Kocaeli Üniversitesi Umuttepe Kampüsünde bir trijenerasyon sistem tasarımı ve ekonomik analizi
A trigeneration system design and economical analysis in Kocaeli University Umuttepe Campus
Yazar: EBRU KOLAY KADIOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL ALTINAY
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünyada, günden güne artan enerji talepleri, bir yandan fosil yakıtların sebep olduğu CO₂ emisyon ve sera gibi zararlı gazların salınımı sonucu dünyanın ekolojik dengesine telafi edilemez ölçülerde zarar verirken, diğer yandan tüketilen fosil yakıtların aynı oranda yerine konulamıyor oluşu, insanoğlunu, birincil enerji kaynaklarını çok daha verimli kullanıp, doğaya çok daha az zarar verebilmek amaçlı yeni sistemler tasarlamaya yöneltmiştir. Kojenerasyon ve Trijenerasyon sistemleri bu amaçlara hizmet eden, insan ve çevre dostu diyebileceğimiz enerji etkin üretim sistemleri olmuştur. Özellikle Enerji maliyetlerinin yüksek olduğu ülkelerde trijenerasyon yani üçlü üretim sistemlerinin kullanımı maliyet etkin bir yaklaşımdır. Ancak temel prensibi verimlilik ve enerji tasarrufu olan Trijenerasyon sistemlerinin etkin ve verimli çalışabilmesi için sistem kapasitesinin doğru belirlenmesi, sistem bileşenlerinin doğru seçimi ve seçilen sistemin optimum seviyede nasıl işletilebileceğinin belirlenmesi en önemli kriterlerdir. 

Bu Tezde; enerji planlaması ve yatırım planlama konularından yararlanılarak, doğrusal programlama yöntemi ile enerji talebi belirlenmiş ve talebi karşılamak üzere enerji kaynaklarının optimize edilmesi gerektiği, doğrusal analiz yapılamayan stokastik çalışma eğrilerinde ise, en iyi optimizasyon tekniklerinden biri olan, genetik algoritma üzerinden geliştirilen enerji simülasyonları ile sistemin boyutlandırması, optimal seçimlerin sistem üzerinden doğrulanması gerçekleştirilmiştir. 

Bu tezde, şebekeden satın almadığı kendi bünyesinde enerjinin tamamını yenilenebilir enerji kaynağı kullanarak mevcut talebi karşılayacak fazlasını da şebekeye satabilen bir enerji kaynağının, kesikli veya stokastik yapısı sebebiyle oluşabilecek kayıplar ve sorunlarında bertarafını sağlayabilecek, optimal yeni çözümler üretebilecek ve maliyet ile amortisman süreleri için en iyi çözümleri sunabilecek bir trijenerasyon sisteminin kurulum kararını alabilmek için teknik ve ekonomik analizleri icraa edilmiştir.

Ek-A ve Ek-B'de görülen Kocaeli Üniversitesi Umuttepe Kampüsü Vaziyet Planları Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü'nün 23/11/2020 tarih Sayı:80465 izin yazısı ile alınmıştır. Tez'de referans olarak baz alınan 4 yıllık enerji tüketim verileri Kocaeli Üniversitesi/Yapı İşleri ve Teknik Daire Başkanlığı'ndan alınmıştır.

Anahtar Kelimeler: Doğrusal ve Doğrusal Olmayan Analizlerde Trijenerasyon, Sayısal Algoritmalarla Trijenerasyon, Stokastik Çalışma Eğrilerinde Trijenerasyon, Trijenerasyon Sistemlerinde Matematik Modelleme, Trijenerasyonda Enerji Optimizasyonu ve Monte Carlo Simülasyonu.

Abstract:
Because of the increasing energy demands in the world day by day, on the one hand, it causes irreparable damage to the ecological balance of the world as a result of the emission of harmful gases such as CO₂ emissions and greenhouse caused by fossil fuels, on the other hand, the fact that the consumed fossil fuels cannot be replaced at the same rate, it has led human beings to design new systems in order to use primary energy resources much more efficiently and to harm nature much less. Cogeneration and Trigeneration systems have been energy efficient production systems that serve these purposes, which we can call human and environment friendly. The use of trigeneration systems is a cost-effective approach, in countries where energy costs are high, especially. However, the correct determination of the system capacity, the correct selection of the system components and the determination of how the selected system can be operated at the optimum level are the most important criteria in order for the Trigeneration systems, the basic principle of which is efficiency and energy saving to work effectively and efficiently.

In this thesis; by making use of energy planning and investment planning, energy demand is determined by linear programming method and energy resources should be optimized to meet demand and in stochastic working curves where linear analysis cannot be performed, sizing the system with energy simulations developed over genetic algorithm which is one of the best optimization techniques, optimal choices were verified through the system.

In this thesis, an energy source, which does not buy from the mains, uses renewable energy sources to meet the current demand and can sell the surplus to the mains, to eliminate the losses and problems that may occur due to its intermittent or stochastic structure, to produce optimal new solutions and to find the best solutions for cost and depreciation periods. Technical and economic analyzes have been carried out in order to take the decision to install a trigeneration system that can. 

Kocaeli University Umuttepe Campus Layout Plans seen in Annex-A and Annex-B were obtained with the permission letter of Kocaeli University Institute of Science dated 23/11/2020 and the number 80465. The energy consumption data of 4 years, which is taken as a reference in the thesis were obtained from Kocaeli University/ Yapı İşleri ve Teknik Daire Başkanlığı (Building Works and Technical Department Directorate).

Keywords: Linear and Nonlinear Analysis in Trigeneration, Trigeneration with Numerical Algorithms, Trigeneration in Stochastic Working Curves, Mathematical Modeling in Trigeneration Systems, Energy Optimization and Monte Carlo Simulation in Trigeneration.