Katı atık sahalarında kullanılan gaz yakıtlı güç çevrimi atık ısısı için organik rankine çevrimi tasarımı ve termodinamik analizi

Abstract

Küresel ısınma, iklimlerin değişikliğine neden olmasından dolayı insanlığın geleceği açısından önemli bir tehdit olmaktadır. Küresel ısınmanın en önemli nedeni fosil yakıtlı kaynakların kullanılması ile doğaya salınan CO2 miktarıdır. Her geçen gün gerek nüfus artışı gerekse sanayileşmenin artması ile enerji tüketimi artış göstermektedir. Fosil yakıt kaynaklı enerji tüketimini azaltmaya yönelik bilimsel çalışmalar hem doğaya hem de enerji ihtiyacının çoğunu ithal ettiği kaynaklar ile karşılayan Türkiye'nin ekonomisine çok büyük katkılar sağlayacaktır. Bu yöntemlerin en başında yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak elektrik ihtiyacının karşılanması gelmektedir. CO2 salınımını azaltmak için yenilebilir enerji kaynaklarının kullanılmasının yanında enerjinin verimli kullanılması ve fosil yakıtlı elektrik üretim santrallerinde kojenerasyon ve trijenerasyon gibi baca gazı atık ısısından faydalanma yöntemleri kullanılmalıdır. Bu çalışmada Mersin Biyogaz Güç Santrali'nde elektrik üretiminde kullanılan gaz motorlarının baca gazı atık ısısı verileri incelendikten sonra, tolüen organik akışkanı için organik Rankine çevrimi tasarımı Matlab Refprop programında yazılan kod ile yapılmıştır. Yazılan Matlab koduyla organik Rankine çevriminde kullanılacak ısı değiştiricilerin hesaplamaları, termodinamik ve maliyet analizi yapılmıştır. Organik Rankine çevrimi ile çevrim verimi %15.63, çevrimin II. Yasa verimi %33.31, çevrimde 63.212 kWh elektrik üretilebileceği ve sistemin geri ödeme süresi yaklaşık 6 yıl 10 ay olarak hesap edilmiştir. Ardından çevrimin verim artışını sağlanayacak şekilde çevrime aynı şartlarda reküperatör eklenerek sistem tasarımı ve analizleri yapılmıştır. Reküperatör eklenmiş organik Rankine çevrimi ile çevrim verimi %16.24, çevrimin II. Yasa verimi %34.61, çevrimde 65.687 kWh elektrik üretileceği ve sistemin geri ödeme süresi yaklaşık 7 yıl 3 ay olarak hesap edilmiştir. Reküperatör eklenmiş organik Rankine çevriminin ve organik Rankine çevriminin karşılaştırmaları yapılmıştır.

Climate change due to global warming is threatening the future of the mankind. The major reason of global warming can be shown as the consumption of fossil fuel resources and its consequence carbon dioxide emission. The energy consumption is going uphill day by day either by population growth or by enhancing industrialization. Aiming to decrease the fossil-fuel-based energy consumption, scientific studies will surely contribute to the nature and Turkish economy, which mainly supplies its needs from fossil fuels. First of these methods is to meet the electricity needs by using renewable energy sources. In order to reduce the carbon dioxide emission renewable energy resources ought to be used, moreover efficient energy consumption and heat utilization methods from flue waste gas such as cogeneration and trigeneration play a key role in this respect. In the Mersin Bio Power Plant, the temperature and flow rate of flue waste gas from the electricity producing gas engines were firstly investigated. Afterwards the design of the Rankine cycle for tolüen organic fluid was implied on Matlab Refprop throughout a written algorithm. By the algorithm calculations of the heat exchangers, thermodynamic and cost analysis were executed. Thermal efficiency and second law efficiency of the organic Rankine cycle were found 15,63% and 33.31%, respectively. The power generation capacity was calculated at 63.212 kWh and the amortisation as approximately 6 years 10 months. Subsequently, designed and analysis of the system was performed by adding a recuperator, which insreases the efficiency and the system. System with recuperator possess 16.24% thermal efficiency, the second law has 34.61% in this cycle. The power generation capacity was calculated as 65.687 kWh and the amortisation as approximately 7 years and 3 months. As a conclusion the organic Rankine cycle versions of added recuperator and without recuperator were compared.