Bülent ÖZGÜREL - M. Sinan EGELĐ
Türkiye Elektrik Üretim-Đletim A.Ş. Santrallar Proje ve Tesis Dairesi
ÖZET
Fosil yakıtlar, dünya enerji üretiminde kullanılan en önemli kaynak olmak özelliğini halen korumaktadır. Ancak
fosil yakıtlı konvansiyonel santrallarda yanına ürünü olarak oluşan zararlı atıkların yol açtığı çevre kirliliği ve
global ısınma gibi olumsuzluklar, enerji üretiminde çevresel etkileri de dikkate alan yeni arayışları gündeme
getirmiştir.
Gaz türbin teknolojisindeki gelişmeler neticesinde % 55 gibi yüksek bir verimliliğe ulaşan doğal gaz
yakıtlı kombine çevrim santralları; fosil yakıtlı santrallar içinde en yüksek verime ulaşması, CCh atımının diğer
kovansiyonel santrallara göre daha az olması, NOx emisyonunun limitlerin çok altına düşürülmesi ve çevreye
olumsuz etkilerinin çok az olması nedenleriyle son yıllarda dünyada en çok tercih edilen enerji üretim sistemi
konumuna gelmiştir.
1. GĐRĐŞ
Elektrik enerjisi üretiminde, nükleer, hidro ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının günden güne daha
da artmasına karşın, halihazırda dünya elektrik enerjisi üretiminin yaklaşık % 65'lik kısmını karşılayan fosil
yakıtlı termik santrallarda da hızlı bir artış görülmektedir. Aşağıda şekil 1'den de görüleceği üzere dünyada
1985-1989 yıllarında fosil yakıtlara dayalı toplam 37700 MW gücünde santral sipariş edilmişken, bu miktar yılda
yaklaşık % 7.2 artışla 1990-1994 döneminde 53400 MW'a ulaşmıştır. Dünyadaki elektrik tüketiminin 1995-2010
yılları arasında % 60 oranında artacağı tahmin edilmekte olup; 1995-1999 döneminde yılık % 3.7'lik bir artışla
toplam 64000 MW, 2000-2994 döneminde ise yılda % 3. artışla toplam 75000 MW kurulu gücünde yeni fosil
yakıtlı santralların sipariş edilmesi beklenmektedir.
Şekil 1'de belirtilen Gaz türbini ve Kombine Çevrim değerleri içinde, kombine çevrim olarak sipariş edilmiş olan
santrallann toplam kurulu gücü 1985-1989 döneminde toplam 47 00 MW iken, bu miktar 1990-1994 döneminde
19 500 MW olmuştur. Yeni tesis edilecek kombine çevrimlerin 1995-1999 döneminde 12000 MW'a 2000-2004
döneminde ise 28000 MW'a ulaşacağı tahmin edilmektedir. Görüleceği üzere 1989 yılı itibariye kombine çevrim
santralları, fosil yakıtlı santrallar içinde yaklaşık % 12.5 oranında bir yer tutmakta iken, 2000 yılına girerken bu
oran % 37 mertebesine ulaşacaktır. Bu oranın artmasında en önemli etken ise kombine çe-rimlerde elde edilen
yüksek termik verim olmaktadır.
Verim artışı bir yandan CO2 emisyonunu daha da azaltmakta bir yandan da yakıt tüketiminde büyük tasarruf
sağlamaktadır. Örneğin 3.75 US$/Giga Joule yakıt fiyatına göre 350 MW'ık bir kombine çevrim santralinde
termik verimdeki % 1'lik bir artış yaklaşık olarak 6.3 milyon US$'lık bir bedele tekabül etmekte, bu ise toplam
yatırım bedeli içinde % 4.5'lük bir yer tutmaktadır. Siemens firması tarafından yapılan bir çalışmaya göre, santral veriminin % 55'ten % 57'ye çıkarılmasıyla 350 MW'lık üç bloktan oluşan bir kombine çevrim santralında
20 yıllık bir işletme sürecinde elde edilen kazanç yaklaşık 81 milyon US$ olmaktadır. Bu ise toplam ilk yatırım
bedelin % 20'sine tekabül etmektedir.
UDI/MeGravv-Hill tarafından yapılan bir çalışmada ise (World Drectory of New Electric Power Plants). 1993-
2002 yılları arasında dünya enerji üretim kapasitesine tüm yakıtlar itibariye gelecek toplam ilave kapasitenin %
26'sının gaz yakıtlı enerji üretim tesisleri olacağı belirtilmekte ve toplam kapasite içinde doğalgaz yakıtlı
santrallara 113927 MW, LNG yakıtlı santrallara 21755 MW ve diğer gaz yakıtlı santrallara ise 4212 MW'lik bir
pay ayrılmaktadır.
Gaz yakıtlı enerji üretim tesislerinde görülen bu büyük artışın bir diğer önemli nedeni ise, son yıllarda çevre
sorunlarının kritik boyutlara ulaşması ve çevreye verilen önemin artmasıdır. Bu nedenle, elektrik enerjisi
üretiminde daha az yakıt tüketimiyle yakıt rezervlerinin en ekonomik şekilde kullanımını sağlayacak ve
dolayısıyla daha az çevre zararıyla elektrik üretecek yeni teknolojiler geliştirilmeye başlamıştır.
Bu anlamda kombine çevrim santralları günümüzde en yaygın tesis edilen ve son yıllarda en çok tercih edilen
baz yük santralları durumuna gelmiştir.
2. KOMBĐNE ÇEVRĐMĐN TANIMI
Kombine Çevrim terimi, esas itibariyle gaz türbin çevrimi ve buhar çevriminin bir sistem içine alınarak birbirini
tamamlayıcı şekilde çalıştırılmasını ifade etmekte olup, genel prensibi gaz türbin çevriminden çıkan egzost
gazlarının yüksek dereceli ısısının su/ buhar çevriminde kullanılarak ek bir enerji üretiminin sağlanmasına
dayanmaktadır. Kombine çevrimlerde birincil olarak elektrik üretimi sağlanmakla birlikte, istenirse çevrimden
ara buhar alınarak santral, birleşik ısı-güç (cogeneration) sistemi olarak da çalıştırılabilir. Bu özelliği ile kombine
çevrimler, ısı-güç üretiminde günümüzde varolan en verimli yöntem konumundadır.
Genel olarak kombine çevrimin çalışma prensibi şöyle özetlenebilir:
Atmosferden alınan hava, bir filtre sisteminden geçirildikten sonra gaz türbinin kompesör kısmına girer ve
burada sıkıştırılarak yanına odasına iletilir. Yanma odasına püskürtülerek verilen yakıt da bu sıkıştırılmış hava ile
karışarak yanar. Yanına sonucu oluşan 1000-1100 °C sıcaklığındaki atık gazlar bir egzost kanalıyla atık ısı
kazanına iletilir. Egzost gazlarını burada su/buhar çevrimine transfer ederek soğur ve daha sonra kazan
basıncından atmosfere atılırlar.
Atık ısı kazanlarında, genel olarak üç ayrı ısı eşanjör bölümü bulunur. Su/buhar çevriminde, su/ kondensat ilk
önce kazanın ekonomize bölümüne girer ve doyma sıcaklığının çok az altında bir sıcaklığa kadar ısıtılır, daha
sonra evaporatör bölümünde buhar haline dönüşür ve bu doymuş buhar kızdırıcı bölümünde tekrar ısıtılarak
kızgın buhar olarak türbinine verilir. Yukarıda tek basınç kademeli bir kazan/buhar türbini grubu için su/buhar
çevrimi basit olarak izah edilmiştir. Ancak, kazan/buhar türbini gruplarının tekrar kızdırmalı veya tekrar
kızdırmasız, iki ya da üç basınç kademeli olmaları durumunda; ekonomizör, evaporalör ve kızdırıcı bölümleri de
her bir basınç kademesi için kazan içinde ayrı ayrı yer alırlar ve bu basınç kademelerine bağlı olarak su/buhar
çevrimi de kendi içinde ayrı çevrimler oluşturur.
Atık ısı kazanında üretilerek türbine verilen buhar, türbin kademelerinde genleşir ve böylece termik enerji mekanik enerjiye dönüştürülmüş olur. Türbinin tahrik edilmesiyle de türbine bağlı genaratörden elektrik enerjisi
üretilir.
Buhar türbininden çıkan düşük basınç ve sıcaklıktaki buhar kondensere gelir ve burada soğutma sistemi
vasıtasıyla yoğuşturularak su haline dönüşür. Daha sonra kondensat pompalarI ile, içlerindeki yoğuşmamış
gazların alınması için degzör/besleme suyu tankına gönderilir. Su, besleme suyu tankından besleme suyu
pompalan ile tekrar atık ısı kazanına basılır. Bu şekilde su/buhar kapalı çevrimi; kazan, buhar türbini ve
kondenser arasında sirküle eder.
3. KOMBĐNE ÇEVRĐM SANTRALLARININ AVANTAJLARI
Kombine çevrimin en büyük avantajı, fosil yakıtlı santrallar içinde en yüksek verime sahip olmasıdır.
Günümüzde, 20 MW'ın üstüne güçlere haiz gaz türbinlerine dayalı tekrar kızdırmalı ve üç basınç kademeli
kombine çevrimlerde net % 55 civarında verime ulaşılmıştır.
Tablo 1'den de görüleceği üzere, kombine çevrimlerde ulaşılan verimler, süper kritik basınçlı tekrar kızdırmalı
buhar türbin verimlerinden de yüksektir.
Yüksek veriminin dışında kombine çevrim santrallarının daha birçok avantajı bulunmaktadır. Bunlardan bir
tanesi de kombine çevrimlerin birçok değişik alana hizmet verebilecek esnekliğe sahip olmasıdır. Kombine
çevrim santrallarında yalnızca elektrik üretimi yapılabildiği gibi, aynı zamanda ister kazandan isterse buhar
türbinden alınacak ara buharın bölgesel ısıtmada ya da prosesde kullanılmasıyla santral, % 85-90 civarında bir
ısıl verimlilik ile ve birleşik ısı-güç (cügeneration) sistemi olarak da hizmet verebilir.
Kombine çevrimlerde doğal gazın her çeşidi, ham pertolden motorin ve fuel-oil'e kadar tüm likit yakıtlar ile
gazlaştırma yöntemi ile kömür dahil olmak üzere çok geniş bir yakıt kullanım olanağı mevcuttur. Ayrıca istendiği
takdirde gaz türbin brülörleri çift yakıt yakabilecek şekilde de dizayn edilmektedir. Örneğin Ambarlı Kombine
Çevrim Santralında doğalgazın yanı sıra gerektiğinde fuel-oil de kulanılabilmektedir.
Kombine çevrim santrallarının soğutma suyu ihtiyacı diğer konvansiyonel tip sandallardan daha azdır. Zira
kombine çevrimlerde toplam elektrik üretiminin yalnızca üçte bir mertebesindeki kısmı buhar türbinlerince
yapılmaktadır. Bu nedenle sistemle ilgili masraflar ve çevreye yapılan ısı deşarjı da dahil olmak üzere soğutma
suyu ile ilgili bir çok sorun büyük ölçüde azaltılmış olmaktadır.
Kombine Çevrim santrallarının tercih edilme nedenlerinden biri de ekonomik olmasıdır. Zira herhangi bir
kazan/buhar türbin ünitesine göre birim (kW) yatırım maliyetleri daha azdır. Örneğin 1400 MW'lık bir kombine
çevrim santralının yaklaşık birim yatırım maliyeti 1995 yılı fiyatları ile 350-400 US$kW iken, 320 MW'lık
konvansiyonel bir termik santralın baca gazı arıtma sistemi dahil birim yatırım maliyeti 1200-1500 US$/kW
civarındadır.
Ayrıca % 55 civarındaki yüksek verimi nedeniyle, yakıt fiyatlarına göre değişkenlik göstermesine karşın genel
anlamda konveksiyonel buhar santrallarına göre kombine çevrim santrallarının birim üretim (kWh) maliyeti daha azdır. Örneğin, birim fiyatı 12,46 US$7106 kcal olan doğalgaz kullanan 700 MW gücünde % 55 verimli bir
kombine çevrim santralında üretim maliyeti yaklaşık 3 cent/kWh olurken, birim fiyatı 6,92 US$7106 kcal olan
linyit kullanan 2x340 MW gücünde % 35.5 verimli konvansiyonel bir termik santralda üretim maliyeti 4,27
cent/kWh olmaktadır.
Kombine çevrim santrallarının verimlerinin yanı sıra emre amadelik ve güvenirlilik oranları da yüksektir.
Gerek verim ve üretim kapasitesinin, gerekse emre amadelik ve güvenirlik oranlarının yüksek olması nedeniyle
toplam yatırımın geri ödeme süresi de çok kısa olmaktadır. 1993 yılında yaptığımız bir fizibilite çalışmasında %
100 kredili olarak tesis edilecek ve yılda 7000 saat çalışacak bir kombine çevrim santralının geri ödeme süresi
30 ay olarak bulunmuştur.
Kombine çevrim santrallarının en önemli avantajlarından birisi de konuya çevresel açıdan bakıldığında ortaya
çıkmaktadır. Günümüzde çevreye verilen önemin büyük ölçüde artmış olması ve bu nedenle zararlı madde
emisyonları ile ilgili limit değerlerin oldukça düşük seviyelere çekilmesi sonucunda kombine çevrim teknolojileri
büyük rağbet görmeye başlamıştır. Doğalgaz yakıtlı bir kombine çevrim santralı bir kömür yakıtlı bir buhar
santralı için Tablo-2'de gösterilen emisyon değerleri, kombine çevrim santrallarının önemini bu anlamda daha
açık olarak ortaya koymaktadır.
Bunların yanı sıra özellikle ilave yanmasız kombine çevrim santralları ele alındığında diğer avantajlar da şöyle
özetlenebilir;
• Konvansiyonel termik santrallara göre tesis süresi daha kısa ve modüler yapısı daha basit olan kombine
çevrim santrallarının işletmesi daha kolaydır. Bundan dolayı işletme personeli ihtiyacı daha az olmaktadır.
• Santralın bütünü ihtiyaç duyulan alan konvansiyonel termik santrallardan daha küçüktür. Örneğin kül stok
sahası hariç santral ana yapıları, salt sahası ve kömür park sahası için 4x340 MW'lık Afşin-Elbistan Santralına
yaklaşık 120 hektar bir alan kullanılırken, 3x450 MW'lık Ambarlı Kombine Çevrim Santralının ana yapılar ve salt
sahası yerleşim alanı, fuel-oil arıtma sistemi dahil yalnızca 23 hektardır.
• Gaz türbin üniteleri ile atık ısı kazanları arasına by-pass bacası ve damperlerinin konulması durumunda gaz
türbinlerinin, kazan ve buhar türbi ünitelerinin tamamlanmasını beklemeden çok kısa sürede işlemeye
alınabilmesi ve kombine çevrim grubunun devreye alınmasına adar sürekli basil çevrimde çalıştırılabilme olanağı
mevcuttur. Örneğin, Ambarlı Kombine Çevrim Santralının ilk iki gaz türbin ünitesi sözleşmenin yürürlüğe
girmesinden 8 ay sonra devreye alınmıştır.
• Gaz türbinlerinin 15-20 dakikada tam yüke ulaşabilmeleri neticesinde kombine çevrim santrallarının çabuk
devreye alınması mümkün olmaktadır.
• Küçük yerleşim alanı ihtiyacı nedeniyle istenirse şehir yük merkezlerinin çok yakınında kurulabilme olanağı
vardır.
• Gerek yüksek verimi ve ekonomikliği gerekse çevreye dost özelliği ile doğalgaz yakıtlı kombine çevrim
santrallarını günümüzde en çok tercih edilen fosil yakıtlı santral konumuna gelmiştir. Örneğin ABD'de 1990-
2000 yılları arasında toplam 21500 MW kömür yakıtlı santral kurulması planlanmış iken, aynı dönemde çoğu
kombine çevrim ve birleşik ısı-güç (cogeneration) santralı olmak üzere kurulması planlanan toplam doğalgaz
yakıtlı santral 52200 MW civarındadır. 2000 yılma kadar kurulması planlanan doğalgaz yakıtlı santrallarını
toplam kurulu gücü, bu an yıllık dönem için tahmin edilen 44800 MW'lık kapasitenin % 17 üzerinde olmaktadır
(Modern Power Systems-May 1993).
Shell firması tarafından Đngiltere ve Galler için yapılan bir çalışmaya göre de bu ülkelerde 2003 yılına kadar
ihtiyaç duyulan toplam ilve kurulu güç kapasitesi yaklaşık 20000 MW'dır. Bu dönem içinde kömür yakıtlı santralların çoğu ve bir kaç nükleer santral ile bir tane çift yakıtlı santral
kapatılacak ve 2000 yılına kadar 10000 M W, 2003 yılına kadar da toplam 20000 MW doğalgaz yakıtlı kombine
çevrim santralı kurulacaktır (Brain W. Gainev. Shell Ltd. Gas Pojer 92 Conference-London).
Yukarıda bahsedilen avantajları nedeniyle bir yandan dünyanın bir çok ülkesinde yeni kombine çevrim santralları
kurulurken bir yandan da konvansiyonel termik santrallar çeşitli uygulamalarla kombine çevrim haline
dönüştürülmektedir. Bu tip dönüşüm uygulamaları ve belli başlı kombine çevrim sistemleri aşağıda özetle
anlatılmıştır.
4. KOMBĐNE ÇEVRĐM SANTRALLARI UYGULAMALARI
Kombine Çevrim santrallarının aşağıdaki üç ana grupta uygulamaları mümkündür.
• Đlave yanmasız kombine çevrim
• Tam yanmalı konbine çevrim
• Paralel-güç üniteli kombine çevrim
Bu üç uygulama şeklinden birinin seçilmesi tamamen yakıtın mevcudiyeti ile mevcut bir santralın iyileştirilmesi
veya yeni bir santralın kurulması durumları için planlama çalışmalarına bağlı olacaktır.
4.1. Đlave Yanmasız Kombine Çevrim Santralları
(Unfred Combined Cyde Power Plants)
Đlave yanması/, konbine çevrim santrallarında, yanma tamamen gaz türbininde olur ve türbinin egzost gazı bir
atık ısı kazanına gönderilir. Basit konveksiyon tip ısı eşanjörleri olan alık ısı kazanlarında ise, herhangi ilave bir
yakıt yakılmadan sadece gaz türbini egzost gazlarının yüksek ısısından yararlanılmak suretiyle buhar elde edilir.
Genel olarak gaz türbinleri ile aynı sayıdaki atık ısı kazanları, buhar kapasitesine bağlı olarak bir veya daha çok
buhar türbinine bağlanır.
Bu tip kombine çevrim santrallarının da buhar çevrimi, "iki basınç kademeli/tekrar kızdırmasız" veya " üç basınç
kademeli/tekrar kızdırmalı" şeklinde olmaktadır. Đki basınç kademeli kombine çevrimler, basit tekrar kızdırmasız
buhar çevrimleri olmasına karşın oldukça iyi bir termik performans göstermektedirler. Ülkemizde doğalgaz ile
çalışan bu tipte iki kombine çevrim santralı bulunmaktadır.
Hamidabat (Lüleburgaz)'da kurulmuş olan 1200 MW Trakya Doğalgaz Kombine Çevrim Santralının 2+2+1
konfigorsyonundaki dört kombine çevrim bloğunda toplam 8 adet gaz türbin ünitesi, 8 adet atık ısı kazanı ve 4
adet buhar türbin ünitesi bulunmaktadır. Gaz türbinlerinin nominal kapasitesi 95 MW, buhar türbinlerinin
nominal kapasitesi ise 110 MW'dir. Santralın ilk gaz türbin ünitesi, sözleşmenin yürürlüğe girmesinden 12 ay
sonra Aralık 1985 tarihinde işletmeye alınmıştır. Đlk kombine çevrim bloğu sözleşmenin yürürlüğe girmesinden
29 ay sonra işletmeye alınan santralda yapılan performans testlerinde elde edilen en düşük verim % 50,23 ve
en yüksek verim ise % 52,20 olmuştur.
Đstanbul'un 40 km batısında kurulmuş olan 1350 MW Ambarlı Doğalgaz Kombine Çevrim Santralının yine 2+2+1
konfigürasyonundaki üç kombine çevrim bloğunda ise toplam 6 adet gaz türbin ünitesi, 6 adet atık ısı kazanı ve
3 adet buhar türbin ünitesi bulunmaktadır. Gaz türbinlerinin kapasitesi 138.80 MW, buhar türbinlerinin nominal
kapasitesi ise 17.40 MW'dir. Santralin iki gaz türbin ünitesi sözleşmenin yürürlüğe girmesinden sekiz ay sonra
Ağustos 1988 tarihinde paralele alınmışlardır. Đlk kombine çevrim bloğunun orijinal tesis süresi 26 ay olan
santralda yapılan performans testlerinde elde edilen en düşük verim % 52, en yüksek verim ise % 52.50
olmuştur.
TEAŞ Genel Müdürlüğü tarafından Bursa'da tesis edilecek olan 1400 MW gücündeki yeni kombine çevrim
santralında ise; her birinde 200 MW'ın üzerinde güçlere haiz iki gaz türbini ile bir buhar türbini bulunan 700
MW'lık iki blok olacaktır. "F" tipi olarak adlandırılan ve günümüzde ticari işletmeye alınmış en gelişmiş gaz
türbinlerinin kullanılacağı santralın atık ısı kazanları/buhar türbini grubu, "üç basınç kademeli/tekrar kızdırmalı"
olacak ve böylece net verim % 55 mertebesine yükseltilecektir.
Ayrıca, düz-buhar çevrimli yada düz-gaz çevrimli termik santralları da, mevcut buhar türbin ünitelerine gaz
türbinleri veya mevcut gaz türbinlerine buhar türbinleri eklenmesiyle, ilave yanmasızı kombine çevrim
santralına dönüştürülecek daha yüksek verim ve çıkış güçlerine ulaşabilir.
4.1.1. Buhar Türbinlerine Gaz Türbinleri Đlavesi Đle Güç ve Verim Artırımı
(Full epowvering of Steam Tuurbines with Gas Turbines)
Bu sistemde; mevcut santralın buhar türbininin orijinal veya bazı değişikliklerle revize edilmiş buhar
parametrelerine cevap verebilecek yeni atık ısı kazanları, buhar kazanları ile değiştirilir ve atık ısı kazanları ile
aynı sayıda gaz türbini sisteme ilave edilir. Bu dönüşüm özellikle buhar türbinlerinin hizmet ömrünün kömür yakıtlı kazanlardan daha uzun olması nedeniyle uygulanabilir olmaktadır.
Bu şekilde santral veriminin % 37-38 seviyelerinden yaklaşık % 50 gibi oldukça yüksek bir seviyeye
çıkarılmasının yanı sıra; kombine çevrim sistemlerinde takribi 60;40, 65;35 mertebelerinde olan gaz
türbini/buhar türbini kapasite oranları dikkate alındığında santral toplam kapasitesi de iki hatta üç kat arttırılmış
olmaktadır.
4.1.2. Gaz Türbinlerinde Buhar Türbini Đlavesi Đle Güç ve Verim Artırımı
(Adding on Steam Turbines to Gas Turbines)
Basit çevrimde çalışan mevcut gaz türbin üniteleri, atık ısı kazanı ve buhar türbini ilavesiyle kombine çevrim
santralına dönüştürülebilir. Bu durumda gaz türbini egzosunun ısısı tümüyle atık ısı kazanında kullanılacağından
dolayı mümkün olan en yüksek verim elde edilmiş ve santral kapasitesi de yakıt tüketimi artırılmaksızın en az %
50 oranında yükseltilmiş olacaktır.
Bu tip bir uygulama 1975-1976 yılarında işletmeye alınmış olan Đzmir-Aliağa Gaz Türbinlerinde yapılmış ve
mazotla çalışan her biri 30 MW'lık dört gaz türbin ünitesine 1980-1983 yıllarında aynı sayıda atık ısı kazanı ve
her biri 30 MW'lık iki buhar türbin ünitesi ilave edilerek santral verimi yaklaşık % 28 mertebesinden % 44
mertebesine yükseltilmiştir.
4.2. Tam Yanmalı Kombine Çevrim Santralları
(Fully Fired Combitved Cycle Power Plants)
Bu tip santrallar 1960'lı yıların ortasından 1970'lı yılların sonuna kadar Orta Avrupa'daki elektrik üretim
tesislerinde bugünün şartlarına göre daha düşük giriş ve egzost sıcaklıklarına sahip gaz türbinlerinden oluşan
ünitelerin verimini yükseltmek amacıyla yaygın olarak uygulanmıştır.
Tam yanmalı kombine çevrimlerde gaz türbini egzostu, cebri çekiş fanları tarafından atmosferden alınan hava ile
karışarak, buhar kazanlarında ana yakıtın (genellikle kömür) yakılmasında gereken yanma havasının ön-
ısıtmasını sağlar. Bu işlem ile tam bir yanma sağlanmış olmaktadır. Zira gerek atmosferden alınan havadaki,
gerekse gaz türbin egzosundaki hemen hemen tüm oksijen ana yakıtın yakılmasında kullanılmakta yalnızca %
3-5 mertebesinde bir oksijen miktarı baca gazı ile atılmaktadır. Böylece NOx konsantrasyonu da daha düşük bir
seviyeye çekilmektedir.
Ayrıca herhangi bir konvansiyonel buhar kazan/ türbin ünitesinin gaz türbin üniteler ilavesi (topping) ile tam
yanmalı kombine çevrim santralına dönüştürülmesi mümkündür. Bu durumda gaz türbin egzostu ve ilave
fanlarla alınan hava kazanlarda kullanılacağından mevcut ünitenin ön ısıtıcılarının ve cebri çekiş fanlarının
kaldırılması gerekmektedir.
4.3. Paralel-Güç Üniteli Kombine Çevrim Santralları
(Paralel-Powerd Combined Cycle Power Plants)
Paralel güç üniteli kombine çevrim santrallarında buhar türbinleri iki ayrı bağımsız güç kaynağından
beslenmektedir.
Genellikle ana kaynak konvansiyonel bir buhar kazanı, ikinci kaynak ise gaz türbinin bağlı bir atık ısı kazanı
olmaktadır. Bu manada paralel-güç üniteli kombine çevrim, tam yanmalı çevrim ile ilave yakıtlı çevrimin
birleşimi olarak da düşünülebilir.
Bu sistemde gaz türbini egzost gazı, üniteye bağlı atık ısı kazanına verilir, diğer buhar kazanında yakıtın
yanmasına destek amaçlı olarak kullanılmaz. Sistemin en büyük avantajı; dizayn, yakıt ve işletme yönünden
sağlam esnekliktir. Gaz türbini ve buhar türbini kapasiteleri ile buna bağlı olarak gaz veya likit yakıtların katı
yakıtlara oranı serbestçe tayin edilebilmektedir. Bununla birlikte, kömür yakıtlı kazanın baca gazı emisyonlarının
kabul edilebilir limitlerin altına çekilebilmesi için arıtma tesislerine de ihtiyaç duyulabilir.
Mevcut buhar türbin üniteleri de iki ayrı yöntemle paralel-güç üniteli kombine çevrim santrallarına
dönüştürülebilir. Birinci yöntemde (paralel-repowering), üniteye gaz türbini ve atık ısı kazanı ilave edilerek
buradan elde edilen buhar ile mevcut kazandan elde edilen buharın takviye edilmesi neticesinde buhar
türbininin tam kapasitede kullanılması sağlanabilir.
Genelde buhar kazanlarının hizmet ömrünün buhar türbinlerinden daha kısa olması nedeniyle zamanla
kazanların daha düşük yükte çalışmalarının zorunlu hale gelmesi durumunda bu sistem uygulanabilir
olmaktadır.
Đkinci yöntemde (boosting) ise, üniteye eklenen gaz türbini ve atık ısı kazanı yalnızca mevcut sistemin
kondensat ve/veya besleme suyu ısıtılmasında kullanılır. Böylece hem santral verimi hem de çıkış gücü
yükseltilmiş olur. 5. VERĐMĐN YÜKSELTĐLMESĐ ĐLE ZARARLI MADDE EMĐSYONUNUN AZALTILMASI
Yukarıda izah edilen tüm kombine çevrim konfigürasyonlarının en önemli hedeflerinden birisi de verimin
yükseltilerek zararlı madde emisyonlarının azaltılmasıdır. Gaz yakıtlı bir kombine çevrim santralında elde edilen
verim, aynı yakıtı kullanan tekrar kızdırmalı bir buhar santralından en az % 8 daha yüksek olmaktadır. Ulaşılan
yüksek verim sayesinde kombine çevrim santrallarında zararlı madde emisyonu bu tip termik santrallara göre %
15 daha az olmaktadır.
5.1. CO2 Emisyonu
Her ne kadar karbondioksitin, azot oksitler ve kükürdioksitler gibi havayı kirleten bir etkisi olmasa da, sera
etkisi yaratması nedeniyle santrallardaki CO2 emisyonunun asgariye indirilmesi bir zorunluluk olmaktadır.
Elektrik santrallarında net verimin yükseltilmesi yani yakıttaki kimyasal enerjinin en yüksek oranda elektrik
enerjisine dönüştürülmesi CO2 miktarının azaltılmasındaki en etkin yöntemdir.
Kömür yakan termik santrallarda doğalgaz kullanan kombine çevrim santrallarına oranla yaklaşık iki kat daha
fazla CO2 emisyonu olurken, bu değer % 44 verimli modern bir buhar santralında 800 gr/Wh olmaktadır.
5.2. NOx Emisyonu
Gaz türbini egzostunda azot oksitler iki şekilde meydana gelmektedir.
Bazı NOx bileşimleri, yakıtta bulunan organik azot bileşimlerinin oksidasyonu neticesinde (yakıttaki NOx)
oluşurken, diğer NOx bileşimleri de yanma havasındaki azot ve oksijenin yakıcı alevindeki yüksek sıcaklık
nedeniyle reaksiyona girmeleri neticesinde (termik NOx) ortaya çıkarlar.
Doğalgazdaki azot bileşimleri normalde çok az olduğu için yakıttaki NOx oluşumu ihmal edilecek miktardadır.
Termik NOx oluşumu ise yakıcı alevindeki sıcaklığın yükselmesine bağlı olup, ancak alevin yüksek-sıcaklık
bölgesinin azaltılması ile düşürülebilir. Alev sıcaklığı genelde su veya azot gibi katkıların yakıta ilavesiyle
düşürülebildiği gibi direkt olarak aleve püskürtülmeleriyle de azaltılabilir. Ayrıca, aleve buhar veya suyun
püskürtüldüğü "ıslak metod" ile de oldukça tatmin edici sonuçlar alınmaktadır.
Ambarlı Kombine Çevrim Santralında ise kullanılan özel yakıcılar (Hybrid Burners) sayesinde NOx emisyonu 30
ppm (% 15 Ox'de) civarında tutulabilmektedir. Premix yanma olarak adlandırılan bu yöntemde, yanmadan önce
yakıt büyük miktarda hava ile karıştırılmakta ve böylece alev sıcaklığı 1400°C'in altına indirilmektedir. Bu
yöntem ile termik NOx emisyon değeri, hava kirliliği kontrol yönetmeliklerindeki limitlerin çok altında bir
seviyeye çekilmektedir.
Bursa Kombine Çevrim Santralı için garanti edilen NOx emisyonu ise 25 ppm (50 mg/m1) olacaktır.
5.3. Yanmamış Hidrokarbon ve CO Emisyonu
Ambarlı Kombine Çevrim Santralında da mevcut olan özel tip brülörler ile elde edilen % 99,99'luk bir yakma
verimi neticesinde yanmamış hidrokarbon emisyonu en az seviyeye indirilebilmekte, CO emisyonu ise hemen
hemen hiç olmamaktadır. Doğalgaz yakılması durumunda, % 40 yükün üzerinde egzost gazındaki yanmamış
hidrokarbon konsantrasyonu yalnızca 4 ppm (%15 C2’de ) civarında olmaktadır. Ambarlı Kombine Çevrim
Santralında yapılan ölçümlerde CO emisyonunu da 2 ppm'in altında olduğu görülmüştür.
5.4. SO2 Emisyonu
Doğalgazda ve distile yakıtlarda genellikle kükürt bulunmadığı için SO2 emisyonu da olmamaktadır.
5.5. Partikül Emisyonları
Doğalgaz kül ihtiva etmediği için kombine çevrim santrallarında herhangi bir partikül emisyonu da söz konusu
değildir.
Distile yakıtlarda ise kül oranı yalnızca % 0.01 mertebesinde olduğundan ayrıca herhangi bir filtrasyona gerek
duyulmamaktadır. Fuel-oil yakıtlı kombine çevrim santrallarındaki uçucu kül miktarı ise 0,02 g/kWh
mertebesinde olmaktadır.
6. SONUÇ
Günümüzde tüm dünyada çevreye karşı duyarlılık büyük ölçüde artmış ve bir çok ülkede zararlı madde
emisyonlarına karşı oldukça sıkı regülasyonlar uygulamaya konulmuştur. Bu nedenle artık elektrik enerjisi
üretiminde de çevresel hususları dikkate alan ve en düşük zararlı madde emisyonunu sağlayabilecek yüksek
verimli santralların tesisi hedeflenmektedir.
Yukarıda özet bir anlatımla çeşitli uygulama yöntem ve alanları belirtilen doğalgaza dayalı kombine çevrim
santralları bu anlamda gerek ekonomik oluşları, gerekse yüksek verimleri ve düşük zararlı madde emisyonları
ile çevreyi en az kirleten enerji üretim sistemleri olarak günümüzde çok yaygın olarak tesis edilmektedir. KAYNAKÇA
1. Power Engineering International-March/April 1995
2. McGraw-HilI's Electric Power International-Third Quarter, 1994.
3. Joyce, J.S., "How Gas Turbines Can Improve the Operating Economy and Environment Compatibility of New
and Old Steam Generating Stations", Siemens Power Journal, December 1992.
4. Haupt, G. and Joyce, J.S., "GUD Combined-Cycle Technology for Extremely Clean Power Generation",
Siemens Power Journal 4-93.
5. Özgürel, B., Egeli, M.S., Gökgöz, F. : "Turkish Experience in Combined Cycle Technology". World BankMaghreb Energy Seminar Paper, Marrakech-Haziran 1992.
6. Özgürel, B., Egeli, M.S. : " En Yüksek Verim, En Az Çevresel Etki : Kombine Çevrim Santralları", 21. Yüzyılda
Bütün Yönleriyle Enerji Sempozyumu Bildirisi, Đstanbul, Nisan-1994.
7. Özgürel, B., Egeli, M.S. : "Kombine Çevrim Yüksek Verim, 6. Enerji Kongresi Bildirisi, Đzmir-1994.
8. Özgürel, B., "Radip Development in Gas Fred Power-The Turkish Experience", Gas Povver Conference Paper,
London-1992.
9. Egeli, M.S. : "Kombine Çevrim Santralları ve Enerji Üretimindeki Verimlilikleri", Enerji Tasarrufu ve Enerji
Verimliliği Uluslararası Sempozyumu Bildirisi, Ankara, Kasım-1992.