← Ünite 11
Makina ve Teçhizat

Ünite 11: Fosil Yakıtlı Enerji Dönüşüm Sistemleri

Benzinli ve Dizel Motor Sıkıştırma Oranları
Benzinli motorlarda sıkıştırma oranı 6-10 arasında sınırlandırılmışken, dizel motorlarda bu oran 16-20 arasına yükselir. Dizel motorlarda yüksek sıkıştırma oranı sayesinde silindire alınan hava yüksek sıcaklığa ulaşır ve püskürtülen yakıt bujiye ihtiyaç duymadan kendiliğinden tutuşur.
Türbin Giriş Sıcaklık Sınırı
Buhar türbinli santrallerde verimi artırmak amacıyla buhar kızdırılır. Ancak bu kızdırma sıcaklığı malzeme dayanımı ile sınırlı olup, günümüz teknolojisinde türbin girişlerinde müsaade edilen en yüksek buhar sıcaklığı yaklaşık 620°C civarındadır.
Kritik Basınç Üstü Santraller
Teknolojik buharlı güç santralleri 22.09 MPa olan kritik basınç değerinin üzerinde çalıştırılmaktadır. Bu yüksek basınçlı çalışma koşullarında fosil yakıtlı santraller yaklaşık %40, nükleer santraller ise %34 ısıl verim değerlerine ulaşabilmektedir.
Yakıt Türlerine Göre Enerji Üretim Miktarları
Farklı yakıtların enerji yoğunlukları karşılaştırıldığında; 1 kg kömürden 3 kWh, 1 kg petrolden 4.5 kWh enerji elde edilirken, 1 kg uranyumdan tam 50.000 kWh enerji üretilebilmektedir.

Anahtar Kavramlar

Duyulur EnerjiSistemin iç enerjisinin, moleküllerin kinetik enerjisi ve hareketliliği ile doğrudan ilişkili olan kısmıdır. Sıcaklık artışıyla doğrudan değişen bu enerji türü, sistemin faz değiştirmeksizin sıcaklığının yükselmesiyle gözlemlenir.
Gizli EnerjiSistemin moleküler yapısı ve fazıyla ilgili olan iç enerjisidir. Katı veya sıvı fazdaki bir maddeye enerji verilerek moleküler bağların koparılması ve gaz fazına geçirilmesi sürecinde depolanan enerjiyi ifade eder.
İç EnerjiSistemin mikroskobik enerjilerinin toplamıdır. Dış referans noktalarından bağımsız olarak, moleküllerin kinetik, potansiyel, kimyasal ve nükleer bağ enerjilerinin bütününü kapsar.
İletim (Kondüksiyon)Bir maddenin yüksek enerjili moleküllerinden daha düşük enerjili moleküllerine, moleküller arası doğrudan etkileşim ve temas yoluyla gerçekleşen ısı transferi mekanizmasıdır.
Taşınım (Konveksiyon)Temas halinde bulunan katı bir yüzey ile hareketli bir akışkan (sıvı veya gaz) ortam arasında gerçekleşen ısı transferi mekanizmasıdır.
Işınım (Radyasyon)Maddenin atom veya moleküllerinin elektron düzenindeki değişimler sonucunda yayılan elektromanyetik dalgalar veya fotonlar aracılığıyla gerçekleşen enerji geçişidir.
Strok HacmiPistonun alt ölü nokta ile üst ölü nokta arasında yaptığı doğrusal hareket sırasında taradığı hacimdir. Motor silindirinin iş üreten aktif hacmini temsil eder.
Sıkıştırma OranıSilindir içerisindeki en büyük hacmin (piston alt ölü noktadayken) en küçük hacme (piston üst ölü noktadayken) oranıdır. Benzinli motorlarda bu oran 6-10 arasındayken, dizel motorlarda 16-20 arasındadır.
Ortalama Efektif BasınçGerçek çevrimde elde edilen işe eşit miktarda iş sağlayan ve tüm güç stroku boyunca pistona etki ettiği varsayılan hayali ortalama basınçtır.
Rankine ÇevrimiBuhar sıkıştırmalı güç santrallerinin (termik santrallerin) çalışmasını açıklayan, iş akışkanı olarak genellikle suyun kullanıldığı ideal termodinamik çevrimdir.
EkonomizerKazandan çıkan yüksek sıcaklıktaki atık baca gazlarının ısısını kullanarak, kazana giren besleme suyunu önceden ısıtan ve böylece kazan verimini artıran ısı değiştiricidir.
Kondenser (Yoğuşturucu)Türbinden çıkan çürük buharın, soğutma suyu yardımıyla ısı kaybederek tekrar sıvı (su) fazına dönüştürüldüğü alçak basınçlı ısı değiştiricidir.
KojenerasyonAynı enerji kaynağından (örneğin tek bir yakıt yakılarak) elektrik ve kullanılabilir ısıl enerjinin eş zamanlı olarak üretildiği ikili enerji dönüşüm sistemidir.
TrijenerasyonAynı enerji kaynağından yola çıkılarak elektrik, kullanılabilir ısıl enerji ve soğutma yükünün eş zamanlı olarak üretildiği üçlü enerji dönüşüm sistemidir.
Tepkili ÇevrimTürbindeki genişlemenin sadece kompresörü ve yardımcı elemanları çalıştıracak kadar yapıldığı, net işi sıfır olan ve lüleden çıkan yüksek hızlı gazlarla itme kuvveti oluşturan çevrimdir.
Sera EtkisiKarbondioksit ve su buharı gibi gazların, yeryüzünden yansıyan uzun dalga boylu kızılötesi ışınları soğurarak atmosferin ve yeryüzünün sıcaklığını artırması olayıdır.
Asit YağmuruFosil yakıtların yakılmasıyla oluşan kükürt dioksit ve azot oksit gazlarının atmosferdeki su buharıyla reaksiyona girerek sülfürik ve nitrik asit oluşturması ve yağışlarla yere inmesi olayıdır.

Diğer Önemli Bilgiler

Kojenerasyon ve Trijenerasyon Verim Değerleri

Sadece elektrik üreten modern termik santrallerde verim %40-45 seviyesini aşamazken, atık ısıyı değerlendiren kojenerasyon sistemlerinde %70-80, trijenerasyon sistemlerinde ise %90 seviyesinde sistem verimlerine ulaşılmaktadır.

Isıtma Sistemleri Çalışma Sıcaklıkları

Isıtma sistemlerinde çalışma sıcaklıkları uygulamaya göre değişir; yerden ısıtma sistemlerinde 40-60°C, radyatörlü ısıtma sistemlerinde 90-70°C (çıkış-dönüş), kızgın sulu sistemlerde ise 110°C ve üzeri sıcaklıklar tercih edilir.

Küresel Sıcaklık Artışı Öngörüleri

İklim bilimciler tarafından dünyadaki ortalama sıcaklık artışının günümüze kadar yaklaşık 0.5°C olduğu belirtilmekte ve önlem alınmaması durumunda 2100 yılına kadar bu artışın 2°C civarına ulaşacağı tahmin edilmektedir.

Dört Zamanlı Motorlarda Krank Mili Dönüşü

Dört zamanlı motorlarda bir çevrim pistonun 4 stroku ile tamamlanır. Bu süreçte krank mili toplamda iki tam devir yapar ve bu durum krank milinin 720 derecelik bir dönüş açısına ulaşması anlamına gelir.

İki Zamanlı Motorlarda Çevrim Süresi

İki zamanlı motorlarda emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz işlemlerinin tamamı pistonun sadece iki strokunda ve krank milinin tek bir tam devrinde (360 derece dönüş açısında) tamamlanır.

Birleşik Gaz-Buhar Santralleri Verimi

Gaz türbinli Brayton çevrimi ile buhar türbinli Rankine çevriminin birleştirilmesiyle oluşturulan birleşik santrallerde, atık egzoz gazlarının ısısı kullanılarak ısıl verim %50'nin üzerine çıkarılmaktadır.

Dizel Santrallerin Kullanım Amacı

Dizel santraller (jeneratörler) yüksek birim elektrik maliyeti nedeniyle sürekli çalıştırılmaya uygun değildir; bu sistemler sadece şebeke elektriği kesildiğinde enerjinin devamlılığını sağlamak amacıyla geçici olarak devreye sokulur.

Nükleer Santrallerin Kurulum Kriterleri

Nükleer santrallerin yapım maliyetini azaltmak ve güvenli işletim sağlamak amacıyla, soğutma suyuna kolay erişim için su kaynaklarına yakın ve deprem riskinin en düşük olduğu coğrafi bölgelerde kurulması zorunludur.

Sınavda Dikkat Et

  • Sıkıştırma oranlarına dikkat edin: Benzinli motorlarda 6-10, dizel motorlarda ise 16-20 arasındadır. Sınavda bu oranlar karşılaştırmalı olarak sorulabilir.
  • Kojenerasyon ve trijenerasyon farkını unutmayın: Kojenerasyon iki çeşit yararlı enerji (elektrik ve ısı), trijenerasyon ise üç çeşit yararlı enerji (elektrik, ısı ve soğutma) üretir.
  • Rankine çevriminde verim artırma yöntemlerini ezberleyin: Yoğuşturucu basıncını düşürmek, buharı kızdırmak ve kazan basıncını yükseltmek verimi artırır.
  • İki zamanlı motorların çevrim özelliklerini karıştırmayın: Bir çevrim iki strokta ve krank milinin sadece bir tam devrinde (360 derece) tamamlanır.
  • Nükleer santrallerin emisyon avantajını aklınızda tutun: Yanma (oksijenle kimyasal reaksiyon) gerçekleşmediği için işletme esnasında zararlı emisyon yaymazlar.
  • Tepkili motorlarda net işin sıfır olduğunu unutmayın: Gazlar türbinde tamamen genişletilmez, üretilen enerji sadece kompresörü ve yardımcı elemanları döndürmeye yarar.