Atık ısı kaynaklı kademeli ORC güç santrali tasarımı ve optimizasyonu
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: İLYAS CEYLAN
Danışman: OĞUZ ARSLAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:CO2'yi net sıfıra indirmek, insanlığın karşılaştığı en zorlu görevdir (Nelson & Allwood, 2021). Düşük dereceli ısı enerjisi üretim teknolojileri, hedefe ulaşmak için çok önemlidir (Hafner, Jones, & Anger-Kraavi, 2012). Teknolojiler endüstriyel atık ısıyı geri kazanabilir ve fosil yakıt kullanım verimliliğini arttırabilir (Loni, ve diğerleri, 2020). Dahası, bunlar düşük dereceli ısıya sahip bazı yenilenebilir enerjilere de uygulanabilir. Organik Rankine Döngüsü (ORC), tüm düşük dereceli ısı enerjisi üretim teknolojileri arasında en fazla potansiyele sahip olabilir (Anastasovski, Raskovski, & Guzovic, 2020). Sonuç olarak, birçok araştırmacı son on yılda ORC'nin termodinamik ve ekonomik performansını iyileştirmeye odaklanmıştır. ORC'nin performansını artırmanın en etkili yollarından biri, ORC'nin döngü sayısını artırmaktır. Çift döngülü ORC (DLORC), termodinamik ve ekonomik performansta büyük potansiyel göstermiştir. Ayrıca, DLORC düşük karbon ayak izine ve yüksek CO2 emisyon azaltımına sahiptir. Ouyang et al. (Ouyang, ve diğerleri, 2019). Boyaghchi ve Chavoshi güneş enerjisi tarafından yönlendirilen DLORC'un çevresel etki oranlarını inceleiş ve analiz sonuçları, DLORC'un en düşük çevresel etki oranlarının Nisan ayında ortaya çıktığını ortaya koymuştur. DLORC üzerinde bir termodinamik analiz gerçekleştirildi (Sciubba, Tocci, & Toro, 2016). Analiz sonuçları, tek bir kaynak için iki temel ORC kullanılmasının termal verimliliği ve ısı kaynağı kullanım oranını önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir. Sciubba ve ark. ayrıca DLORC için sıvı seçimi gerçekleştirdi. Sonuçlar, R245fa'nın R600'e kıyasla daha iyi bir termodinamik performansa sahip olduğunu göstermiştir. Xia ve ark. çok amaçlı optimizasyon kullanarak seri-paralel DLORC için çalışma sıvısı seçimini gerçekleştirmiştir. Optimizasyon için hedefler geri ödeme süresi, yıllık emisyon azaltımı, ekserji verimliliğidir. Çalışma seçimi sonuçları, seri-paralel konfigürasyon için 18 aday çalışma sıvısı çifti arasında sikloheksan/bütanın en uygun çalışma sıvısı olduğu gösterilmiştir. Daha iyi bir performans elde etmek için üçlü döngü kavramı önerilmiştir. Makalede, biri seri, diğeri paralel tip olmak üzere iki tip üçlü döngü bildirilmiştir. Başvurulan çalışmalarda elde edilen sonuçlar, her iki türün de sistemin performansını artırabileceğini göstermiştir. Dwinanto üçlü çevrimin termodinamik performansını analiz etmiştir. Araştırmada, üçlü döngülerin daha yüksek bir enerji kullanımına sahip olduğu gösterilmiştir. Zhang et al. yenilikçi bir çok döngülü ORC önermiştir. Parametrik analiz, Multi-Loop ORC'nin (MLORC) sistemin performansını önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir. Bir çalışmada, ORC-ORC kombine güç sisteminin termal ekonomik optimizasyonu ve analizi de çalışılmıştır (Braimakis & Karellas, 2018). Atık ısı geri kazanımı için ORC-ORC kullanımını optimize etmiştir. Optimize edilmiş değişkenler olarak üst ve alt sirkülasyon evaporatör basıncını, üst sirkülasyon evaporatörünün minimum sıcaklık farkını ve kondenser sıcaklığını seçmiştir. Araştırmacılar, tek kademeli bir ORC'ye kıyasla ORC-ORC kombine güç sisteminin ekserji verimliliğini artırma potansiyelini keşfetmeyi ve 100 ile 300 °C arasındaki bir ısı kaynağı sıcaklığında net güç çıkışını maksimize etmeyi amaçlamıştır. ORC-ORC ile elde edilen sonuçları tek kademeli çevrimlerle karşılaştırarak, bu çalışma sıcaklıkları için tek kademeli çevrimlerle karşılaştırıldığında, ORC-ORC'nin güç çıkışı ve ekserji verimliliğinin farklı ısı kaynağı sıcaklıklarına göre artırılabileceği sonucuna varmışlardır. Literatür incelemeleri, tek bir atık ısı kaynağının geri kazanılması için çift döngülü, üçlü döngülü ve çok döngülü ORC'nin tek bir ORC'den daha iyi performans gösterdiğini göstermiştir .Ayrıca, literatür taramasına göre, üç farklı tipteki çift kademe döngüsü, tek bir döngüye kıyasla ORC'nin performansını önemli ölçüde artırabilir. Ancak, bildiğimiz kadarıyla, ORC-ORC kombine güç sistemi literatürde çalışılmış olmasına rağmen üç kademeli çok az çalışma yapıldığı görülmektedir. Bu nedenle, 3 kademeli ORC'nin birleşik güç çevrimini kullanan karşılaştırmalı termodinamik enerji ve ekserji analiz sonuçları literatüre önemli katkı sağlayacaktır. Bu çalışmanın amacı, çok kademeli ORC için uygun konfigürasyonu, çalışma sıvısı kombinasyonlarını ve döngü sayısını seçmektir. Kullanılan yöntem, Multi-Loop ORC'nin (MLORC) çeşitli konfigürasyonlarda termodinamik performansının enerji ve ekserji analizidir. Konfigürasyonlar tek, çift ve üç kademeli konfigürasyonlardır. Ayrıca, en iyi çalışan sıvı kombinasyonunu, döngü sayısını ve Çoklu Döngü ORC için konfigürasyonu aramak için çok amaçlı optimizasyon ve çok öznitelikli karar verme yöntemleri de gerçekleştirilmiştir.