Kriyojenik ısı değiştiricisinde termoelektrik jeneratör uygulaması ve karakterizasyonu

Abstract

Dünyamızın enerji ihtiyacı her geçen yıl artmaktayken, enerji üretiminin %80'nin karşılandığı fosil yakıtların ömrü gün geçtikçe azalmaktadır. Yenilenebilir enerjiye yönelim kaçınılmaz hale gelse de emre amade olmadıkları için tam anlamıyla güven vermemektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarına duyulan güvenin artması enerji depolama teknolojilerinin gelişimine bağlıdır. Günümüzün popüler enerji depolama teknolojileri ise genelde enerji yoğunlukları düşük, çevreye zararlı ünitelerdir. Sıvı azot enerji yedekleme sisteminin kimyasal patlama tehlikesi, zehirli gaz emisyonu, zehirli atık veya düşük frekanslı elektromanyetik alan emisyonu olmadığı için yeni enerji depolama teknolojileri arasında büyük potansiyele sahip olduğu aşikardır.Bu tez, düşük emisyonlu ve enerji yoğunluğu yüksek bir enerji depolama teknolojisi geliştirmeyi hedefleyen projenin bir ön çalışması niteliğindedir. Projenin esası, yenilenebilir veya başka bir kaynaktan alınan enerji ile yoğuşturulan azot içerisinde bu enerjinin depolanıp, talep neticesinde sıvı azot atmosferik buharlaştırıcı ile gaz fazına geçirilip, kinetik enerjisinin bir mikro gaz türbiniyle elektrik enerjisine dönüşümünü sağlamaktır.Bu çalışmada, sıvı azotta enerji yedeklenmesi projesinde, talep neticesinde azotun atmosferik buharlaştırıcı ile gaz fazına geçirilmesi sırasında boşa giden soğuk ekserjinin, termoelektrik jeneratörler ile doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi için ön çalışma olarak, öncelikle bir termoelektrik jeneratör modülünün kriyojenik sıcaklıklardaki temel karakteristik özellikleri deneysel olarak çıkartılmış ve kriyojenik şartlarda termoelektrik jeneratör üzerinden alınacak gerilim ve güç değerleri hesaplanmıştır. Sonrasında ise mevcut bir kriyojenik ısı değiştiricisi üzerinde termoelektrik jeneratör uygulaması gerçekleştirilmiştir.

While the energy demand of our world is increasing annually, the remaining life of fossil fuels, which provides 80 percent of world energy output, is decreasing day by day. Yenilenebilir enerji ile üretilen elektrik enerjisinin de depolanmasında sıkıntılar yaşanmaktadır. Although it is unavoidable to lean to renewable energy, it does not assure properly because of having low availability. The confidence in renewable energy is based on the development of the energy storage technologies. However, the popular energy storage units of our day are generally harmful to environment and have low energy density. It is very clear that liquid nitrogen energy storage system has great potential in comparison with new energy storage technologies because of having no danger of chemical explosions, poisonous gas emission, toxic by-products, or low-frequency electromagnetic field emissions.This thesis is a preliminary study of a project that aims developing a high-energy storage technology that has low emission and high energy density. The purpose of the project is to store an energy that is supplied from a renewable or another energy source, in liquid nitrogen by condensing it with this energy, and furthermore if there is any demand, to vaporize the liquid nitrogen with an atmospheric evaporator and to convert its kinetic energy to the electrical energy with an micro gas turbine.Main subject of this thesis is calculating the basic characteristic properties of a thermoelectric generator module experimentally at cryogenic temperatures. An application of thermoelectric generators on a existing cryogenic heat exchanger is also processed.If the study succeeds, the energy density and efficiency of liquid nitrogen energy storage system will be increased, and furthermore, it will pioneer to the utilization of the cold exergy that is wasted during the processes like vaporizing of the liquefied natural gas.