Çok amaçlı enerji üretim sistemlerinin termoekonomik optimizasyonu

Abstract

Enerji üretim sistemleri için, termodinamik açıdan optimum olan değerler her zaman ekonomik olmayabilir. Aynı şekilde ekonomik açıdan optimum olan değerler de, termodinamik açıdan her zaman uygun olmayabilir. Bu nedenle, hem termodinamik hem de ekonomik çözümler birlikte ele alınarak, optimum dizayn parametrelerinin belirlenmesi gerekir. Bunu gerçekleştirmek için kullanılan en uygun yöntemlerden biri de, termoekonomik analizdir. Bu tez çalışmasında, kombine çevrim sistemleri farklı şekillerde(sadece elektrik üretiminin olduğu durum, kojenerasyon ve trijenerasyon) modellenip termoekonomik analizi yapılarak, dizayn parametrelerinin optimum değerlerinin bulunması amaçlanmıştır. Öncelikle, ele alınan modeller için termodinamik analizler yapılmıştır. Termodinamik analizlerde, sistem performansım gösteren güç ve toplam verimin maksimum olduğu dizayn parametreleri araştırılmıştır. Daha sonra, aynı modeller için termoekonomik analizler yapılarak, birim elektrik enerjisi üretim maliyetini minimum yapan optimum dizayn parametreleri belirlenmiştir. İncelemelerde, bütün termodinamik ve termoekonomik ifadeler(güç, verim, elektrik, ısı ve soğuk enerji üretim maliyetleri), basınç, sıcaklık, debi, komponent verimleri gibi termodinamik büyüklükler ile ekonomik ömür, faiz, iskonto ve eskalasyon oranlan, inşaat süresi gibi ekonomik büyüklükler cinsinden yazılmıştır. Komponent yatırım maliyetleri de termodinamik büyüklüklere bağlı olarak ifade edilerek, termodinamik ve ekonomik çözümler birlikte yapılmıştır. Bu çalışmada, ilk olarak basit gaz türbini grubu ve kombine çevrim sisteminin termodinamik analizi yapılarak, optimum dizayn parametreleri belirlenmiştir, ikinci olarak, kombine çevrim sisteminin termoekonomik analizi yapılarak, sadece elektrik enerjisi üretiminin olduğu durum için, birim elektrik enerjisi üretim maliyetini minimum yapan optimum şartlar bulunmuştur. Üçüncü olarak, ara buhar almalı kombine çevrim sistemi için termoekonomik analizler tekrarlanarak, yeni bir yöntemle birim ısı enerjisi üretim maliyeti hesaplanmıştır. Bu yöntemde, ara buhar çekilmesi durumunda elektrik enerjisindeki azalmadan kaynaklanan maliyet, buhara yüklenmiştir. Böylece, birim ısı enerjisi üretim maliyeti birim elektrik enerjisi üretim maliyetinin fonksiyonu haline getirilmiştir. Dördüncü olarak, kombine çevrim sistemine tek etkili ve çift etkili absorpsiyonlu soğutma sistemi ve mekanik soğutma sistemi eklenerek trijenerasyon sistemi elde edilmiş ve birim soğuk su üretim maliyetleri hesaplanmıştır. Böylece, soğutma sistemleri karşılaştırılarak birbirlerine göre avantajlı olduğu durumlar belirlenmiştir. Son olarak da, kombine çevrim sisteminin çevre sıcaklığıyla duyarlılık analizi yapılmış ve sisteme absorpsiyonlu soğutma ve enerji depolama sistemleri eklenerek, güç, verim ve birim elektrik enerjisi üretim maliyeti hesabı verilmiştir. Visual Bacic programlama dilinde yazılan programla oluşturulan modeller çözümlenmiş ve birim elektrik enerjisi için minimum üretim maliyetini veren dizayn parametreleri belirlenmiştir. Ayrıca, oluşturulan model optimum işletme şartlarının belirlenmesinde kullanılabilir şekilde geliştirilmiştir. Modelde gaz türbini grubu, buhar türbini grubu, apsorpsiyonlu soğutma sistemi, mekanik soğutma sistemi ve enerji depolama sistemi birer modül olarak düşünülmüş ve bunların farklı kombinizasyonları için termoekonomik çözümler elde edilmiştir. Birim ısı enerjisi ve soğuk su üretim maliyetleri, birim elektrik enerjisi üretim maliyetinin fonksiyonu olarak ifade edilmiştir. Dolayısıyla, birim elektrik enerjisi üretim maliyeti minimum yapılmakla, birim ısı enerjisi ve soğuk su üretim maliyetleri de minimum yapılmış olmaktadır. Anahtar kelimeler: Termoekonomik optimizasyon, kombine çevrim, birim elektrik enerjisi üretim maliyeti, kojenerasyon, trijenerasyon, enerji depolama sistemleri. xiii