1. Giriş

Ülkemizde mekan ısıtması çoğunlukla kömür (sobalarda, kat veya bina kazanlarında yakılarak) veya doğalgaz (kombi, soba veya kazanlarda yakılarak) gibi yakıtların direkt olarak yine mekan bünyesinde yakılması ile sağlanmaktadır. Isınma amaçlı kullanılan kömür sobalarında yanma verimi % 60 civarındadır. Yakıtlardan maksimum oranda faydalanmak için en uygun yöntem, bu yakıtların birleşik ısı ve güç santrallerinde değerlendirilmesidir. Bu santrallerde yakıtın verimli bir şekilde yakılması ile açığa çıkan ısı enerjisi, öncelikle daha nitelikli bir enerji türü olan elektrik enerjisi üretiminde, geriye kalan düşük kalitedeki ısı enerjisi (atık ısı enerjisi) ise konut, sanayi, sera vb. alanlarda ısıtma ve/veya proses amaçlı değerlendirilir. Böylece yakıtın sahip olduğu enerjinin yaklaşık % 80’inden faydalanmak mümkün olabilmektedir. Bölge ısıtma sistemleri, konut, işyeri vb. gibi mekanların ya da turizm, tarım gibi sektörlerin gerekli ısıtma ve sıcak kullanım suyu ihtiyaçlarını (sıcak su veya proses ısısı vb.) bir veya birkaç değişik kaynaktan (termik santral atık ısıları, atık arıtma ve sanayi atık ısıları, jeotermal, güneş enerjisi vb. gibi) sağlayabilen sistemlerdir.

 

Dünyadaki uygulamalar incelendiğinde, şehirlerde kurulan bölge ısıtma sistemlerinin birçoğunun ısı kaynağı olarak termik santrallerin atık ısısını kullandıkları görülmektedir. Bu uygulamalara benzer bir uygulama ülkemizde Afşin Belediyesi tarafından planlanmaktadır.

 

Kurulacak bölge ısıtma sistemi, Afşin Elbistan B Termik Santrali tarafından üretilen ısı enerjisi ile beslenerek konut, işyeri vb. gibi kullanıcıların ısıtma ve sıcak kullanım suyu ihtiyaçlarını karşılayacaktır (Şekil 1). TÜBİTAK MAM bünyesinde, Afşin Belediyesi tarafından yatırımı planlanan bölge ısıtma sisteminin yapılabilirlik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu çerçevede, Afşin’e kurulması planlanan bölge ısıtma sisteminin çevresel, ekonomik ve sosyal etkileri değerlendirilmiş ve yatırımın ekonomik açıdan yapılabilirliği analiz edilmiştir. 

 

Afşin İlçesi’nde konut ısıtmasında yaygın olarak kömür sobası kullanılmaktadır. İlçedeki konutların yaklaşık % 30’unda ise kalorifer sistemi mevcuttur. Bölge ısıtma sistemleri ise hem bireysel sobalı ısıtmaya hem de merkezi kazan ısıtmaya göre çok daha konforlu, güvenli ve ekonomik bir ısıtma sistemidir. Bölge ısıtma sisteminde binalarda yakıt yakılmaz, binalara iletilen sadece sıcak sudur. Bu nedenle binada kazan ve bacaya da gereksinim bulunmamaktadır. Bölge ısıtma sistemlerinde kullanıcılar, kalorifer kazanına nazaran daha küçük ebatlardaki bina alt istasyonları ile şebekeye bağlanabilmektedir. Ayrıca bu sistemde yakıt besleme, kül ve baca temizliği, kalorifer sorumlusu gibi işletme gereksinimleri bulunmamaktadır. Sıralanan sebepler göz önünde bulundurulduğunda, Afşin’de kurulacak bölge ısıtma sisteminin oldukça fazla rağbet göreceği tahmin edilmektedir. Kurulması planlanan bölge ısıtma sisteminin genel özellikleri Tablo 1’de verilmektedir.

 

2. Talebin Belirlenmesi

Afşin ilçesinde 10.000 konutluk bir bölge ısıtma sistemi kurulması öngörülmektedir. Yatırım kapsamında kurulacak bölge ısıtma şebekesi, ilçedeki konutların yıl boyunca ısınma ve sıcak kullanım suyu ısı ihtiyaçlarını karşılayacaktır. Şebekenin boyutlandırılmasında öncelikle ilçedeki toplam ısı talebinin belirlenmesi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 

 

Afşin ilçesinde, konutların yıl boyunca ısıtma amaçlı enerji ihtiyacını en doğru biçimde tahmin edebilmek için Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü’nden, Afşin ilçesindeki ölçüm istasyonuna ait son 10 yılın (2001-2010) saatlik bazda sıcaklık ve güneşlenme ölçüm değerleri temin edilmiştir. Isı yükü hesaplamalarında, ilçedeki konutları temsilen, her bir konutu 100 m2’lik 10 konutlu bir model bina belirlenmiş ve binanın özgül ısı kaybı; yapı elemanlarının fiziksel özellikleri (yapısı, boyutları, iletkenliği vs.), binanın yönlere göre konumu ve havalandırılması dikkate alınarak hesaplanmıştır. Konut ısı kayıplarının hesaplanmasında kullanılan temel değerler Tablo 2’de verilmektedir. Ardından, özgül ısı kaybı, meteorolojik veriler ve güneşlenme değerleri ile konutun yıl boyunca saatlik bazda ısı yükü belirlenmiştir. Isı yükünün hesaplanması için kullanılan parametreler TS825 standardına uygun olarak seçilmiştir. Buna göre 15 °C’lik dış ortam sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda ısıtma yapılmayacağı kabul edilmiştir. Ayrıca, ısı yükü hesaplanırken konutların saat 12:00 ile 06:00 arasında ısıtma yapmadıkları öngörülmüştür.

 

Bölge ısıtma sisteminin kurulumu planlamasın-da, hem bölge halkının mevcut ısı tüketim alışkanlıklarını belirlemek hem de öngörülen mali yükümlülükler doğrultusunda kurulacak bölge ısıtma sistemine katılım taleplerini tespit etmek önemlidir. 

 

Bu amaçla TÜBİTAK MAM tarafından bir anket formu hazırlanmış ve Afşin Belediyesi görevlileri tarafından Haziran 2011’de bölge ısıtma sistemi kapsamında planlanan kesimlerdeki 440 haneye anket uygulanmıştır. Anket sonuçları da yine TÜBİTAK MAM tarafından analiz edilmiştir. Anketlerde esas olarak hane sakinlerine;

• Konutlarındaki mevcut ısıtma sistemi türü,

• Yıl içi ve gün içi ısıtma yapılan zaman aralıkları,

• Isınma amaçlı yıllık yakıt harcamaları,

• Bölge ısıtma sistemine katılım talepleri,

 

Bölge ısıtma sistemine katılmaları için bina içinde gerekli olan yatırımları karşılayıp karşılayamayacakları sorulmuştur. Yıllık ısı talebinin belirlenmesi ile ilgili hesaplamalar bölge halkından edinilen ortalama tüketim bilgileri ile karşılaştırılarak kontrol edilmiştir. Ayrıca ilçede bulunan okul, hastane, hizmet binası gibi kamu kurum ve kuruluşlarına ait binalar ile spor salonu, cami vb. gibi tesislerin mevcut kazan kapasiteleri ve yıllık yakacak tüketimleri temin edilerek hesaplamalarda göz önünde bulundurulmuştur.

 

3. Yatırımın Teknik Analizi ve Tasarım

Bölge ısıtma şebekesinin temel tasarımı, Afşin Belediyesi Kentsel Dönüşüm ve İmar İşleri Birimi ile koordineli olarak yürütülen bir çalışma sonucunda gerçekleştirilmiştir. Belediyenin mevcut nazım imar planı baz alınarak her cadde ve sokaktaki konut sayıları ve tahmini ısı yükleri bulunmuş, buna bağlı olarak da BIS iletim ve dağıtım hatları boyutlandırılmıştır. Boru şebekesinin termal ve hidrolik analizleri TERMIS yazılımı ile gerçekleştirilmiştir.

 

Boru şebekesi tasarımı üç ana kısımdan oluşmaktadır. Bunlar, santralden şehir girişine kadarki boru şebekesi (İletim Hattı), şehir içinde cadde ve sokaklardaki boru şebekesi (Dağıtım Hattı) ve dağıtım hattından konutlara giden boru şebekesidir (Bağlantı Hattı).

 

İletim hattının iki aşamada kurulması planlan-mıştır. İletim hattı, yatırımın büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Bu nedenle ilk yıllarda yatırımın az olmasını sağlamak amacıyla ilk aşamada 5.200 konut eşdeğer (KE) ısı yükünü karşılayacak şekilde gidiş dönüş olarak küçük çaplı (DN 350) tasarlanması ve talebin artması ile birlikte ikinci aşamada daha büyük bir hattın (DN 500) mevcut iki hattın yanına kurulması öngörülmüştür. Bu ikinci aşamada DN 350’lik hatların dönüş hattı olarak, DN 500’lük hattın ise gidiş hattı olarak kullanılması planlanmıştır (Şekil 2a ve Şekil 2b). Böylece Afşin Bölge Isıtma Sistemi yatırımı yıllara yayılarak 10.000 KE’ye çıkarılacaktır. 

 

Afşin BIS iletim hattı ile taşınan ısı enerjisi, dağıtım hatları ile konutlara ulaştırılacaktır. Dağıtım hatlarının tasarımında girdi olarak kullanılan her bir cadde ve sokağa ait mevcut konut sayıları Afşin Belediyesinden temin edilen nazım imar planı yardımıyla belirlenmiştir. Ayrıca imar planı doğrultusunda ileriki dönemde inşası muhtemel konut sayıları da tasarımda dikkate alınmıştır. Dağıtım sisteminin hepsinin aynı yılda kurulması pratikte zor bir iştir. Bundan dolayı dağıtım hattı yatırımının 3 farklı bölgeye ayrılarak, toplam 3 yılda tamamlanması planlanmıştır (Şekil 3). Şehir nazım imar planı üzerinde şebeke boru hatlarının güzergâhları belirlenmiş; buna göre boru şebekesinin termal analizleri gerçekleştirilmiş ve ısı kayıpları hesaplanmıştır. Santralin bölge ısıtma sistemine vermesi gereken ısı enerjisi, yapılan bu analizler doğrultusunda belirlenmiştir. BIS şebekesinde oluşabilecek azami ısı kaybının belirlenmesi amacıyla yapılan termal analizlerde, termik santralden 110°C olarak sağlanan sıcak suda, şebeke içerisindeki ısı kayıpları neticesinde oluşan sıcaklık dağılımı boru şebekesi üzerinde Şekil 4’te verilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi ısı, şehrin en uzak noktasına 5°C’den de az bir sıcaklık kaybı ile ulaşmaktadır. 

 

Hesaplamalarda farklı durumlardaki ısı kayıp değerlerinin bulunabilmesi için TERMIS yazılımı ile termal yükler, gidiş-dönüş sıcaklıkları değiştirilerek şebeke boyunca ısı kayıpları hesaplanmış ve buna göre de santralin üretmesi gereken ısı miktarları bulunmuştur. 10.000 konuta ısı sağlanması durumunda şebekede meydana gelen ısı kayıplarının kısmi yüklerdeki değişimleri de hesaplanmıştır. 

 

Bölge ısıtma sistemlerinde sıcak suyun konutlara ulaştırılması ve şebekede su sirkülasyonunu sağlamak için santrifüj pompalar kullanılmaktadır. Bu pompaların hat üzerinde konumlandırıldığı yerlere ise pompa istasyonu adı verilmektedir. Pompa istasyonlarında yer alan santrifüj pompalar şebeke ve bina alt istasyonlarında oluşan basınç kayıplarını yenecek şekilde tasarlanmıştır. Bölge ısıtma sistemi şebekesi tasarımında, en uzak kullanıcının gidiş-dönüş bağlantı hatları arasındaki basınç farkı en az 100 kPa olacak şekilde yapılarak, en son kullanıcıya kadar ısının iletilmesi garanti altına alınır. Kullanıcıların sorunsuz olarak bölge ısıtma sisteminden yararlanabilmeleri için bina alt istasyonundaki basınç kaybının azami 100 kPa olarak tasarlanması gereklidir. Afşin Bölge Isıtma Şebekesinde basınç sınıfı; iletim, dağıtım ve bağlantı hatları için 25 bar’dır. Şebeke içinde suyun buharlaşmasını engellemek için minimum basınç, sıcak gidiş suyunun buharlaşma basıncından fazla olmalıdır. Ayrıca, boru şebekesinin tamamen su ile dolması ve şebekenin hiçbir yerinde suyun buharlaşmaması için şebekedeki statik basıncın belli bir seviyede tutulması gerekir. Statik basınç, su sirkülasyonun durması halinde dahi en yüksek kottaki borularda buharlaşma olmayacak şekilde seçilmiştir. 1, 2 ve 3. bölgelerdeki arazilerin kapsadığı bölgeler için, ilçenin en alçak noktası ile en yüksek noktası arasında yaklaşık 60 m’lik kot farkı vardır. Basıncın en düşük olduğu ve suyun buharlaşma riskinin en fazla olduğu yerler pompa girişleri ve şebekenin en yüksek yerindeki bina alt istasyonlarının girişleridir. 

Bu noktalardaki basınçlar, su buharlaşması dikkate alınarak en az 100 kPa olacak şekilde hesaplanmıştır. Şebeke boyunca basınç regülâsyonunun frekans konvertörlü pompalarla sağlanacağı öngörülmüştür. Yapılan hesaplamalar sonucunda Afşin bölge ısıtma sisteminde biri santralde olmak üzere üç adet pompa istasyonunun 10.000 KE kapasitedeki şebeke için yeterli olduğu görülmüştür (Şekil 5). En uzun ve kritik hat da Şekil 5’te yeşil renkli olarak verilmiştir.

 

4. Yatırım ve İşletme Giderleri

Gerçekleştirilmesi planlanan yatırım ile Afşin ilçesindeki 10.000 konutun ısınma ve sıcak kullanım suyu ısı ihtiyaçları kesintisiz biçimde karşılanabilecektir. Yatırım kapsamında alınacak ekipman ve gerçekleştirilecek çalışmalar Tablo 3’te sıralanmaktadır. Sistemin işletilmesi sırasında ortaya çıkacak işletme maliyet kalemleri ise Tablo 4’te verilmektedir.

 

5. Ekonomik ve Sosyal Analiz

Genel olarak bakıldığında; enerji verimliliği sağlaması, enerjide dışa bağımlılığı azaltması, ısınma harcamalarında tasarruf sağlaması, bölgeye ek istihdam olanakları sunması ve emisyon kaynaklı masrafları (sağlık, temizlik vb.) azaltması sistemin sağlayacağı ekonomik yararlar olarak görülmektedir.

 

Afşin ilçesinde kurulacak BIS’ın ülkemize sağlayacağı en önemli katkı şüphesiz, santral atık ısılarının faydaya dönüştürülerek santralin yakıttan faydalanma oranındaki artıştır. Şekil 6’da kazana beslenen 100 birimlik ısı enerjisinin dağılımları görülmektedir. Santralin iki ısı üretim kaynağından maksimum ısı üretimi sağlandığında, kondenserden atılan atık ısının bir kısmı kullanılan atık ısı miktarına bağlı olarak faydaya dönüşmektedir. İlerleyen yıllarda BIS’ın daha da büyümesi durumunda faydalı ısı payı giderek artarak, kondenser atık ısı miktarı minimuma inecektir. Bu sayede santralin soğutma kulelerinden her gün atmosfere salınan ısı enerjisi azaltılacaktır.  BIS sayesinde ilçe halkının ısıtma için yaptığı harcamalarda önemli oranlarda tasarruf sağlanacaktır. Konutların BIS ile ısıtılması ile insanların konfor şartlarında da artış sağlanacaktır. Afşin ilçesinde bulunan konutların çoğu henüz tek odada bulunan bir soba ile ısınmaktadır. Konutlarda soba kullanımı; konut içerisinde eşit derecede ısınma sağlayamamasının yanında kömürün ve çıkan külün taşınması gibi çeşitli sorun ve zorluklara neden olmaktadır. BIS ile konutlarda yaşanan benzeri sorunlar ortadan kalkacaktır. Diğer bir sosyal fayda da insan sağlığı yönünden, emisyon kaynaklı hastalıkların azalmasıdır. Bu sayede sağlık giderleri ve iş gücü kayıpları da azalacaktır. Ayrıca şehirde yakılan yakıtın nakliyesi ve bu nakliyenin getirdiği etkiler, yakıtın kül gibi çeşitli atıklarının oluşturduğu problemler ve masraflar ortadan kalkacaktır.

 

6. Sonuçlar

Yapılabilirlik analizleri kapsamında elde edilen bazı sonuçlar şu şekilde özetlenebilir:

• Bölge ısıtma sistemi için yapılacak yatırımlar düşünüldüğünde masrafların en önemli kısmını boru yatırımları oluşturmaktadır (Şekil 7). Bu nedenle bölge ısıtma sistemi şebekesini tasarlarken düzenli yapılaşma içinde olan ve konut yoğunluğu fazla olan bölgelerin tercih edilmesi konut başına yapılacak boru hattı maliyetini önemli ölçüde azaltacaktır.

 

Yapılabilirlik analizleri kapsamında, konutlara yapılacak ısı satış miktarı ve birim ısı satış fiyatının yatırımın geri ödeme süresine etkisi incelenmiştir (Şekil 8). 

 

Konutlara satılacak ısı miktarı ne kadar artarsa yatırımın geri ödeme süresi o kadar kısalmaktadır. Bu nedenle bölge ısıtma sistemi kapsamında konut yoğunluğu fazla bölgelerin öncelikli olarak planlanması, yatırımın ekonomikliğini artıracaktır. 

 

Ayrıca konut ısı satış fiyatındaki yıllık artış oranının değişmesi durumunun da yatırım geri ödeme süresine etkisi göz önünde bulundurulmuştur (Şekil 9). Yatırımın ekonomikliği için yatırım geri ödeme süresi ile ısı satış miktarını artıracak cazip bir ısı satış fiyatının belirlenmesi gerekmektedir.