Bir biyogaz üretim prosesinin ekserji analizi
Exergy analysis of a biogas production process
Yazar: ÖZBEN KUTLU
Danışman: PROF. DR. GÜNNUR KOÇAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Biyogaz sistemleri, dünyada, hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkeler tarafından yoğun şekilde kullanılan, ekonomik ve teknik yönden yetkinliklerini kanıtlamış sistemlerdir. Ülkemiz, proseste kullanılan organik atıklar yönünden, büyük bir potansiyele sahip olmasına karşın, ülkemizde biyogaz sistemleri yaygınlaşamamıştır.Bu çalışmada, 07 DPT 003 No'lu `Kırsal Kesim Biyogaz Teknolojilerinin Geliştirilmesi ve Yaygınlaştırılması' isimli proje kapsamında İzmir'in ilçelerinde kurulan biyogaz sistemleri için enerji kalitesi, ekserji analizi kullanılarak incelenmiştir. Sistemin enerji ihtiyacını azaltmak için, 5m3 kapasiteli biyogaz reaktörünün ısıtılmasında güneş enerjisi desteği kullanılmıştır. Yatırım ve işletme maliyetlerinin göz önüne alındığı ekonomik yaklaşımda sistemin uygulanabilirliği değerlendirilmiştir.Biyogaz sistemi, güneş kolektörü, boyler, biyogaz reaktörü, 2 adet sirkülasyon pompası ve 1 adet besleme pompasından oluşmaktadır. Her ünite üzerinde yapılan ekserji analizinden yola çıkarak, biyogaz sisteminin ekserji verimi hesaplanmıştır. Ekserji analizinde çevre şartları, optimum dış hava sıcaklığı ve basıncı göz önüne alınarak,T0 = 20 °C ve P = 1 atm olarak kabul edilmiş, gece ve gündüz olmak üzere iki zaman aralığında ekserji analizi yapılmıştır.Günlük 3,89 kg UK/m3.gün miktarında sürekli beslemenin yapıldığı, mezofilik bölgede sığır atığı kullanılarak gerçekleştirilen denemede, 1,3 m3-biyogaz/m3-reaktör.gün olmak üzere yüksek biyogaz verimi değerine ulaşılmıştır.Sistemi oluşturan üniteler üzerinde yapılan ekserji analizlerinde ise, literatür ile uyumlu ekserji verimleri elde edilmiş, ancak borulardaki ısı kayıplarının özellikle boylerdeki verimi etkilediği, bütünsel sistem verimindeki artışın, kolektördeki verim değişimi ile paralel seyrettiği gözlenmiştir. Biyogaz sisteminin ekserji verimi % 35 ile % 74 arasında değişken olduğu saptanmıştır. Ayrıca ömür boyu maliyet analizinin kullanıldığı ekonomik yaklaşım sonucu, kullanılan biyogaz sisteminin geri ödeme süresinin 3.06 yıl olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Biogas systems have been widely used in both developed and developing countries and proved their perfection in terms of economical and technical aspects. Although a big potential as organic waste products used in process, biogas systems have not been widely used in Turkey.In this thesis, the quality of energy for biogas plants instructed in Izmir region within the State Planning Organization Supporting Project (07 DPT 003) named as ?Widespreading of Rural Biogas Technologies? was investigated by using exergy analysis. The system was supported by solar energy system in order to reduce heating energy requirements of 5 m3 reactor. The feasibility of the system was evaluated in economical assessment taken into consideration of investment and operational cost.The biogas system consists of solar collectors, a heat storage tank, a biogas reactor, two circulating pumps and a feeding pump. The exergy efficiency of integral biogas system was calculated by exergy efficiency of each unit and in the analysis, the environmental temperature and pressure were assumed T0 = 20 °C and P = 1 atm taken into consideration of the optimum air condition during the experiment. In addition, two different time interval, which is from 1000 to 1600 as daytime and from 1600 to 1000 as night were selected to investigate the effect of solar energy on the integral biogas system.To evaluate the exergy analysis of biogas system, a continuous process had 3,89 kg VS/m3 as daily feeding rate, was performed in mesophilic temperature region by using cattle manure and the higher biogas efficiency as 1,3 m3-biogas/m3-reactor.d was obtained.Exergy efficiencies of each system units were suitable for literature values; however the heat losses from heating pipes especially affect the exergy efficiency of heat storage tank. In addition, the increment of integral system efficiency was parallel with the increment of collector efficiency. In respect of exergy analysis examined on each system units, it was observed that the exergy efficiency of whole system was varying between 35 % and 74 %, additionally it was defined that the repayment period was 3,06 year as a result of economical approach used life cycle assessment analysis.