EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/197

Gözat

Yazar "Acar, Erdem" ile EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Bir Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Santrali İçin Organik Rankıne Çevrimi Dizaynı Ve Modellemesi
    (Enerji Enstitüsü, ) Acar, Erdem ; Çolak, Üner ; Enerji Bilim ve Teknoloji ; Energy Sciences and Technologies
    Güneş enerjisini kullanılabilir bir enerji formuna dönüştüren farklı türde pek çok pasif veya aktif güneş enerjisi dönüştürme sistemi vardır. Aktif güneş enerjisi dönüştürme sistemlerindeki en önemli unsur olan güneş kolektörleri (termal veya fotovoltaik), üzerlerine gelen güneş ışınımını yakalar ve onu kullanılabilir bir enerji formuna (ısı ya da elektrik) dönüştürürler. Güneş termal kolektörler yüzeylerine düşen güneş ışınımını, tiplerine ve yüzey özelliklerine göre belli oranda emerek ya da yansıtarak ısıya dönüştürürler ve bu ısıyı, kolektör boyunca uzanan boru veya borular içinden akan bir ısı transfer akışkanına transfer ederler. Güneş enerjisinden dönüştürülen kullanılabilir enerjinin özellikle termal enerjinin sıcaklık seviyesini yükseltmek, ısı kayıpları olan kolektör yüzeyini küçülterek kolektörün verimini arttırmak, daha ucuz ve kullanışlı bir kolektör oluşturmak için yoğunlaştırıcı güneş termal kolektörler kullanılır. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santralleri, çeşitli tip yansıtıcı yüzey ve alıcıdan oluşan kolektör düzenekleri kullanarak güneş enerjisini yüksek sıcaklıklarda ısıya dönüştürür ve bu ısıdan geleneksel bir buhar türbini ve jeneratör aracılığıyla elektrik üretir. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santralleri temelde iki ana kısımdan oluşur. Bunlar: güneş enerjisinin toplandığı ve ısıya dönüştürüldüğü güneş kolektör alanı (varsa termal enerji depolama sistemini de içerir) ve ısı enerjisinin bir termodinamik güç çevrimi ile elektriğe dönüştürüldüğü güç bloğudur. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrallerinde kullanılan yoğunlaştırıcı güneş termal kolektörler, yalnızca yüzeylerine gelen direkt güneş ışınımını yakalar ve onu yansıtarak bir alıcıda yoğunlaştırır. Üzerinde yoğunlaştırılan güneş ışınımını emerek ısınan alıcı, bu ısıyı içindeki ısı transfer akışkanına transfer eder. Varsa termal enerji depolama sisteminden geçen ısı transfer akışkanı, borular aracılığıyla taşınarak güç bloğundaki ısı değiştiricisine ulaşır ve ısısını güç çevriminde kullanılan çalışma akışkanına transfer eder. Isınarak buhar fazına geçen çalışma akışkanı da türbin-jeneratör sistemini çalıştırır ve böylece elektrik üretilir. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrallerinde en çok tercih edilen tür teknoloji ise bugün mevcut güneş termal enerji teknolojileri içinde en olgun ve en düşük maliyetli teknoloji olan, parabolik oluk kolektör teknolojisidir. Parabolik oluk kolektörlerin kullanıldığı yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrallerinde, güneş kolektör alanının boyutuna ve yerleşim planına bağlı olarak belli boyutta ve sayıda parabolik oluk kolektör düzenekleri kullanılır. Bu tez çalışmasında, düşük sıcaklıklarda çalışan ve sınırlı bir çıkış gücü (< 1 MWe) olan yenilenebilir enerji kaynaklı güç santrallerinde kullanıldığında ekonomik bir şekilde elektrik üretilmesini sağlayan Organik Rankine Çevrimi (ORÇ)'nin, İzmir'de kurulacağı varsayılan bir parabolik oluk kolektörlü yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali için dizaynı ve modellemesi yapılmıştır. Bu amaçla "System Advisor Model (SAM)" adlı program kullanılarak güneş kolektör alanı dizaynı, "Flownex" adlı simülasyon programı kullanılarak da güç bloğu dizaynı ve modellemesi yapılmıştır. Referans olarak, ABD'nin Arizona eyaletinde yer alan, ORÇ ile çalışan bir güç bloğunun kullanıldığı ve 1 MW net elektrik üretim kapasitesine sahip olan "Saguaro" adlı parabolik oluk kolektörlü yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali kullanılmıştır. Yenilenebilir enerji güç sistemleri projeleri için yapılan modellemelerde sistem dizayn parametrelerini kullanarak, kurulum ve işletim maliyetlerini de göz önünde bulundurarak, saatlik sistem performansı ve enerji maliyeti tahminleri yapan SAM programıyla; kolektör düzenekleri tarafından emilen, güneş kolektör alanından çıkan ve güç bloğuna aktarılan saatlik, aylık ve yıllık tahmini toplam termal enerji miktarları hesaplanmıştır. Güç bloğundaki ORÇ'nde kullanılmak üzere; termodinamik, çevre, emniyet ve proses ile ilgili olan değerlendirme kriterleri göz önünde bulundurularak, çalışma akışkanı olarak R245fa (pentafloropropan) seçilmiştir. Bir düşük sıcaklık çalışma akışkanı olan ve ağırlıklı olarak atık ısı geri kazanımı uygulamalarında kullanılan R245fa, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) onaylı ve Montreal Protokolü kapsamında kullanımına izin verilen hidroflorokarbon (HFC) soğutucuları ailesinin bir üyesidir. Birçok çeşit termal ve akışkan sistemin kararlı ve dinamik durumları için dizayn, analiz ve optimizasyon yapılmasını sağlayan Flownex simülasyon programıyla da güç bloğunun, kararlı durum ve dinamik durum için ORÇ modellemesi yapılmıştır. Oluşturulan türbin ve pompa performans eğrileri kullanılarak kararlı durum için yapılan ORÇ modellemesinde, güç bloğu için çalışma sıcaklığı aralığı belirlenmiş ve güç bloğunda üretilecek tahmini yıllık brüt elektrik miktarı hesaplanmıştır. Kararlı durumda çalışan güç bloğunun bileşenlerinde oluşacak herhangi bir değişim durumunda; türbinde üretilen brüt güç, sıcaklık, basınç, kütlesel debi gibi parametrelerde meydana gelecek değişimleri önceden görebilmek amacıyla oluşturulacak senaryolar için, 9 Temmuz günü saat 07.00-17.00 arasındaki zaman dilimi seçilmiş ve bir dinamik durum modellemesi yapılmıştır.