Jeotermal kaynaklı güç üretim sisteminin termodinamik analizi ve optimizasyonu
Thermodynamic analysis and optimization of geothermal sourced power generation system
Yazar: PINAR KEÇEBAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OSMAN ÖZKARACA
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Jeotermal enerji = Geothermal energy

Özet:
Jeotermal enerji yenilenebilir bir enerji türüdür ancak yanlış kullanımı, işletilmesi ve yönetimi yüzünden bu kaynağı daha verimli kullanmayı gerektirmektedir. Enerji verimliliğini artırmak için enerji üreten mühendislik sistemlerinde dikkatli enerji denetlemeleri yapılmalı ve alternatif çözümler sunulmalıdır. Bu tez çalışması ve benzeri çalışmaların tecrübelerden yola çıkılarak jeotermal enerji ve diğer enerji kaynaklarında elektrik üreten santrallerin performansını artırma yoluna gidilmelidir. Bu tez çalışmasında bu amaç için mevcut hava soğutmalı organik Rankine çevrimli (ORÇ) ikili jeotermal elektrik santralin (JES) (Sinem JES) ve ekipmanlarının tanıtımı, santralin işletme özellikleri, ekserji analizi, dinamik modellemesi ve yapay arı kolonisi (YAK) yöntemi ile optimizasyon işlemleri yapılmıştır. Santral ve ekipmanların ekserji kayıpları ve yıkımları hakkında derinlemesine bilgiler elde edilmiş ve böylece santral performansını makul doğrulukla öngörebilir ve aynı zamanda santralin performansını iyileştirmede kullanılacak fiziksel süreci daha iyi anlaşılmasını sağlayabilecektir. YAK optimizasyon yönteminde amaç fonksiyonu olarak sistemin ekserji verimi ve optimizasyon şartı olarak 12 durum (Durumlar 1-12) seçilmiştir. 
Çalışma sonuçları ekserji analizinde JES'in toplam ekserji üretimi 21 MW ve ekserji verimi % 39,1 olarak bulunmuştur. En yüksek ekserji yıkımı KON 2, BUH 2, KON 1, PO 1 ve PO 2'de meydana gelmiştir. Bu sıralama öncelikli performans iyileştirmesi gereken ekipmanları da göstermektedir. Santrali doğrulukla taklit eden dinamik model; çevre sıcaklığı ve sistem üzerindeki tüm hat numaralarındaki sıcaklık, basınç ve debi parametrelerinin değişimine adapte olabilmektedir. Ancak sıcaklık parametrelerin değişimi ORÇ çevrimini çok fazla etkilemesinden dolayı bazen çözümsüz olabilmektedir. Bahsedilen durumların hepsinde JES'in maksimum ekserji verimini elde edilmiştir. Aralarında 2 tanesi türbin ile ilgili Durum 4 ve kondenserler ile ilgili Durum 12 en iyi performansı göstermiştir. Durum 4'ün net güç üretim değeri gerçek değerden % 16 daha büyüktür. Bu değer yaklaşık 3 MW daha fazla elektrik üretimi anlamına gelmektedir. Kondenserler ile ilgili Durum 12'de ise bu büyüklük % 14'tür. Böylece sistem ekipmanları arasında en fazla iyileştirme KON 2, BUH 2, KON 1 ve TÜRB 2'de meydana gelmektedir. Sonuç olarak bu tez çalışmasında ele alınan YAK optimizasyon yöntemi ekserji analizinden daha nitelikli bilgiler vermiştir. Jeotermal elektrik santralleri, bu tez çalışmasındakine benzer yapılan çalışmalar doğrultusunda çalıştırılabilirse ciddi enerji ve maliyet tasarrufu sağlanabilecektir. ORÇ'ye uygun çalışan tüm elektrik üretim santralleri içinde YAK optimizasyon yöntemi gerçekleştirilebilir.

Abstract:
The geothermal energy is a renewable energy type; but it requires more efficient use of it due to its incorrect use, operation and management reasons. To increase energy efficiency, careful energy audits should be done in energy generating engineering systems and alternative solutions should be presented. By starting from the experiences of the thesis study and similar studies, geothermal energy and other energy resources should be promoted to improve the performance of power generating plants. For this purpose, the description of the existing air cooled organic Rankine cycle (ORC) binary geothermal power plant (GPP) (Sinem GPP in Turkey) and its components, the plant operating characteristics, the exergy analysis, the dynamic modelling and optimization procedures with artificial bee colony (ABC) method have been performed in this study. In-depth information on exergy losses and destructions of the plant and components can be obtained so that the plant performance can be predicted with reasonable accuracy and at the same time the physical process to be used to improve the plant's performance will be able to make it better understood. In the ABC optimization method, the system exergy efficiency as objection function and the 12 cases (Cases 1-12) as optimization condition were selected. 
The study results showed that total exergy output rate of the GPP was 21 MW and its exergy efficiency was found as % 39.1. The highest exergy destruction occurred in CON 2, VAP 2, CON 1, PU 1 and PU 2, respectively. This ranking also indicates components that need priority performance improvement. Dynamic model imitating the plant with accuracy can adapt to the change of parameters such as ambient temperature, and the temperature, pressure and flow rate in all line numbers on the system. However, the change of temperature parameters can sometimes be unsolvable because it does not affect the ORC cycle too much. In all of the cases mentioned above, the maximum exergy efficiency of the GPP has been achieved. Two of them, turbine related Case 4 and condenser related Case 12 showed the best performance. The net power production value of Case 4 is 16% larger than the actual value. This value is about 3 MW more electricity generation. In the condenser related Case 12, it is 14 %. It was found that the potential for improvement of Sinem GPP is 84%. Thus, the most improvement among the system components occurs in the CON 2, VAP 2, CON 1 and TURB 2. As a result, the ABC optimization method conducted in the thesis study gave more qualified information than the exergy analysis. If GPPs can be operated in accordance with the work done in this thesis study, significant energy and cost savings will be achieved. The ABC optimization method can be implemented in all power plants operating in compliance with the ORC.