Jeotermal ve güneş destekli güç üretimi ve ısıtma sisteminin termodinamik analizi

Yıl 2022, Cilt: 37 Sayı: 3, 1625 - 1638, 28.02.2022

Ozan Sen Ceyhun Yılmaz

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.879077

Öz

Bu çalışmada, Afyonkarahisar ilinde konutların elektrik ve ısıtma ihtiyacını karşılamak için jeotermal ve güneş destekli kojenerasyon enerji sisteminin termodinamik modellenmesi ve analizi yapılmıştır. Ele alınan sistemde, jeotermal ve güneş kaynaklarından elde edilen termal enerji ile Organik Rankine Çevriminde (ORC) elektrik üretilecektir. Üretilen elektrik, enerji ihtiyacına göre şebekeye verilecektir. Şebekede enerji ihtiyacının az olduğu zamanlarda fazla olan elektrik, elektroliz ünitesine gönderilecek ve hidrojen üretilip depolanacaktır. Şebekede tekrardan enerji ihtiyacı olduğu zamanlarda depolanan hidrojen enerjisi yakıt hücresinde elektrik enerjisine dönüştürülecek ve şebekeye verilecektir. Buna ek olarak ORC çevriminde atık ısı olarak çevrimden atılan ısı enerjisi mahal ısıtmasında kullanılacaktır. Sistemin termodinamik performans değerlendirmesi Afyonkarahisar iline ait jeotermal ve güneş enerjisi değerleri kullanılarak yapılmıştır. Farklı jeotermal kaynak sıcaklıkları ve güneş ışınım değerlerinde sistemin parametrik çalışması yapılmıştır. Afyonkarahisar ilinde jeotermal su sıcaklığı 70 ile 130 ºC, kütlesel debi 70 ile 150 kg/s aralığındadır. Ayrıca güneş ışınımı 300 ile 1000 W/m2 aralığında değişmektedir. Jeotermal ve güneş enerji destekli ORC çevriminde toplam güç üretimi 2420 kW’dır. Bu güç üretiminin doğrudan elektroliz ünitesinde hidrojen üretilmesi için kullanılması durumunda sistemden 0.0154 kg/s hidrojen üretilmektedir. Sistemin mahal ısıtması için ısıtma kapasitesi 8933 kW’dır. Tüm sistemin enerji ve ekserji verimi sırasıyla % 34.5 ve % 46.0 olarak hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Jeotermal enerji, Güneş enerjisi, Hidrojen üretimi, Termodinamik analiz

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

218M739

Teşekkür

Bu çalışma, 218M739 numaralı proje kapsamında Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenmektedir.

Kaynakça

• 1. Wang, H., Ruan, J., Wang, G., Zhou, B., Liu, Y., Fu, X., Peng, J., Deep learning-based interval state estimation of AC smart grids against sparse cyber attacks, IEEE Transactions on Industrial Informatics, 14(11), 4766-4778, 2018.
• 2. Li, Y., Yang, Y., Thermodynamic analysis of a novel integrated solar combined cycle, Applied Energy, 122, 133-142, 2014.
• 3. Karapekmez, A., Dincer, I., Thermodynamic analysis of a novel solar and geothermal based combined energy system for hydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy, 45(9), 5608-5628, 2020.
• 4. Inayat, A., Raza, M., District cooling system via renewable energy sources: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 107, 360-373, 2019.
• 5. DeLovato, N., Sundarnath, K., Cvijovic, L., Kota, K., Kuravi, S., A review of heat recovery applications for solar and geothermal power plants, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 114, 109329, 2019.
• 6. Bicer, Y., Dincer, I., Development of a new solar and geothermal based combined system for hydrogen production, Solar Energy, 127, 269-284, 2016.
• 7. Desai, N. B., Bandyopadhyay, S., Thermo-economic comparisons between solar steam Rankine and organic Rankine cycles, Applied Thermal Engineering, 105, 862-875, 2016.
• 8. Bellos, E., Tzivanidis, C., Belessiotis, V., Daily performance of parabolic trough solar collectors, Solar Energy, 158, 663-678, 2017.
• 9. Cabrera, F. J., Fernández-García, A., Silva, R. M. P., Pérez-García, M., Use of parabolic trough solar collectors for solar refrigeration and air-conditioning applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 20, 103-118, 2013.
• 10. Cengel, Y. A., Boles, M. A., Kanoglu, M., Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill, ninth edition, New York, A.B.D., 2019.
• 11. Bellos, E., Tzivanidis, C., A detailed exergetic analysis of parabolic trough collectors, Energy Conversion and Management, 149, 275-292, 2017.
• 12. Jaramillo, O. A., Borunda, M., Velazquez-Lucho, K. M., Robles, M., Parabolic trough solar collector for low enthalpy processes: An analysis of the efficiency enhancement by using twisted tape inserts, Renewable Energy, 93, 125-141, 2016.
• 13. Hocaoğlu, F. O., Stochastic approach for daily solar radiation modeling, Solar Energy, 85(2), 278-287, 2011.
• 14. Kanoglu, M., Çengel, Y. A., Cimbala, J. M., Fundamentals and Applications of Renewable Energy, McGraw-Hill Education, first edition, New York, A.B.D., 2020.
• 15. Yilmaz, C., Kanoglu, M., Thermodynamic evaluation of geothermal energy powered hydrogen production by PEM water electrolysis, Energy, 69, 592-602, 2014.
• 16. Yilmaz, C., Thermoeconomic modeling and optimization of a hydrogen production system using geothermal energy, Geothermics, 65, 32-43, 2017.
• 17. Kanoglu, M., Exergy analysis of a dual-level binary geothermal power plant, Geothermics, 31(6), 709-724, 2002.