Geothermal Power Plant Design of Double-Flash Type using EES Numerical Analysis

Yıl 2025, Cilt: 41 Sayı: 1, 75 - 89, 30.04.2025

Erva Kalkan , Akın İlhan

Öz

The need to energy is rapidly increasing due to the meteoric increase of the population as well as economic and social life. However, it is no longer possible to move forward with non-renewable energy sources such as fossil fuels. The depleting characteristics of fossil fuels have resulted the increase on the demand for clean, sustainable and renewable sources. In this way, with the utilization of green energy sources, it would not only be possible to meet the further growing global demand to energy, but also alleviations on the global warming may be obtained. Double-flash geothermal power plants can accordingly be taken into account as an alternative approach to meet today’s energy demand. In geothermal power plants, the electrical power is obtained by the high enthalpy content of the hot water. Such power plants provide environmentally friendly and sustainable energy production by utilizing reserves found in various parts of the World. In this study, a 40 MW double-flash geothermal power plant was specially designed with the numerical calculations using the Engineering Equation Solver (EES) program. Initially, the design of the geothermal power plant was determined using various methods. Plus, the detailed analyses on the efficiency, power computations and the power plant was carried out. Eventually, depending on the necessary computations, it was concluded that the designed geothermal power plant with the rated power of 40 MW may meet the needs of electricity for the half of a medium sized city of Türkiye having a population of 100,000.

Anahtar Kelimeler

EES numerical analysis, Geothermal energy facility, Double-flash, Renewable power

EES Yazılım Programı Kullanılarak Çift Flaşlı Jeotermal Enerji Santrali Tasarımı ve Sayısal Analizi

Öz

Nüfusun ve ekonomik ve sosyal yaşamın meteorik artışı nedeniyle enerjiye olan ihtiyaç hızla artmaktadır. Ancak, fosil yakıtlar gibi yenilenemeyen enerji kaynaklarıyla ilerlemek artık mümkün değildir. Fosil yakıtların tükenen özellikleri, temiz, sürdürülebilir ve yenilenebilir kaynaklara olan talebin artmasına neden olmuştur. Bu şekilde, yeşil enerji kaynaklarının kullanımıyla, yalnızca daha da artan küresel enerji talebini karşılamak mümkün olmayacak, aynı zamanda küresel ısınma üzerinde de hafifletmeler elde edilebilecektir. Buna göre, çift flaşlı jeotermal enerji santralleri, günümüz enerji talebini karşılamak için alternatif bir yaklaşım olarak dikkate alınabilir. Jeotermal enerji santrallerinde, elektrik gücü sıcak suyun yüksek entalpi içeriğinden elde edilir. Bu tür santraller, dünyanın çeşitli yerlerinde bulunan rezervleri kullanarak çevre dostu ve sürdürülebilir enerji üretimi sağlar. Bu çalışmada, Engineering Equation Solver (EES) programı kullanılarak sayısal hesaplamalar yapılarak özel olarak 40 MW'lık çift flaşlı jeotermal enerji santrali tasarlanmıştır. Başlangıçta, jeotermal santralin tasarımı çeşitli yöntemler kullanılarak belirlenmiştir. Ayrıca, verimlilik, güç hesaplamaları ve santral üzerinde detaylı analizler yapılmıştır. Sonunda, gerekli hesaplamalara bağlı olarak, 40 MW nominal güce sahip tasarlanan jeotermal santralin, 100.000 nüfusa sahip Türkiye'nin orta büyüklükteki bir şehrinin yarısının elektrik ihtiyacını karşılayabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Jeotermal enerji tesisi, Çift flaş, Yenilenebilir güç, EES sayısal analizi

Kaynakça

• Dickson, M. H., Fanelli, M. 1990. Geothermal Energy: Utilization and Technology. 1st, UNESCO, 2003, Paris, 224s.
• National Geographic, ENCYCLOPEDIC Entry, Geothermal Energy. https://education.nationalgeographic.org/resource/geothermal-energy/ (Date Accessed: 18.03.2024).
• Kulasekara, H., Seynulabdeen, V. 2019. A Review of Geothermal Energy for Future Power Generation. 2019 5th International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE).
• Özer, Ö. 2018. Jeotermal Elektrik Santrallerinde Optimum Performans ve Verim İçin Sistem Tasarımı ve İşletme Şartlarının İncelenmesi. Pamukkale University, Institution Of Sciences, Department Of Mechanical Engineering, Master's Thesis, Denizli.
• Kristmannsdóttir, H., & Ármannsson, H. (2003). Environmental impact of geothermal energy utilization. Geothermics, 32(4–6), 451–461.
• DiPippo, R. 2012. Geothermal Power Plants: Principles, Applications, Case Studies and Environmental Impact (3rd ed.). Butterworth-Heinemann.
• Bošnjaković, M., Stojkov, M., & Jurjević, M. 2019. Environmental impact of geothermal power plants. Tehnički, 26(5), 1515–1522.
• Fridleifsson, I. B., Bertani, R., Huenges, E., Lund, J., Ragnarsson, Á., & Rybach, L. 2008. The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change. In O. Hohmeyer & T. Trittin (Eds.), IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources: Proceedings. Intergovernmental Panel on Climate Change. 59-80.
• Bilal, O. Y., 2024. Analysis of Geothermal Circuit of Balçova-Narlidere Geothermal District Heating System. Master of Science in Energy Engineering Program, Sciences of İzmir Institute of Technology, Master's Thesis, Izmir.
• Dinçer, İ., Ezzat, M. F., 2018. Renewable Energy Production. Comprehensive Energy Systems, (3), 126-207.
• DiPippo R. 2016. Double- and Triple-Flash Steam Power Plants”, Geothermal Power Plants. 143-168.
• T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. (t.y.). Jeotermal - Kaynaklar - Enerji İşleri Genel Müdürlüğü. https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-jeotermal (Date Accessed: 12.01.2025).
• Etemoğlu, A. B., İşman, M. K., & Can, M. 2006. Bursa ve çevresinde jeotermal enerjinin kullanılabilirliğinin incelenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 11(1), 55–66.
• Şener, M. F., Uzelli, T., Akkuş, İ., Mertoğlu, O., & Baba, A. 2023. Türkiye jeotermal enerjisinin potansiyeli, kullanımı ve gelişimi. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 171, 69–90.
• Bertani R. Geothermal power generation in the world 2010–2014 update report. 2016. Geothermics, 60:31–43.
• Zağralıoğlu, T., Coşkun, O. 2020. The use of geothermal energy in electricity production. Marmara University, Faculty of Technology, Department of Mechanical Engineering.
• Kıvanç, A. H., & Serpen, U. 2011. Jeotermal santrallerin karşılaştırılması. X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Teskon+Sodex Fuarı, 111-128.
• Yilmaz, C. 2020. Life cycle cost analysis of combined flash binary geothermal plant and integrated hydrogen generation system. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35(1), 1-16.
• Akbay, O., Yılmaz, F. (2021). Flaş İkili Jeotermal Güç Üretim Santralinin Termodinamik Analizi ve Performans Karşılaştırması. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 8(1), 445-461.
• Dincer, I., & Ozcan, H. (2018). 1.17 Geothermal Energy. Comprehensive Energy Systems, 702–732.
• Argün, M., 2009. Jeotermal Enerji Santralleri ve Ulusal Elektrik Dağıtım Sistemine Bağlantısı. 26-27.
• SB Solar Official Website. https://sbsolar.com.tr/turkiyede-ortalama-bir-evin-aylik-yillik-elektrik-ihtiyaci-ne-kadardir#:~:text=T%C3%BCrkiye'de%20evlerin%20ortalama%20y%C4%B1ll%C4%B1k,SB%20Solar%20Uzman%20Ekibine%20dan%C4%B1%C5%9Fabilirsiniz. (Date Accessed: 03.04.2024).