Buzlu enerji̇ depolama si̇stemleri̇ni̇n termal ve ekonomi̇k anali̇zleri̇
Thermal and economic analyses of ice thermal energy storage systems
Yazar: DOĞAN ERDEMİR
Danışman: PROF. DR. NECDET ALTUNTOP
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Isı depolama = Heat storage

Özet:
Soğutma sistemleri günümüzde önemli bir ihtiyaç kaynağıdır. Bu yüzden soğutma sistemleri kullanıldığı mekanlarda ciddi maliyet oluşturmaktadır. Buzda enerji depolama (BED) sistemi soğutma maliyetlerini düşürmek için kullanılabilecek en elverişli yöntemlerden biridir. Bu tez çalışmasında Ankara'da bulunan GİMSA alışveriş merkezinin soğutma maliyetlerini düşürmek için kullanılan BED sistemi incelenmiştir. Tez çalışması; BED sisteminin termodinamik ve ısı geçişi açısından incelendiği makro seviye çalışmalar, BED sistemindeki kapsüllerin davranışının incelendiği mikro seviye çalışmalar ve sistemin ekonomik faydalarının incelendiği ekonomik analiz çalışmaları olmak üzere üç temel başlıkta yürütülmüştür. Ayrıca GİMSA için optimum BED kullanım stratejisini belirlemek için 8 farklı BED kullanım stratejisinin 10 yıl içerisinde sağlayacağı kar miktarı ve geri ödeme süresi belirlenmiştir.

Makro seviyede çalışmalardan; enerji analizinin sistem performansını belirlemede tek başına yeterli olmadığı, enerji analizinin yanında ekserji analizinin de mutlaka yapılması gerektiği belirlenmiştir. Sistemdeki ek büyük ekserji yok oluşları enerji boşaltma periyodunda gerçekleşmektedir. Mikro seviye çalışmaların sonucunda GİMSA'da kullanılan ticari buz kapsülü modeli, normal bir küre kapsüle göre daha yüksek ısıl performans göstermiştir. Ekonomik çalışmaların sonucunda ise GİMSA'daki BED sistemi ile 10 yılın sonunda 1,764,825 TL kar elde edilebileceği ve sistemin geri ödeme süresinin 2.7 yıl olduğu hesaplanmıştır. Tam depolama stratejisi 10 yılın sonunda en yüksek karı sağlarken, pik saatler için depolama stratejisi en kısa geri ödeme süresini sağlamıştır. Kısmi depolama stratejilerinden en yüksek kar pik saatler için depolama stratejisinde görülmüştür.

Abstract:
Air conditioning systems have become an important need nowadays. Therefore, air conditioning systems cause high costs in the building where they are used. Ice thermal energy storage (ITES) systems are one of the most convenient methods that can be used to reduce cooling costs. In the present study, ITES system which is used to reduce cooling cost of the GİMSA shopping center in Ankara has been investigated. The thesis consists three main study areas, which are micro level studies, micro level studies and economic analyses. In macro level studies, ITES system has been investigated in the terms thermodynamic and heat transfer. In micro level studies, the capsule behavior has been examined numerically. In economic analyses, economic benefit of the ITES system which is used in GİMSA has been determined. In addition, in order to determine the optimum ITES utilization strategy for GİMSA, the amount of profits within 10 years and pay back periods of 8 different ITES utilization strategies have been determined.

It has been determined from macro level studies that the energy analysis isn't enough to determine the system performance and that the exergy analysis must be performed in addition to energy analysis. From the micro level studies, it has been determined that the commercial ice capsule used in GİMSA showed higher thermal performance than a normal sphere capsule. From the economic analyses, it is estimated that ITES system of GİMSA can obtain 1,764,825 TL profit within 10 years and the payback period of the system is 2.7 years. Full storage strategy provides the highest profit at the end of 10 years, while peak hour storage strategy ensures the shortest payback period. The among the partial storage strategies, peak hour storage strategy made the highest profit.