Thermodynamic Analysis of a Parabolic Trough Collector: The Case of Yemen

Öz

One of the biggest problems of our time is the rapid depletion of energy resources. Many developed and developing countries require more energy compared to other nations. In order to meet the increasing energy demands and reduce energy costs, there has been a significant effort to research renewable energy sources and enhance their efficiency. Solar energy is among the prominent renewable energy sources. Various methods exist for harnessing usable energy from solar power, and one such method is concentrated solar power systems. In these systems, water is heated and converted into steam, which is then sent directly to a steam turbine to generate electricity without creating carbon emissions. This study focuses on the thermodynamic analysis of a specific type of concentrated solar power system, namely the parabolic trough collector system, for three regions in Yemen. Yemen was selected as the study area due to its energy shortage resulting from the ongoing internal conflict. The ongoing civil war in Yemen has caused damage to the electricity generation and distribution infrastructure, resulting in frequent regional power outages. The population living in areas outside the control of the Yemeni government faces various challenges due to these outages, such as difficulties in accessing clean water, basic healthcare services, and increased unemployment resulting from reduced industrial production. The decline in oil and natural gas extraction due to the war, coupled with damage to energy distribution facilities and infrastructure, has created an imbalance between energy supply and demand. This analysis aims to provide a preliminary assessment for meeting the region's electricity needs through alternative energy sources. The establishment of concentrated solar power systems for electricity generation from solar energy on a national and regional scale would alleviate these difficulties. It would enhance energy security, address energy shortages through sustainability, and stimulate employment opportunities by serving as a catalyst for new alternative energy projects.

Anahtar Kelimeler

• Solar energy
• Solar tracking
• Parabolic through collector
• Yemeni energy sources.

Bir Parabolik Oluk Kollektörün Termodinamik Analizi: Yemen Örneği

Öz

Günümüzün en büyük problemlerinin başında enerji kaynaklarındaki hızlı tükenme gelmektedir. Gelişmiş ve gelişmekte olan birçok ülke, diğer ülkelere göre daha fazla enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Her geçen gün artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak ve enerji maliyetlerini azaltmak maksadıyla yenilenebilir enerji kaynaklarının araştırılması ve verimlerinin artırılması üzerine çalışmalara hız verilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş enerjisi gelmektedir. Güneş enerjisinden kullanılabilir enerji üretimi için birçok farklı yöntem mevcuttur. Bu yöntemlerden biri de yoğunlaştırıcılı güneş enerjisi sistemlerdir. Bu sistemlerde ısınarak geçen su ve buhar son üniteden istenilen sıcaklık ve basınç değerlerine ulaşıldığında üretilen buhar doğrudan buhar türbinine gönderilerek karbon emisyonu yaratmadan elektrik enerjisi üretilir. Çalışmada, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemlerinden biri olan parabolik oluk kollektörlü enerji üretim sisteminin Yemen’in üç bölgesi için termodinamik analizi yapılmıştır. İnceleme bölgesi olarak iç savaş nedeniyle enerji sıkıntısı çekmekte olan Yemen seçilmiştir. Yemende devam etmekte olan iç savaş, elektrik üretim ve dağıtım altyapılarına zarar vermiştir. Bu da bölgesel ve sık olmak üzere enerji kesintilerine neden olmaktadır. Yemen hükümetinin kontrolü dışındaki bölgelerde yaşayan nüfus bu kesintilerden dolayı ortaya çıkan temiz su temini, temel sağlık hizmetlerine ulaşım ve sanayi üretiminin azalmasına bağlı olarak artan işsizlik gibi sorunlar ile yüzleşmektedir. Savaş nedeni ile çıkarılan petrol ve doğalgaz miktarlarındaki azalma, enerji dağıtım tesislerinin ve altyapısının zarar görmesi enerji arz talep dengesinin sağlanamamasına neden olmaktadır. Bu analiz ile bölgenin ihtiyacı olan elektrik enerjisinin alternatif enerji kaynakları ile karşılanması adına bir ön inceleme yapılmıştır. Alternatif enerji kaynaklarından güneş enerjisinden elektrik üretiminde yoğunlaştırıcılı güneş enerji sistemlerinin ulusal çapta ve bölgesel tesisleşme ile kurulması bu sıkıntıların önüne geçecektir. Bu sayede enerji güvenliği artırılacak, sürdürülebilirlik sağlanarak enerji sıkıntısı çözülecektir. Ayrıca alternatif enerji projeleri, yeni projeler için ön ayak oluşturarak istihdam ortamı yaratacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Güneş enerjisi
• Güneş takip
• Parabolik oluk kollektör
• Yemen enerji kaynakları

Kaynakça

1. [1] Üçgül, İ., Arslan, Ö., Elibüyük, Ufuk., Emen, Yeşim. (2019). Parabolik Oluk Yoğunlaştırıcı Sistemlerin Isparta Organize Sanayi Bölgesinde Kullanımı, YEKARUM Dergisi, 4(2), 40-48.
2. [2] Temir, A. (2019) GPS Tabanlı 2-Eksen Güneş Takip Sisteminin Geliştirilmesi [Yüksek Lisans Tezi]. Süleyman Demirel Üniversitesi.
3. [3] 1973 Petrol Krizi. (https://tr.wikipedia.org/wiki/1973_Petrol _Krizi) [Erişim Tarihi:Aralık 2022]
4. [4] Bayındır S., M. (2010). Yenilenebilir Enerji Kaynakları Avrupa Birliği ve Türkiye Uygulamaları. [Yüksek Lisans Tezi]. İstanbul Üniversitesi.
5. [5] Chafiou, H., Üçgül, İ. (2022). Komor Adaları’nda Parabolik Oluk Güneş Kollektörü ile Enerji Üretimi, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 14(1), 30-39.
6. [6] Şanlı G. (2010) Parabolik Oluk Tipi Güneş Kollektörlerinin İncelenmesi [Yüksek Lisans Tezi]. Pamukkale Üniversitesi.
7. [7] Central Statistical Organisation. (https://cso-yemen.com) [Erişim Tarihi:Aralık 2022]
8. [8] Google Map. (https://www.google.com/maps) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]

9. [9] International Renewable Energy Agency. (https://www.irena .org/publications/2022/Apr/Renewable-Capacity-Statistics-2022) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
10. [10] Sufian, C. T., Barra, M. (2016). Energy Investment and Business Climate Report for Observer Countries. International Energy Chapter2016.
11. [11] Qasem, A. (2018). Applications of Renewable Energy in Yemen, Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications, 8(1), 1-3.
12. [12] Renewable Energy Strategy and Action Plan. (https://moee-ye.com/) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
13. [13] Public Electricity Corporation Annual Report. (http://www .pecaden.com) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
14. [14] Damage Report. (https://data.worldbank.org/) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
15. [15] Shetwi, A., Hannan, M., Abdullah, M., Rahman, M., Ker, P., Alkahtani, A., Mahlia, T., Muttaqi, K. (2021). Utilization of Renewable Energy for Power Sector in Yemen: Current Status and Potential Capabilities, IEEE Access, 9, 79278-79292.
16. [16] Hadwan, M., Alkholidi, A. (2016). Solar Power Energy Solutions for Yemeni Rural Villages and Desert Communities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57, 838-849.
17. [17] Solargis. (https://solargis.com/) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
18. [18] Worlddata. (https://www.worlddata.info/asia/yemen/su nset. php ) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
19. [19] Global Solar Atlas. (https://globalsolaratlas.info/) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
20. [20] Wind Speed. (https://weatherspark.com/) [Erişim Tarihi: Aralık 2022]
21. [21] Garcia, F., Zarza E., Valanzuela, L., Perez, M. (2010). Parabolic-trough solar collectors and their applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 1695-1721.
22. [22] Geyer, M., Lüpfert, E., Osuna R., Esteban, A., Schiel, W., Schweitzer, A., Zarza, E., Nava P., Langenkamp, J., Mandelberg, E. (2002). EUROTROUGH- Parabolic Trough Collector Developed for Cost Efficient Solar Power Generation. 11th SolarPACES International Symposium on Concentrated Solar Power and Chemical Energy Technologies, Sept 4-6, 2002, Zurich, Switzerland