Energy and exergy analysis of organic rankine cycle with parabolic solar collectors

Abstract

With today's rapid population growth and industrialization, energy needs are increasing day by day. Much of this energy needs come from fossil sources such as oil and coal. There is increasing interest in renewable energy sources in order to meet both the increasing energy demand and the fossil resources. Solar energy from renewable energy sources is one of the most important alternative energy sources for the future. In this study, the model of Organic Rankine Cycle (ORC) with parabolic solar collector assumed to be established in Isparta province and the thermodynamic analysis of the system are done. First and second law analyzes of the cogeneration system were performed and energy and exergy yields were calculated. The electricity needs of the house were met by converting to ORC with mechanical collecting using parabolic solar collectors. Then the driver includes the heating requirement of the house for the discharge of the condenser from the container. Thus, damage caused by fossil resources will be prevented and fuel saving will be ensured.

Keywords

• Parabolic collector,Organic rankine cycle,Heating,Energy,Exergy

Parabolik güneş kolektörlü organik rankine çevriminin enerji ve ekserji analizi

Öz

Günümüzde hızlı nüfus artışı ve sanayileşme ile birlikte enerji ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Bu enerji ihtiyacının büyük kısmı petrol ve kömür gibi fosil kaynaklardan karşılanmaktadır. Hem artan enerji ihtiyacını karşılamak hem de fosil kaynakların zararlarını azaltmak için yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi gelecek için en önemli alternatif enerji kaynaklarının başında gelmektedir. Bu çalışmada, Isparta ilinde kurulması düşünülen parabolik güneş kolektörlü Organik Rankine Çevriminin (ORC) modellemesi ve sistemin termodinamik analizi yapılmıştır. Kojenerasyon sisteminin birinci ve ikinci yasa analizleri yapılarak enerji ve ekserji verimleri hesaplanmıştır. Parabolik güneş kolektörleri yardımıyla toplanan ısı, ORC sisteminde mekanik güce dönüştürülerek evin elektrik ihtiyacı karşılanmıştır. Daha sonra sisteminin kondenser kısmından atılan ısı ise evin ısıtma ihtiyacını karşılamak için kullanılmıştır. Böylece fosil kaynakların çevreye verdiği zarar önlenmiş olunacak ve yakıt tasarrufu sağlanacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Parabolik kolektör,Organik rankine cevrim,Isıtma,Enerji,Ekserji

Kaynakça

1. Bulut H, Buyukalaca O. “Simple model for the generation of daily global solar-radiation data in Turkey”. Applied Energy, 84(5), 477-491, 2007.
2. Caldino-Herrera, U, Castro, L, Jaramillo OA, Garcia JC, Urquiza G, Flores F. “Small organic rankine cycle coupled to parabolic trough solar concentrator”. Energy Procedia, 129, 700-707, 2017.
3. Al-Sulaiman FA. “Energy and sizing analyses of parabolic trough solar collector integrated with steam and binary vapor cycles”. Energy, 58, 561-570, 2013.
4. Al-Sulaiman FA, Dincer İ, Hamdullahpur F. “Thermoeconomıc optimization of three trigeneration systems using organic rankine cycle:part II-applications”. Energy Conversion and Management, 69, 209-216, 2013.
5. Yılmaz F, Selbaş R, Balta MT. “Güneş enerjisi destekli rankine çevriminin ekserji analizi”. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 12(4), 39-50, 2015.
6. Kızılkan Ö, Akbaş Ç. “Güneş enerjisi destekli çok fonksiyonlu trijenerasyon sisteminin termodinamik analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik. Bilim Dergisi, 22(1), 71-77, 2016.
7. Bellos E, Tzivanidis C. “Investigation of a hybrid ORC driven by waste heat and solar energy”. Energy Conversion and Management, 156, 427-439, 2018.
8. Mahmoudi A, Fazli M, Morad MR. “A recent review of waste heats recovery by organic rankine cycle”. Applied Thermal Engineering, 43, 660-675, 2018.

9. Eisavi B, Khalilarya S, Chitsaz A, Rosen MA. “Thermodynamic analysis of a novel combined cooling, heating and power system driven by solar energy”. Applied Thermal Engineering, 129, 1219-1229, 2018.
10. Yiğit F, Kabul A. “Isparta yöresinde bir evin elektrik ihtiyacının rüzgâr enerjisi ile karşılanmasının ekonomik analizi”. Teknolojik Araştırmalar, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 11(2), 1-9, 2014.
11. Kalogirou SA. “Solar thermal collectors and applications”. Progress in Energy and Combustion Science, 30(3), 231-295, 2009.
12. Çamdalı Ü, Erişen A, Çelen F. “Energy and exergy analyses in a rotary burner with pre-calcinations in cement production”. Energy Conversion and Management, 45, 3017-3031, 2004.
13. Talbi MM, Agnew B. “Exergy analysis: an absorption refrigerator using lithium bromide and water as the working fluids”. Applied Thermal Engineering, 20, 619-630, 2000.
14. Sözen A. “Effect of irreversibilities on performance of an absorption heat transformer used to increase solar pond’s temperature”. Renewable Energy, 29, 501-515, 2003.
15. Çengel YA, Boles MA. Termodinamik Mühendislik Yaklaşımıyla. 5 Baskı. İzmir, Türkiye, İzmir Güven Kitap Evi, 2008.