Güneş enerjisi destekli biyokütle gazlaştırma sistemi ile elektrik üretiminin incelenmesi
Investigation of electricity production with solar energy supported biomass gasification system
Yazar: ENES ÇELİK
Danışman: PROF. DR. EMİN AÇIKKALP ; PROF. DR. OĞUZ ARSLAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Simülasyon =

Özet:
Fosil yakıtların sınırlandırılması, iklim değişikliği ve bu yakıtların kullanımından kaynaklanan çevresel kaygılar, son yıllarda yenilenebilir enerjilere büyük ilgi gösterilmesine vesile olmuştur. Güneş enerjisi ve biyokütle, dünyanın çoğu yerinde mevcut en kullanışlı yenilenebilir enerji kaynaklarından ikisidir. Ancak, her birinin bazı dezavantajları vardır. Bu enerji kaynaklarının birleştirilmesi ve hibrit bir sistem oluşturulması ile dezavantajlar azaltılmakta ve toplam enerji verimliliği iyileştirilebilmektedir.
Bu çalışmada, biyokütle materyalin gazlaştırılmasıyla sunucunda oluşan sentez gazından gaz motorları ile enerjimi üretim işlemleri ile prosesinin ihtiyaç duyduğu enerjinin karşılanması için yenilenebilir kaynaklı bir güç üretim sisteminin modellenmesi amaçlanmıştır. Güneş enerjisi destekli biyokütle gazlaştırma teknolojisi gazlaştırmanın verimliliğini artırma girişimlerinden biridir. Biyokütle kullanım oranını ve ürün gazının kalitesini artırmayı ve geleneksel gazlaştırma işlemine kıyasla kirletici emisyonlarını azaltmayı amaçlamaktadır. Modellenen sistemin tesis tasarımı oluşturulması ve güç üretim sistemleri Aspen Plus Simülasyonu paket programı vasıtasıyla bilgisayar destekli benzetim yapılarak incelenmiştir. Ayrıca, yapılan hibrit sistem için maliyet analizi yöntemleri kullanılarak, modellenen sistemlerin maliyetleri ayrı incelenmiştir.  Mühendislik uygulamalarında geri ödeme süresi (PP) yaklaşık olarak 22 – 23 yıllık bir geri ödeme süresi bulunmuştur. Aspen Plus benzetim programı ile oluşturulan sistemde elektrik enerjisi verimliliği % 9,25 ve toplam enerji verimliliği % 85.76 olduğu görülmektedir. Yapılan incelemeler sonucunda güneşten yararlanılması ile % 31.30 oranında bir doğalgaz ya da yakıt tasaruf sağlanmıştır. Böylece, güneş enerjisi destekli biyokütle gazlaştırma tesisi ile biyokütlenin kullanım oranını iyileştirebileceği, sistem çıkış gücünü artırdığını ve CO2 emisyonunu büyük oranında azaltan yenilenebilir kaynakların kullanıldığı hibrit bir güç üretim sisteminin yapılabilirliği araştırılmıştır.

Abstract:
The decrease in the use of fossil fuels, climate change and environmental concerns arising from the use of these fuels have led to great interest in renewable energies in recent years. Solar energy and biomass are two of the most useful renewable energy sources available in many places of the world. However, each has some disadvantages. By combining these energy sources and creating a hybrid system, disadvantages can be reduced and total energy efficiency can be improved.
 In this study, it is aimed to model a renewable source power generation system to meet the energy required by the process through energy production processes with gas engines from the synthesis gas formed as a result of the gasification of biomass material. Solar energy-assisted biomass gasification technology is one of the attempts to improve the efficiency of gasification. It aims to increase the biomass utilization rate and the quality of the product gas and reduce pollutant emissions compared to the traditional gasification process. The facility design and power generation systems of the modeled system were examined by computer-aided simulation using the Aspen Plus Simulation package program. In addition, the costs of the modeled systems were examined separately by using cost analysis methods for the hybrid system. In engineering applications, a payback period of approximately 22 - 23 years has been found. In the system created with the Aspen Plus simulation program, it is seen that the electrical energy efficiency is %9.25 and the total energy efficiency is % 85.76 . As a result of the investigations, a natural gas or fuel saving of % 31.30 was achieved by utilizing solar energy. Thus, the feasibility of a solar energy-assisted biomass gasification plant and a hybrid power generation system using renewable resources that can improve the utilization rate of biomass, increase the system output power and greatly reduce CO2 emissions has been investigated.