DÜŞÜK SICAKLIKTA JEOTERMAL ENERJİ KAYNAKLI ORGANİK RANKİNE ÇEVRİMİ SİSTEMİNİN ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ

Öz

Bu çalışmada 50-100°C sıcak aralığında jeotermal kaynaklar için Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) sisteminin performansı araştırılmıştır. Dört farklı akışkan (R141b,R123,R245fa R134a) için değişen jeotermal kaynak sıcaklığına bağlı olarak ORÇ sisteminin birinci ve ikinci yasa verimleri, birim jeotermal akışkan debisi için üretilebilecek net iş değerleri belirlenmiştir. En yüksek birinci ve ikinci yasa verimleri R141b akışkanı için elde edilmiştir. En fazla net iş çevrim akışkanı yüksek debi değeri nedeni ile R134a için hesaplanmıştır. R141b için her bir sistem elemanının ekserji yıkım miktarları ve yüzde değerleri belirlenmiştir. Sistemi oluşturan her bir eleman için ekserji yıkımı artan sıcaklıkla artmıştır. Sistem elemanları arasında 50-85°C’ jeotermal kaynak sıcaklığı aralığında en fazla ekserji yıkımı jeneratörde görülmüştür. Bunu sırasıyla yoğuşturucu, türbin ve pompa izlemiştir. 85°C’nin üstü sıcaklıklarda türbindeki ekserji yıkımı sıralamada yoğuşturucunun önüne geçmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• ORÇ
• Jeotermal Kaynak
• Enerji Analizi
• Ekserji Analizi

Energy and Exergy Analysis of an Organic Rankine Cycle System with Low Temperature Geothermal Energy Source

Öz

In this study, the performance of ORC system for geothermal resources at a temperature range of 50-100°C was investigated. Depending on the increase of geothermal source temperature, first and second law efficiencies, the network for the unit geothermal flow rate were investigated for four different fluids (R141b, R123, R245fa R134a). The highest first and second law efficiency was obtained for R141b. The maximum work was calculated for the R134a depending on the fluid flow rate. Exergy destruction amounts and percentages were determined for each system element for the R141b. Exergy destruction increased for each system element with the increase of geothermal source temperature. The maximum exergy destruction was observed in the generator at a geothermal source temperature range of 50-85°C. This was followed by the condenser, turbine and pump. At the temperatures above 85°C, exergy destruction was higher at condenser than turbine.

Anahtar Kelimeler

• ORC
• Geothermal Source
• energy analysis
• exergy analysis

Kaynakça

1. 1. Algieri, A. ve Sebo, J. (2017) Energetic Investigation of Organic Rankine Cycles (ORÇs) for the Exploitation of Low-Temperature Geothermal Sources – A possible application in Slovakia, Procedia Computer Science , 109, 833–840. doi 10.1016/j.procs.2017.05.348.
2. 2. Astolfi M., Romano M.C., Bombarda P.ve Macchi E. (2014) Binary ORC (Organic Rankine Cycles) power plants for the exploitation of mediumelow temperature geothermal sources e Part A: Thermodynamic optimization, Energy, 66, 423-434. doi.org/10.1016/j.energy.
3. 3. Baral, S., Kim, D., Yun, E. ve Chun K. (2015) Energy, Exergy and Performance Analysis of Small-Scale Organic Rankine Cycle Systems for Electrical Power Generation Applicable in Rural Areas of Developing Countries, Energies, 8, 684-713. doi:10.3390/en8020684
4. 4. Bianchi, M., Branchini, L., De Pascale, A., Melino, F., Ottaviano, S., Torricelli, N. ve Zampieri, G. (2018) Performance and operation of micro-ORC energy system using geothermal heat source, Energy Procedia, 148, 384-391. doi:10.1016/j.egypro.2018.08.099.
5. 5. Cihan E., Kavasoğulları B. (2016) Energy And Exergy Analysıs of a Combıned Refrıgeratıon and Waste Heat Drıven Organıc Rankıne Cycle System, Thermal Scıence, 21, 2621-2631. doi: 10.2298/TSCI150324002C
6. 6. Etemoğlu, A. B., Şişman, M.K. ve Can, M. (2006) Bursa ve Çevresinde Jeotermal Enerjinin Kullanılabilirliğinin İncelenmesi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 11, 1,55-64. doi: 10.17482/uujfe.61946
7. 7. Heberle, F. ve Dieter Brüggemann, D. (2010) Exergy based fluid selection for a geothermal Organic Rankine Cycle for combined heat and power generation, Applied Thermal Engineering, 30, 1326-1332. doi:10.1016/j.applthermaleng.2010.02.012
8. 8. Hettiarachchia H.D., Golubovica, M., Woreka W.M. ve Ikegamib Y. (2007) Optimum design criteria for an Organic Rankine cycle using low-temperature geothermal heat sources, Energy, 32, 1698–1706. doi:10.1016/j.energy.2007.01.005

9. 9. https://ORÇ-world-map.org Erişim Tarihi: 29.03.2019, Konu: Dünya’da kurulu ORÇ sistemlerinin harita üzerinde gösterilmesi.
10. 10. Karimi S., Mansouri S. (2018) A comparative profitability study of geothermal electricity production in developed and developing countries: Exergoeconomic analysis and optimization of different ORC configurations Renewable Energy, 115, 600-619, doi.org/10.1016/j.renene.
11. 11. Kaşka Ö.,(2014) Energy and exergy analysis of an organic Rankine for power generation from waste heat recovery in steel industry, Energy Conversion and Management, 77, 108-117. doi: 10.1016/j.enconman.2013.09.026
12. 12. Kılıç F. (2016) Geothermal Energy in Turkey, Energy & Envıronment, 27, 360-376. doi 10.1177/0958305x15627544
13. 13. Li, J., Pei, G., , Li, Y., Wang D. ve Ji, J. (2012) Energetic and exergetic investigation of an organic Rankine cycle at different heat source temperatures, Energy, 38, 85-95. doi: 10.1016/j.energy.2011.12.032
14. 14. Shengjun, Z., Huaixin, W. ve Tao, G. (2011) Performance comparison and parametric optimization of subcritical Organic Rankine Cycle (ORC) and transcritical power cycle system for low-temperature geothermal power generation, Applied Energy, 88, 2740–2754. doi:10.1016/j.apenergy.2011.02.034
15. 15. Tchanche, B.F., Lambrinos, Gr., Frangoudakis , A. ve Papadakis, G. (2010) Exergy analysis of micro-organic Rankine power cycles for a small scale solar driven reverse osmosis desalination system, Applied Energy, 87, 1295–1306. doi:10.1016/j.apenergy.2009.07.011.