5.05.2012

Isı Depolama Sistemi

Tipik Isı Depolama Tankı Uygulaması
Güneşten üretilen sıcak su sonra kullanılmak üzere
Isı Depolama Tankında depolanmaktadır.
Enerjinin depolanması ve depolanan enerjinin daha sonra kullanılması, kendini fark ettirmese de günlük hayatta pek çok yerde karşımıza çıkmaktadır. Şarj edilen mobil telefon ile daha sonra saatlerce süren konuşma imkanı, pikniğe gitmeden önce yapılan çayın saatler sonra termostan sıcak bir şekilde servis edilmesi, gündüz vakitlerinde depolanan güneş enerjisinin akşam saatlerinde banyo yapılırken kullanılması… günlük hayatımızda karşılaştığımız enerji depolama uygulamalarıdır. Binlerce konutun ısıtma ihtiyaçlarını tek bir ısı üretim merkezinde üretilen ısı ile karşılayan bölge ısıtma sistemlerinde ise enerji depolama kendisini, boyu elli metreyi aşan, içi su ile dolu ısı depolama tankları ile göstermektedir. Yirmi katlı bir bina yüksekliğinde olan dev ısı depolama tankları on binlerce konutlu bir yerleşim biriminin saatler boyu ısıtmasını sağlayabilmektedir.

Şematik Bölgesel Isıtma Sistemi
Isı ve Elektrik eş zamanlı olarak Biyokütle Tesisinde üretilmektedir
Dünyada birçok güç santralının tasarımları hem elektrik enerjisini hem de ısı enerjisini birlikte üreten birleşik ısı ve güç santralı olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu sayede, elektrik üretiminde kullanılamayan ve atmosfere atılan ısı enerjisi yani atık ısı, bölge ısıtma sistemine bağlı konutların ısıtılmasında ve sıcak kullanım su ihtiyacının karşılanmasında kullanılarak santralın toplam verimi ve dolayısıyla yakıttan yararlanma oranı artmaktadır. Tüketime bağlı olarak değişkenlik gösteren konut ısı ihtiyacındaki aşırı artış, yardımcı kazanda ek yakıt yakılması ve ısı depolama sistemi (IDS) ile karşılanabilmektedir. Yardımcı kazanlarda ek yakıtın yakılması maliyeti arttırırken; üretimin fazla olduğu bir zamanda IDS’e ısıl enerjiyi depolayıp gereksinim duyulan başka bir zamanda konutların ısı ihtiyacının depolanan bu enerjiden karşılanması enerji ve maliyet bakımına daha verimli bir uygulama olmaktadır. Santral ısı üretiminin konutlardaki tüketimden fazla olduğu zamanlarda ısı depolama tankı içerisindeki düşük sıcaklıktaki suyun sıcaklığı arttırılarak ısıl enerji depolama işlemi gerçekleştirilir. Sıcak su olarak depolanan ısı, gereksinim duyulan başka bir zamana kadar yalıtımlı tank içerisinde muhafaza edilir.

Santral elektrik üretiminin öncelikli olduğu, konutların ısı ihtiyacının arttığı veya santralın ısı üretiminde aksamanın olduğu durumlarda; IDS’de muhafaza edilen sıcak su bölge ısıtma sistemi sıcak su şebekesine verilmektedir. Konutların, ısıtma ve sıcak kullanım suyu üretimine ısı sağlayan şebekedeki bu su, ısısını konutlara verdikten sonra bölge ısıtma sistemi geri dönüş şebekesi ile IDS’e geri verilir. İçeriğindeki su sıcaklığının düşmesi ile IDS ısıl enerji bakımına boşalmış olur. Santral ısı üretiminin, konutların ısı tüketiminden fazla olduğu bir zaman diliminde IDS içeriğindeki su sıcaklığı arttırılarak tekrardan ısıl enerji depolama işlemi gerçekleştirilir. Aynı süreç tekrar edilerek santral ısı üretimi ve konutların ısı tüketimi arasındaki uyumsuzluk dengelenmiş olur.

Bölge ısıtma sistemlerine kurulmuş IDS’lerde, toksik olmadığı, ucuz olduğu ve konut ısıtmasına uygun mertebede kaynama sıcaklığına sahip olduğu için genellikle su, enerji depolayıcı akışkan olarak kullanılmaktadır. Suyun sıcaklığı arttıkça yoğunluğu azalmaktadır. Fiziksel özelliğinden gelen doğal davranışla sıcak su yoğunluğu düşük olduğundan dolayı soğuk suyun üstündeki katmanlarda yerini kendiliğinden bulur. Bölge ısıtma sistemi şebekesine IDS’den ısının sağlandığı durumda; daha önceden depolanmış sıcak su ile dolu ısı depolama tankının alt girişinden düşük sıcaklıkta yani yüksek yoğunlukta su girişi sağlanır. Bu esnada tankın üst bölmelerinde var olan ve tanka giriş olan düşük sıcaklıktaki su ile karışım gerçekleştirmeyen yüksek sıcaklıktaki su tankın üst çıkışından bölge ısıtma sistemi şebekesine gönderilir. Farklı sıcaklıklardaki suyun birbirine karışmamasını sağlayan diğer bir etken ise iki su arasında kendiliğinden (tank içerisindeki düşük sıcaklıktan yüksek sıcaklığa doğru artış gösteren bir sıcaklık tayfı şeklinde) oluşan ayırıcı sıcaklık katmanlaşmasıdır. 

Isı depolama tankında sıcak su ile düşük sıcaklıktaki suyun birbirine karışmamasına yardımcı olan diğer bir etken de ısı depolama tankının alt ve üst giriş-çıkış noktalarının tanka açılan bölümlerinde yayıcıların kullanılmasıdır. Yayıcı tasarımında, tanka su giriş - çıkış yönlerinin simetrik ve su hızlarının da olabildiğince düşük olmasına özen gösterilmelidir.

Isı depolama tankının deşarz işleminin farklı süreçlerinde meydana gelen  akış durumu

DÜNYADAN ÖRNEKLER


Avedøre Isı ve Güç Santralı

Avedøre güç santralında her biri 22.000 m3 hacme ve 50 m yüksekliğe sahip iki adet tanktan oluşan ısı depolama sistemi bulunmaktadır. Toplamda 8.000 GJ ısıl enerji depolayabilen bu IDS bağlı olduğu bölge ısıtma sistemine 330 MJ/s ısıl enerji sağlayarak 43.000 adet konutu yedi saat boyunca ısıtabilmektedir. 

Fynsværket Isı ve Güç Santralı

Odense bölge ısıtma sistemine bağlı Fynsværket güç santralı, 73.000 m3 hacme sahip, ısı depolama kapasitesi 13.500 GJ olan bir ısı depolama tankına sahiptir. 50 m çap ve 40 m yükseklikteki tanka sahip IDS’nin şarj-deşarj gücü 600 MJ/s’dir. Kışın konut ısı tüketiminin en yüksek seviyede olduğu zamanlarda 6 ~ 8 saat boyunca konutlara, IDS tek başına ısıl enerji sağlayabilmektedir. Yaz aylarında ise, santral ısı üretimini hafta sonu boyunca durdurup tam kapasite elektrik üretimi yaparken yerleşim birimine ısı, IDS’den sağlanmaktadır.

Isı tedarik emniyeti ve bölge ısıtma sistemi maliyetini düşürmek için 3.000 GJ kapasitesinde 20.000 m3’lük ısı depolama tankı Kalundborg bölge ısıtma sistemine kurulmuştur. IDS’nin bağlı olduğu bölge ısıtma şebekesindeki statik basıncı dengelemek için deponun 65 m yüksekliği ve 20 m çapı bulunmaktadır. 

Studstrup Güç Santralında 70.000 m3 su hacmine sahip 7.500 GJ kapasiteli basınçlı ısı depolama tankı bulunmaktadır. IDS, değişen ısı talebine karşılık santral ısı ve elektrik üretimini optimize etmek için kurulmuştur. 

Linz Mitte Santralı’nda 26 m çapında ve 65 m yüksekliğinde ısı depolama tankı bulunan 34.500 m3’lük hacme sahip bir IDS bulunmaktadır. IDS’e depolanan ısının kaybını en az indirmek amacıyla ısı depolama tankı, 500 mm yalıtım malzemesi ile yalıtılmıştır. 97 ºC iletim hattı gidiş ve 57 ~ 60 ºC dönüş sıcaklığı, ısı depolama kapasitesinin en yüksek 4.700 GJ olmasını sağlamaktadır. Kış zamanında IDS gece (22:00 – 06:00) saatlerinde şarj edilip gün içinde deşarj edilmektedir. Yaz zamanında ise IDS hafta içi ısı üretim imkanının fazla olduğu anlarda şarj edilip hafta sonu yerleşim birimine ısı sadece IDS’den sağlanmaktadır. İlkbahar ve sonbahar mevsimlerinde ise IDS’nin çalışma sistemi elektrik birim fiyatına ve ısı talebine bağlı olmaktadır. Bu gibi durumlarda IDS’nin en önemli vasfı, sabah zamanlarındaki aşırı artış gösteren konut ısı tüketimini karşılıyor olmasıdır ve böylelikle yardımcı ek kazanlara ihtiyaç olmamaktadır. Gün içinde elektrik üretimi sabit yükte olmaktadır ve bu esnada üretilen ek ısı IDS’de depolanmaktadır. Linz Mitte Santralı’nın IDS’den elde ettiği faydalar şunlardır: yardımcı ek kazanların daha önceye göre nispeten az kullanılması ile yakıt masraflarının azaltılması, santral yakıtının daha verimli kullanımı ve sonuç olarak yakıt ve CO2 emisyonlarındaki azalmalar, santralda karşılaşabilinecek herhangi bir durma anında depolanan enerjinin yerleşim birimi ısıl konforunda kesinti yaşanması ihtimalini engellemesi olarak sıralanmaktadır.

Helsinki’de bulunan Salmasaari güç santralında 18 m çapında ve 40 m yüksekliğinde iki adet ısı depolama tankına sahip bir IDS bulunmaktadır. IDS’nin ısıl enerji depolama kapasitesi 4.300 GJ’dür. 

Kaynaklar 

Kılkış, B. ve Kakaç, S., Energy Storage Systems
Dinçer, İ. ve Rosen, A.R., Thermal Energy Storage Systems and Applications
Wit, J., D., Heat Storages for CHP Optimisation
Kjær, M. ve Aagaard, J., 2004. Heat Accumulators
Promecon. Pressurised heat accumulator tank, http://www.promecon.dk/en.

Yorum Gönder
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...