Güneş enerjisi destekli bir organik rankine çevriminin simülasyonu ve analizi
Simulation and analysis of a solar organic rankine cycle
Yazar: MUSTAFA BURAK BAHADIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ÇAĞLAR
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünya genelinde giderek artan enerji tüketimi ve bunun sonucu olarak enerjiye olan talebin giderek artması, insanlığı enerji üretimi konusunda çeşitli teknolojiler ve yöntemler üzerinde çalışmaya yöneltmiştir. Enerji üretiminde alternatif enerji kaynaklarına olan talep her geçen gün giderek artmakta olup bu enerji kaynaklarıyla
çalışan teknolojiler giderek yaygınlaşmaktadır. Bu teknolojilerden biri de Organik Rankine Çevrimidir (ORC). ORC sistemlerinde enerji kaynağı olarak güneş enerjisi, jeotermal enerji, biokütle enerjisi ve atık ısı enerjisi gibi alternatif enerji kaynaklarından yararlanılabilmektedir. Bu çalışma kapsamında, vakum tüplü güneş kollektörleriyle
destekli bir ORC sisteminin matematiksel modeli oluşturulmuş ve termodinamik analizleri Engineering Equation Solver (EES) yazılımı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizlerde R123, R245fa, R600 ve R600a organik akışkanları kullanılarak Antalya ili için parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. EES'de oluşturulan simülasyonda giriş parametreleri olan türbin giriş sıcaklığının, türbin giriş basıncının, basınç oranının, türbin veriminin ve pompa veriminin, sistem verimine etkisi her bir akışkan için ayrı ayrı incelenmiştir.Ayrıca türbin giriş basıncının, türbinden elde edilen net işe ve evaporatörde gerçekleşen ısı geçişine olan etkisiyle beraber atmosfer içinde
eğik düzleme düşen anlık toplam güneş ışınımının güneş kollektöründen yararlanma faktörüne olan etkisi de incelenmiştir. Bu çalışmada güneş ışınımı değerlerini hesaplamak için ise Microsoft Visual Basic ortamında güneş enerjisi programı bir alt program olarak geliştirilmiştir. Yapılan bu çalışmayla güneş enerjisi destekli ORC sistemlerinde kullanılacak olan organik akışkanların seçiminin, kollektör alanı ve tipinin belirlenmesinin ve
sistemde her bir noktadaki parametrelere bağlı olarak akışkan termodinamik özelliklerinin hesaplanmasının böyle bir sistemin performansında etkili olabilecek faktörlerin belirlenmesini kolaylaştıracağı düşünülmüştür. Ayrıca elde edilen sistem verimi ve türbin işi değerlerine göre böyle bir ORC sistemi kurulumunun Antalya ili için yararlı bir olacağı, bu çalışmanın bu yönde yapılacak olan çalışmalara ve yatırımlara rehberlik edeceği düşünülmektedir.

Abstract:
Due to increasing energy consumption throughout the world and consequently growing demand for energy has led humanity to study on various technologies and methods in the field of energy generation. The demand for the alternative energy sources in the energy generation is increasing day by day and the technologies which are driven by the alternative energy resources are becoming increasingly widespread. One of those technologies is Organic Rankine Cycle (ORC). Alternative energy sources such as solar energy, geothermal energy, biomass energy and waste heat energy can be used as energy source in ORC systems. In this study, the mathematical model of an ORC system assisted with evacuated tube solar collectors was developed and the thermodynamic analyses of the model were performed by using Engineering Equation Solver (EES) software. In the analyses, parametric studies were carried out by using R123, R245fa, R600 and R600a organic fluids for Antalya province. In the simulation work which was carried out in EES, the effects of the input parameters, which are the turbine inlet temperature, turbine inlet pressure, pressure ratio, turbine efficiency and pump efficiency, on the system efficiency were investigated for each fluid separately. In addition, the effect of the turbine inlet pressure on both the net power output obtained
from the turbine and the heat transfer in the evaporator. Furthermore, the effect of the total incident radiation on the tilted surface on the solar fraction were investigated. Besides, the solar energy determination program was developed as a subprogram of the model by using the Microsoft Visual Basic software to calculate the corresponding solar radiations. In this study, it is considered that the selection of organic fluids, determination of total collector area and collector type, identifying of the thermodynamic properties depending on the parameters at each point in the system will help to determine the factors that could have impact on the performance of such an ORC system. Furthermore, it is also considered that according to system efficiencies and turbine power outputs obtained, the study will be quite suitable for Antalya province and this study will guide studies and investments which will be made in this field.