Thermo-economic study of two different combined heat-power system for a hospital

Öz

Bir hastane için iki farklı birleşik ısı ve güç sisteminin termo-ekonomik incelemesi

Öz

Enerji tüketimleri yüksek olan hastaneler birleşik ısı ve güç sistemleri olarak isimlendirilen kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin uygulanması gereken yerlerin başında gelmektedir. Bu çalışmada Kars'ta bulunan 276 yataklı bir üniversite hastanesine kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Elektrik ihtiyacının sürekliliği ve birim fiyatının yüksek olması nedeni ile hastanenin elektrik ihtiyacına göre sistem seçimi yapılmıştır. Her iki sistemin planlaması elektrik ihtiyacının tamamını karşılayacak şekilde ve bu üretim sonucunda meydana gelen ısıtma ve soğutma çıktılarıyla hastanenin ihtiyacı olan ısının bir kısmının karşılanacağı düşünülerek tasarlanmıştır. Kojenerasyon sisteminin uygulanması ile yıllık 1.649.142 TL, trijenerasyon uygulamasıyla ise yıllık 1.661.105 TL net kar edileceği belirlenmiştir. Statik geri ödeme süresi kojenerasyon sisteminde 2,41 yıl, trijenerasyon sisteminde 3,86 yıl olarak, dinamik geri ödeme süresinin ise kojenerasyon sistemi için 2,85 yıl ve trijenerasyon sistemi için ise 3,13 yıl olarak bulunmuştur. Sonuç olarak Kars iklim özelliklerine sahip olan bölgelerdeki hastanelere her iki sistemin de fayda sağlayacağı, ancak trijenerasyon sistemlerinde ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olması nedeni ile incelenen hastane için kojenerasyon sistemi uygulanmasının daha avantajlı olabileceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Birleşik ısı ve güç sistemleri
• kojenerasyon
• trijenerasyon
• enerji analizi
• ekonomik analiz

Kaynakça

1. 1. Breeze, P., Combined heat and power, Chapter 1, Academic Press, London, United Kingdom, 2017.
2. 2. Dincer, I. and M.A. Rosen, Exergy analysis of heating, refrigerating and air conditioning: methods and applications, Chapter 5, Academic Press, 2015.
3. 3. Öztürk, H., Kaya, H., Kojenerasyon ve trijenerasyon tekniği, Umuttepe Yayınları, Kocaeli, Türkiye, 2010.
4. 4. Calise, F., Cappiello F.L., d’Accadia, M.D., Libertini, L., Vicidomini, M., Dynamic simulation and thermoeconomic analysis of a trigeneration system in a hospital application. Energies, 13(14), 3558, 2020.
5. 5. Ziher, D., A. Poredos, Economics of a trigeneration system in a hospital, Applied Thermal Engineering, 26(7), 680-687, 2006.
6. 6. Calise, F., d’Accadia, M.D., Libertini, L., Quiriti, E., Vicidomini, M., A novel tool for thermoeconomic analysis and optimization of trigeneration systems: A case study for a hospital building in Italy, 126, 64-87, 2017.
7. 7. do Espirito Santo, D.B., An energy and exergy analysis of a high-efficiency engine trigeneration system for a hospital: A case study methodology based on annual energy demand profiles, Energy and Buildings, 76, 185-198, 2014.
8. 8. Ulusam, S., Koç, A., Energy applications and studies for healthcare facilities-a systematic literature review. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 26(4), 2020.

9. 9. Suszanowicz, D., Ratuszny, P., Energy efficiency improvement in hospital buildings, based on the example of a selected type of hospital facility in Poland, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing, 2019.
10. 10. Carvalho, M., Lozano, M.A., Ramos, J., Serra, L.M., Synthesis of trigeneration systems: Sensitivity analyses and resilience, The Scientific World Journal, 2013.
11. 11. Carvalho, M., Lozano, M.A., Serra, L.M., Multicriteria synthesis of trigeneration systems considering economic and environmental aspects, Applied Energy, 91(1), 245-254, 2012.
12. 12. Kavvadias, K., Maroulis, Z., Multi-objective optimization of a trigeneration plant, Energy Policy, 38(2), 945-954, 2010.
13. 13. Teke, A., Zor, K., Timur, O., A simple methodology for capacity sizing of cogeneration and trigeneration plants in hospitals: A case study for a university hospital, Journal of Renewable and Sustainable Energy, 7(5), 053102, 2015.
14. 14. Lozano, M.A., Structure optimization of energy supply systems in tertiary sector buildings. Energy and Buildings, 41(10), 1063-1075, 2009.
15. 15. Valente, A., Iribarren, D., J. Dufour, Life cycle assessment of trigeneration plants, Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes, 125-139, 2020.
16. 16. Pagliarini, G., C. Corradi, S. Rainieri, Hospital CHCP system optimization assisted by TRNSYS building energy simulation tool, Applied Thermal Engineering, 44, 150-158, 2012.
17. 17. Murugan, S., Horák, B., Tri and polygeneration systems-A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 60, 1032-1051, 2016.
18. 18. Zhu, C., B. Xu, Nie, Y.Z., An integrated design and operation optimal method for CCHP System, Energy Procedia, 158, 1360-1365, 2019.
19. 19. Cho, H., Smith, A.D., Mago, P., Combined cooling, heating and power: A review of performance improvement and optimization, Applied Energy, 136, 168-185, 2014.
20. 20. Silveira, J. L., et al., Ecological efficiency and thermoeconomic analysis of a cogeneration system at a hospital, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(5), 2894-2906, 2012.
21. 21. Muccillo, M., Gimelli, A. Sannino, R., Multi-objective optimization and sensitivity analysis of a cogeneration system for a hospital facility, Energy procedia, 81, 585-596, 2015.
22. 22. Gimelli, A., Muccillo, M., Optimization criteria for cogeneration systems: Multi-objective approach and application in an hospital facility, Applied energy, 104, 910-923, 2013.
23. 23. Ekinci, D., Erzurum kampüs hastanesine uygulanacak trijenerasyon sisteminin fizibilitesi, Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, 2013.
24. 24. Kısakesen, T., KSÜ sağlık uygulama ve araştırma hastanesinin enerji ihtiyacının karşılanmasında kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin karşılaştırılması ve ekonomik analizi, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş, 2016.
25. 25. Atılgan, A., Türkmen, U., Comparison of exergy and thermoeconomic analysis for variable refrigerant flow (vrf) system with different refrigerants, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32(2), 343-353, 2017.
26. 26. Renedo, C., Ortiz, A., Manana, M., Silio, D., Perez, S., Study of different cogeneration alternatives for a Spanish hospital center, Energy and Buildings, 38(5), 484-490, 2006.
27. 27. Goza, M., Kojenerasyon sistemleri ve uygulamalı ekonomik analizi: hastane örneği, Yüksek Lisans Tezi, Yalova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yalova, 2013.
28. 28. Benelmir, R., Feidt, M., Energy cogeneration systems and energy management strategy. Energy Conversion and Management, 39(16-18), 1791-1802, 1998.
29. 29. MWM Gas Engine TCG V8C, https://www.mwm.net/en/gas-engines-gensets/gas-engine-tcg-2016/, Erişim tarihi Haziran 25, 2021.
30. 30. Çeğil, Ü., Kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin kullanılabilirliği ve ekonomik analizi, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, 2018.