Bölgesel Isıtma Nedir? Gelişim Süreci Nasıl İlerlemiştir?

Günümüzde kullanılan enerji, nükleer santraller, kombine çevrim santralleri, hidroelektrik santraller ve termik santraller gibi devasa santrallerden elde ediliyor. Yenilenebilir enerji kaynakları ise iklim değişikliği ve CO₂ emisyonlarının salınımı dikkate alındığında önemini koruyor. Artık bu enerji kaynaklarını daha akıllı ve daha verimli kullanma çalışmaları da oldukça popüler. Bu sebeple akıllı sistemler ile entegre olan bölgesel ısıtma sistemlerini yakın gelecekte daha sık duyacağız gibi görünüyor.

Bölgesel Isıtma Nedir?

Bölgesel ısıtma; endüstriyel tesislerin, toplu konutların, mahallelerin veya şehirlerin bir veya birden fazla enerji kaynağı sayesinde ısıtılması ve sıcak su ihtiyacının karşılanmasıdır. Bu teknolojide kojenerasyon tesisleri, katı atık yakma tesisleri, jeotermal enerji santrali, güneş enerjisi santrali, rüzgar enerjisi santrali gibi elektrik üretim kaynaklarının atık ısısından faydalanılmaktadır.

Bir şehirde bölgesel ısıtmanın sağlanıp sağlanamayacağını etkileyen önemli hususlar bulunmaktadır. Bunlar yasal mevzuat ve çevresel kısıtlamalar, şehir yerleşim planı, enerji kaynaklarının konumu gibi etmenlerdir. Bu tarz sistemler, İskandinav ülkelerinde yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Yalnızca elektrik üretiminin sağlandığı diğer sistemlere göre daha ekonomik ve çevreye karşı daha duyarlıdır.

Bölgesel ısıtma sistemi en ilkel haliyle tarihte ilk kez 14. yüzyılda Fransa’da kullanılmıştır. Chaudes-Aigues Cantal şehrinde bulunan jeotermal kaynaklı sistemde tahta borular vasıtasıyla sıcak su dağıtımı sağlanmaktadır. Günümüzde ise ısı, ön yalıtımlı borular aracılığıyla ihtiyaç duyulan bölgeye aktarılıyor.

Bölgesel ısıtmanın kullanıldığı ilk ticari işletme ise 19. yüzyılda New York’ta kurulmuştur. 1903 yılında Kopenhag’da inşa edilen katı atık yakma tesisi sayesinde üretilen buhar; hastane, çocuk yurdu ve belediye binası gibi yerlerin ısıtılmasında kullanılmıştır. Danimarka’da bölgesel ısıtmanın temelini oluşturan bu tesis sayesinde sistem yaygınlaşmıştır. Ülkenin ısı ihtiyacının %62’si bu teknolojiden sağlanır hale gelmiştir. Türkiye’de ise ilk bölgesel ısıtma sistemi 1996 yılında Balçova, İzmir’de kurulan jeotermal kaynaklı sistemdir.

Bölgesel Isıtmanın Gelişim Süreci

1. nesil bölgesel ısıtma sistemleri genellikle akaryakıt kazanına sahiptir ve 200°C’de buhar üretilmektedir. Ancak enerjinin büyük bir kısmı bacadan dışarı atılmaktadır. Kötü yalıtıma sahip borular ve çok yüksek sıcaklıklar sebebiyle ısı kaybı yüksektir.

2. nesil bölgesel ısıtma sistemlerinde ise buhardan basınçlı suya geçilmiş ve boru kalitesi artırılmıştır. Bu sayede enerji kayıplarının bir kısmının önüne geçilmiştir. Böylelikle bu sistemlerin daha büyük ölçeklerde uygulanabilmesi sağlanmıştır. Kojenerasyon sistemleri, yani elektrik ve ısının birlikte üretildiği sistemler bu dönemde gündeme gelmiştir.

3. nesil bölgesel ısıtma sistemlerinin farkı dağıtım suyu sıcaklığının 100°C’nin altında olmasıdır. Bu durum, güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına olanak sağlamıştır. Enerjinin kısa süre bile olsa depolanabilmesiyle üretici, fiyatlar yükseldiğinde elektrik üretmiş, fiyatlar düştüğündeyse enerjiyi kullanmıştır. Bu sayede üretim maliyetleri azalmıştır.

4. nesil bölgesel ısıtma sistemlerinin, suyu 50-70°C gibi düşük sıcaklıklarda dağıtması sebebiyle daha az enerji kullanılmaktadır. Bu sayede enerji kaybı da azalır. Bu durum, jeotermal gibi enerji kaynaklarının kullanımına olanak sağladığından çevresel etki de oldukça azalmaktadır. Birden fazla enerji kaynağını entegre eden ve düşük sıcaklıklarda çalışan sistemler, 4. nesil bölgesel ısıtmanın temelini oluşturmaktadır. Grafikte 1, 2, 3 ve 4. nesil sistemlerin gelişim evreleri özetlenmiştir.

4. Nesil Bölgesel Isıtma Sistemlerinin Üstünlükleri

Bölgesel ısıtma sistemleri, akıllı ısı şebekeleri ile çok iyi bir uyuma sahiptir. 4. nesil bölgesel ısıtmanın da en kritik noktası düşük besleme sıcaklığıdır. Düşük sıcaklık ifadesi, enerji kaynağına ve bölgede bulunan enerji şebekesine bağlıdır. Şebekedeki çalışma sıcaklığı ne kadar düşükse güneş ısısı, endüstriyel atık ısı gibi kaynakların kullanım potansiyeli o kadar yüksektir. Bu sistemlerde dağıtım boruları toprak altında ilerlemektedir. Haliyle sürtünme kaynaklı kayıplar ve borunun içerisinde sıcak akışkan dolaşmasından kaynaklı ısı kayıpları yaşanmaktadır. Bu durum 1. ve 2. nesil sistemlerde sıcaklığın çok daha yüksek olması sebebiyle daha fazla enerji kaybına sebep olmaktadır. Fakat düşük sıcaklıkta akışkan kullanılan 4. nesil sistemlerde toprak ile akışkan arasındaki sıcaklık farkının daha az olması sebebiyle ısı kayıpları daha azdır. Ayrıca boruların yalıtım teknolojisi daha gelişmiştir. Bu sistemler ile amaçlanan hususlar aşağıda belirtilmiştir;

• Şebeke üzerinde olmayan binalar dahil olmak üzere mevcut binaların maliyet etkin şekilde enerji açısından güçlendirilmesi
• Binalar arasında daha ucuz dağıtım ağının kurulmasını sağlamak için ısı şebekelerinin çalışma sıcaklığının düşürülmesi
• İklim değişikliğiyle mücadele için daha düşük karbon emisyonlarının salınması
• Şehir hava kalitesini iyileştirmek için daha düşük NO₂ ve partikül emisyonlarının salınması

Kojenerasyon uygulamalarının en yaygın ve en başarılı şekilde gerçekleştirildiği Danimarka’nın ısıtma politikasında 4. nesil bölgesel ısıtma sistemleri önemli bir pozisyondadır.