Review
BibTex RIS Cite

Enerji Verimli Binalar İçin Yakıt Pili Kojenerasyon Sistemlerinin İncelenmesi

Year 2021, Volume: 8 Issue: 2, 766 - 781, 31.05.2021
https://doi.org/10.31202/ecjse.875033

Abstract

Ülkemizde en yoğun enerji tüketimi, sanayi uygulamalarından sonra binalarda meydana gelmektedir. Binalarda enerji, günlük elektronik ev aletlerinin çalıştırılması ve ısınma ihtiyacının giderilmesi gibi birincil ihtiyaçlar için tüketilmektedir. Binalarda kullanılan enerjiden tasarruf potansiyeli, toplam tüketimin % 15’i civarındadır. Kojenerasyon sistemleri, elektrik ve ısı enerjisini eşzamanlı üretebildiklerinden binalar için yüksek enerji verimliliğine sahip, cazip bir alternatif olarak öne çıkmaktadır.
Bu makalede, binalara yönelik kojenerasyon sistemleriyle ilgili detaylı bir literatür taraması yapılmış, binalar için kojenerasyon tipleri tanıtılmış ve farklı yakıt pili türlerinin binalarda kojenerasyon uygulamaları incelenmiştir. Yakıt pili sistemlerinin gürültü ve titreşim probleminin olmaması, çok az yer kaplaması ve binalarda kolayca uygulanabilir olması nedeniyle sıklıkla tercih edildiği belirlenmiştir. Çalışmada binalarda yakıt pili kojenerasyon teknolojilerinin kullanılması ile % 85 enerji verimi sağlandığı, ve kojenerasyon sistemleri sayesinde CO2, NOx, CO ve kirlilik kaynağı komponent emisyonlarının önemli ölçüde azaltıldığı tespit edilmiştir.

References

  • [1]. Akbulut, G., Küresel Değişimler Bağlamında Dünya Enerji Kaynakları, Sorunlar ve Türkiye. Sosyal Bilimler Dergisi/Journal of Social Sciences, 2008, 32(1), 117-137.
  • [2]. Hakan, K. U. M., Yenilenebilir Enerji Kaynakları: Dünya Piyasalarındaki Son Gelişmeler ve Politikalar. Erciyes Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 2009, (33), 207-223.
  • [3]. Demi̇r, H., Çıracı, G., Kaya, R., Ünver, Ü., Aydınlatmada Enerji Verimliliği: Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Durum Değerlendirmesi. Uludağ University Journal of the Faculty of Engineering, 2020, 25 (3), 1637-1652.
  • [4]. Özyurt, G., Karabalık, K., Enerji Verimliliği, Binaların Enerji Performansı ve Türkiye’deki Durum. TMMOB, İnşaat Mühendisleri Odası, Türkiye Mühendislik Haberleri, 2009, 457(54), 32-34.
  • [5]. Unver, U., Kara, O., Energy Efficiency by Determining the Production Process with the Lowest Energy Consumption in a Steel Forging Facility. Journal of Cleaner Production., 2019, 215, 1362-1370.
  • [6]. Kılıç, G. A., Al, K., Dağtekin, E., Unver U., Technical, Economic and Environmental Investigation of Grid-Independent Hybrid Energy Systems Applicability: A Case Study, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 2020, 1-16.
  • [7]. Aydın, Ö., Binalarda Enerji Verimliliği Kapsamında Yapılan Projelerin Değerlendirilmesi: Türkiye Örneği. Mimarlık ve Yaşam, 2019, 4(1), 55-68.
  • [8]. Ünver, Ü., Adıgüzel, E., Adıgüzel, E., Çi̇vi̇, S., Roshanaei̇, K., Türkiye’deki İklim Bölgelerine Göre Binalarda Isı Yalıtım Uygulamaları. İleri Mühendislik Çalışmaları ve Teknolojileri Dergisi , 2020, 1 (2) , 171-187.
  • [9]. Yılmaz, Z., Akıllı Binalar Ve Yenilenebilir Enerji. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 2006, (91), 7-15.
  • [10].Erbıyık, H., Çatal, T., Durukan, S., Topaloğlu, D. G., Ünver, Ü., Assessment of Yalova University Campus According to LEED V.4 Certification System. Environmental Research and Technology, 2021, 1(2), 1-17.
  • [11]. Özüpak, Ö. S., Ticari Binalarda Enerji Performans Kriterlerinin Belirlenmesi Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü, 2008.
  • [12]. Lam, J. C., Wan, K. K., Tsang, C. L., Yang, L., Building Energy Efficiency in Different Climates. Energy Conversion and Management, 2008, 49(8), 2354-2366.
  • [13]. Sağlam, S., Üniversite Öğrencilerinin Çok Katlı Bina ve Gökdelenler Hakkındaki Düşünceleri. Third Sector Social Economic Review, 2018, 53(3), 1323.
  • [14]. Goswami, D. Y., Kreith, F. (Eds.), Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy. Crc Press, 2007.
  • [15]. Kara, Ö., Yurtçu, M., Keleşoğlu, A., Küçükkaya, E., Ünver, Ü, “A Heatpump System Design for Yalova University”, 2018 3rd International Conference on Smart and Sustainable Technologies (SpliTech), 26-29 June 2018, Split-Croatia. ISBN: 978-1-5386-6296-0.
  • [16]. Pravadalıoğlu, S., “Yerinde Enerji Üretimi- Kojenerasyon Sistemleri”. II. Elektrik Tesisat Ulusal Kongresi, 24-27 Kasım 2011, İzmir, Türkiye, https://www.emo.org.tr/ekler/ 04aa4e179069a80_ek.pdf Son Erişim: 29.01.2021.
  • [17]. Colmenar-Santos, A., Rosales-Asensio, E., Borge-Diez, D., Blanes-Peiró, J.J., District Heating and Cogeneration in the Eu-28: Current Situation, Potential and Proposed Energy Strategy for Its Generalisation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 62, 621–639.
  • [18]. Rosato, A., Sibilio, S., Ciampi, G., Dynamic Performance Assessment o f a Building-Integrated Cogeneration System for an Italian Residential Application. Energy and Buildings, 2013, 64, 343–358.
  • [19]. Silveira, J. L., Gomes, L. A., Fuel Cell Cogeneration System: A Case of Technoeconomic Analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 1999, 3(2-3), 233-242.
  • [20]. Demirçivi, T., Motorlu Kojenerasyon Sistemleri Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 1999.
  • [21]. Ho, J. C., Chua, K. J., Chou, S. K., Performance Study of A Microturbine System for Cogeneration Application. Renewable Energy, 2004, 29(7), 1121-1133.
  • [22]. Fuel Cell Hand Book 5. Basım. Eg&G Services Parsons,Inc. Ekim 2000.
  • [23]. Yılmaz, A., Ünvar, S., Ekmen, M., Aydın, S., Yakıt Pili Teknolojisi. Technological Applied Sciences, 2017, 12(4), 185-192.
  • [24]. O'hayre, R., Cha, S. W., Colella, W., & Prinz, F. B., Fuel Cell Fundamentals. John Wiley & Sons, 2016.
  • [25]. Yavuzdeğer, A., Ekinci, F., Performance Analysis of Grid-Connected Micro-Cogeneration System Based on The İnternal Combustion Engine. European Mechanical Science, 2019, 3 (4), 164-169.
  • [26]. Isa, N. M., Tan, C. W., Yatim, A. H. M., A Comprehensive Review of Cogeneration System In A Microgrid: A Perspective From Architecture and Operating System. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, 81, 2236-2263.
  • [27]. Yılmaz, A., Deviren, H., Fosforik Yakıt Hücresinin Ticari Binalarda Kullanımı https://www.batman.edu.tr/Files/Scientific/7874ab68-e51f-4f14-a70c-e76f57f418dd.pdf. Son erişim: 30.01.2021.
  • [28]. Şenol, R., Üçgül, İ., Acar, M., Yakıt Pili Teknolojisindeki Gelişmeler ve Taşıtlara Uygulanabilirliğinin İncelenmesi. Mühendis ve Makine, 2006, 47 (563), 37-50.
  • [29]. Choudhury, A., Chandra, H., & Arora, A., Application of Solid Oxide Fuel Cell Technology For Power Generation—A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 20, 430-442.
  • [30]. Başyazıcı, U. İ., Yakıt Pili Teknolojisinin Ticari Binalarda Kullanılabilirliğinin Sürdürülebilirlik Perspektifiyle Değerlendirilmesi. IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir. Bildiriler Kitabı, 2010, 173-191.
  • [31]. Çavuşoğlu, A. Yakıt Pilleri ve Kullanım Alanları, Yüksek Lisans Tezi Uludağ Üniversitesi, Bursa, 2006.
  • [32]. Aykut, A. Ş., Yakıt Pillerinin Termo-Ekonomik Analizi Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2005.
  • [33]. Ünver, Ü., Kılıç, M., “Bir Kombine Çevrim Güç Santralinin Termodinamik Analizi”, Mühendis ve Makine, 2005, 46(545), 47-56.
  • [34]. Onovwiona, H. I., Ugursal, V. I., Residential Cogeneration Systems: Review of The Current Technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2006, 10(5), 389-431
  • [35]. Sivrioğlu, M., Yurdakul, M., Aydoğan, A., İç, Y. T., Büyük Ticari Yapılarda Kurulacak Kojenerasyon Sistemlerinin Ekonomik Açıdan Alternatif Sistemlerle Karşılaştırılması. Çankaya Üniversitesi Bilim ve Mühendislik Dergisi, 2011, 8(1) 135-151.
  • [36]. Doğan, H., Yılankırkan, N., Türkiye’nin Enerji Verimliliği Potansiyeli ve Projeksiyonu. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 2015, 3(1), 375-384.
  • [37]. Evren, N. E. Bina Enerji Performansını Artıracak Alternatif Isıtma Sistemi Uygulamalarının Doğal Gaz ve Elektrik Piyasalarına Etkileri. TESKON Binalarda Enerji Performansı Sempozyumu. 12. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi– 8-11 Nisan 2015/İzmir. Bildiriler Kitabı 1303-1309.
  • [38]. Ünver, Ü., Kılıç, M., Çevre Sıcaklığının Bir Kombine Çevrim Güç Santralinin Performansına Etkisi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2005, 10 (1), 49-58.
  • [39]. Rüşen, S. E., Topçu, M. A., Celep, G. K., Çeltek, S. A., Rüşen, A., Üniversite Kampüs Binaları için Enerji Etüdü: Örnek Çalışma. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2018, 33(2), 83-92.
  • [40]. Kaplan, M., & Büker, M. S., Konutlarda Paket Tipi Kojenerasyon ile Yerinde Enerji Üretimi–Konya Şartlarında Uygulama. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2019, 7(4), 749-767.
  • [41]. Buker, M. S., Kaplan, M., Performance İnvestigation of A Residential Type Micro-Cogeneration System–Energy and Economic Analysis. In 2019 3rd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (Ismsıt), 2019, p. 1-9.
  • [42]. Mahlia, T. M. I., Chan, P. L., Life Cycle Cost Analysis of Fuel Cell Based Cogeneration System for Residential Application İn Malaysia. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15 (1), 416–426.
  • [43]. Di Marcoberardino, G., Chiarabaglio, L., Manzolini, G., Campanari, S., A Techno-Economic Comparison of Micro-Cogeneration Systems Based On Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell For Residential Applications. Applied Energy, 2019, 239, 692–705.
  • [44]. Baniasadi, E., Alemrajabi, A. A., Fuel Cell Energy Generation and Recovery Cycle Analysis for Residential Application. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(17), 9460–9467.
  • [45]. Zink, F., Lu, Y., & Schaefer, L., A Solid Oxide Fuel Cell System for Buildings. Energy Conversion and Management, 2007, 48(3), 809–818.
  • [46]. Colson, C. M., Nehrir, M. H., Evaluating the Benefits of a Hybrid Solid Oxide Fuel Cell Combined Heat and Power Plant for Energy Sustainability and Emissions Avoidance. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2011, 26(1), 140–148.
  • [47]. Elmer, T., Worall, M., Wu, S., Riffat, S. B., Emission and Economic Performance Assessment of A Solid Oxide Fuel Cell Micro-Combined Heat and Power System İn A Domestic Building. Applied Thermal Engineering, 2015, 90, 1082–1089.
  • [48]. Sungur, B., Özdoğan, M., Topaloğlu, B., Namlı, L., Küresel Enerji Tüketimi Bağlamında Mikro Kojenerasyon Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Değerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 2017, 58 (686), 1-20.
  • [49]. Onovwiona, H. I., Ugursal, V. I., Fung, A. S., Modeling of İnternal Combustion Engine Based Cogeneration Systems for Residential Applications. Applied Thermal Engineering, 2007, 27(5-6), 848-861.
  • [50]. Pilavachi, P. A., Mini-and Micro-Gas Turbines for Combined Heat and Power. Applied Thermal Engineering, 2002, 22(18), 2003-2014.
  • [51]. Çetin, B., Gaz Türbinlerinin Optimal Performans Analizi, Doğuş Üniversitesi Dergisi (1), 2006, 59-71.
  • [52]. Gökhan, A., Kömür Yakıtlı Bir Enerji Santralının Enerji-Finansal Değerlendirmesi Ve Zonguldak İli İçin Bir Uygulama, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, İstanbul, 2018.
  • [53]. Unver, U., Kılıç, M.,Second Law Based Thermoeconomic Analysis of Combined Cycle Power Plants Considering The Effects of Environmental Temperature and Load Variations, Int. J. of Energy Research, 2007, 31(2), 148-157.
  • [54]. Değirmencioğlu, H. A., Kojenerasyon Sistemleri. Ege Bölgesi Enerji Forumu, Denizli, 2009, 12-13.
  • [55]. Unver U and Kilic M., Influence of Environmental Temperature on Exergetic Parameters of a Combined Cycle Power Plant. International Journal of Exergy, 2017, 22(1), pp: 73-88.
  • [56]. Ural Z., Gençoğlu, M. T., Yakıt Pillerinin Konutsal Uygulamalarda Kullanımı. V. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu 2009 – Diyarbakır. Bildiriler Kitabı 149-154.
  • [57]. Öztop, H., Çıtlak, A., Yakıt Pilli Kojenerasyon Sistemlerinin Evsel ve Ticari Binalarda Uygulamaları. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 2004, (82), 39-48.
  • [58]. Maleki, A., Optimal Operation of a Grid-Connected Fuel Cell Based Combined Heat and Power Systems Using Particle Swarm Optimization for Residential Sector. International Journal of Ambient Energy, 2019,1–20.
  • [59]. Das, V., Padmanaban, S., Venkitusamy, K., Selvamuthukumaran, R., Blaabjerg, F., Siano, P., Recent Advances and Challenges of Fuel Cell Based Power System Architectures and Control–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 73, 10-18.
  • [60]. Şefkat, G., Özel, M. A., Pem Yakıt Pilinin Simulink Modeli ve Analizi. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 2018, 23(2), 351-366.
  • [61]. Karanfil, G., Proton Değişim Membran Yakıt Hücreleri: Termodinamiği, Bileşenleri ve Uygulama Alanları. Mühendis ve Makina, 2020, 61 (698), 57-76.
  • [62]. Aydın, M., Pem Yakıt Pilinin İki Boyutlu Modellemesi Yüksek Lisans Tezi, Enerji Enstitüsü, İTÜ İstanbul, 2007.
  • [63]. Dinçer, K., Pem Yakıt Hücresinin Katod Tarafı Performansının Geliştirilmesi. Selçuk-Teknik Dergisi, 2014, 13(2), 38-49.
  • [64]. Hwang, J. J., Zou, M. L., Development of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell Cogeneration System, Journal of Power Sources, 2010, 195(9),2579-2585.
  • [65]. Colpan, C.O., Nalbant, Y., Devrim, Y., Energy and Exergy Performance Assessments of a High temperature-proton exchange membrane Fuel Cell Based Integrated Cogeneration System, International Journal of Hydrogen, 2020,45(5), 3584-3594.
  • [66]. Minutillo, M ., Jannelli, E., Perna, A., Analyzing Microcogeneration Systems Based on LT-PEMFC and HT-PEMFC by Energy Balances, Applied Energy, 2013, 108, 82-91.
  • [67]. Zengin, Y., Yakıt Hücresinde Hidrojen Tüketiminin Zamana Bağlı Değişiminin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, 2019.
  • [68]. Yeşilata, B., Demir, F., Fotovoltaik ve Yakıt Pili Birleşik Sisteminin Analizi. Isı Bilimi Ve Tekniği Dergisi, 2006, 26 (1), 37-44.
  • [69]. Ekiz, A., Pem Tipi Yakıt Pilleri İçin Çift Kutuplu Akış Plakalarının Modellenmesi Yüksek Lisans Tezi, Tobb Ekonomi Ve Teknoloji Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2010.
  • [70]. Zhang, P., Yang, P., Zhu, Y., Zhang, H., Hu, Z., Zhang, J., Performance Evaluation of an Alkaline Fuel Cell/Thermoelectric Generator Hybrid System, International Journal of Hydrogen Energy, 2014, 39(22), 11756-11762.
  • [71]. Şahin, F., Sülfolanmış Maleik Anhidrit-Stiren Ardışık Kopolimer Membranının Proton Değişim Membran Yakıt Hücresi Performansının İncelenmesi Yüksek Lisans Tezi, Hitit Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Çorum, 2011.
  • [72]. Kırlı, F., Proton Değişimli Membranlı Yakıt Hücrelerinin Matematiksel Modeli Üzerine Bir Değerlendirme Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2008.
  • [73]. Zhang, H., Wu, M., Zhao, J., Wang, F., Yuan, J., Performance Analyzes of an Integrated Phosphoric Acid Fuel Cell and Thermoelectric Device System for Power and Cooling Cogeneration, International Journal of Refrigeration, 2018, 89, 61-6.
  • [74]. Castilho, A. L., Gianesini, M. A., Rodrigues. R. “Estudo de Caso da Implantação da Célula a Combustível no Hospital Erasto Gaertner.” Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2004, 1-120. Curitiba. Brazil.
  • [75]. Ito, H., Economic and Environmental Assessment of Phosphoric Acid Fuel Cell-Based Combined Heat and Power System for an Apartment Complex, International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(23),15449-15463.
  • [76]. Özel, S., Yakıt Pillerinin Teknik ve Ekonomik Açıdan İncelenmesi ve Uygulama Örnekleri. Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2003.
  • [77]. Aki, H., The Penetration of Micro Chp in Residential Dwellings in Japan. 2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting, p1-4.
  • [78]. Erden, E., Katı Oksit Yakıt Pilleri İçin Bi2O3 Katkılı Katı Elektrolit-Katot Malzemelerin Sentezi ve Karakterizasyonu Yüksek Lisans Tezi, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya, 2019.
  • [79]. Neimaster, E. J. Sleiti, A.K., Potential of SOFC CHP Systems for Energy-Efficient Commercial Buildings, Energy and Buildings, 2013, 61,153-160.
  • [80]. Fong, K.F., Lee, C.K., System Analysis and Appraisal of SOFC-Primed Micro Cogeneration for Residential Application İn Subtropical Region Energy and Buildings, 2016, 128(15), 819-826.
  • [81]. Roushenas, R., Razmi, A. R., Soltani, M., Torabi, M., Dusseault, M. B. Jatin Nathwani, Thermo-environmental Analysis of a Novel Cogeneration System Based on Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) and Compressed air Energy Storage (CAES) Coupled with Turbocharger Applied Thermal Engineering, 2020, 181, 25, 115978.
  • [82]. Mehrpooya, M., Sadeghzadeh, M., Rahimi, A., Pouriman, M., Technical performance analysis of a combined cooling heating and power (CCHP) system based on solid oxide fuel cell (SOFC) technology – A building application, Energy Conversion and Management, 2019, 198, 111767.
  • [83]. Nişancı, F. G., Biyokömür Yakıtı Kullanılan Doğrudan Karbon Yakıt Pilinin Modellenmesi Doktora Tezi, Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Rize, 2019.
  • [84]. Baranak, M., Ergimiş Karbonatlı Yakıt Pilinin Modellenmesi Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul, 2004.
  • [85]. Murugan, S., Horák, B., A review of micro combined heat and power systems for residential applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 64, 144–162.
  • [86]. Silveira, J. L., Leal, E. M., Ragonha Jr, L. F., Analysis of a molten carbonate fuel cell: cogeneration to produce electricity and cold water, Energy, 2001, 26(10), 891-904.
  • [87]. Utgikar, P. S., Dubey, S. P., Prasada Rao, P. J., Thermoeconomic analysis of gas turbine cogeneration plant — a case study, J. Power Energy, Proc. Instn. Mech. Engrs., 1995, 209, 45-54.
  • [88]. Dorer, V., Weber, A., Energy and CO2 Emissions Performance Assessment of Residential Micro-Cogeneration Systems with Dynamic Whole-Building Simulation Programs. Energy Conversion and Management, 2009, 50(3), 648-657.
  • [89]. Sungur, B., Özdoğan, M., Topaloğlu, B., Namlı, L., Küresel Enerji Tüketimi Bağlamında Mikro Kojenerasyon Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Değerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 2017, 58 (686), 1-20.

Investigation of Fuel-Cell Cogeneration Systems for Energy Efficient Buildings

Year 2021, Volume: 8 Issue: 2, 766 - 781, 31.05.2021
https://doi.org/10.31202/ecjse.875033

Abstract

In our country, the most intense energy consumption occurs in buildings after industrial applications. Energy in buildings is consumed for primary needs such as operating daily electronic household appliances and meeting the need for heating. The energy saving potential used in buildings is around 15% of the total consumption. Cogeneration systems stand out as an attractive alternative with high energy efficiency for buildings, as they can generate electricity and heat energy simultaneously.
In this paper, a detailed literature review on cogeneration systems for buildings was made, cogeneration types for buildings were introduced, and cogeneration applications of different fuel cell types in buildings were examined. It has been determined that fuel cell systems are frequently preferred because they do not have noise and vibration problems, take up little space and can be easily applied in buildings. In the study, it was determined that 85% energy efficiency was achieved with the use of fuel cell cogeneration technologies in buildings, and CO2, NOx, CO and pollution source component emissions were significantly reduced by cogeneration systems.

References

  • [1]. Akbulut, G., Küresel Değişimler Bağlamında Dünya Enerji Kaynakları, Sorunlar ve Türkiye. Sosyal Bilimler Dergisi/Journal of Social Sciences, 2008, 32(1), 117-137.
  • [2]. Hakan, K. U. M., Yenilenebilir Enerji Kaynakları: Dünya Piyasalarındaki Son Gelişmeler ve Politikalar. Erciyes Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 2009, (33), 207-223.
  • [3]. Demi̇r, H., Çıracı, G., Kaya, R., Ünver, Ü., Aydınlatmada Enerji Verimliliği: Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Durum Değerlendirmesi. Uludağ University Journal of the Faculty of Engineering, 2020, 25 (3), 1637-1652.
  • [4]. Özyurt, G., Karabalık, K., Enerji Verimliliği, Binaların Enerji Performansı ve Türkiye’deki Durum. TMMOB, İnşaat Mühendisleri Odası, Türkiye Mühendislik Haberleri, 2009, 457(54), 32-34.
  • [5]. Unver, U., Kara, O., Energy Efficiency by Determining the Production Process with the Lowest Energy Consumption in a Steel Forging Facility. Journal of Cleaner Production., 2019, 215, 1362-1370.
  • [6]. Kılıç, G. A., Al, K., Dağtekin, E., Unver U., Technical, Economic and Environmental Investigation of Grid-Independent Hybrid Energy Systems Applicability: A Case Study, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 2020, 1-16.
  • [7]. Aydın, Ö., Binalarda Enerji Verimliliği Kapsamında Yapılan Projelerin Değerlendirilmesi: Türkiye Örneği. Mimarlık ve Yaşam, 2019, 4(1), 55-68.
  • [8]. Ünver, Ü., Adıgüzel, E., Adıgüzel, E., Çi̇vi̇, S., Roshanaei̇, K., Türkiye’deki İklim Bölgelerine Göre Binalarda Isı Yalıtım Uygulamaları. İleri Mühendislik Çalışmaları ve Teknolojileri Dergisi , 2020, 1 (2) , 171-187.
  • [9]. Yılmaz, Z., Akıllı Binalar Ve Yenilenebilir Enerji. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 2006, (91), 7-15.
  • [10].Erbıyık, H., Çatal, T., Durukan, S., Topaloğlu, D. G., Ünver, Ü., Assessment of Yalova University Campus According to LEED V.4 Certification System. Environmental Research and Technology, 2021, 1(2), 1-17.
  • [11]. Özüpak, Ö. S., Ticari Binalarda Enerji Performans Kriterlerinin Belirlenmesi Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü, 2008.
  • [12]. Lam, J. C., Wan, K. K., Tsang, C. L., Yang, L., Building Energy Efficiency in Different Climates. Energy Conversion and Management, 2008, 49(8), 2354-2366.
  • [13]. Sağlam, S., Üniversite Öğrencilerinin Çok Katlı Bina ve Gökdelenler Hakkındaki Düşünceleri. Third Sector Social Economic Review, 2018, 53(3), 1323.
  • [14]. Goswami, D. Y., Kreith, F. (Eds.), Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy. Crc Press, 2007.
  • [15]. Kara, Ö., Yurtçu, M., Keleşoğlu, A., Küçükkaya, E., Ünver, Ü, “A Heatpump System Design for Yalova University”, 2018 3rd International Conference on Smart and Sustainable Technologies (SpliTech), 26-29 June 2018, Split-Croatia. ISBN: 978-1-5386-6296-0.
  • [16]. Pravadalıoğlu, S., “Yerinde Enerji Üretimi- Kojenerasyon Sistemleri”. II. Elektrik Tesisat Ulusal Kongresi, 24-27 Kasım 2011, İzmir, Türkiye, https://www.emo.org.tr/ekler/ 04aa4e179069a80_ek.pdf Son Erişim: 29.01.2021.
  • [17]. Colmenar-Santos, A., Rosales-Asensio, E., Borge-Diez, D., Blanes-Peiró, J.J., District Heating and Cogeneration in the Eu-28: Current Situation, Potential and Proposed Energy Strategy for Its Generalisation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 62, 621–639.
  • [18]. Rosato, A., Sibilio, S., Ciampi, G., Dynamic Performance Assessment o f a Building-Integrated Cogeneration System for an Italian Residential Application. Energy and Buildings, 2013, 64, 343–358.
  • [19]. Silveira, J. L., Gomes, L. A., Fuel Cell Cogeneration System: A Case of Technoeconomic Analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 1999, 3(2-3), 233-242.
  • [20]. Demirçivi, T., Motorlu Kojenerasyon Sistemleri Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 1999.
  • [21]. Ho, J. C., Chua, K. J., Chou, S. K., Performance Study of A Microturbine System for Cogeneration Application. Renewable Energy, 2004, 29(7), 1121-1133.
  • [22]. Fuel Cell Hand Book 5. Basım. Eg&G Services Parsons,Inc. Ekim 2000.
  • [23]. Yılmaz, A., Ünvar, S., Ekmen, M., Aydın, S., Yakıt Pili Teknolojisi. Technological Applied Sciences, 2017, 12(4), 185-192.
  • [24]. O'hayre, R., Cha, S. W., Colella, W., & Prinz, F. B., Fuel Cell Fundamentals. John Wiley & Sons, 2016.
  • [25]. Yavuzdeğer, A., Ekinci, F., Performance Analysis of Grid-Connected Micro-Cogeneration System Based on The İnternal Combustion Engine. European Mechanical Science, 2019, 3 (4), 164-169.
  • [26]. Isa, N. M., Tan, C. W., Yatim, A. H. M., A Comprehensive Review of Cogeneration System In A Microgrid: A Perspective From Architecture and Operating System. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, 81, 2236-2263.
  • [27]. Yılmaz, A., Deviren, H., Fosforik Yakıt Hücresinin Ticari Binalarda Kullanımı https://www.batman.edu.tr/Files/Scientific/7874ab68-e51f-4f14-a70c-e76f57f418dd.pdf. Son erişim: 30.01.2021.
  • [28]. Şenol, R., Üçgül, İ., Acar, M., Yakıt Pili Teknolojisindeki Gelişmeler ve Taşıtlara Uygulanabilirliğinin İncelenmesi. Mühendis ve Makine, 2006, 47 (563), 37-50.
  • [29]. Choudhury, A., Chandra, H., & Arora, A., Application of Solid Oxide Fuel Cell Technology For Power Generation—A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 20, 430-442.
  • [30]. Başyazıcı, U. İ., Yakıt Pili Teknolojisinin Ticari Binalarda Kullanılabilirliğinin Sürdürülebilirlik Perspektifiyle Değerlendirilmesi. IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir. Bildiriler Kitabı, 2010, 173-191.
  • [31]. Çavuşoğlu, A. Yakıt Pilleri ve Kullanım Alanları, Yüksek Lisans Tezi Uludağ Üniversitesi, Bursa, 2006.
  • [32]. Aykut, A. Ş., Yakıt Pillerinin Termo-Ekonomik Analizi Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2005.
  • [33]. Ünver, Ü., Kılıç, M., “Bir Kombine Çevrim Güç Santralinin Termodinamik Analizi”, Mühendis ve Makine, 2005, 46(545), 47-56.
  • [34]. Onovwiona, H. I., Ugursal, V. I., Residential Cogeneration Systems: Review of The Current Technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2006, 10(5), 389-431
  • [35]. Sivrioğlu, M., Yurdakul, M., Aydoğan, A., İç, Y. T., Büyük Ticari Yapılarda Kurulacak Kojenerasyon Sistemlerinin Ekonomik Açıdan Alternatif Sistemlerle Karşılaştırılması. Çankaya Üniversitesi Bilim ve Mühendislik Dergisi, 2011, 8(1) 135-151.
  • [36]. Doğan, H., Yılankırkan, N., Türkiye’nin Enerji Verimliliği Potansiyeli ve Projeksiyonu. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 2015, 3(1), 375-384.
  • [37]. Evren, N. E. Bina Enerji Performansını Artıracak Alternatif Isıtma Sistemi Uygulamalarının Doğal Gaz ve Elektrik Piyasalarına Etkileri. TESKON Binalarda Enerji Performansı Sempozyumu. 12. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi– 8-11 Nisan 2015/İzmir. Bildiriler Kitabı 1303-1309.
  • [38]. Ünver, Ü., Kılıç, M., Çevre Sıcaklığının Bir Kombine Çevrim Güç Santralinin Performansına Etkisi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2005, 10 (1), 49-58.
  • [39]. Rüşen, S. E., Topçu, M. A., Celep, G. K., Çeltek, S. A., Rüşen, A., Üniversite Kampüs Binaları için Enerji Etüdü: Örnek Çalışma. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2018, 33(2), 83-92.
  • [40]. Kaplan, M., & Büker, M. S., Konutlarda Paket Tipi Kojenerasyon ile Yerinde Enerji Üretimi–Konya Şartlarında Uygulama. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2019, 7(4), 749-767.
  • [41]. Buker, M. S., Kaplan, M., Performance İnvestigation of A Residential Type Micro-Cogeneration System–Energy and Economic Analysis. In 2019 3rd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (Ismsıt), 2019, p. 1-9.
  • [42]. Mahlia, T. M. I., Chan, P. L., Life Cycle Cost Analysis of Fuel Cell Based Cogeneration System for Residential Application İn Malaysia. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15 (1), 416–426.
  • [43]. Di Marcoberardino, G., Chiarabaglio, L., Manzolini, G., Campanari, S., A Techno-Economic Comparison of Micro-Cogeneration Systems Based On Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell For Residential Applications. Applied Energy, 2019, 239, 692–705.
  • [44]. Baniasadi, E., Alemrajabi, A. A., Fuel Cell Energy Generation and Recovery Cycle Analysis for Residential Application. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(17), 9460–9467.
  • [45]. Zink, F., Lu, Y., & Schaefer, L., A Solid Oxide Fuel Cell System for Buildings. Energy Conversion and Management, 2007, 48(3), 809–818.
  • [46]. Colson, C. M., Nehrir, M. H., Evaluating the Benefits of a Hybrid Solid Oxide Fuel Cell Combined Heat and Power Plant for Energy Sustainability and Emissions Avoidance. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2011, 26(1), 140–148.
  • [47]. Elmer, T., Worall, M., Wu, S., Riffat, S. B., Emission and Economic Performance Assessment of A Solid Oxide Fuel Cell Micro-Combined Heat and Power System İn A Domestic Building. Applied Thermal Engineering, 2015, 90, 1082–1089.
  • [48]. Sungur, B., Özdoğan, M., Topaloğlu, B., Namlı, L., Küresel Enerji Tüketimi Bağlamında Mikro Kojenerasyon Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Değerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 2017, 58 (686), 1-20.
  • [49]. Onovwiona, H. I., Ugursal, V. I., Fung, A. S., Modeling of İnternal Combustion Engine Based Cogeneration Systems for Residential Applications. Applied Thermal Engineering, 2007, 27(5-6), 848-861.
  • [50]. Pilavachi, P. A., Mini-and Micro-Gas Turbines for Combined Heat and Power. Applied Thermal Engineering, 2002, 22(18), 2003-2014.
  • [51]. Çetin, B., Gaz Türbinlerinin Optimal Performans Analizi, Doğuş Üniversitesi Dergisi (1), 2006, 59-71.
  • [52]. Gökhan, A., Kömür Yakıtlı Bir Enerji Santralının Enerji-Finansal Değerlendirmesi Ve Zonguldak İli İçin Bir Uygulama, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, İstanbul, 2018.
  • [53]. Unver, U., Kılıç, M.,Second Law Based Thermoeconomic Analysis of Combined Cycle Power Plants Considering The Effects of Environmental Temperature and Load Variations, Int. J. of Energy Research, 2007, 31(2), 148-157.
  • [54]. Değirmencioğlu, H. A., Kojenerasyon Sistemleri. Ege Bölgesi Enerji Forumu, Denizli, 2009, 12-13.
  • [55]. Unver U and Kilic M., Influence of Environmental Temperature on Exergetic Parameters of a Combined Cycle Power Plant. International Journal of Exergy, 2017, 22(1), pp: 73-88.
  • [56]. Ural Z., Gençoğlu, M. T., Yakıt Pillerinin Konutsal Uygulamalarda Kullanımı. V. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu 2009 – Diyarbakır. Bildiriler Kitabı 149-154.
  • [57]. Öztop, H., Çıtlak, A., Yakıt Pilli Kojenerasyon Sistemlerinin Evsel ve Ticari Binalarda Uygulamaları. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 2004, (82), 39-48.
  • [58]. Maleki, A., Optimal Operation of a Grid-Connected Fuel Cell Based Combined Heat and Power Systems Using Particle Swarm Optimization for Residential Sector. International Journal of Ambient Energy, 2019,1–20.
  • [59]. Das, V., Padmanaban, S., Venkitusamy, K., Selvamuthukumaran, R., Blaabjerg, F., Siano, P., Recent Advances and Challenges of Fuel Cell Based Power System Architectures and Control–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 73, 10-18.
  • [60]. Şefkat, G., Özel, M. A., Pem Yakıt Pilinin Simulink Modeli ve Analizi. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 2018, 23(2), 351-366.
  • [61]. Karanfil, G., Proton Değişim Membran Yakıt Hücreleri: Termodinamiği, Bileşenleri ve Uygulama Alanları. Mühendis ve Makina, 2020, 61 (698), 57-76.
  • [62]. Aydın, M., Pem Yakıt Pilinin İki Boyutlu Modellemesi Yüksek Lisans Tezi, Enerji Enstitüsü, İTÜ İstanbul, 2007.
  • [63]. Dinçer, K., Pem Yakıt Hücresinin Katod Tarafı Performansının Geliştirilmesi. Selçuk-Teknik Dergisi, 2014, 13(2), 38-49.
  • [64]. Hwang, J. J., Zou, M. L., Development of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell Cogeneration System, Journal of Power Sources, 2010, 195(9),2579-2585.
  • [65]. Colpan, C.O., Nalbant, Y., Devrim, Y., Energy and Exergy Performance Assessments of a High temperature-proton exchange membrane Fuel Cell Based Integrated Cogeneration System, International Journal of Hydrogen, 2020,45(5), 3584-3594.
  • [66]. Minutillo, M ., Jannelli, E., Perna, A., Analyzing Microcogeneration Systems Based on LT-PEMFC and HT-PEMFC by Energy Balances, Applied Energy, 2013, 108, 82-91.
  • [67]. Zengin, Y., Yakıt Hücresinde Hidrojen Tüketiminin Zamana Bağlı Değişiminin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, 2019.
  • [68]. Yeşilata, B., Demir, F., Fotovoltaik ve Yakıt Pili Birleşik Sisteminin Analizi. Isı Bilimi Ve Tekniği Dergisi, 2006, 26 (1), 37-44.
  • [69]. Ekiz, A., Pem Tipi Yakıt Pilleri İçin Çift Kutuplu Akış Plakalarının Modellenmesi Yüksek Lisans Tezi, Tobb Ekonomi Ve Teknoloji Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2010.
  • [70]. Zhang, P., Yang, P., Zhu, Y., Zhang, H., Hu, Z., Zhang, J., Performance Evaluation of an Alkaline Fuel Cell/Thermoelectric Generator Hybrid System, International Journal of Hydrogen Energy, 2014, 39(22), 11756-11762.
  • [71]. Şahin, F., Sülfolanmış Maleik Anhidrit-Stiren Ardışık Kopolimer Membranının Proton Değişim Membran Yakıt Hücresi Performansının İncelenmesi Yüksek Lisans Tezi, Hitit Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Çorum, 2011.
  • [72]. Kırlı, F., Proton Değişimli Membranlı Yakıt Hücrelerinin Matematiksel Modeli Üzerine Bir Değerlendirme Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2008.
  • [73]. Zhang, H., Wu, M., Zhao, J., Wang, F., Yuan, J., Performance Analyzes of an Integrated Phosphoric Acid Fuel Cell and Thermoelectric Device System for Power and Cooling Cogeneration, International Journal of Refrigeration, 2018, 89, 61-6.
  • [74]. Castilho, A. L., Gianesini, M. A., Rodrigues. R. “Estudo de Caso da Implantação da Célula a Combustível no Hospital Erasto Gaertner.” Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2004, 1-120. Curitiba. Brazil.
  • [75]. Ito, H., Economic and Environmental Assessment of Phosphoric Acid Fuel Cell-Based Combined Heat and Power System for an Apartment Complex, International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(23),15449-15463.
  • [76]. Özel, S., Yakıt Pillerinin Teknik ve Ekonomik Açıdan İncelenmesi ve Uygulama Örnekleri. Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2003.
  • [77]. Aki, H., The Penetration of Micro Chp in Residential Dwellings in Japan. 2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting, p1-4.
  • [78]. Erden, E., Katı Oksit Yakıt Pilleri İçin Bi2O3 Katkılı Katı Elektrolit-Katot Malzemelerin Sentezi ve Karakterizasyonu Yüksek Lisans Tezi, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya, 2019.
  • [79]. Neimaster, E. J. Sleiti, A.K., Potential of SOFC CHP Systems for Energy-Efficient Commercial Buildings, Energy and Buildings, 2013, 61,153-160.
  • [80]. Fong, K.F., Lee, C.K., System Analysis and Appraisal of SOFC-Primed Micro Cogeneration for Residential Application İn Subtropical Region Energy and Buildings, 2016, 128(15), 819-826.
  • [81]. Roushenas, R., Razmi, A. R., Soltani, M., Torabi, M., Dusseault, M. B. Jatin Nathwani, Thermo-environmental Analysis of a Novel Cogeneration System Based on Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) and Compressed air Energy Storage (CAES) Coupled with Turbocharger Applied Thermal Engineering, 2020, 181, 25, 115978.
  • [82]. Mehrpooya, M., Sadeghzadeh, M., Rahimi, A., Pouriman, M., Technical performance analysis of a combined cooling heating and power (CCHP) system based on solid oxide fuel cell (SOFC) technology – A building application, Energy Conversion and Management, 2019, 198, 111767.
  • [83]. Nişancı, F. G., Biyokömür Yakıtı Kullanılan Doğrudan Karbon Yakıt Pilinin Modellenmesi Doktora Tezi, Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Rize, 2019.
  • [84]. Baranak, M., Ergimiş Karbonatlı Yakıt Pilinin Modellenmesi Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul, 2004.
  • [85]. Murugan, S., Horák, B., A review of micro combined heat and power systems for residential applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 64, 144–162.
  • [86]. Silveira, J. L., Leal, E. M., Ragonha Jr, L. F., Analysis of a molten carbonate fuel cell: cogeneration to produce electricity and cold water, Energy, 2001, 26(10), 891-904.
  • [87]. Utgikar, P. S., Dubey, S. P., Prasada Rao, P. J., Thermoeconomic analysis of gas turbine cogeneration plant — a case study, J. Power Energy, Proc. Instn. Mech. Engrs., 1995, 209, 45-54.
  • [88]. Dorer, V., Weber, A., Energy and CO2 Emissions Performance Assessment of Residential Micro-Cogeneration Systems with Dynamic Whole-Building Simulation Programs. Energy Conversion and Management, 2009, 50(3), 648-657.
  • [89]. Sungur, B., Özdoğan, M., Topaloğlu, B., Namlı, L., Küresel Enerji Tüketimi Bağlamında Mikro Kojenerasyon Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Değerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 2017, 58 (686), 1-20.
There are 89 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Engineering
Journal Section Makaleler
Authors

Mesut Yılmazoğlu 0000-0001-9556-341X

Aybüke Timoçin 0000-0001-8909-1372

Ayşe Şenlik 0000-0003-4870-1845

Kübra Al 0000-0001-5201-5245

Ümit Ünver 0000-0002-6968-6181

Publication Date May 31, 2021
Submission Date February 5, 2021
Acceptance Date March 17, 2021
Published in Issue Year 2021 Volume: 8 Issue: 2

Cite

IEEE M. Yılmazoğlu, A. Timoçin, A. Şenlik, K. Al, and Ü. Ünver, “Enerji Verimli Binalar İçin Yakıt Pili Kojenerasyon Sistemlerinin İncelenmesi”, ECJSE, vol. 8, no. 2, pp. 766–781, 2021, doi: 10.31202/ecjse.875033.