Jeotermal Enerji Kaynaklı Organik Rankine Çevriminin Modellenmesi Ve Analizi

Abstract

Bu çalışmanın başında, tasarlanan modelin ısı kaynağı olarak kullanılan jeotermal enerjinin kullanım alanları ve potansiyeli detaylı olarak verilmiş, jeotermal enerjinin dünyada ve ülkemizdeki elektrik üretimine katkısından kısaca bahsedilmiştir. Düşük sıcaklıklardaki ısı kaynakları için, sudan daha düşük sıcaklıkta kaynayan organik akışkanın kullanıldığı Organik Rankine çevrimi kullanılır. Organik Rankine çevrimi teknolojisi, güneş, jeotermal ve atık ısı kaynakları gibi düşük sıcaklıklı ısı kaynaklarından büyük faydalar sunar. Bu tezde de jeotermal enerji kaynağı ile elektrik üreten Organik Rankine çevriminin analizi yapılmıştır. Isı kaynağının kütle akış hızı 0,675 kg/s ve sıcaklığı kararlı durum için 140 °C olarak belirlenmiştir. Çevrimi oluşturan komponentler, çalışma koşulları ve termodinamik özellikler dikkate alınarak bu çalışmada, HFC-245fa çevrim akışkanı olarak kullanılmıştır. Sistemin tüm komponentleri ayrı ayrı modellenmiş, kütle ve enerji dengeleri kurularak çevrim tamamlanmıştır. Bu aşamaların nasıl gerçekleştirildiği bilgisine açıklık getirilmiştir. Her bir komponentin kararlı durumu için sonuçlar bulunmuştur. Program tarafından hesaplanan veriler ile toplam türbin gücü 250 kW olan, analiz için gerekli demo bir model oluşturulmuştur. Hazırlanan model üzerinde kararlı ve dinamik durum analizi yapılmıştır. Bir Organik Rankine çevriminin veriminin arttırılması için yapılan çalışmalar anlatılmıştır. Bu çevrimi oluşturan komponentlerin tasarımı ve görevleriyle ilgili bilgiler verilmiştir. Bu çalışma yapılırken kullanılan Flownex SE versiyon 8.2.1.2028 modelleme programı ve programın çalışma mantığından bahsedilmiştir. Programın kütüphanesini oluşturan elemanlar tanımlanmış ve tasarlanma kriterleri açıklanmıştır. Flownex dinamik analizi yapılmak üzere çevrim sınır koşulları kaldırılmıştır. Çevrim verimini arttırmak için yoğuşturucu soğutma suyu sıcaklığının azalmasını sağlayacak senaryo oluşturulmuştur. Kondenser soğutma suyu sıcaklığı anlık 2,5 °C azaltılarak 34°C'den 31,5°C'ye düştüğü durumda santral veriminin 14%'den %14,26'ya çıktığı gözlenmiştir.

At the beginning of this thesis, the potential and utilization fields of geothermal energy are given in detail and the status of geothermal energy in the world and particularly in Turkey are presented on graphs. For low temperature heat sources, Organic Rankine Cycle (ORC) that has organic fluid instead of water is used. This thesis presents analysis of Organic Rankine Cycle by the help of a geothermal energy source for electricity generation. The considered heat resource for ORC is in the form of geothermal water (140 °C) at mass flow rate of 0.675 kg/s. In this thesis, cycle components, working conditions and thermodynamic properties are taken into consideration to identify the most suitable organic fluid, which was selected as R245fa for steady state ORC system. All components of cycle were modelled and energy-mass balance is realized step by step with the help of modelling program Flownex version SE 8.2.1.2028. For each component, steady state results were calculated. To make an analysis, the Organic Rankine cycle demo with 250 kW turbine output power is designed using all these inputs. In this thesis, steady state and dynamic simulation were made based on prepared model. Organic Rankine cycle was examined thermodynamically and the studies were done to improve cycle efficiency. The design criteria of these components have been explained. Flownex program was also used for dynamic analysis by removing boundary conditions. The scenario was created by the help of dynamic analysis such as condenser cooling water temperature to increase the cycle efficiency. 2.5°C temperature decrease in condenser cooling water temperature increased the cycle efficiency from 14% to 14.26%.