Ekserji, bir sistemin belirlenmiş çevre koşullarıyla dengeye gelirken ideal, tersinir bir süreçte sağlayabileceği en yüksek yararlı iştir. İngilizce karşılığı exergy, diğer adı kullanılabilir enerjidir. Enerjinin yalnız miktarını değil, işe dönüşme potansiyelini de anlatır. Bu nedenle aynı miktardaki elektrik ve düşük sıcaklıktaki ısı, aynı ekserjiye sahip değildir.
Ekserji neden çevre koşullarına bağlıdır?
Bir sıcak kaynaktan iş elde edebilmek için daha soğuk bir ortam gerekir. Kaynakla çevre arasındaki sıcaklık farkı azaldıkça ısının iş üretme potansiyeli de düşer. Avrupa Komisyonunun enerji verimliliği referans belgesi, ekserji hesabında çevrenin sıcaklık, basınç ve kimyasal bileşiminin tanımlanması gerektiğini açıklar. Enerji gerçek süreçlerde korunurken sürtünme, karışma ve sıcaklık farkıyla ısı aktarımı ekserji yıkımına yol açabilir.
100 kWh ısıdan 25 kWh iş örneği
Öğretici bir örnekte, sıcaklığı sabit 400 kelvin, yaklaşık 127 °C olan bir kaynaktan 100 kWh ısı alınsın. Çevre sıcaklığı sabit 300 kelvin, yaklaşık 27 °C olsun. İdeal bir ısı makinesi için bu ısıya bağlı en yüksek yararlı iş:
100 × (1 − 300 ÷ 400) = 25 kWh
Buradaki 25 kWh gerçek bir tesisin elektrik üretimi veya tasarruf garantisi değildir; tersinir süreç için teorik üst sınırdır. NTNU’nun HighEFF kapsamında hazırlanan çalışması, sabit sıcaklıktaki kaynak için bu Carnot ilişkisini kullanır. Hesapta sıcaklıklar Celsius yerine kelvin olmalıdır. Kaynak soğuyorsa tek bir sıcaklığı bütün ısıya uygulamak yerine sıcaklık değişimini hesaba katmak gerekir.
Sanayide hangi karara yardımcı olur?
Ekserji analizi, yüksek sıcaklıktaki enerjinin düşük sıcaklık isteyen bir işte kullanılmasıyla kaybolan iş potansiyelini görünür kılar. Düşük sıcaklıktaki ısı, elektrik üretme potansiyeli sınırlı olsa da uygun bir ısıtma ihtiyacını karşılayabilir. Bu ayrım atık ısı geri kazanımı seçimini anlamaya yardımcı olur.
Türkiye’den uygulama bağlamı olarak Vezirhan Çimento’nun dönüşüm yatırımlarının finansman haberi okunabilir. Haberde atık ısı yatırımı finansman kapsamındadır; gerçekleşmiş ekserji verimi ölçümü verilmez. Ekserji, enerji verimliliği yüzdesi veya karbon emisyonu değildir. Enerji bilançosunu tamamlayan bir değerlendirmedir; sonuçlar seçilen çevreye, süreç sınırlarına ve yararlı çıktı tanımına göre yorumlanır.
