<b>Depo Gazı Enerji Üretim Tesisi Baca Gazı Atık Isısının Seralarda Değerlendirilmesi: İstanbul Örneği </b> / Utilization of Waste Heat in Energy Production Plant from Landfill Gas at Greenhouses Case Study in Istanbul
Authors: Enç Volkan , Kasırga Musa 
Published: February 2013

Evsel atık düzenli depolama sahaları kullanım ömrü dolduktan sonra yararlı kullanım alanları sınırlı sahalardır. Çoğunlukla yeşil alan olarak kullanılan bu yerler ekonomik ve çevresel anlamda atıl durumda bulunmaktadır. Depolama sahalarının İstanbul gibi arazi sıkıntısı çeken bir şehirde yararlı amaçlar için kullanılması elzemdir. Depolama sonrası sahalarda metan gazı oluşmakta ve farklı yöntemlerle kontrol altına alınmaktadır. Bu gazların toplanması, taşınması ve özel motorlarda yakılması ile elektrik enerjisi üretilmektedir. Tesislerde gazın yakılması, depo gazı içerisinde bulunan CH4 (metan) gazının CO2’e indirgenmesini sağlayarak sera etkisini azaltmakta, elektrik enerjisi üreterek ekonomiye katkı sağlamaktadır. Çevresel ve ekonomik yarar göz önüne alındığında, depo gazından enerji üretim tesislerinde, enerji üretiminde mümkün olabilecek maksimum verime ulaşılmalıdır. Bu düşünce ile bakıldığında, depo gazı enerji üretim tesisinde oluşan atık ısının değerlendirilemeden atmosfere verilmesi önemli bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Oldukça yüksek debi ve sıcaklığa sahip bu ısı, enerji bakımından önemli bir potansiyele sahiptir. Bu sıcaklıktaki ve debideki ısının değerlendirilmeden atmosfere verilmesi, çevreyi olumsuz etkilemesinin yanında ekonomik kayıplara yol açmaktadır. Seralarda mevsimlik çiçek üretimi, maliyeti yüksek bir faaliyettir. Maliyetlerin önemli bir kısmını sera ısıtılması ve gübre kullanımı oluşturmaktadır. Isıtma işlemi için Türkiye’nin büyük bir bölümünde kömür ve doğalgaz kullanılmaktadır. Kışın seraların ısıtılması için kullanılan fosil yakıtların hem maliyeti yüksek, hem de çevresel standardı düşüktür. Bu çalışma, İstanbul Kalkınma Ajansı (İSTKA) tarafından desteklenen Depo Gazı Enerji Üretim Tesisi Atık Isının ve Kompostun Seralarda Kullanımı Projesi kapsamında yürütülmüştür. Bu kapsamda; çevre, tarım ve enerji sektörü için, atık ısı ve atık maddelerin değerlendirilmesini içeren çevresel ve ekonomik açıdan sürdürülebilir eko yenilikçi bir sistemin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu çalışmada İBB Odayeri Düzenli Depolama Sahasında depo gazından elektrik enerjisi üretim tesisinden çıkan baca gazının değerlendirilmesine ve mevsimlik çiçek üretim serasının kurulmasına ilişkin süreçler yer almaktadır. Kurulması düşünülen seranın ısıl hesaplamaları yapılmıştır. Yapımda kullanılacak her malzemenin sebep olduğu ısı kayıpları ve hacim kaynaklı hava değişimine bağlı ısıl kayıplar göz önüne alınarak gerekli ısı miktarı belirlenmiştir. Depo Gazı Enerji Üretim Tesisinden elektrik üretim faaliyeti sonucu egzoz gazı atmosfere verilmektedir. Bu gazın değerlendirilmesi için baca gazı emisyon ölçümü ve analizi yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre yaklaşık 470 °C sıcaklıktaki gazın geri kazanımı için gerekli ısıl hesaplamalar yapılmıştır. Egzoz gazının emisyon ölçümü için CO, CO2, O2, SO2, NO, NO2 ve NOx Tayini Elektrokimyasal Hücre Metodu ile, Bacada Hız ve Debi Tayini ise S Tipi Pitot Tüpü ile gerçekleştirilmiştir. Bacalarda oluşan atık ısının kullanımı için sistem alternatifleri araştırılmıştır. Proje ile ilgili olarak hava-su ısı değiştiriciler incelenmiştir. Analiz sonuçları ve seranın ihtiyacı olan enerji miktarına göre ekonomizer ya da eşanjör ölçüleri hesaplanmış, malzeme çeşidi tespit edilmiş, sistemin dizaynı ve imalatı yapılmıştır. Atık ısı geri kazanım ünitesinde ısıtılan su, pompalar vasıtasıyla seraya iletilecektir. Isı İletim sistemi ısı kayıpları minimuma düşürecek şekilde dizayn edilecek, sera içinde bulunan otomasyon sistemi vasıtasıyla ihtiyaç duyulan zaman dilimlerinde seraya sıcak su beslemesi yapılacaktır. Odayeri Düzenli Depolama Sahasında uygun alan tespiti ve yetiştirilecek ürün tespiti yapıldıktan sonra sera kurulumuna geçilmiştir. Seralarda yetiştirilecek ürünler için uygun koşulların sağlanması için iklimlendirme, sulama ve gübreleme sistemi dizayn edilmiş ve sistemlerin tamamı tam otomasyonlu yapılmıştır. Depo gazı Enerji Üretim Tesisinde depo gazı yakılarak elektrik enerjisi üretiminde kullanılmakta, çok yüksek sıcaklıkta baca gazı atmosfere verilmektedir. Bu gazın değerlendirilmesinin önemli ekonomik faydalar sağlayacağı tespit edilmiştir. Seracılık, ülkemizde ve dünyada önemli bir tarım faaliyeti olmakta ve bu sürecin gelişimde ısıtma maliyeti önemli bir kısıt olarak karşımıza çıkmaktadır. Ülkemizde ısıtmaya bağlı olarak seracılık sıcak iklim bölgelerinde ve jeotermal enerjiye sahip bölgelerde yapılabilmektedir. Kış ısıtması genel itibari ile yetersiz kalmakta ya da hiç yapılamamaktadır. Proje sonucunda ortaya konan sistem, atık yönetiminin önemli sıkıntılarına çözümler getirmektedir. Belediyeler ve çok farklı sektörlerden işletmeler için problem teşkil eden atıl durumdaki depolama sahaları, değerlendirilemeyen atık ısı, seracılık alan sıkıntısı, sera ısıtma giderleri ve işsizlik gibi konular proje sayesinde bütüncül bir şekilde ele alınmıştır. Utilization of Waste Heat in Energy Production Plant from Landfill Gas at Greenhouses Case Study in Istanbul After the lifetime of regular landfill ended, the rest of useful field becomes very limited. This areas used for green field are inactive in terms of environmental respect. The usage of the storage fields is critical for Istanbul where the empty lands are limited. Methane comes out from landfill and is controlled with different methods. Electricity is generated after the process of collecting, transferring, and burning of methane gas. Consuming methane gas in the plants leads to reduce the amount of greenhouse gases by conversion of methane to carbon dioxide, and increase economic benefits by energy generation. Considering the environmental and economic benefits, maximum efficiency of the production plant should be aimed. Therefore, exposition of waste heat created in the plant to air is a serious problem. This high capacity heat has a potential. Otherwise, it will cause environmental problems in addition to economical lose. Seasonal flower raise in greenhouse is a high cost business. The biggest portion of this cost is caused by heating and use of fertilizer. Coal and natural gas are used to heat the greenhouses. Fossil fuels used for this goal are costly and not environmentally friendly. This work is involved in the project of Use of waste heat produced at energy production plant in greenhouses supported by the Istanbul Development Agency. Goal of this project is to create a system that has environmental and economic benefits based on the utilization of waste material and heat in agriculture and energy sectors. In this project, the process of utilization of waste gas emerged in the IBB Odayeri Landfill, and establishment of seasonal flower greenhouses. Heat calculations of proposed greenhouse have been performed. The required amount of heat has been determined considering the heat loss of each material, and volume based heat loss caused by air change. Flue Gas emission has been as a result of electricity generation from landfill gas. Flue Gas emission measurement and analysis are done for the evaluation of landfill gas. Thermal calculations for the recovery of gas at 470 ° C are done. Exhaust gas emissions of CO, CO2, O2, SO2, NO, NO2 and NOx are determined with Electrochemical Cell Method while Speed and Flow Determination in chimney was carried out with the S-Type Pitot Tube Method. System alternatives for the use of the waste heat from chimneys and Air-water heat exchangers are investigated. Economizer, heat exchanger dimensions and material types are determined by considering the results of the analysis and the amount of the energy needed. Water which is heated by waste heat recovery unit will be delivered to the greenhouse by pumps. Heat transmission system designed to minimize the heat losses. The optimal hot water supply will be provided by the automation system in the greenhouse. After identification of product which will be grown and installation area of the hothouse, the installation has started. Fully automated air conditioning, irrigation and fertilization system have been designed to ensure the proper conditions for products proposed to grown in greenhouse. High temperature flue gas emission is provided from Landfill Gas Energy Production Plant. Significant economic benefits will be gained with evaluation of this gas. Greenhouses, in our country and around the world become an important agricultural activity and heating costs appears to be the biggest constraint for the development of this sector. Considering the heating process greenhouse are installed in geothermal areas and hot climate regions of our country. In winter heating generally inadequate or cannot be done at all. This project brings many solutions for the waste management problems. Unused landfill areas, unvalued waste heat, greenhouse area shortages, and unemployment issues of municipalities and businesses are discussed in a holistic manner in this project.