Genel bir düşünce yapısının aksine günümüzde kullanılan araçların motorları, gaz motorlarından daha sonra gelişmiştir. Kendi ekseni etrafında hareket eden bir milin vereceği gücü her ortamda kullanılabilecek olan gaz motorlarına pompa, fan, kompresör, jeneratör, bileşik üretim ve petrol kuyuları örnek olarak verilebilir.

Gaz motorlarının en sık kullanıldığı yer olan kojenerasyon veya trijenerasyonda belirli bir giren enerjinin sonucunda iki farklı enerji çıktısı alınır. Buda gaz motorlarının verimli ve ekonomik kullanılmasına işarettir. Bu enerji ikilisi elektrik/ısı veya mekanik güç/ısı olabilir. Gaz motorlu bileşik üretim sistemine giren enerjinin %65'i ısı yoluyla kaybolur. Isı geri kazanım eşanjörleri ile bu atığın %80'i geri kazanılır ve böylece örneğin %35 verimle çalışan jeneratörün toplam verimi %87'ye ulaşır. Bileşik santrallerde göz önüne alınacak konunun toplam verimin yüksekliğin çok ısının 6-7 kat daha fazla maliyeti yüksek olan elektrik enerjisinin veriminin yüksekliğidir. Gaz motorlarında yakıt olarak doğalgaz ve LPG dışında metan gazı, biyogaz, grizu gazı vb. gazlar da kullanılabilir. Bu tür gazlar için yatırım dışında ek bir ücret ödenmediğinden dolayı yatırımcılar için ilgi odağı olması göz ardı edilmemiştir.

Motor denilince sürekli kullanılan benzin, motorin veya ağır yakıtlı motorların yanı sıra gaz motorları diğer motorlardan önce üretilmesine nazaran akılda kalmakta güçlük geçmiştir. İçten yanmalı ilk motor 1855'de Belçikalı Etienne Lenoir tarafından geliştirilmiş olup iki zamanlıdır. Ancak 1861'de Nikalous August Otto 4 zamanlı motoru bulmuştur. Otto Çevrimi olarak anılan bu motor 1876'ya kadar ticari bir çıkış yapamamış ancak bu yıldan sonra üstün verim ve performansı sayesinde ondan sonraki 10 yıl içinde 30.000 adet satılmıştır.

Daha sonraları özellikle Teksas'ta petrol kullanımı ve buna bağlı olarak petrolden türetilen benzinin yaygınlaşması ile birlikte petrol kuyularının da sayısı hızla gelişmeye başlamıştır. Kuyulardan petrolün yanı sıra gaz çıkar. İlk dönemler petrolle birlikte çıkan ve ticari bir değeri olmayan bu gaz kuyu başında yakılmakta idi. Daha sonra petrol şirketleri bunu gaz motorlarında değerlendirerek petrol kuyularında bulunan makinalarını bu motorlarla çevirmeye başladılar. İşte Waukesha 1920'lerin ortalarında o dönem Metan Motoru olarak anılan gaz moturunu geliştirmiştir. Waukesha gaz motorları Teksas'ın petrol teknolojisi ile birlikte tüm dünyaya yayılmıştır. 1950 sonlarına doğru TPAO Batman'daki petrol kuyuları için Waukesha Motorları almış ve kullanmıştır.

Doğalgaz veya biyogaz ile çalışan gaz motorlarını bünyesinde barındıran kojenerasyon sistemleri, işletmelere ekonomik elektrik enerjisi üretimiyle beraber atık ısı geri kazanımı ile ısı enerjisini de sağlamaktadır.

Kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinde yakıt olarak biyogaz veya biyokütle kaynaklı sistemlerin kullanımında yakıt maliyetinin yetersiz kalması ve yenilenebilir enerji olarak değerlendirilmesi ile sanayide, depolama tesislerindeki katı veya hayvansal atıklardan elde edilen gazların içten yanmalı motorlarda yakılması enerji üretiminde başka bir alternatif olarak görülmektedir.

GAZ MOTORU NEDİR?

Yakıt ve havanın karışıp, motora giriş miktarının ayarlandığı karbüratör hem sanayi tipi gaz motorunda hem de benzinli motorda olduğu için benzerlerdir. Motor silindirine giren yakıt hava karışımı bujinin kıvılcımı ile yakılır. Buji için gerekli akım ise bir manyeto ve distribütör tarafından sağlanır. Motorlarda kullanılan ilk gaz kömürden elde edilen, 4400 kcal/m3 kalorifik değerinde olan havagazı veya şehir gazıdır. Bugün doğal olarak ilk akla gelen gaz doğal gaz olmasına karşın gaz motorları hayvan dışkılarından, bitkisel atıklardan, sanayi atıklarından, elde edilen Biyogaz, arıtma tesislerinden elde edilen Metan Gazı, gaz motoru yakıtı olarak adlandırılır.

Bir gazın motorda kullanılabilme koşulları aşağıdadır :

-Belli bir kalorifik değerin üzerinde olması

-Vuruntuyu engelleyecek yükseklikte oktanı olması

-Hidrojen Sülfit gibi istenmeyen bileşenlerin tanımlanmış limitleri altında olması

GAZ MOTORUNUN SOĞUTULMASI

Gaz motorunun ısıl çıktıları egzoz gazı, ceket suyu ve ılık sudan elde edilen ısı geri kazanımlarıdır. Basit bir tabir ile gaz motorları da araç motorları gibi Otto çevrimli ve 4 kademeli olduklarından, egzoz gazı aracın egzozundan attığı gaz ve ceket suyu çevrimi de araçlarda radyatöre gönderilip soğutulan kapalı çevrim gibi düşünülebilir.

Ceket suyu, motoru soğutan kapalı çevrim sıvısıdır. Üretici firmalara bağlı olarak sıvının sıcaklıkları değişiklik gösterdiği düşünülse bile, ceket suyunun motora giriş sıcaklığı minimum 70 °C civarında, çıkış sıcaklığı ise maksimum 99 °C civarında olmasına özen gösterilir. Kojenerasyon sisteminin verimli çalışabilmesi için ceket suyunun soğutulmasında iki farklı yöntem izlenmektedir. Bunlardan birincisi radyatörde soğutulan suyun motora geri gönderilmesidir. İkincisi eşanjör yöntemidir. Isınmış ceket suyu, eşanjör plakaları yardımıyla ısısını sistemde dolaşan, kendisine göre daha soğuk olan sıvıya transfer eder. Gaz motorunun ceket suyu trijenerasyonda absorbsiyonlu chillere girerek soğutma elde edilir.

Gaz motorlarında ılık su, radyatör ve su soğutmalı ısı eşanjörü arasında kapalı devre bir çevrim oluşturur. Bu çevrime düşük sıcaklık çevrimi denir. Yüksek sıcaklık çevriminde olduğu gibi, ceket suyunun 40 °C gibi optimum seviyeye indirgenmesi istenmekle beraber, maksimum çıkış sıcaklığının da 54 °C de olması öngörülmektedir.

ELEKTRİK ÜRETİM PARAMETRELERİ

Üretilen elektriğin frekansı 50 Hz, gerilim seviyesi 400 V seviyesindedir. Jeneratör çıkışı 400 V olan gerilimin, prosesin ihtiyacı kapsamında orta gerilim veya alçak gerilim seviyesinde senkron olacağı karar verilir.

GAZ MOTORLARININ KULLANIM ALANLARI

Gaz motorlarının genel olarak kullanım alanları aşağıda verilmiştir:

1.Pompa

2.Fan (Blower)

3.Kompresör

4.Soğutma Kompresörü

5.Isı Pompası

6.Senkron Elektrik Jeneratörü

7.Asenkron Elektrik Jeneratörü

8.Bileşik Üretim: Elektrik ve Isı (Isıtma ve Soğutma)

Elektriğin ve ısının ayrı şekilde üretildiği konvansiyonel sistemler düşünüldüğünde toplam verimliliğin %57,4 seviyelerinde seyrederken, saatte 2,145MWh’lık elektrik enerjisi üretebilen gaz motorlu kojenerasyon sisteminin verimliliğinin %90,4 mertebesinde olduğu görülmektedir. Kaybın büyük bölümü, motorun şasi diye tabir edilen bölümünden havaya yayılan ısıdır. Toplam verimliliğin %96 seviyesine yükseltilmesi için çalışmalar devam etmektedir.

Isıl verimin %48,7 ve elektriksel verimin %41,7 olduğu kojenerasyon sisteminde elektriksel verimlilik, akuple edilmiş motora, genellikle sabit mıknatıslı senkron bir jeneratörün saatte ürettiği elektrik gücünün motorun saatlik yakıt tüketimi oranına eşit olmakla beraber ısıl verimlilik ise, gaz motoruna ait kullanılabilen tüm ısıl çıktıların bir saatlik toplamının motorun saatlik yakıt tüketimine oranıdır.

Örnek vermek gerekirse Doğalgaz veya LPG kullanılan tesisler kompresörlerin gaz motoru ile çevirmeleri işletme için hem ekonomik hem de yüksek verimli çalışma sağlar. Diğer yandan üretim gereği tesislerinde biyogaz, hidrojen, formaldehit gibi yanıcı gaz üreten kuruluşlar örneğin biyogazı olduğu gibi, hidrojeni ise LPG veya doğalgazla etkileşim yapılarak gaz motorlarında kullanılabilir. Motor ile pompa veya soğutma kompresörünü çevirir veya elektrik elde edebilir.

Isının elektrik birim maliyetine oranla 6-7 kat daha ekonomik olması gazların motorlarda kullanılması daha fazla gelir sağlamakla birlikte eşsiz kazanç sağlamaktadır.

Motoru kullanımları içinde en yaygın olarak kullanılanı madde 8'de belirtilen Bileşik Elektrik ve Isı ve Bileşik Mekanik Güç Isı Üretimidir. Bu sistemde ön plana çıkan veriler, bir enerji girdisinin iki farklı ve yararlı enerji elde edilmesiyle “ Bir taşla iki kuş “ deyimini yerine getirerek ve buna ek olarak bileşik üretim yatırımlarının kısa sürede kendini geri ödemesidir.

Kojenerasyon sistemlerinde, seçilen gaz motorunun tam yükte veya tam yüke yakın çalıştırılıp, yerinde tüketilebilecek kadar elektrik enerjisi üretilip, ısıl çıktılarında maksimum seviyede değerlendirilmesi istenmektedir.