Zonguldak - Çatalağzı beldesi için bölgesel ısıtma sisteminin termodinamik ve ekonomik analizi ile CO2, SO2 ve PM salınımına etkilerinin incelenmesi

Abstract

Dünyadaki her canlının yaşaması için ihtiyaç duyduğu şeylerin başında enerji gelmektedir. İnsanoğlu on binlerce yıllık tarihinde her gün biraz daha enerjiye ve doğaya hükmetmeyi öğrenmektedir. Elektrik üreten termik santraller ilk başlarda %20 verimin altında çalışırken günümüzde doğalgaz santrallerinde bu oran %62'lere kadar çıkabilmektedir. Her ne kadar elektrik üretiminde verim arttırılmış olsa da yine de kaybolan ve faydalı enerjiye dönüştürülemeyen çok fazla enerji sistemden dışarı atılmaktadır. Termodinamik çevrim gereği dışarı atılmak zorunda olan bu enerjiyi, sistemi birleşik güç santraline dönüştürerek azaltmak mümkündür.Artan enerji ihtiyacı ve bu ihtiyacın daha hızlı, ekonomik ve güvenli olarak fosil yakıtlardan sağlanması aynı zamanda dünyamız için çok büyük bir tehdit ortaya çıkarmaktadır. Yanma sonucu ortaya çıkan gazlar, sera gazları küresel ısınmaya yol açmaktadır sağlıklı bir canlı hayatı için büyük risk oluşturmaktadır.Bu çalışmada ÇATES-B'de elektrik üretmek için yapılan çevrim sonucunda sistemden kullanılmadan atılan enerjinin daha verimli kullanılabilmesi için Çatalağzı beldesinde bölgesel ısıtma sistemi kurulmasının yolları araştırılmıştır. Böyle bir sistemin kurulması evsel ısınmadan kaynaklanan sera gazı emisyonlarını da ciddi ölçüde azaltacağından çevresel açıdan da büyük önem taşımaktadır. Bölgesel ısıtma için gerekli olan ısı, buhar türbininden ara buhar alınarak sağlanmıştır. Bölgenin toplam ısıtma yükü belirlemek için yalıtımlı bir referans konut seçilmiş, beldedeki hane sayısı da dikkate alınarak öncelikle referans konut için ısı kaybı hesabı ve ısıtma suyu hesabı yapılmış, sonrasında tüm bölge için ihtiyaç çıkarılmıştır. Referans konut için pik ısı yükü ihtiyacı 8,08 kWt/KE olarak hesaplanmış olup, sistemin anlık olarak karşılaması gereken ısıl yük 27,27 MWt olarak hesaplanmıştır. Referans konut için yıllık toplam ısı ihtiyacı ise 10,42 MWth/Yıl-KE olarak hesaplanmış olup yıllık toplam ısı ihtiyacı ise 39.075 MWth/Yıl olarak hesaplanmıştır.Santral ile bölge arasında sıcak akışkanı taşıyacak boruların çapı ekonomik boru çapı hesaplama yöntem ile hesaplanmış ve boru hattında meydana gelen ısı kaybı tayin edilmiştir. Kurulacak olan sistemin, ilk yatırım, işletme, bakım onarım maliyetleri hesaplanmıştır. Ayrıca sistemin kurulması halinde evsel ısıtmadan kaynaklı azalacak olan sera gazı miktarları hesaplanmıştır.Yapılan hesaplamalarda çeşitli çaplarda toplam 58 km'lik bir boru hattı şebekesi dizayn edilmiştir. Sistemin ilk kurulum maliyeti 10.023.357,00 TL olarak hesaplanmış olup, işletme dönemi toplam maliyetleri ise senelik 2.129.714,40 TL olarak hesaplanmıştır.Elde edilen sonuçlar doğrultusunda hem ekonomik açıdan, hem enerji verimliliği açısından hem de sera gazları emisyonlarının azaltılması açısından Çatalağzı'nda bölgesel ısıtma sisteminin yapılmasının faydalı olduğu tespit edilmiştir.

In this thesis the ways of establishing a district heating system in Çatalağzı region are researched with the use of waste heat of the ÇATES-B power plant which is thrown away as a result of thermodynamic cycle to generate electricity. Establishing of such kind of district heating system can reduce the greenhouse gases significantly which is occurred from the individual house heating systems. Therefore it's very important for the environmental aspect. The heat required for the district heating system is extracted from the bleeds of the steam turbine. To determine the total heating load (capacity) a reference house is selected. Heat loss calculation and the hot water requirements are firstly calculated for the reference house, afterwards the total heat demand of the Çatalağzı region is calculated with the consideration of the house number in the region.The pick heat demand for the reference house is calculated 8,08 kWt/KE and the instant pick load for the whole system is 27,27 MWt. The yearly heat demand for the reference house is calculated 10,42 MWth/Year-KE and the yearly required pick heat demand is calculated 39.075 MWth/Year.Diameters of the pipes which are conveying the heating fluid (hot water) between the power plant and the district heating system are calculated in terms of economical pipe diameter calculation and the heat losses on the pipeline is evaluated accordingly. Capital Expenditure (CAPEX) and Operational Expenses (OPEX) of the district heating system is calculated. Additionally the amount of greenhouse gases which are exposed due to individual house heating that will be reduced by the installation of the district heating system is calculated.According to the calculations, total 58 km pipeline with several pipe diameters is designed. CAPEX of the system calculated as 10.023.357,00 TL and the OPEX is calculated as 2.129.714,40 TL.As a conclusion and according to the findings from this research, establishing of a district heating system at Çatalağzı region is favorable and profitable on economic basis, energy efficiency and reducing the greenhouse emmissions.