Güneş enerjisi ile termal güç üretimi
Thermal power generation with solar energy
Yazar: DOĞA ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Küresel ısınmaya neden olan ve gün geçtikçe tükenen fosil kaynaklardan enerji üretimi giderek daha zor bir hale gelmektedir.  Enerji ihtiyacının karşılanması, daha temiz yollarla enerji üretiminin yapılması amacıyla yenilenebilir enerjiyle ilgili çalışmalar artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisi, sınırsız bir enerji kaynağı olması, zararlı emisyonlarının olmaması, kurulum ve işletme kolaylıklarından dolayı ön plana çıkmaktadır. Türkiye Avrupa ile Asya'nın tam ortasında güneş kuşağı içerisinde yer alması nedeniyle büyük güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Mevcut güneş enerjisi sistemleri içerisinde yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemleri ile yüksek sıcaklıklarda buhar üretimi yapılarak elektrik üretimine imkân sağlanmaktadır. Bu çalışmada yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemlerinden parabolik oluk tipi güneş kolektörleri ile kombine edilmiş organik Rankine çevrimi ile elde edilebilecek güç üretimi incelenmiştir. Parabolik oluk tipi güneş kolektörü ile termal deneyler yapılmış ve bu deneyler sonucunda optik ve termal verim hesaplamaları yapılmıştır. Isı transfer akışkanı olarak gliserin kullanılarak, ısı transfer sıvısına aktarılan faydalı enerji belirlenmiştir. Hesaplamalar sonucunda sistemin ortalama termal veriminin %90 ve optik veriminin ortalama %20 olduğu belirlenmiştir. Elektrik üretimi için organik Rankine çevriminde ısı kaynağı olarak parabolik oluk güneş kolektöründe ısınan ısı transfer akışkanı kullanılmış ve ne kadar elektrik üretilebileceğinin belirlenmesi amacıyla Chemcad programında ORC sistemi teorik olarak simüle edilmiştir. Çevrimde kullanılacak çalışma akışkanlarına göre üretilecek elektrik miktarı ile ilgili çalışılmış ve termodinamik olarak analizi yapılmıştır. Çalışma akışkanı olarak R134a, bütan, izobütan, pentan ve izopentan kullanılarak üretilecek elektrik miktarı incelenmiştir. Sonuç olarak en yüksek elektrik üretimi izopentan ile gözlemlenmiştir.

Abstract:
Energy production from fossil resources, which cause global warming and are depleted day by day, is becoming more and more difficult. Studies on renewable energy are increasing to meet the energy needs and to produce energy in cleaner ways. Among the renewable energy sources, solar energy stands out due to its unlimited energy source, absence of harmful emissions, and ease of installation and operation. Turkey has a great solar energy potential as it is in the sun belt in the middle of Europe and Asia. In the existing solar energy systems, the concentrated solar energy systems provide the opportunity to produce electricity by producing steam at high temperatures. In this study, the power generation that can be obtained from the concentrated solar energy systems with the organic Rankine cycle combined with parabolic trough type solar collectors was investigated. Thermal experiments were carried out with parabolic trough type solar collector and as a result of these experiments, optical and thermal efficiency calculations were made. Using glycerin as the heat transfer fluid, the useful energy transferred to the heat transfer fluid was determined. As a result of the calculations, it has been determined that the average thermal efficiency of the system is 90% and the optical efficiency is 20% on average. The heat transfer fluid heated in the parabolic trough solar collector was used as the heat source in the organic Rankine cycle for electricity generation, and the ORC system was theoretically simulated in the Chemcad program to determine how much electricity could be produced. The amount of electricity to be produced according to the working fluids to be used in the cycle has been studied and thermodynamically analyzed. The amount of electricity to be produced by using R134a, butane, isobutane, pentane and isopentane as working fluid was investigated. As a result, the highest electricity production was observed with isopentane.