Avrupa Birliğinin 20+20+20 şeklinde belirlediği 2020 yılı stratejisinde yer almış bulunan ve bu yıl sonu itibarı ile sonlanacak ve her biri %20 olmak üzere enerji tasarrufu, enerji verimliliği ve CO₂ salımlarında azaltım şeklindeki hedeflere ulaşmak için zaman kalmadığı gibi bu hedeflerin arkasında kalınmıştır. Özellikle CO₂ salımlarının azaltılmasında ortaya konan hedefi yakalamada güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Türkiye’nin 2023 yılına kadar CO₂ salımlarında %21 azaltma beyanı Paris anlaşmasında saklıdır ama biz CO₂ salımlarının azaltma faaliyetlerimiz itibarı ile dünyada sondan üçüncüyüz. Bunun ana nedeni enerji kaynaklarımızın yeterince akılcı yani bir enerji kaynağının veya artık enerjinin yararlı iş potansiyelinin (enerjinin kalitesi: ekserji) doğru talep noktasında, doğru yerde, doğru zamanda, doğru nitelikte ve doğru kademelendirmede paylaştırılmamasıdır. Bunun bir önemli boyutu da kojenerasyon (Birlikte Isı ve Güç) sistemlerine Ulusça yeterli önemi vermeyişimizdir. Şekil 1 de üç yanlışın bir doğru etmeyeceği bunun ancak üç yanlıştan bir kojenerasyon sistemi çıkartılarak olabileceği vurgulanmaktadır.

Bir binayı ele alalım: bahçede bir jeneratör, bir konfor klima sisteminin harici soğutma kulesi, bina mekanik odasında da kazan ve soğutma grupları bulunmaktadır. Soğutma kuleleri ve soğutma grupları şebeke elektriği ile çalışmakta, jeneratör ise sürekli çalışmaya göre tasarlanmadığı için ve sadece görevi şebeke elektriği kesildiğinde devreye girmek üzere tasarlandığından boş durmaktadır. Soğutma kulesinden ise geri kazanılabilecek ısı havaya salınmaktadır. Soğutma kulesi eğer ıslak veya melez tip ise bir de havaya su buharı atılmaktadır ki son yıllarda fazla su buharının atmosfere salınması ile ortaya çıkan sera gazı etkisinin CO₂ salımlarından iki kat daha fazla olduğunu ortaya koymuştur. Ülkemizdeki termik santrallerin kurulu güçteki payı giderek azalsa da soğutma kuleleri hem ısıyı boşuna havaya atmakta hem de saldıkları su buharı nedeni ile küresel ısınmayı arttırmaktadır. Tüketilen su da bu sorunları daha da ağırlaştırmaktadır.

Yanlış Nerede?

Yanlışın ana kaynağı Termodinamiğin 2. Yasasına gereken önemi vermeyişimizdir. Termodinamiğin 1. Yasası enerjinin niceliği ile ilgilidir. 2. Yasa ise enerjinin niteliği ile ilgilidir ve her kaynağın ve her talebin enerji niteliği (Yararlı iş üretme potansiyeli: Ekserji) ayrıdır. Önemli olan arz ve talep kalitesinin dengelenmesidir. Aksi taktirde ekserji yıkımları ve dolaylı CO₂ salımları artar. Dengenin ölçütü Akılcı Ekserji Yönetim Verimi, ψ_R dır. Eşitlik ve 2 de bu ölçütün iki farklı koşulda eşitliği verilmiştir. Birim ekserji ise bir birim enerjinin yaralı işe dönüşebilen kısmıdır ve ideal Karno Çevrimi ile tarif edilir.  En önemli konu ise akılcı ekserji veriminin CO₂ salımına da doğrudan etkili olmasıdır (Şekil 2).

Alışılmış iklimlendirme uygulamalarında elektrik gücü ulusal şebekeden temin edilmekte ve bu güçle soğutucu akışkan içeren, gaz sıkıştırmalı soğutma üniteleri (Çiller) kullanılmaktadır. Elektrik üretiminde ise ağırlıklı olarak termik santraller devrededir ve doğal gazın payı da önemli ölçüdedir. Isıtmada ise genellikle yoğuşmalı kazanlar kullanılmaktadır. Soğutucu akışkanlar ise Ozon tabakasını seyreltici etki göstermektedirler. Sonuç itibarı ile bir yandan karbon salımları öte yandan eş-zamanlı olarak ozon-zararlı maddeler açılarından alışılmış ısıtma soğutma, klima ve havalandırma sistemleri hem verimsiz hem atmosferi kirletici hem de enerjinin akılcı kullanımında yetersiz bir döngü içerisindedirler. Bu kısır döngü Şekil 3 de gösterilmiştir. Elektrik gücü bir termik santralde üretildikten sonra enerji tüketim alanına gelene değin -yakıttan kullanıma-verimi Ülkemizde %27 olarak gerçekleşmektedir. Buna karşın elektrik gücü dağıtık bir sistemde ve kullanım alanında üretilse bu verim %60 a kadar yükselebilmektedir. Aydınlatma ve diğer işlevler dışındaki enerji tüketim noktalarında elektrik enerjisi önemli ölçüde soğutma gruplarının tahrikinde ve bunların artık ısılarının cebri çekişli ıslak veya kuru tip soğutma kulelerinde havaya atımında da tüketilmektedir. Dolayısı ile soğutma işlevi özelinde sistem önemli CO₂ salımlarından sorumlu olduğu gibi artık ısının havaya atımında da elektrik enerjisi tüketilmektedir. Halbuki artık ısı uygun taleplerle değerlendirilebilir. Soğutma grupları eşzamanlı olarak Ozon-zararlı kimyasalları da atmosfere salmaktadır. Bu döngü sonucu küresel ısınma artmakta ve soğutma ihtiyacı artarken salımlar da artarak kısır bir döngü oluşmaktadır. Gün geçtikçe satılabilir ve ülkeye katma değer yaratabilir bir ürün haline gelen CO₂ gazı soğutma akışkanı olarak değerlendirildiğinde CO₂-nötr uygulamaya geçilebilir.

YOĞUŞMALI KAZANLAR?

Yoğuşmalı kazanlar 1.Yasaya göre gerçekten verimlidirler. Ya peki 2. Yasa? Yoğuşma işlemi işin kullanılan ısı değiştiricisi ve fanı göz önünde tutulduğunda yoğuşma ile kazanılan (gizli) ısının birim ekserjisine karşın fan ve aksamının gerek duyduğu birim elektrik ekserjisi arasındaki fark göz önüne alındığında doğal gazın aslında sanılandan daha kirli yakılabileceği ortaya çıkmaktadır.

BİRLİKTE ISI, SOĞUK ve GÜÇ ÜRETİMİ

Şekil 5 de yerinde üretime yönelik bir üçlü üretim sisteminin temel şeması gösterilmektedir. Absorpsiyon ve/veya adsorpsiyonlu sistemler soğutma gruplarının yerini almıştır ve daha verimli ve çevreci bir biçimde yerinde üretilen elektrik gücü ile çalışmaktadır. Bu sistemler CO₂ gazı ve karışımları ile teçhiz edilmişlerdir. Enerji depolama sistemi pik (Tepe) yükleri törpülediğinden daha küçük seçilebilen cihazlar sürekli tam kapasitede çalışabilir ve verimleri kısmi kapasitelere oranla yüksek sürer. IGA da kazan, soğutma grubu ve şebeke elektriği yerine üçlü üretim (Trijenerasyon) sistemi kullanılsa ve bu sistem atıklardan elde edilen biyogazla desteklense idi CO₂salımları ve ozon-zararlı salımlar büyük ölçüde önlenebilecek ve yakıt tasarrufu sağlanacaktı. Isı pompalarında ve absorpsiyonlu soğutma gruplarında iyonik sıvı-CO₂ karışımı kullanıldığında ozon-zararlı salımlar tamamına yakın biçimde önlenebilecekti.

KOJEN mi TRİJEN mi?

Birlikte ısı ve güç üretiminin akılcı ekserji veriminin yüksek olmasına karşın talebin soğutma ağırlık olması durumunda absorpsiyonlu ve adsorpsiyonlu sistemlerlele soğuğa dönüştürülmesinin yan etkisi ekserji yıkımlarının artmasıdır. Şekil 6 da 90^oC (363K) ısının 7^oC (280 K) veya 10^oC (283K) a düşürülmesi sonucu birim ekserjinin azaldığı görülmektedir. Bu nedenle birlikte ısı ve güç sistemlerinin ısı talepleri bulunduğu sürece ısıtma işlevlerini öncelikle üslenmesi önerilebilir. Ancak soğutma yüklerinin baskın olması durumunda ve ısıtma taleplerinin çok az olduğu durumlarda sıcak ve soğuk depoları ile talep zaman aralıkları arasında kaydırma yapılarak trijenerasyon etkin bir biçimde kullanılabilir.

ENERJİ DEPOLAMASININ ÖNEMİ

Eğer üretilen ısı soğutmada kullanılacak ise enerji depolaması ön plana çıkmaktadır. Şekil 7 de ısıl güç ve soğutma güç taleplerinin örtüşmediği durum görülmektedir.  Eğer ısıl yük bir ısı deposu (TES) ile t₂ zamanına kaydırılırsa soğutma talebinin fazla olduğu zaman dilimi içerisinde talep fazlası ısıl güç oluşur ve bu fazlalık soğuğa akılcı bir biçimde dönüştürülebilir. Böylelikle de ısıl güç ısı olarak kullanılırken depolanan fazla ısı da soğutma yüklerinin en fazla olduğu zaman dilimlerinde soğuğa dönüştürülmüş olur.

SONUÇ

Ülkemiz madem ki doğal gazı “temiz” yakıt diye seçmiş o zaman doğal gazı sadece “verimli” değil gerçekten temiz ve akılcı kullanmalıyız. Örneğin doğal gaz gibi katma değer potansiyeli çok yüksek olan doğal gazı önce güç üretiminde, sonra sanayide, sonra bilge enerji sistemlerinde, en sonda bireysel ısıtmada kullanmalıyız. Bizler ise doğal gazı evlerimizde tüketirken sadece ısıtmada, banyoda ve mutfakta kullanıyoruz. Doğal gazın hemen tamamını ithal ediyorsak daha verimli tüketmeliyiz. Doğal gazı sadece mutfaklarımızda ve ısıtmada kullanmamalıyız. Doğu Akdeniz de doğal gaz ümitlerimiz olsa da Küresel ısınamaya olan olumsuz katlılarımızı Paris hedeflerine uygun biçimde kullanıp bugünkü gibi savurmamalıyız. Bunun en önemli çözümü de ısı ve güç üretim sistemlerini öncelikle ısı ve güç taleplerinin karşılanmasında, sonra da yeterli ısı depolama teknikleri uygulamak kaydı ile soğutmada kullanmalıyız. Diğer bir yarar da bu sistemlerin atıklardan biyogaz eldesi ile işletilmeleri olacaktır.