20’si baca gazları ile atılmaktadır. %3’lük bölüm ise diğer kayıpları oluşturmaktadır.

 

 

 

Görüldüğü gibi yukarıda sıralanan iyileştirmeler EAO’na uygulandıktan sonra bile, yapılan kütle ve enerji denklik hesaplarına göre, kullanılan enerjinin %37’si atılmaktadır. Ön ısıtmanın iyileştirilmesi, baca gazları ve soğutma suyundan elde edilecek ısının başka proseslerde kullanılması gibi uygulamalarla halen oldukça büyük tasarruf potansiyeli olduğu görülmektedir.

37% lik atık enerjinin sadece 15% lik kısmı geri kazanılsa yılda bir milyon ton çelik üreten bir EAO lı tesiste 100 milyon kwh /yıl tasarruf edilebilecektir. Türkiye genelinde ise toplam 1,6 milyar kwh/yıl tasarruf edilmiş olacaktır. Enerjinin verimli kullanılması sonucunda da yaklaşık olarak 2 milyon ton/ yıl daha az CO2 atmosfere bırakılmış olacaktır.

 

5. SANAYİ TESİSLERİNDEKİ BAZI EKİPMANLARDA YAPILABİLECEK ENERJİ TASARRUF ÖRNEKLERİ:

 

Fan Sistemlerine bir örnek

Fan standart kayış kasnaklı olarak veya direk kaplinli olarak çalıştırıldığı gibi hız kontrollü bir elektrik motoru ile de döndürülebilir. Fan verimleri %60-80 arasında değişebilir.

 

	Enerji verimi düşük fan sistemi	Enerji verimi yüksek fan sistemi
Enerji verimi farklı elektrik motoru (EFF1 veya EFF3)	90%	95%
Kayış kasnaklı veya direk akuple	94%	98%
Değişken hız kontrolü var veya yok	85%	95%
(debi ayarı klepe ile veya devir ayarı ile yapılıyor)
Toplam Verim	72%	88%

 

100 kw enerji tüketen fan ile enerji verimli sistemde %16 daha az enerji tüketilecektir.

Bir yıldaki enerji tasarrufu;

16 kwh x 8000 saat/yıl x 0,15 YTL/kwh = 19.200 YTL/yıl

Pompa ve Fanlarda Hız kontrol sisteminin avantajı:

 

Bir kompresör, bir fan veya bir pompada debiyi % 20 azaltmak için devir % 80’e çekilir.

Bu durumdaki harcanacak güc ; Güç2/Güç1= (0,80)3 / (1)3 = 0,51 (güç, % 51 e düşmüş olur.)

Harcanan Güç, % 49 oranında azaltılmış olur. Klape veya vana ile debi ayarı yapılsa idi güç ancak %10 azalırdı.

Pompa Sistemlerine bir örnek

Fark %22 olup 100 kW motor ile çalışan bir pompada 22 kWh fazla enerji harcanır.

Yılda 22 kWwh x 8000 saat x 0,15 ytl/kWh = 26.400 YTL/yıl.

Bu pompadan çok sayıda varsa sistemi değiştirmek ekonomik olacaktır.