Bigadiç-Balıkesir jeotermal bölgesel ısıtma sisteminin enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of Bigadic-Balikesir geothermal district heating system
Yazar: TUĞRUL AKYOL
Danışman: PROF. DR. BEDRİ YÜKSEL
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bigadiç JBIS, 3000 konut ısıtacak şekilde projelendirilen, 2004-2005 ısıtma sezonunda 300 abone ile işletilmeye başlanan ve 2016 yılı itibariyle 1548 konut eşdeğerlik ısıtma gerçekleştirilen ülkemizdeki 20'yi aşkın JBIS'lerden biridir. Sistemin çalışma koşulları, işletmeye alındığı 2004 yılından günümüze kadar geçen süreçte, abonelerin ısıtma enerjisi ihtiyacının karşılanabilmesi ve sistem işletme maliyetlerinin düşürülebilmesi amacıyla sürekli değişim göstermiştir. Ancak sistemde bugüne kadar, ölçümlere dayalı güncel sistem verilerine dayalı bir performans değerlendirmesi yapılmamıştır.
Bu çalışmada Bigadiç JBIS'nin, yıllık enerji bilançosunun ortaya koyulabilmesi, sistem verimlerinin tespiti ve kayıpların nerede ve ne büyüklükte meydana geldiğinin belirlenerek iyileştirme önerilerinin sunulabilmesi için enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Analizler, ısıtma sürecindeki farklı yük dalgalanmalarını kapsayabilmesi ve sistemin genel performansı hakkında daha doğru bilgi verebilmesi için 2011 ve 2012 yıllarındaki altı farklı dış sıcaklık koşulunda; kullanımına Şubat 2015'te başlanan kalorimetre uygulamasının etkilerini ortaya koyabilmesi için ise 2016 yılındaki üç farklı yük durumunda yapılmıştır. Böylece sistemin, tüm ısıtma süreci boyunca değerlendirilebilmesi ve 2016 yılındaki güncel performansının ortaya koyulması amaçlanmıştır.
Analiz sonuçları, ısıtma sezonunda sistemin enerji ve ekserji verimlerinin, sırasıyla, %45,10-51,55 ve %15,60-34,79 arasında değiştiğini ve en önemli potansiyel iyileştirmelerin pik güç üniteleri, isale hattı, ısı eşanjörleri, atık termal suyun değerlendirilmesi ve sistem binalarında olduğunu göstermiştir. Kalorimetre uygulamasına geçilmesiyle 2016 yılında %19-48 oranında daha az ısı enerjisi tüketilerek 494 ton yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Çalışmada, tüm iyileştirme önerilerinin hayata geçirilmesiyle sistemin, 2016 yılı çalışma koşulları altında, 2011-2012 ısıtma sezonuna göre 1334 ton daha az kömür tüketeceği ve atık jeotermal suyun sera ısıtmasında değerlendirilmesiyle yılda 233 ton kömüre eşdeğer 3,157 GWh'lık ısıtma yapılabileceği hesaplanmıştır.

Abstract:
Bigadiç GDHS, which was projected for 3000 equivalent residential heating and began operation for 300 users in 2004-2005 heating season and finally reached 1548 equivalent residential heating as of 2016, is one of more than 20 GDHSs in Turkey. The operation conditions of the system have changed continuously to meet the users' heating demand and to reduce the operating costs of the system. However, until now, no study has been carried out on the performance evaluation of the system based on the measurements of the current system data.
In this study the energy and exergy analyses of the Bigadiç GDHS were performed to investigate the annual energy balance, system efficiencies and the location and true magnitude of the losses and thus to develop improvement measures. The analyses were performed under six different heating load conditions chosen in 2011 and 2012 heating seasons so that they could cover the different load fluctuations; and three different loads in 2016 so the effects of calorimeter usage installed in the system buildings in February 2015 could be determined. Thus it was aimed at ensuring the detection of the current system performance in 2016 and investigation of the whole heating period.
The results show that during the heating period the energy and exergy efficiencies of the system vary between 45,10-51,55% and 15,60-34,79%, respectively; the peak power plants, the transmission line, the heat exchangers, the waste geothermal water and the system buildings have great improvement potential. The system saved 494 tons of fuel in 2016 since the heating energy consumption of the buildings was reduced by 19-48% due to the usage of the calorimeters. It was also shown that after all the improvement measures detailed in the study are implemented and the waste geothermal water is used for greenhouse heating, under 2016 operating conditions, the system will consume 1334 tons less coal and provide a 3,157 GWh greenhouse heating which equals to 233 tons of coal per year.