Sürdürülebilir şehir: Alfa Laval plakalı ısı eşanjörleri, büyük soğutma sistemlerinden kaynaklanan atık ısıyı mahal ısıtma sistemine aktarıyor

Öncü sektörler arası entegrasyon, yılda 6.500 ton CO₂ tasarrufu sağlıyor

1997 yılından bu yana, Potsdamer Platz çevresindeki 12.000’den fazla ofis, 1.000 daire ile çok sayıda kültür kurumu ve otel, BEW Berliner Energie und Wärme GmbH’nin (eski adıyla Vattenfall Wärme Berlin) soğutma şebekesine bağlı olup, yerel olarak üretilen soğutma ile beslenmektedir. Bu işlemde ortaya çıkan atık ısı miktarı oldukça fazladır – ve soğutma kuleleri aracılığıyla çevreye salınmak için çok fazla değerlidir.

Bu nedenle 2018 yılında BEW ve Siemens Energy, Potsdamer Platz’taki soğutma merkezinde iddialı Qwark³ (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) projesini başlattı. Endüstriyel bir yüksek sıcaklıklı ısı pompasının yardımıyla, soğutma şebekesinden kaynaklanan atık ısı, mahal ısıtma için geniş ölçekte kullanılacaktı. Bu, net sıfır karbon hedefine doğru ilerleyen bir semtin gelecekteki enerji arzını güvence altına almak için atılan önemli bir adımdır. Alfa Laval’ın lehimli ve yarı kaynaklı plakalı ısı eşanjörleri bu süreçte kilit bir pozisyonda bulunmaktadır.

Küçük bir alanda maksimum ısı transfer verimliliği

Bu iddialı planlama sürecinin başlangıcındaki en büyük zorluk – gerekli ısı transfer kapasitesi bir yana – mevcut tesisteki sınırlı alan idi. 45 megavat (MW) kurulu soğutma kapasitesine sahip emme ve sıkıştırmalı soğutma sistemleri, Mahal soğutma suyunu 6 °C’ye kadar soğutur – 24 saat kesintisiz, yılın 365 günü. Atık ısıdan en iyi şekilde yararlanmak için, büyük ısı pompasının yüksek verimliliğe sahip kompakt ana bileşenlerden monte edilmesi gerekiyordu. Siemens Energy, kompresöre ve plakalı ısı eşanjörlerinin seçimine özellikle özen gösterdi.

Siemens Energy proje yöneticisi Thorsten Fippel, “Alfa Laval ile enerji aktarımı alanında uzun süredir işbirliği yapıyoruz ve Qwark³ pilot projesi için ortaklaşa özel bir çözüm bulmak amacıyla erken bir aşamada temasa geçtik,” diyor.

Mekanik koşullar ve proses mühendisliği kısıtlamaları nedeniyle, borulu ısı eşanjörleri bir seçenek olamazdı. İnşaat hacminin yalnızca üçte biri kadar yer kaplayan ve daha düşük ağırlıkları sayesinde kurulumu da daha kolay olan kompakt Alfa Laval plakalı ısı eşanjörlerini tercih edeceğimiz kısa sürede netleşti.

Güvenlik ve performans konusunda taviz yok

Plakalı ısı eşanjörlerinin kompakt tasarımı, soğutucu akışkan dolum miktarının diğer teknolojilere kıyasla yaklaşık yüzde 80 daha az olması anlamına da gelmektedir. Bu durum, Berlin’de kullanılan R1233zd(E) gibi yanmaz ve toksik olmayan bir güvenlik soğutucu akışkanının oluşturduğu riskleri en aza indirmekle kalmaz; aynı zamanda tedarik ve işletme aşamalarında da önemli maliyet avantajları sağlar.

Evaporasyon işlemi için proje ortakları, Alfa Laval Industrial Line serisinden MA30W model yarı kaynaklı plakalı ısı eşanjörünü tercih etti. Bu eşanjör, soğutucu akışkan ile ısı kaynağı arasında düşük bir sıcaklık farkı sağlanmasına olanak tanır; bu da yüksek COP değerine ulaşmak için bir ön koşuldur. Ayrıca bu model, yüksek enerji verimliliği ve uzatılmış bakım aralıkları sayesinde etkileyici derecede düşük işletme maliyetleri sergilemiştir. Kondenzasyon ve alt soğutma işlemleri için, büyük ısı pompasına dört adet Alfa Laval CBH410 lehimli plakalı ısı eşanjörü monte edildi. Bu ısı eşanjörleri, 28 bar’a kadar yüksek basınçlı versiyonlarda mevcuttur. Contasız tasarımları sayesinde lehimli üniteler bakım gerektirmez ve yüksek sıcaklıklı uygulamalarda özellikle güvenilir ve dayanıklıdır.

Tasarım aşamasında Alfa Laval ekibiyle yakın bir işbirliği içinde çalıştık ve her aşamada onların muazzam ısı transferi uzmanlığına ve pratik tecrübesine güvenebildik. Artık geleceğe güvenle bakabiliyoruz. Alfa Laval plakalı ısı eşanjörleri, özenle düşünülmüş tasarımları sayesinde az bakım ve servis gerektiriyor. Ayrıca, mahal ısıtma şebekemiz, artan gaz ve CO2 fiyatlarından giderek daha bağımsız hale geliyor.

BEW'de projeden sorumlu olan Ersan Topçu şöyle anlatıyor:

Net sıfır hedefine doğru ilerleyen bir mahalle

2024 yılında yüksek sıcaklıklı ısı pompasının başarıyla devreye alınmasından bu yana, Alfa Laval plakalı ısı eşanjörleri, Potsdamer Platz’taki soğutma merkezinden gelen atık ısıyı iklim dostu bir mahal ısıtma sistemine dönüştürüyor – yıllık yaklaşık 55 GWh ve maksimum 9 MW termal ısıtma kapasitesiyle. Bu ısı, doğrudan mahal ısıtma şebekesine beslenerek yaz aylarında 30.000 haneye sıcak su sağlarken, kış aylarında ise 3.000 daireyi ısıtmaktadır. Besleme sıcaklıkları, talebe bağlı olarak 85°C ile 117°C arasında değişmektedir.

Soğutucu gazının sıkıştırılması için gereken tüm elektrik yenilenebilir kaynaklardan gelir. Bu nedenle Qwark³, endüstriyel yüksek sıcaklık ısı pompasının atık ısıyı bölgesel ısıtma sistemi için büyük ölçekte kullanılabilir hale getirdiği ilk projelerden biridir. Isı pompası, aksi takdirde soğutma sistemleri tarafından dağıtılacak atık ısıyı emerek enerji tasarrufu sağlar. Çevreye ısı dağılımı yılda tahmini 36 GWh azaltıyor – önceki atık ısı miktarının neredeyse yarısı kadar. Bu, yıllık 6.500 ton CO₂ emisyonu tasarrufu anlamına gelirken, soğutma kulelerinin tatlı su ihtiyacı 120.000 metreküp azalır. Pilot proje, sadece soğutma ve ısıtmayı akıllıca bağlamakla kalmadı, aynı zamanda özelleştirilmiş teknoloji seçimiyle sistemin genel verimliliğini yeni bir seviyeye çıkardı.