Güneş enerjisi destekli çok fonksiyonlu trijenerasyon sisteminin termodinamik analizi

Öz

Bu çalışmada güneş enerjisi destekli çok fonksiyonlu bir trijenerasyon sisteminin modellemesi ve termodinamik analizleri yapılmıştır. Sistemde, gaz türbinleri için yeni bir teknoloji olan güneş kulesi vasıtasıyla gaz çevrimi ve buhar çevirimi için gerekli termal enerji sağlanmaktadır. Ayrıca, sisteme absorbsiyonlu soğutma sistemi, buhar üretim prosesi, kurutma prosesi ve kullanım sıcak suyu ısıtma prosesi entegre edilmiştir. Trijenerasyon sisteminin birinci kanun ve ikinci kanun analizleri yapılarak enerji ve ekserji verimleri tespit edilmiştir. Analizler sonucunda gaz çevrimi verimi %31, buhar çevrimi verimi %28, soğutma sisteminin performans katsayısı (COP) değeri ise 0.77 olarak tespit edilmiştir. Ekserji kayıpları incelendiğinde ise en yüksek ekserji kaybının 4154 kW ile güneş kulesinde meydana geldiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Güneş kulesi, Trijenerasyon, Gaz çevrimi, Buhar çevrimi, Enerji, Ekserji

Anahtar Kelimeler

• Güneş kulesi, Trijenerasyon, Gaz çevrimi

Thermodynamic analysis of solar assisted multi-functional trigeneration system

Abstract

In this study, modelling and thermodynamic analysis of solar assisted trigeneration system was carried out. The required thermal energy for gas and vapor cycles were supplied from solar tower which is a new concept for gas cycle applications. Additionally, an absorption refrigeration cycle, vapor production process, drying process and water heating process were integrated to the system. Energy and exergy efficiencies of the trigeneration system were determined by the application of first and second law analyses. The results showed that the gas cycle efficiency was found to be 31%, vapor cycle efficiency was found to be 28% and coefficient of performance (COP) values of the refrigeration system was found to be 0.77. Also the highest exergy destruction rate was found to be 4154 kW in solar tower.

Keywords: Solar tower, Trigeneration, Gas cycle, Vapor cycle, Energy, Exergy

Keywords

• -

Kaynakça

1. İskender S. “Nükleer Enerji Gerçeği”. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Türkiye 10. Enerji Kongresi, İstanbul, Türkiye, 27-30 Kasım 2006.
2. Önal E, Yarbay Z. “Türkiye’de Yenilenebilir Enerji Kaynakları Potansiyeli ve Geleceği”. İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 18, 77-96, 2010.
3. Kumbur H, Özer Z, Özsoy HD, Avci ED. “Türkiye’de Geleneksel ve Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Potansiyeli ve Çevresel Etkilerinin Karşılaştırılması”. Yeksem 2005, III. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi, Mersin, Türkiye, 19-21 Ekim 2005.
4. Köksal B. Türkiye’nin Enerji Politikası İçerisinde Bileşik Isı-Güç Üretiminin Yeri. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2006.
5. Arslan O, Köse R. “Kütahya Simav Jeotermal Sahasının Kalina Teknolojisiyle Elektirik Üretim Potansiyeli”. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Türkiye 10. Enerji Kongresi, İstanbul, Türkiye, 27-30 Kasım 2006.
6. Bulut H, Buyukalaca O. “Simple Model for the Generation of Daily Global Solar-Radiation Data in Turkey”. Applied Energy, 84(5), 477-491, 2007.
7. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü. “Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası”. http://www.eie.gov.tr/ (10.11.2014).
8. Derbentli T. “Bileşik Isı-Güç Üretiminin Küçük Ölçeklerde Uygulanabilirliği”. Türkiye 12. Enerji Kongresi, Ankara, Türkiye, 14-16 Kasım 2012.

9. Pravadalıoğlu S. “Yerinde Enerji Üretimi - Kojenerasyon Sistemleri”. II. Elektrik Tesisat Ulusal Kongresi, İzmir, Türkiye, 24-27 Kasım 2011.
10. Quero M, Korzynietz R, Ebert M, Jiménez AA, del Río A, Brioso JA. “Solugas-Operation Experience of the First Solar Hybrid Gas Turbine System at MW Scale”. Energy Procedia, 49, 1820-1830, 2014.
11. Hands S, Sethuvenkatraman S, Peristy M, Rowe D, White S. “Performance Analysis & Energy Benefits of a Desiccant Based Solar Assisted Trigeneration System in a Building”. Renewable Energy, 85, 865-879, 2016.
12. Al-Sulaiman FA, Dincer I, Hamdullahpur F. “Exergy Modeling of a New Solar Driven Trigeneration System”. Solar Energy, 85(9), 2228-2243, 2011.
13. Calise F, d'Accadia MD, Palombo A, Vanoli L. “Dynamic Simulation of a Novel High-Temperature Solar Trigeneration System Based on Concentrating Photovoltaic/Thermal Collectors”. Energy, 61, 72-86, 2013.
14. Tora EA, El-Halwagi MM. “Integrated Conceptual Design of Solar-Assisted Trigeneration Systems”. Computers & Chemical Engineering, 35(9), 1807-1814, 2011.
15. Rahim MA, Gündüz D. “Gaz Türbinli Bir Isıl-Güç (Kojenerasyon) Çevrim Santralinin Enerji ve Ekserji Analizi: Ankara Şartlarında Uygulama”. TÜBAV Bilim Dergisi, 6(2), 19-27, 2013.
16. Selbaş R, Yakut AK, Şencan A. “Güneş Kulesi Modeli ile Elektrik Enerjisi Üretimi İçin Bir Uygulama”. Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(2), 179-184, 2003.
17. Ozturk M, Dincer I. “Thermodynamic Analysis of A SolarBased Multi-Generation System with Hydrogen Production”. Applied Thermal Engineering, 51(1-2), 1235-1244, 2013.
18. Xu C, Wang Z, Li X, Sun F. “Energy and Exergy Analysis of Solar Power Tower Plants”. Applied Thermal Engineering, 31(17-18), 3904-3913, 2011.
19. Benammar S, Khellaf A, Mohammedi K. “Contribution to the Modeling and Simulation of Solar Power Tower Plants Using Energy Analysis”. Energy Conversion and Management, 78, 923-930, 2014.
20. Ratlamwala TAH, Dincer I, Aydin M. “Energy and Exergy Analyses and Optimization Study of an Integrated Solar Heliostat Field System for Hydrogen Production”. International Journal of Hydrogen Energy, 37(24), 18704-18712, 2012.
21. Baghernejad A, Yaghoubi M. “Exergy Analysis of an Integrated Solar Combined Cycle System”. Renewable Energy, 35(10), 2157-2164, 2010.
22. Solugas. “Solar Up-scale Gas Turbine System”. http://www. solugas.eu/index/ (11.01.2015).
23. Solar Turbines. “Saturn 20 PG-Generator Set”. https://mysolar.cat.com/ (11.01.2015).
24. Çengel YA, Boles MA. Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik. İzmir, Türkiye, Güven Bilimsel Yayınevi, 2007.
25. Şahin HM, Acır A, Baysal E, Koçyiğit E. “Enerji ve Ekserji Analiz Metoduyla Kayseri Şeker Fabrikasında Enerji Verimliliğinin Değerlendirilmesi”. Gazi Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(1), 111-119, 2007.
26. Dincer I, Rosen MA. Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development. 1st ed., Oxford, UK, Elsevier Science, 2007.
27. Bejan A. Advanced Engineering Thermodynamics. 2nd ed. New York, USA, John Wiley & Sons, 1997.
28. Petela R. “Exergy Analysis of the Solar CylindricalParabolic Cooker”. Solar Energy, 79(3), 221-233, 2005.
29. Tiwari GN. Solar Energy: Fundamentals, Design, Modelling and Applications. Pangbourne, UK, Alpha Science International Ltd, 2013.
30. F-Chart Software. “Engineering Equation Solver”. http://www.fchart.com/ees/ (10.09.2014).
31. Rosen MA, Dincer I. “Effect of Varying Dead-State Properties on Energy and Exergy Analyses of Thermal Systems”. International Journal of Thermal Sciences, 43(2), 121-133, 2004.