YAKIT PİLLİ YAKIT PİLLİ

MİKRO KOJENERASYON SİSTEMİMİKRO KOJENERASYON SİSTEMİ

Nilüfer İLHAN

Kimya Yük. Mühendisi – Uzman Araştırmacı

TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi

Enerji Enstitüsü

10 Haziran 2009, INGAS 2009 – İstanbul / TÜRKİYE

2

Türkiye’nin Enerji Kullanımı Değerlendirmesi

Mikro Kojenerasyon Sistemleri

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi

Hidrojen Üretim Sistemi

Katalitik Yakıcı Sistemi

Kontrol Sistemi

Sonuç

Sunum Planı

3

1. Ülkemiz; birincil enerji kaynaklarında yaklaşık %73 oranında, enerji teknolojileri açısından da çok daha büyük oranda dışa bağımlıdır.

2. 2030 yılına kadar öngörülenler:

1. Küresel enerji ihtiyacının yaklaşık %60 oranında artacağı,

2. Petrol fiyatlarının değişken olmakla birlikte giderek artacağı,

3. Enerji yatırımları miktarının küresel düzeyde 12 trilyon Avro; ulusal düzeyde ise 120 Milyar Avro olacağı

3. Ancak, sanayimizin ulusal ve uluslar arası pazarda pay almada teknolojik rekabet gücü son derece sınırlı olduğundan, öngörülen bu değişim ülkemiz ekonomisi açısından ciddi bir tehdittir.

4. Tehdidi fırsata dönüştürebilmek için:

1. Kaynak çeşitliğinin sağlanması,

2. Öz kaynakların minimum çevresel etki ve maksimum ekonomik fayda yaratacak şekilde kullanılması,

3. Enerji verimliliği ve katma değeri yüksek teknolojik ürünlerin geliştirilmesi, ve ulusal ve uluslar arası pazara sunulması

Türkiye’nin Enerji Kullanımı Değerlendirmesi

4

Mevcut – Yaygın

Central power station

House

Factory

Commercialbuilding

Transmission Network

Distribution Network

Enerji Üretimi

Angel Perez Sains “Sustainable Energy Systems – Future Electricity Networks”, 2003.

Avantajlar

• Daha yüksek enerji

dönüşüm verimleri

• Güç iletim hatlarında

düşük kayıplar

• Enerji üretiminde

esneklik

• Yüksek güvenilirlik

• Düşük emisyonlar

Gelecek: Tamamen entegre ağ yönetimi ile dağıtılmış / yerinde üretim

Storage

Photovoltaics power plant

Windpowerplant House with domestic CHP

Powerqualitydevice

Storage

Local CHP plant

Storage

Storage

Powerqualitydevice

FlowControl

5

Konvansiyonel Sistemlerdeki Kayıplar

TEİAŞ İletim-Dağıtım Kayıpları ii

TEİAŞ 2007 verilerine göre;

elektrik iletim hatlarındaki kayıplar %2,5

elektrik dağıtım hatlarındaki kayıplar %12

TEDAŞ 2007 verilerine kayıp-kaçak oranı %15

TEDAŞ Kayıp-kaçak Oranları i

i http://www.tedas.gov.tr/29,Istatistiki_Bilgiler.html,

ii http://www.teias.gov.tr/ist2007/index.htm, * Türkiye Elektrik Dağıtım ve Tüketim İstatistikleri, 1994 – 2007

6

Case of conventional power generation systems (thermal power)

Case of cogeneration systems

Electrical power plant

Primary energy (Petroleum, natural gas, coal, etc.)

Unused waste heat (discarding in the

ocean, etc.)

Transmission loss, etc.

Energy use

Site of demand

Gas production plant

Gas fired cogeneration

Site of demand

Electrical energy

Primary energy (natural gas)

Waste heat capable of effective use Waste heat

incapable of effective use

Energy use

Electricity

Pipeline

Electricity Heat

Konvansiyonal Güç Üretim Sistemleri Kojenerasyon Sistemleri

Elektrik güç santrali

Kullanım alanı

Birincil enerji (Petrol, doğal gaz,

kömür vb.)

Taşıma kayıpları vb. Elektrik enerjisi

Kullanılmayan atık ısı (okyanusa

verilebilir vb)

Enerji kullanımı

Gaz üretim santrali

Kojenerasyon Sistemi

Kullanım alanı

Elektrik enerjisi

Boru hattı

Elektrik

Birincil enerji (doğal gaz)

Kullanılabilen atık ısı

Isı

Kullanılmayan atık ısı

Enerji kullanımı

Elektrik

Kojenerasyon Sistemlerinin Konvansiyonel Sistemler ile Karşılaştırılması

Kaynak: Yasutaka Kume from The Japon Gas Association, presentation title: “Environment-friendly clean energy, Natural gas fired cogeneration,

Current status and future overview in Japan”.

7

Konvansiyonel sistemler ile elektrik üretiminde verim ortalama olarak %35’dir. Geriye kalan %65’lik enerji, atık ısı olarak dışarı atılır.

Mikro kojenerasyon sistemi ile elektrik üretimi %30 verim ile gerçekleştirilebilir. Ayrıca %70’lik atık ısının, önemli bir bölümü geri kazanılarak ısınma ve sıcak su ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla kullanılır. Bu sayede sistem toplam verimi %85’e çıkmaktadır. Isıtma ve elektrik üretme sisteminin ayrı olduğu sistemlerde ise toplam verim %58’dir.

Mikro Kojenerasyon Sistemleri

Kaynak: The European Educational Tool on Cogeneration, 2nd ed., December 2001.

8

Yakıt Pilli Mikro CHP Ünitesi Yıllık Satış Adedi-Japonya

Toplam Yakıt Pilli Mikro CHP Ünitesi Sayısı

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri

9

Yakıt pili tipi olarak iki farklı alternatif üzerine odaklanılmıştır;

• Katı oksit yakıt pilleri

• PEM yakıt pilleri

Şekil de görüleceği üzere, üretilen prototiplerin yaklaşık %80’inde PEM

yakıt pilleri kullanılmaktadır[i].

[i] Kerry-Ann Adamson, “Fuel Cell Today Market Survey: Small Stationary Applications” 2006

http://www.fuelcelltoday.com/FuelCellToday/FCTFiles/FCTArticleFiles/Article_1144_FuelCellTodaySmallStationarySurvey2006.pdf

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri

10

Şehir gazı

Depolama

hücresi

PEM yakıt pili

Inverter

Reformer

Elektrik

Sıc

ak s

u ta

nkı

Yakıt pili sistemi Banyo Klima Aydınlatma

Ek ısıtmaSıcak su temini Yerden ısıtma sistemi

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sisteminin Evsel Uygulaması

11

European Fuel Cell GmbH

Johnson Matthey

Vaillant

Plug Power

Bosch

Baxi

ToshibaViessmann CHP sistemi – The EtaGenTM 5

Mevcut Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemleri

PEMFC 200 kWMCFC 500 kWe

TUBITAK MAM EE, GebzeSOFC 50 kW

12

AMAÇ

Evsel uygulamalar için doğal gazdan hidrojen üreterek PEMYP teknolojisine dayalı 5 kWe gücünde bir mikro CHP sistemini prototip olarak geliştirmektir.

Başlama tarihi : 15 Temmuz 2006Bitiş Tarihi : 15 Nisan 2010 Toplam Süre : 45 ay

Müşteri Kurum : EİE İdaresiDestek :TÜBİTAK 1007

Proje Ortakları : TÜBİTAK MAM EE, KOÜ, İTÜ ve DemirDöküm

Kullanım Alanları: Ev, site, hastane vb alanlarda elektrik ve ısı üretimine yönelik kojenerasyon uygulamaları

İP 5- Kontrol Sistemi

İP 7- Sistem Entegrasyonu

İP 0 - Proje Yönetimi

İP 1- Sistem SimulasyonuÖn Tasarım ve Test Parametrelerinin belirlenmesi

İP 8- Tanıtım ve Yaygınlaştırma

İP 2

- Hi

droj

en Ü

retim

Sis

tem

i

İP 3

- PE

M Y

akıt

Pili

Sist

emi

İP 4

- Ka

talit

ik Y

akıc

ı Sis

tem

i

İP 6

- G

üç K

oşul

land

ırma

Sist

emi

Teknolojik Araştırma Alanları

Yata

y Fa

aliy

etle

r ve

Araş

tırm

a Al

anla

rı

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi Projesi

13

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi Birimleri

5 ve 30 kW’lık katalitik yanma reaktörleri deney düzeneği 14

Hidrojen Üretim Sistemi & Katalitik Yakıcı Sistemi

Hidrojen üretim sistemi deney düzeneği5 kW’lık katalitik yanma reaktörünün Fluent ile

modellenmesi

KATALİTİK YAKICI SİSTEMİ

Isıtma amaçlı sıcak su üretiminde kullanılan 30 kW’lık yakıcı sistemi ve Hidrojen Üretim Sisteminin devreye alınmasında ve işletilmesinde kullanılan 5 kW’lık yakıcı sistemi. Yakıt olarak 5 kWe PEM yakıt pilinin anot atık gazı ve doğal gaz kullanılmaktadır.

HİDROJEN ÜRETİM SİSTEMİ

Ototermal dönüşüm reaktörü (ATR) ve hidrojen saflaştırma reaktörlerinden (HTS, LTS, PrOx) oluşan 5 kWe kapasiteye sahip Hidrojen Üretim Sistemi kurulmuş, ön ve işletim testleri gerçekleştirilmiştir. Yakıt olarak doğal gaz kullanılmaktadır.

14

15Kontrol panosu

Yakıt pilli mikro kojenerasyon sistemine ait tüm alt sistemlerin uygun işletimini sağlamak ve emniyet prosedürlerini uygulamak için gerekli kontrol sistemi oluşturulmuştur.

Kontrol Sistemi

Klemens yerleşimi

16

Kojenerasyon sistemleri ile

Elektrik ve ısının birlikte üretimi sonucu toplam verimini %85’lere çıkarmak mümkündür.

Artan verimle birlikte konutun elektrik ve ısınma maliyetleri %20–40 oranında azalmaktadır.

İletim ve dağıtımdaki kayıpların önüne geçilebilir.

Sera gazı emisyonları azalmaktadır.

Avrupa’da 5 kW’dan küçük mikro kojenerasyon sistemlerinin 2015 yılı itibari ile yıllık 250.000 adet satılacağı ve bu durumda pazar değerinin yıllık 5-6 milyar Avro mertebesinde olacağı öngörülmektedir.

Buna göre, 2015 yılında Türkiye’deki pazarın yıllık 350-450 milyon Avro olacağı kabul edilebilir.

Sonuç

17

Nilüfer İLHANTÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Enstitüsü

P.K. 21 41470 Gebze / KOCAELİ

Tel: 0262 677 27 26

Faks: 0262 642 35 54

Nilufer.ilhan@mam.gov.tr

www.mam.gov.tr

http://www.mam.gov.tr/mikro-kojen/

Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi