KYM 446 ENERJ TEKNOLOJS Prof. Dr. Ali KARADUMANClick to edit Master subtitle style

A Mhendislik Fakltesi Kimya Mhendislii Blm ANKARA

NDEKLER

Enerji Enerji kaynaklar

Fosil Yaktlar Doal Gaz Petrol Kmr Linyit AsfaltitNkleer Enerji

Trkiye ve Enerji Kaynaklar (1 Hafta) Enerji (1 Hafta); Giri, Snflandrma, Dnm Dnya Enerji Dengesi (1 Hafta); Dnya Denge Scakl, Sera Etkisi Fosil Yaktlar (4 Hafta); Gaz, Sv ve Kat Yaktlar, Yanma Reaksiyonlar ve problemleri, Yakma Sistemleri, Nkleer Reaktrler (2 Hafta); Nkleer Fizyon, Nkleer Fzyon, Reaktrler Gne Enerjisi (1 Hafta); Gne Kollektrleri, Fotovoltaik Piller Hidrojen Enerjisi (2 Hafta) retimi, Depolanmas, Yakt Pilleri Dier Enerji Trleri (1 Hafta); Rzgar Enerjisi; Dalga Enerjisi Enerji ve evre Kirlilii (1 Hafta); Termal Kirlilik (Global snma), Partikl Kirlilii, Hava Kirlilii

Alternatif Enerji TeknolojileriGne Enerjisi Teknolojisi

Dersin Hocas: Prof. Dr. Ali Karaduman, RBD nemli Noktalar: Ders Geme: AS1*0.35 + Proje*0.1 + dev*0.05 + DSS*0.5

Ders ierii WEB sayfasna konulacaktr. 2. Hak olarak alan renciler devden sorumlu olmayacak, ancak projeleri yapacaklardr. Derse devam takip edilecek Kopya bir sutur. devlerde kopya veren ve alan ayn kabul edilecek. Kopya tesbit edilmesi durumunda disipline verilmesi yannda, her trl kanaat olumsuz olarak kullanlacaktr. DEV : Elektrik ihtiyac 50.000 MW olan kk bir lkenin enerji giderimi iin aadaki enerji teknolojilerinden bir ile santraller tasarlaynz. 1. Grup : Nkleer enerji santral 2. Grup: Termik santral 3. Grup: Rzgar enerjisi santral 4. Grup: Hidroelektrik santral 5. Grup: Gne enerjisi santral

KAYNAK LAR Tchobanoglous, George, Kreith, Frank, Handbook of Solid

Waste Management, 2002, McGraw-Hill Profession Publishing. Moulijn, J.A., Makkee, M., Van Diepen, A., Chemical Process Technology, John Wiley & Sons, 2005. Hengstebeck, R.J., Petroleum Processing, McGraw-Hill Book Company, Inc. Chernyky, S.P., New Organic Synthesis Processes, Mir Publishers, Moskow, 1991. Aral Olcay, Kimyasal Teknolojiler, Gazi Kitapevi, Ankara, 1998. Archis W. Culp, Jr., , 1991, Principles of Energy Conversion, Mc Graw-Hill 1. Principles of Energy Conversion, Archis W. Culp, Jr., Mc Graw-Hill, 1991 2. Energy, Gerard M. Crawley, Macmillan Publishing, 1975 3. Fundamentals of Energy Storage, Johannes Jensen, Bent Sorensen, John Wiley & Sons, 1983

ENERJEnerji, iyapabilme yetenei olarak tanmlanmaktadr. Aslnda, ilk insanlarn yaamlarn srdrmek iin alet kullanmaya balamas, atein bulunmas, hayvanlar evcilletirmesi ve kullanmas bir eit i gcnden ve enerjiden yararlanma anlamndadr. Tarihte insanlarn nfusunun art ile retimden insan dnda nceleri hayvanlar ve hayvana bal icatlar kullanmlar ve bu gcn yetmemeye balamasndan sonra baka gler aramaya balamtr. zellikle 18. Yzyldan sonra makine gcnden yararlanma zerine nemli gelimeler olmu ve Thomas Savery 1697da ve Thomas Newcomen 1712da ilk buhar makinasnn gelitirilmesi ilk buhar makinasn gelitirmitir. Daha sonraki yzyllarda insanlar makinalardan yararlanmay srdrm ve gnmzde doruk noktasna ulamtr. Enerji sade makinalarda kullanlmam toplumlarn refahlar arttka snmadan retime bir ok alanda enerjiden yararlanmaya balamtr. Enerji toplumlarn vaz geilmez gereksinimi haline gelmitir. Durum byle olunca toplumlar arasnda enerji savalar dahil olmak zere enerji kaynaklarnn paylam zerine kavgalar olmutur.

Ayrca, Uluslar aras Arlklar ve ller Brosunun 1960 ylnda ald bir kararla uluslar aras bir birim sistemi olan SI (Systeme International) birim sistemine geilmitir. Bu istemin baz ana ve tretilmi boyutlarnn birimleri aada verilmitir.

Enerji eitleri : Enerjinin, kinetik, potansiyel, s, mekanik enerji, elektrik, manyetik, kimyasal, nkleer enerji vb. deiik biimleri vardr. Enerji biimleri termodinamikte makroskopik ve mikroskobik diye grup altnda incelenmektedir. Makroskopik enerji : Sistemin tm d referans noktasna gre sahip olduu enerjidir. Bu d referans noktas hareketinden dolay sahip olduu enerji ve bir yer ekim alanndan dolay sahip olduu potansiyel enrjisidir. Ek : 1/2 m.2 Ek : Kinetik Enerji, Joule (J) m = Ktle, (kg) = Vektrel hz, (m/s) Ep : mzg Ep : Potansiyel Enerji, Joule (J) m = Ktle, (kg) g = Yerekimi ivmesi, (m/s2) z = Referans yzeyine gre ykseklik, (m) olarak ifade edilir.

Mikroskopik enerji : Sistemin molekler yaps ve molekler hareketlilii ile ilgilidir ve d referans noktalarndan bamszdr. Bir sistemdeki atom, molekl ve iyon gibi taneciklerin sahip olduu teleme, dnme, titreim, elektron ve ekirdek enerjileri gibi enerjiler i enerji kavram ile ortaya konmaktadr. Yani bir sistemin basncnda, scaklkta veya kimyasal bileiminde meydana gelen deiimlerden dolay o sistemin urad hal deiikliinin ls i enerji ile tanmlanmaktadr. Bu enerji, kinetik enerji ve potansiyel enerjiden bamszdr. U=U0 + Utit + Udn + Ute + Uelektron + Uek

Elektrik

I=V R

V, volt; R, ohm; I, amper

P = I * V = V2 R W=P*t

P (G), watt W (i), watt-saat

8

Kuvvet, , Enerji, GF=m*a W=F*S PE = m * g * h KE = (1/2)* m * v2 E = m * C2 P=W t ;W=E=P*t P, watt m, Kg; a, m/s2 ; F, N S, m; W, j PE, j KE, j E, j

9

Enerji TrleriGravitasyone l Elektrik Kimyasal Is Nkleer Ktleselh

Enerjinin korunumumg

10

YaktlarTabii (Fosil)Turba Linyit Bitml Antrasit Asfaltit

Sentetik

Kat Yaktlar

Kok Odun Kmr

Sv YaktlarPetrol

Synthoi l SRC Su gaz Jeneratr gaz Kok frn gaz 11

Doal Gaz

Gaz Yaktlar

Trkiye ve EnerjiJeoter mal Is Ta Km r Linyit Asfalti t Petrol Doal gaz Rzga r Gne Odun Hayva n ve Bitki Art. 1376 1332 1290 1251 1214 1179 1146 Biyoy akt Hidrol ik + Jeoter mal 2721 2142 2987 3115 4043 3483 3886 Net Elektr ik thalat 288 357 271 49 -58 -100 -143 Topla m BinTE P 78.865 73.946 76.591 82.123 86.142 89.099 97.995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 648 687 730 784 811 926 1081 9933 7011 8836 11201 12326 12514 14721 12519 11429 10435 9471 9450 9326 11188 9 13 2 144 310 317 259 32297 30936 30932 31806 32922 32192 32551 13728 14868 16102 19450 20426 24726 28867 3 5 4 5 5 5 11 262 287 318 350 375 385 403 5081 4879 4684 4497 4318 4146 4023 0 0 0 0 0 0 2

13

Biomass

Nkleer

Rzgar

POTANSYEL, TALEP VE ALTERNATFLERHidro

Photovoltaic

u

Potensiyel Rekabet evresel Kabul Edilebilirlik

u

+ + + + Olumlu Belirsiz

O -

O -

u

+ +O

+O

+ + + -

+ + + +O

+O

+ + +

u

Halkn Katlm Yakt Riski levsel Esneklik+ O

u

u

-

+ -

Olumsuz

Kaynak: VGB PowerTech, 2002

Kmr

Gaz

+ + O + + + +

ELEKTRK RETMNDE YAKIT DAILIMI140000 120000 100000 60 50 40 30 20 10 1980 1985 1990 1995 1970 1975 2000 2001 0 (%)

(GWh)

80000 60000 40000 20000 0

Elektrik retimi GWh

Linyit %

Doal Gaz %

Hidrolik %

Petrol %

(%) Linyit Hidrolik Doal Gaz TK

1985 42 35 0,2 42

2001 28 20 40 17

K

MR NEDR?

Kmr, deiik oranlarda organik ve anorganik bileenler ieren tortul bir kayatr. Doada, yap, doku, bileenler ve kken asndan birbirleriyle tam anlamda zde iki kmr olutuuna rastlamak hemen hemen imkanszdr. Kmr yapan ana element karbondur (C). Kmr, uygun ortamlarda, bataklklarda bozunma ve rmeden kurtulan, bitki kalnt birkimlerinin, zamanla biyokimyasal ve fiziksel etkilerle deiimi sonucu oluur. Bataklklarda uygun koullarn(Nem,Scaklk ve Ph deeri) olumas ile asit miktarnn artmas sonucu, ortamda bulunan organik maddelerin etkisiyle ryen bitkiler su altna iner, batakla gelen malzeme ile birlikte zamanla zeri rtlr ve ker(Spsidans). Zaman ierisinde kimyasal reaksiyonlar sonucunda fiziksel ve kimyasal deiiklie uramas sonucu kmr olumaktadr. Kmrlemede genelde iki evre vardr. 1. Turbalama (Biyokimyasal evre) 2. Kmrleme (bakalama evresi)

Dnya kmr rezervlerinin byk bir blm Karbonifer(Karbon ieren) devrinde meydana gelmitir. Karbonifer tm dnya karalarnn ekvatoral dzlemde bir araya toplanmaya balad, dev boyutlu bitki rtsne sahip, yamur ve bataklk ormanlaryla kapl olduu bir devirdir. Bu da kmr oluumunu kolaylatrmtr. Dnyadaki takmr yataklarnn byk bir ksm bu dneme aittir.

K

MRN ZELLKLER

Fiziksel zellikleri :Younluklar ; 1,1 ile 2.2 gr/cm3 arasnda deimektedir. Sertlikleri ; 30 (Linyit) 120 (Antrasit) kg/mm2 arasnda deimektedir. Poroziteleri ; kmrleme derecelerine bal olarak % 3 (antrasit) ile % 25 arasnda deimektedir.

Yansma zellikleri :Yansma deerleri(Rmax, Rmean, Rrandom ve Rmin) bir havza kmrlerinin gerek kmrleme derecelerini verir. Kmrlerin Rmax deerleri o ortamn en yksek kalori deerleri aa yukar vermektedir.

Kimyasal zellikleri :Kmrn kalitesi Kalori deerlerinden anlalmaktadr. Nem,Uucu Madde, Kl ve Sabit (Fxed) Karbon analizleridir. Bu analizler bir kmrn niteliklerini ortaya koyabilmektedir. Kmrler ierisinde bulunan C, S, O, N, H elementlerinin tespit analizleridir. Detayl aratrmalar yaplabilmektedir. Turba 40 50 % C KMRN SINIFLANDIRILMASI Linyit 50 70 % C Genel olarak tip kmr vardr: Antrasit, Ta Kmr (Bitml) ve Linyit Bitml 70 90 % C (Turba ve Asfaltit) Antrasit: Antrasit 90 95 % C

En eski ve karbon ynnden en zengin kmr eididir. Trkiye de antrasit ieren kmr yatana rastlanmamtr

Ta Kmr:Antrasit kadar eski olmamakla beraber 200-250 milyon yllk bir gemie sahip olduu tahmin edilmektedir. Takmr rezervi ise toplam 1.35 milyar ton dur.

Linyit:Tahminen 60 milyon yl nce meydana gelmeye balayan linyitte su ve birok yabanc madde de bulunmaktadr. Trkiye de en ok rastlanan kmr eidi linyittir. Trkiye linyit bakmndan olduka zengin bir lkedir ve toplam 5.7 milyar ton linyit rezervine sahiptir.

Kimyasal yaplar

Proximate Analiz

Uucu Madde (UM) Sabit C (SC) Nem Kl

%SC = 100 (%H2O + %UM + % Kl)

Ultimate Analiz

%C, %H, %N, %S, %O20

Kmr Analizleri

Kl, Nem, Uucu Madde, Sabit C

Kaba Nem Kl UM SC 15,00 12,00 38,00 35,00

Kuru Temel 14,12 44,71 41,18

Klsz Temel 17,05 43,18 39,77

Kuru-Klsz Temel 52,05 47,95

21

Dulong EitliiQ = 144.4(%C) + 610.2(%H) - 65.9(%O) + 0.39(%O)2

Dulong Bertholet EitliiQ = 81.370 + 345[%H (%O + %N 1)/8] + 22.2(%S)

22

TRKYE LNYT REZERVLERNN KALTES

3001-4000 Kcal/kg % 5,16 2001-3000 Kcal/kg % 24,5

>4000 Kcal/kg % 0,84