Parabolik oluk kollektörlü yoğunlaştırılmış bir güneş enerjisi santralinin tasarımı ve simülasyonu: Sudan örneği
Design and simulation of a parabolic trough concentrated solar power plant: Sudan case
Yazar: ABDALLAH ADIL AWAD BASHIR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZBEY
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Ekonomik analiz = Economic analysis ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Yoğunlaştırılımş güneş enerjisi teknolojileri dünya çapında birçok ülkede uygulanarak yenilikçi ve yaygın elektrik üretim yöntemlerinden biri haline gelmiştir. Bu teknolojiler, gelişmekte olan ülkelerdeki enerji sorunlarının çözülmesine ve yenilenemez enerji kaynaklarının neden olduğu çevre sorunlarının azaltılmasına etkin bir şekilde yardımcı olabilmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, parabolik oluk kollektörlü bir yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali tasarlayarak ve analiz ederek bu teknolojilerin Sudan'daki potansiyelini araştırmaktır. Ayrıca, politika yapıcıların bunları benimsemeye ve uygulamaya karar vermelerine yardımcı olacak bu tip santrallerin ekonomik kârını belirlemeyi amaçlamaktadır.
Bu çalışmada, önerilen santralin yerini belirlemek için Sudan'daki 17 şehrin verileri analiz edilmiştir. Bu verilerin analizine dayanarak, önerilen santral için kuzey Sudan'daki Wadi-Halfa şehri seçilmiştir. Güneş tarlasında ısıtılacak HTF olarak Therminol-VP1 termal yağı, ısı depolama ortamı olarak Hitec Solar Salt erimiş tuzu seçilmiştir. Güç üretmek için ara buhar almalı ara ısıtmalı bir Rankine çevrimi ile çalışan 82 MW'lık bir güç bloğu kullanılmıştır. Güç bloğunun simülasyonu Ebsilon Professional yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Güneş tarlası ve ısı depolama sisteminin tasarımı SAM yazılımı kullanılarak belirlenmiştir. Son olarak dört farklı tasarım senaryosu incelenmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Tasarım parametreleri, ekonomik analiz sonuçlarına göre optimize edilmiştir.
Bu çalışmanın sonuçları, güneş çarpanı 4 olan ve 14 saatlik ısı depolama sistemine sahip olan senaryonun, önerilen santral için ekonomik olarak en uygun tasarım olduğunu göstermiştir. Bu senaryoda, santralin %75.9 kapasite faktörü ile yıllık yaklaşık 540.42 TWh elektrik üretebildiği tespit edilmiştir. Santralin sermaye maliyeti 766,949,824 $ olarak bulunmuştur. Ekonomik analiz, Seviyelendirilmiş enerji maliyeti 9.52 ¢/kWh olduğu için santralin ekonomik olarak yararlı olduğunu kanıtlamıştır. Özetle, bu çalışma, bu tip santtrallerin Sudan'ın iklim koşullarında hem teknik hem de ekonomik olarak uygulanabilir olduğu sonucuna varmıştır.

Abstract:
Concentrated solar power technologies are applied in many countries worldwide, becoming one of the innovative and widespread electricity generation methods. They can effectively help solve the energy issues in developing countries and reduce the environmental issues caused by non-renewable energy sources. The main objective of this study is to investigate the potential of these technologies in Sudan by designing and analyzing a parabolic trough-based concentrated solar power plant. In addition, it aims to determine the economic profit of these plants, which will help policymakers decide to adopt and implement them.  
In this study, data from 17 cities in Sudan were analyzed to determine the proposed plant's location. Based on the analysis of this data, the city of Wadi-Halfa in northern Sudan was chosen for the proposed plant. Therminol-VP1 thermal oil was chosen as the HTF that will be heated in the solar field, and Hitec Solar Salt was selected as the heat storage medium. An 82 MW power block operating with a regenerative reheat steam Rankine cycle was used to generate the power. The simulation of the power block was performed using Ebsilon Professional software. The design of the solar field and thermal storage system was determined using SAM software. Finally, four different design scenarios were studied and compared with each other. The design parameters were optimized based on the results of the economic analysis.  
This study's results showed that the plant's most economically feasible design is when it has a solar multiple of 4 and 14 hours of heat storage. The plant was found to be able to produce about 540.42 TWh of electricity annually with a capacity factor of %75.9. The plant's total capacity costs were found to be 766,949,824 $. The economic analysis proved that the plant is economically profitable since the Levelized cost of energy is 9.52 ¢/kWh. In summary, the results found that this kind of plant is technically applicable and economically feasible in the climatic conditions of Sudan.