JEOTERMAL ISI KAYNAKLI ORGANİK RANKİNE ÇEVRİMİNİN (ORC) FARKLI ORGANİK AKIŞKANLAR İÇİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

Abstract

Organik Rankine Çevrimleri düşük sıcaklık ve basınç altında alternatif enerji kaynaklarından (güneş enerjisi, jeotermal enerji ve atık ısı) elektrik enerjisi üretmek için kullanılan sistemlerdir. Organik Rankine Çevrimlerinde akışkan olarak çevre dostu olan soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır. Bu çalışmada Organik Rankine Çevrimi (ORC) için ısı kaynağı olarak Ülkemiz için zengin bir potansiyel teşkil eden jeotermal enerji düşünülmüş olup, çevrimin teorik termodinamik analizi yapılmıştır. Çevrimde R-124 akışkanının kullanıldığı kabul edilerek kazan ve yoğuşturucu sıcaklıklarının çevrim performansına etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre kazan sıcaklığı arttıkça güç çevrimi termal verimi de artmaktadır. Benzer şekilde yoğuşturucu sıcaklığı artarken güç çevrimi termal verimi de azalmaktadır. Çalışmada ayrıca Organik Rankine Çevrimine uygun akışkan belirlemek amacıyla farklı organik akışkanlar için analiz yapılmıştır. Organik akışkan olarak R-134a, R-123, R-124, R-125, R-404A, R-407C, R-410A, R- 600, R-600a ve R-290 seçilerek elde edilen Organik Rankine Çevrimlerinin performans, çevresel ve güvenlik etkilerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Hesaplamalar Engineering Equation Solver (EES) programında yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarından akışkanlar arasından en yüksek güç çevrimi termal verim değeri R-123 akışkanına ait iken, en düşük ise R-125 akışkanına ait olduğu görülmüştür. R-600, R-600a ve R-290 akışkanlarının diğer akışkanlara göre çevresel açıdan değerlendirilmesinde kullanılabilecek en uygun akışkan oldukları görülmüştür. Ancak bu akışkanların yanıcılıklarından dolayı gerekli güvenlik önlemlerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Keywords

• Organik Rankine Çevrimi
• Organik Akışkanlar
• Termodinamik Analiz

THERMODYNAMIC ANALYSIS OF GEOTHERMAL HEAT SOURCED ORGANIC RANKINE CYCLE FOR DIFFERENT ORGANIC FLUIDS

Abstract

Organic Rankine Cycles are systems used to generate electricity from alternative energy sources (solar energy, geothermal energy and waste heat) under low temperature and pressure. In Organic Rankine Cycles, environmentally friendly refrigerants are used. In this study, geothermal energy which is a rich potential for our country as a heat source for Organic Rankine Cycle (ORC), has been considered and theoretical thermodynamic analysis of the cycle has been made. It is assumed that R-124 fluid has been used in the cycle and analyzed according to different boiler and condenser temperatures in order to examine the effect on the cycle performance. According to the results, thermal efficiency of power cycle increases as boiler temperature increases. Similarly, while the condenser temperature increases, the thermal efficiency of the power cycle decreases. In addition, different organic fluids have been analyzed in order to determine the suitable fluid for the Organic Rankine Cycle in the study. A comparison of the performance, environmental and safety effects of Organic Rankine Cycles obtained by selecting R-134a, R-123, R-124, R-125, R- 404A, R-407C, R-410A, R-600, R-600a and R-290 as organic fluid has been performed. Calculations have been made in Engineering Equation Solver (EES) program. From the comparison results, R-123 has the maximum power cycle thermal efficiency while R-125 has the minimum. It has been observed that R-600, R-600a and R-290 fluids are most suitable fluids for the environmental evaluation according to other fluids. However, these fluids need safety precautions, owing to their flammability.

Keywords

• Organic Rankine Cycle
• Organic Fluids
• Thermodynamic Analysis

References

1. Acar, M. ve Arslan, O., 2018, Energy and exergy analysis of solar energy-integrated, geothermal energy-powered Organic Rankine Cycle, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry Journal of https://doi.org/10.1007/s10973-018-7977-1.
2. Arslan, O., Köse, R., 2006, Kütahya Simav Jeotermal Sahasının Kalina Teknolojisiyle Elektrik Üretim Potansiyeli. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Türkiye 10. Enerji Kongresi.
3. Bilgiç, H., Yağlı, H., Koç, A. ve Yapıcı, A., 2016, Deneysel bir organik rankine çevriminde yapay sinir ağları (ysa) yardımıyla güç tahmini, Selçuk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, SUJEST, c.4, s.1.
4. Calm J. M. and Hourahan G. C., 2007, Refrigerant Data Update, HPAC Engineering, 79, 50-64.
5. Cemek, M., Aydıngöz, M. ve Konuk, M., 2005, Jeotermal Enerji ve Afyon Bölgesinin Jeotermal Enerji Potansiyeli, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi (1) 39-48.
6. Ergün, A., Özkaymak, M. ve Kılıçaslan, E., 2016, Organik rankine çevrimi prensibi ile düşük sıcaklıktaki kaynaklardan elektrik üretim uygulamaları, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4, 686-696.
7. Etemoğlu, A.B., İşman, M. K. ve Can, M., 2006, Bursa Ve Çevresinde Jeotermal Enerjinin Kullanılabilirliğinin İncelenmesi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 11, Sayı 1.
8. Goncaloğlu, B., 2010, Pompa seçimi nasıl yapılır, Derleme, YTÜ Çevre Müh. Bölümü.

9. Hettiarachchia, H.M., Golubovic, M., Worek, W. M. and Ikegami, Y., 2007, Optimum design criteria for an Organic Rankine cycle using low-temperature geothermal heat sources, Energy, 32, 1698–1706.
10. Javanshir, A. and Sarunac, N., 2017, Thermodynamic analysis of a simple Organic Rankine Cycle, Energy, 118 , 85-96.
11. Koç, E. ve Şenel, M.C., 2013, Dünyada Ve Türkiye’de Enerji Durumu-Genel Değerlendirme, Mühendis ve Makina, Cilt 54, sayı 639, s. 32-44.
12. Kong, R., Deethayat, T., Asanakhamb, A. , Vorayosb, N. and Kiatsiriroatb, T., 2019, Thermodynamic performance analysis ofa R245fa organic Rankine cycle (ORC) with different kinds of heat sources at evaporator, Case Studies in Thermal Engineering, 13,100385.
13. Konur, O., Pamık, M. ve Çolpan, C.Ö., 2017, Liman sahasındaki gemilerde organik rankine çevriminin yakıt kazancı ve egzoz salımına etkisi, III. Ulusal Liman Kongresi.
14. Kuo, C. Hsu, S., Chang, K. and Wang, C., 2011, Analysis of a 50 kW organic Rankine cycle system, Energy, 36, 5877-5885.
15. Önal, A.S., Etemoğlu, A.B., ve Can, M., 2017, Düşük sıcaklıklı atık akışkan destekli Organik Rankine Çevrimlerinin optimizasyonu, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 22, Sayı 2.
16. Özahı, E., Tozlu, A. ve Abuşoğlu, A., 2017, Thermodynamic Performance Assessment of Different Fluids in a Typical Organic Rankine Cycle for Usage in Municipal Solid Waste Power Plant, Acta Physıca Polonıca A, Vol. 132, No. 3-II.
17. Özden, H. ve Paul, D., 2011, Organik rankin çevrim teknolojisiyle düşük sıcaklıktaki kaynaktan faydalanılarak elektrik üretimi. örnek çalışma: Sarayköy Jeotermal Santrali, X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi.
18. Rayegan, R. and Tao, Y.X., 2011, A procedure to select working fluids for Solar Organic Rankine Cycles (ORCs), Renewable Energy, 36, 659-670.
19. Satman, A., 2007, Türkiye’ni Jeotermal Enerji Potansyeli, Jeotermal Enerji Semineri.
20. Sun, J. and Li, W., 2011, Operation optimization of an organic rankine cycle (ORC) heat recovery power plant, Applied Thermal Engineering, 31, 2032-2041.
21. Tchanche, B. F., Pétrissans, M. and Papadakis, G., 2014, Heat resources and organic Rankine cycle machines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39, 1185–1199.
22. Tchanche, B.F., Papadakis, G., Lambrinos, G., and Frangoudakis, A., 2009, Fluid selection for a low-temperature solar organic Rankine cycle, Applied Thermal Engineering, 29, 2468–2476.
23. Varınca, K. ve Gönüllü, T., 2006, Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma, I. Ulusal Güneş Ve Hidrojen Enerjisi Kongresi.
24. Wang, E.H., Zhang, H.G., Fan, B.Y., Ouyang, M.G., Zhao, Y.and Mu, Q.H., 2011, Study of working fluid selection of organic Rankine cycle (ORC) for engine waste heat recovery, Energy, 36, 3406-3418.
25. Wei, D., Lu, X., Lu, Z. and Gui J., 2007, Performance analysis and optimization of organic Rankine cycle (ORC) for waste heat recovery, Energy Conversion and Management, 48, 1113–1119.
26. Yamamoto, T., Furuhata, T., Arai, N. and Mori, K., 2001, Design and testing of the Organic Rankine Cycle, Energy, 26, 239–251.
27. Yamankaradeniz, R., Horuz, İ. ve Çoşkun, S., 2002, Soğutma Tekniği ve Uygulamaları, Bursa: Vipaş A.Ş., Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı.
28. Yılmaz, M., 2012, Türkiye’nin Enerji Potansiyeli ve Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Açısından Önemi, Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi 4(2), 33-54.