Balıkesir ili jeotermal ısıtma sistemlerinin enerjetik ve ekserjetik analizi

Abstract

Son yıllarda jeotermal enerji kaynaklarının merkezi ısıtma uygulamalarındakullanımı üzerine ilgi artmaktadır. Bu çalışmada, Balıkesir ilinde bulunan Edremit veBigadiç merkezi ısıtma sistemlerinin performans değerlendirmesi oluşturulmayaçalışılmıştır. Alınan termal veriler doğrultusunda sistemin tüm elemanlarının vegenel olarak sistemin enerji ve ekserji analizleri yapıldı. Bu analizlere boru iletimhattı ve sistemin diğer elemanları da katılarak değerlendirme yapıldı. Verilerinalındığı gün için enerji ve ekserji verimleri bulunarak karşılaştırmalar yapıldı. Farklıreferans sıcaklıklarında sistemde neler olduğunun daha iyi anlaşılabilmesi için enerjive ekserji akış grafikleri çizildi.Bunlara ek olarak çalışmada, kapsamlı bir şekilde Bigadiç ve Edremit için enerjive ekserji açısından yıllık performans analizi oluşturuldu. Enerji ve ekserji akışınınreferans sıcaklığının değişimiyle nasıl değiştiği de bu çalışmada verilmiştir. Ayrıcaortalama dış sıcaklığa bağlı olarak günlük ve aylık enerji talebi belirlendi. Belirlenensistem işletme sıcaklık değerlerinde bu enerji ihtiyacını karşılayacak jeotermalakışkan ve network su debileri yıllık periyotta belirlendi. Değişen referans sıcaklığabağlı olarak enerji ve ekserji verimlerinin nasıl değiştiğini gösteren grafikleroluşturuldu. Tüm sistem elemanları için farklı referans sıcaklıklarına ait ekserjiyıkımı / kaybı oranları belirlendi.Bu çalışmada, jeotermal sistemler için dört yeni parametre de ortayakonmuştur. Bu parametreler sırasıyla; enerjetik yenilenebilirlik oranı, ekserjetikyenilenebilirlik oranı, enerjetik reenjeksiyon oranı ve ekserjetik reenjeksiyon oranıolarak ortaya konabilir. Bu kavramlar daha sonra Edremit ve Bigadiç jeotermalmerkezi ısıtma sistemi için uygulandı.Tez çalışmasının ilk bölümünde, genel bir giriş yapılarak çalışmanın amacı vekapsamı hakkında bilgi verilmiştir.Tez çalışmasının ikinci bölümünde, literatür'den bu konuda yapılmış çalışmalarifade edilmiştir.Tez çalışmasının üçüncü bölümünde, Dünya ve Türkiye genel jeotermal enerjistatüsü ifade edilmiştir. Ayrıca bu başlık altında jeotermal enerji sistemlerine dedeğinilmiştir.Tez çalışmasının dördüncü bölümünde üzerinde çalışılan jeotermal merkeziısıtma sistemlerin modellenmesi ve sitemin genel tanımlanması yapılmıştır.Tezin ana çatısının oluşturulduğu son bölümünde ise Bigadiç ve Edremitjeotermal merkezi ısıtma sisleri için enerji ve ekserji analizi sonuçları verilmiş vesistemlerin yıllık enerji ve ekserji performans analizi üzerinde kapsamlı bir çalışmadabu bölümde ifade edilmiştir. Ayrıca bu bölümde sonuçlar hakkında genel yorumlarda verilmiştir. Türkiye'deki diğer jeotermal merkezi ısıtma sistemlerle dekarşılaştırmalar bu kısımda verilmiştir.Bu çalışmanın ve sonucunda ulaşılan değerlerin araştırma ve mühendislikalanında katkı sağlayabileceği umulmaktadır.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Enerji ve ekserji analizi, jeotermal enerji,jeotermal merkezi ısıtma sistemleri.

During the past decade there has been an increasing interest in usinggeothermal energy resources for district heating applications. In this study,comprehensive energy and exergy analyses are conducted for performanceevaluation of the Bigadic and Edremit Geothermal District Heating Systems(GDHSs) in Balikesir, Turkey. The actual thermal data taken from the TechnicalDepartment of the GDHSs are utilized in the analysis to determine the exergydestructions in each component of the system, and the overall energy and exergyefficiencies of the system. In the analyses the pipeline and the system components(e.g., heat exchangers, pumps) are included. Energy and exergy efficiencies aredetermined and compared for various cases, and the total irreversibilities areinvestigated for performance improvement purposes since their reductions will makethe system and its components more efficient. Energy and exergy flow diagrams aredrawn for better illustration of what is going on in the system at different referencetemperatures.In addition, in this study a comprehensive annually performance analysis ofthe Bigadic and Edremit Geothermal District Heating Systems (GDHS) in Balikesir,Turkey is performed through thermodynamic assessment in terms of energy andexergy efficiencies. A parametric study is also conducted to show how energy andexergy flows change with the reference environment temperature. Both daily andmonthly energy requirements are calculated according to average temperatures.Then it is found that both geothermal mass flow rates and fresh water mass flow ratesare needed to be adjusted according to system design temperatures for annuallyperiod. Energy and exergy efficiency diagrams are drawn for better illustration ofhow to chance both energy and exergy efficiency by chancing the ambienttemperature. Farther more, change of exergy loss/destruction for each part wasdetermined for different ambient temperatures.In this study, four new parameters, namely energetic renewability ratio,exergetic renewability ratio, energetic reinjection ratio, and exergetic reinjection ratiofor the geothermal systems are introduced and applied to the Edremit and Bigadicsystems. The results are expected to be helpful to researchers and engineers in thearea.The first part of the thesis, after giving the general introduction, givesinformation about the scope and objectives of the thesis. The second part is a reviewof previous literature studies. The third part discusses world?s and Turkey?s generalenergy status, particularly about the geothermal energy systems. The fourth part isabout the modeling of the geothermal district heating systems and descriptions of thestudied geothermal district heating systems. The last section gives information aboutthe modeling of the Bigadic and Edremit geothermal district heating systems, energyand exergy analyses of the systems as well as annual energy and exergy performanceanalyses, and discusses the results. Then the studied systems are compared to othergeothermal district heating systems in Turkey for their performance comparisons.KEY WORDS: Energy and Exergy analysis, geothermal energy, geothermaldistrict heating systems.