ORÇ ile Düşük Sıcaklıklı Isı Kaynaklarından Elektrik Üretilmesinde Islak ve Yeni Nesil Akışkanların Çevresel ve Termodinamik Performanslarının Karşılaştırılması

Yıl 2021, Cilt: 3 Sayı: 1, 13 - 23, 30.06.2021

Sadık Ata , Muhammed Emin Boyacıoğlu Remzi Şahin , Ali Kahraman

Öz

Organik Rankine Çevrimi (ORÇ), termal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren, yüksek oranda erişilebilir, yaygın olarak kullanılan bir enerji üretim şeklidir. ORÇ, türbin jeneratörünün termal enerjisini önce mekanik enerjiye sonra da jeneratör aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürür. Sıradan buhar türbinleri ile karşılaştırıldığında; ORÇ sistemi su buharının yerini alır, ancak sudan daha yüksek moleküler ağırlıklı organik sıvıları buharlaştırarak sirkülasyon hızını düşürür ve metal parçalar üzerindeki basıncı azaltır. ORÇ’nin ideal akışkanları genellikle sıfır veya pozitif eğimli sırasıyla "ıslak" veya "yeni nesil akışkanlar" olup, aşırı ısıtılmasına gerek yoktur. Bu çalışmada düşük kapasiteli değişik ısı kaynaklı, akışkanlı ve konfigürasyonlu ORÇ tasarımı ve termodinamik optimizasyonu yapılmıştır. Bu çalışmadaki termodinamik analiz Engineering Equation Solver (EES) kullanılarak yapılmıştır. ORÇ’de farklı akışkan gruplarının etkisi belirlenmiştir. Akışkan tipini önemli kılan en önemli etken türbinde akışkanın genleşmesinden sonra kuruluk oranının akışkanın tipine göre değişmesidir. R290, R32, R152a, R134a, R125, R1270, R1234ze, R1234yf gibi yeni nesil ve ıslak akışkanlar kullanılarak organik akışkanların tasarım değerlendirmeleri yapılmıştır. Akışkan türleri kendi aralarında incelendiğinde R152a’nın özellikle elde edilen türbin işi bakımından R134a’dan çok iyi durumda olduğu, R1234ze’nin ise R1234yf’den ısıl verim ve ekserji verimi bakımından önde olduğu görülmektedir.

Anahtar Kelimeler

Çevresel Performans, Yeni-Nesil Akışkanlar, Düşük Sıcaklıklı Organik Rankine Çevrimi (ORÇ), Ekserji

Kaynakça

• [1] H. Wang, H. Li, L. Wang, X. Bu, Thermodynamic Analysis of Organic Rankine Cycle with Hydrofluoroethers as Working Fluids, Energy Procedia. 105 (2017) 1889–1894. doi:10.1016/j.egypro.2017.03.554.
• [2] A. Uusitalo, J. Honkatukia, T. Turunen-Saaresti, A. Grönman, Thermodynamic evaluation on the effect of working fluid type and fluids critical properties on design and performance of Organic Rankine Cycles, Journal of Cleaner Production. 188 (2018) 253–263. doi:10.1016/j.jclepro.2018.03.228.
• [3] A. Ergün, Organik Rankine Çevrimi Prensibine Göre Çalışan Bir Jeotermal Elektrik Santralinin Termoekonomik Analizi, Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük. 2014.
• [4] M. Eyidoğan, Organik Rankine Çevrimli Güç Üretim Sisteminin Enerji Ve Ekserji Analizi, Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük. 2014.
• [5] A. Giuffrida, A theoretical study on the performance of a scroll expander in an organic Rankine cycle with hydrofluoroolefins (HFOs) in place of R245fa, Energy. 161 (2018) 1172–1180. doi:10.1016/j.energy.2018.07.146.
• [6] J. Yang, Z. Sun, B. Yu, J. Chen, Experimental comparison and optimization guidance of R1233zd(E) as a drop-in replacement to R245fa for organic Rankine cycle application, Applied Thermal Engineering. 141 (2018) 10–19. doi:10.1016/j.applthermaleng.2018.05.105.
• [7] A. Behzadi, E. Gholamian, E. Houshfar, A. Habibollahzade, Multi-objective optimization and exergoeconomic analysis of waste heat recovery from Tehran’s waste-to-energy plant integrated with an ORC unit, Energy. 160 (2018) 1055–1068. doi:10.1016/j.energy.2018.07.074.
• [8] A.H. Bademlioglu, R. Yamankaradeniz, O. Kaynakli, Exergy analysis of the organic rankine cycle based on the pinch point temperature difference, Journal of Thermal Engineering. 5 (2019) 157–165. doi:10.18186/THERMAL.540149.
• [9] J. Bao, L. Zhao, A review of working fluid and expander selections for organic Rankine cycle, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 24 (2013) 325–342. doi:10.1016/j.rser.2013.03.040.