Verimliliği ve kârlılığı nasıl artırmalı?

2012 Olimpiyat Oyunları'nda maraton dalında altın madalya kazanan Stephen Kiprotich sadece 56 kilogram ağırlığında. Ancak ciğerleri yaklaşık 8 litrelik hacme sahip. Yani ortalama bir insanın iki katı kadar. Bu sayede o, vücudundaki enerjiyi çok daha verimli şekilde harekete dönüştürebilir. 100 metre koşusunda dünya rekorunu elinde tutan Usain Bolt ise daha hızlı ivmelenmek için kullandığı ekstra kaslar yüzünden Kiprotich'den
38 kilogram daha ağırdır. Tıpkı koşucular gibi kömür ve gaz ile çalışan teknoloji şaheseri enerji santrallerinin de hem verimli hem dinamik olması gerekir. Zira büyük bir santralde yüzde birin onda biri kadarlık bir verimlilik artışı ile CO2 salımlarının yılda 7 bin ton azaltılması veya aynı kaynak tüketimi seviyesinde kalınmak şartıyla üretimin 7 gigavat-saat artırılması mümkündür. Bu arada, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektiriğin payının giderek artması da fosil yakıtlarla çalışan enerji santrallerinin çok daha esnek çalıştırılmasını zorunlu kılıyor. Mesela, gökyüzünün bulutlu olduğu ve rüzgarın hiç esmediği ya da çok az estiği zamanlarda bu enerji santrallerinin mümkün olduğunca hızlı şekilde tam kapasitede çalışır duruma gelmesi gerekir.

Tabloyu görmek için görsele tıklayın.
Yeni enerji santrallerine verimlilik ve dinamik çalışma özellikleri daha en başından ekleniyor. Günümüzdeki kömürle çalışan tesislerin elektrik verimlilikleri yüzde 46, ancak bu rakam global üretim tesisleri ortalamasının yüzde 15 üzerinde. Kombine çevrimli santralleri ise yüzde 60'ın üzerinde verimlilik oranlarına sahip. Her ne kadar son 5 yıl içinde, toplam üretimi 350 gigavat'tan (GV) fazla olan kömürle çalışan yeni enerji santralleri kurulduysa da, bu alandaki mevcut toplam global kapasite 1.600 GV'ın üzerinde. Belirli ülkelerde ise eski ile yeni arasındaki oran daha az tatminkar. Örneğin, Rusya'daki kömürle çalışan tesislerin yüzde 80'inden fazlası 20 yaşın üzerinde ve bazı tesislerin verimlilikleri sadece yüzde 23 seviyesinde ki bu durum onların ortalamada bir kWh için iki kat fazla CO2 salımı yaptıkları anlamına geliyor.

Eski ve yeni tesisler başlıca iki bakımdan farklılık gösteriyor. Birincisi, modern tesislerde maksimum buhar sıcaklığı 600 °C'yi geçebilirken, eski santrallerin çoğunda sadece 500 °C seviyelerine çıkabiliyor. Eski tesislerin aradaki bu 100 °C'lik ısı farkını kapatabilme-leri için baştan aşağıya revizyondan geçirilmesi gerek. İkinci farklılıkta ise aynı durum geçerli değildir, çünkü türbinler her 20 veya 25 yılda bir baştan aşağıya elden geçiriliyor. Siemens Enerji'nin Florida'daki global hizmet faaliyetlerini koordine eden Steve Welhoelter, ABD'de 2000 yılından bu yana 100'den fazla buhar türbininin modernleştirilmesi sayesinde CO2 salımlarının yılda 20 milyon tondan fazla düştüğünü söylüyor. Bu güncelleştirmeler sayesinde söz konusu santraller kendi üretimlerini ortalamada yüzde 4 oranında artırırken tükettikleri yakıt miktarında ise hiçbir artış gözlemlenmedi.~
Dünyanın dört biryanındaki enerji santrallerinde bugün 2.100 kadar Siemens buhar türbini faaliyet gösterdiğinden daha da fazla ilerleme kaydetme potansiyeli çok büyük. Örneğin, Siemens'in Almanya Münster'deki Ibbenbüren kömürle çalışan enerji santralini modernleştirmesi sonucunda santralin maksimum üretim kapasitesi yüzde 10'un üzerinde arttı. 1985 yılında hizmete giren bu santralin o dönemde santraller için tipik bir değer olan 530 °C'lik bir buhar sıcaklığı var. 2006 yılında Siemens bakım uzmanlarına işletmeci şirket RWE ile birlikte bu tesisin geliştirilme potansiyeli hakkında bir araştırma yapma görevi verilmişti. 2009 yılındaki planlı bir bakım için santralin kapatılmasıyla bütün buhar türbinleri ve ısı dönüştürücüleri baştan aşağıya elden geçirildi. Yüksek, orta ve düşük basınç çevrimleri için beş türbindeki bütün dahili parçalar yenileriyle değiştirildi. Bunun içinde akım kayıplarını adamakıllı azaltan asimetrik türbin kanatları ile türbin pervanesi ve yatağı arasındaki mesafeyi kısaltarak pervaneye ulaşmayan buhar miktarını yüzde 30 azaltan yeni yüksek basınçlı türbin kavramı da vardı.

Üretime verilen 72 günlük aranın ardından bu santral şimdi 86 MV kadar daha fazla enerji üretiyor. Siemens Enerji'de bu gibi projelerin global pazarlamasından sorumlu olan Dr. Norbert Henkel, "Genel bir bakım, üretim kapasitesini artırmanın iyi bir yoludur, özellikle de inşaat işlerinin bir hayli uzun onay prosedürlerinden geçmek zorunda olduğu ülkelerde. Bizim aldığımız önlemler hem enerji santrallerinin güvenilirliklerini arttıyor hem de onların hizmet sürelerini 20 ila 25 yıl daha uzatıyor" diyor.

Ancak modernizasyon, sadece tam yükte çalışırken verimliliğin artırılmasıyla sınırlı değil. Çünkü yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerji kullanımının giderek artması ile kömürle çalışan büyük santraller artık sıklıkla kısmi yükte çalışır hale geldi. Bu durum ise tesisin verimliliğini düşürüyor. Çünkü her bir türbin genellikle kendi nominal üretiminin yüzde 95'i gibi ideal bir seviyede çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır.

Gece-gündüz gaz. Almanya'da gazla çalışan enerji santralleri, üst düzey esneklikleri yüzünden, yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üreten tesisler için ideal bir donanım olarak görülür. Bu gibi tesisler aynı zamanda giderek düşen doğalgaz fiyatları sayesinde kömürle çalışan istasyonlara kıyasla daha fazla cazibe kazandıkları ABD pazarında da başarının keyfini sürüyor.~
Eskiden gazla çalışan enerji santralleri gün içinde artan talebi karşılamak için kullanılırdı, ancak günümüzde bu santrallerin çoğu gece-gündüz çalıştırılıyor. Faaliyet saatlerinin uzunluğu sayesinde tesis sahipleri kendi santrallerini modernleştirmeye daha fazla istekli oluyor. Welhoelter, "Biz 2015 yılından itibaren pazarın bu segmentinde büyük sıçrama yaşanmasını bekliyoruz" diyor.

Modernizasyon ile nelerin başarılabileceğine dair en iyi örneklerden bir diğeri ise Oregon'daki Klamath Enerji Santrali. 2009 ile 2010 yıllarında iki türbini elden geçirildikten sonra üretim 30 MV artarak toplamda 563 MV'a ulaşmıştı. Aynı zamanda çok daha esnek olmuş ve yük değişiklikleri sırasında kullandığı ekstra yakıt miktarı da yarı yarıya azalmıştı. Bunların dışında, düşük yük seviyelerinde çalışırken daha çok kirletici salımı yapmasının önlenmesi için türbinin tepesine yeni bir hava giriş sistemi eklendi. Bu sistem türbinden çıkan atık havanın ısısını alarak, onu taze havanın gaz türbinine girmeden önce ısıtılmasında kullanıyor ve iç yanmanın daha yüksek ısıda gerçekleşmesini sağlıyor. Başvurulan diğer önlemler ise buhar türbinlerinin optimizasyonunda kullanılan prosedürlerden çok da farklı değil. Burada temel fikir akış kayıplarını minimumlaştırmak. Burada da türbin pervane kanatlarının şekli ile yalıtım çok önemli.

İçten yanmalı gazlı tesislere kıyasla ağır-kanlı olan buhar çevrimleri çok daha çabuk hızlandırılabilirlerse, kombine çevrimli enerji santralleri daha da esnek bir hale getirilebilir. Siemens mühendislerinden Erich Schmid
on yılı aşkın bir süredir bu alanda çalışıyor. Schmid, mülkiyetindeki 38 patenti ile Siemens'in 2012 Yılının Mucidi ödülünü kazanmıştı. Onun fikri, gerektiğinde ısıyı daha hızlı ulaştırmakla ilgili. Bunu yapmanın bir yolu, bir türbinin aşırı yük vanasını açarak kazandan daha fazla buhar çıkmasına neden olan basıncı düşürmektir. Diğer bir seçenek ise santral çalıştırıldığında buharı yüksek basınçlı türbine değil ama orta basınçlı türbine doğru yönlendirerek önce onu çalıştırmaktır. Gelecekte bu gibi önlemlerin kombine çevrimli buhartürbinlerinin çıktılarını dakikada 30 MV'dan fazla artırması bekleniyor. Schmid, "Temel olarak burada sadece birkaç tane vanaya ve boruya ama çok sayıda yazılıma ihtiyacınız var" diyor.

Enerji tesisi modernizasyonu, ilk nesil santrallerin kendi yaşam döngülerinin sonlarına doğru yaklaşmakta olduğu Çin, Hindistan ve Rusya gibi yüksek büyüme oranlarına sahip gelişmekte olan ülkeler açısından da çok önemli. Henkel, "Bu bizim için müthiş bir fırsat" diyor. Şirketler artık giderek sadece kendi sattıkları türbinlerin değil başka firmaların tedarik ettikleri türbinlerin de modernizasyonunu yapıyor. Hatta bazen ikinci sınıfa girenler baştan aşağıya bile değiştirilebiliyor.~
Siemens'in Rusya St. Petersburg yakınlarındaki Kirishi enerji santralinde yaptığı tam da bundan ibaret. Siemens, iki adet yeni 279 MV'lık türbin ile yeni bir kontrol sistemi kurarak ve buhar çevrimini güncelleyerek, bu tesisin genel verimlilik oranını yüzde 38'den yüzde 55'e yükseltti. Açıkça anlaşılıyor ki yer kürenin her yerinde kısa mesafe koşucusu özelliklerine sahip maratoncu enerji üretim santralleri büyük talep görüyor.

Johannes Winterhagen