Fosil Yakıtlı Enerji Dönüşüm Sistemleri

Bugün dünyada yaşayan toplumların gelişmişlik düzeyi, tükettikleri enerji miktarlarıyla doğru orantılıdır. Enerji tüketimi, insanların yaşam standartları ve ülkelerin endüstrileşme düzeyi ile ilgilidir. Günümüzde düşük maliyetli enerjiye sahip ülkeler, bu kaynaklarını politik ve ekonomik silah olarak kullanmaktadırlar. Bu bakımdan, enerji sektöründe çalışan bilim insanlarının, enerji mühendislerinin ve tüm teknik elemanların yeni enerji kaynakları bulmaları ve bu kaynakları insanlığın hizmetine sunmaları önemli bir sorumluluktur.

Enerji, günlük yaşantımızda önemli bir yer tutar. Enerjinin verimli kullanımı ve nasıl kullanılabileceği, ekonomik yönden yaşam kalitesini de etkiler. Bu bakımdan enerji kaynaklarını, dönüşüm biçimlerini ve dönüşümlerin insan ve çevre üzerindeki etkilerini iyi anlamak ve gerekli önlemleri almak gerekir.

Enerji, iş yapabilme yeteneği olup değişikliklere sebep olan etken şeklinde ifade edilebilir. Enerji; transfer edilebilir, farklı biçimlere dönüştürülebilir, depolanabilir, korunur ancak yok edilemez.

Enerji; potansiyel, kinetik, termal, mekanik, elektrik, manyetik, kimyasal, nükleer gibi değişik biçimlerde bulunabilir. Enerji kapalı sistemlerde ısı ve iş olarak iki şekilde, açık sistemlerde ise bunlara ilaveten kütle geçişi ile de gerçekleşir.

İş kolaylıkla enerjinin diğer türlerine dönüşebilirken diğer enerji türlerinin işe dönüşmesi o kadar kolay değildir.

Güç elde etmek için kullanılan enerji dönüşüm sistemleri, genelde motorlar olarak adlandırılır. Çevrimlerde enerji taşıyan akışkana iş akışkanı adı verilir. Çevrimlerde sınıflandırma kapalı ve açık çevrimler olarak yapılır. Kapalı çevrimlerde, iş akışkanı çevrim sonunda ilk hâline döner ve sürekli çevrimde dolaşır. Açık çevrimlerde ise iş akışkanı her çevrim sonunda ilgili kaynaktan alınarak yenilenir.

İş akışkanına ısının veriliş şekline göre sistemler, içten yanmalı ve dıştan yanmalı motorlar şeklinde sınıflandırılmaktadır. İçten yanmalı motorlarda, ısıl enerjinin sağlanması yakıtın sistem sınırları içerisinde yakılmasıyla sağlanırken dıştan yanmalı motorlarda iş akışkanına enerji geçişi bir yakıtın yakıldığı yanma odası, bir nükleer reaktör, bir jeotermal kuyu veya güneş gibi bir dış enerji kaynağından sağlanır.

İçten yanmalı motorlar, yakıtın kimyasal enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesi sonucu sıcaklık ve basıncı yükselen egzoz gazlarının genişlemesiyle mekanik enerjinin elde edildiği sistemlerdir. İçten yanmalı motorlar; maliyetlerinin düşük olması, kullanma ve bakım kolaylığı, güvenilir olmaları sebebiyle günümüzde en fazla kullanılan pistonlu motorlardır.

Dıştan yanmalı bir motor olan termik santrallerde katı, sıvı veya gaz hâlindeki fosil yakıtların uygun ortamlarda yakılarak elde edilen ısıl enerjisi, mekanik enerjiye dönüştürülür. Elde edilen bu mekanik enerji, bir jeneratör yardımı ile elektrik enerjisine dönüştürülür.

Kojenerasyon, enerjinin birden fazla yani iki çeşit yararlı biçiminin (elektrik ve ısıl enerji gibi) aynı enerji kaynağından üretilmesidir. Trijenerasyon ise enerjinin birden fazla yani üç çeşit yararlı biçiminin (elektrik, ısıl enerji ve soğutma yükü gibi) aynı enerji kaynağından üretilmesidir.

Fosil yakıtlı enerji dönüşüm sistemleri, genellikle çevre kirliliğini beraberinde getirir. Açığa çıkan zararlı emisyonlar hava kirliğine, asit yağmurlarına, küresel ısınmaya ve iklim değişikliklerine neden olmaktadır.