Kule tipi yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali destekli güç çevrimlerinin araştırılması

Abstract

Günümüzde hala dünyanın en büyük enerji kaynağı fosil yakıtlardan üretilmektedir. Kömür ve doğal gaz gibi fosil enerji kaynaklarının kullanılmasında çevreye verdiği zarar, pahalı olması ve tükenebilir olması gibi sorunlar vardır. Bu nedenle dünyamızın giderek artan enerji talebini karşılamak ve çevreye verilen zararları ortadan kaldırmak için sürdürülebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Bunu sağlayabilmek için en iyi çözüm güneş enerjisi ve rüzgâr enerjisi gibi emisyonsuz ve daha sürdürülebilir olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır. Dünyamız için en büyük enerji kaynağı olan Güneş, çevreye zarar vermeyen en bol ve en ucuz enerji kaynağıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları içinde günümüzde en büyük elektrik ve ısı kaynağı potansiyeline sahip olmasına rağmen, güneş enerjisinin de diğer yenilenebilir enerji kaynakları gibi verimlilik, süreklilik ve kurulum maliyetinin yüksekliği gibi dezavantajları vardır. Güneş enerji kulesi (GEK) teknolojisi, güneş enerjisini ısı enerjisine dönüştürerek klasik termik santral çevrimiyle elektrik üretimi sağlayan sistemlerden biridir. Bir GEK santralinde, yüksek bir kulenin tepe noktasında bulunan alıcıya, çevresinde konumlandırılan ve güneş takip mekanizmalarına sahip olan heliostatlar ile güneş ışınları odaklanarak iletilir. Böylece, güneş enerjisi önce güneş alıcısında ısı enerjisine, ardından da bir çevrim mekanizması ile mekanik ve elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu tezde, çevrim (güneş alıcısından türbine ve jeneratöre) verimliliğini artırmak ve maliyetleri azaltmak amacıyla güç çevrimlerinin ve çalışma akışkanlarının seçimi analiz edilmiştir. Bir güç çevrimi için en iyi çalışma akışkanının seçimi, geleneksel olarak, birçok aday ısı transfer akışkanı için çevrim çalışma parametresi üzerinde çok sayıda parametrik hesaplama yapılmasıyla belirlenir. Bu çalışmada, yaygın olarak düşünülen güç çevrimleri ve belirtilen (seçilen) çalışma koşullarında (maksimum sıcaklık ve basınç ve ısı atma sıcaklığı) en iyi çalışma akışkanının seçimi için yeni ve sistematik çok aşamalı yöntem geliştirilmiştir. En iyi çalışma akışkanı, en yüksek ısıl verimi ya da güç çevriminin en yüksek net iş çıkışını verir. Bu çalışmada güç çevrimi modellemesi ve tasarım analizi, STEAG EBSILON Professional 13 (SEP-13) yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Isı transfer akışkanı ve güç çevrimi seçim prosedüründe, akışkanların termofiziksel ve çevresel özellikleri ile GEK santralinin kurulum ve işletme maliyeti, dikkate alınan temel kriterlerdir.