200 kW gücünde yoğunlaştırıcılı güneş ısıl santralinin tasarımı
Design of the 200 kW concentrated solar power system
Yazar: EMRAH GÜNGÖR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA GÜNEŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Alternatif enerji = Alternative energy ; Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Termal enerji = Thermal energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Güneş enerjisi; temiz ve çevre dostu bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Türkiye'nin güneş kuşağı içerisinde yer alması dolayısıyla güneş enerjisi potansiyelinin ve güneşlenme süresinin yüksek olmasına rağmen bu kaynak çoğunlukla sıcak su üretimi gibi düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılmaktadır. Ancak güneş enerjisi; elektrik üretimi, soğutma, endüstriyel proses ısısı üretme gibi bir çok uygulama alanına sahiptir. Sanayide kullanılan enerji, sektörel enerji tüketimimizin ilk sırasında yer almaktadır. Buna rağmen sanayinin toplam enerji ihtiyacının çok küçük bir kısmında güneş enerjisinden faydalanılmaktadır. Özellikle kağıt, tekstil ve gıda sanayinde çeşitli üretim aşamalarında endüstriyel proses ısısına ihtiyaç duyulmaktadır. Proses ısısının güneş enerjisi kullanılarak üretilmesiyle sanayinin enerji için harcadığı maliyetin düşeceği açıktır.
Bu çalışmada, İzmir şartlarında 200 kW kapasitesi olan parabolik oluk tipli yoğunlaştırıcılı bir güneş ısıl santralinin tasarımı yapılmıştır. Santral, endüstride üretimin ihtiyaç duyulan aşamalarında kullanılmak üzere proses ısısı üretecektir. Tasarım hesaplamalarında kullanmak için, genel amaçlı bir matematik yazılımında küçük programlar yazıldı. Programlardan elde edilen değerler yardımıyla santral elemanları boyutlandırıldı ve seçim işlemi yapıldı. Santral tesisat şeması için 3-boyutlu bir katı modelleme yazılımı kullanıldı. Sistemin basit bir ekonomik analiz modeli oluşturuldu ve başabaş noktası hesaplandı. Tasarımı yapılan sistemin temel bileşenleri, parabolik-oluk toplayıcılar, ısı değiştiricisi, boru devresi, pompalar, bağlantı elemanları ve otomatik kontrol sistemidir. Hesaplamalara göre, parabolik oluk kollektörlere 170oC'de girip yaklaşık 240oC'ye ısınan ısı transfer akışkanının ısı enerjisinin, ısı değiştiricisi aracılığıyla 25oC sıcaklığındaki suya aktarılmasıyla, 4 bar basınç, 143,61oC sıcaklık ve 280 kg/saat kapasitede doymuş su buharı üretilebilecektir. 2015 Mart ayı rakamlarına göre, sistemin ilk yatırım maliyeti 639140 TL olarak hesaplanmıştır. Ekonomik değerlendirmede ömür boyu maliyet analizi kullanılmış ve santralin geri ödeme süresi 10,54 yıl olarak bulunmuştur. Ayrıca santralin ekonomik olarak uygulanabilir olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Solar energy is a clean and environmentally friendly renewable energy source. Turkey is located in the sunbelt, therefore; its solar energy potential is high but this potential is used in the low temperature applications such as water heating. Beyond the low temperature applications there are several potential fields of application for solar energy such as electricity generation, solar cooling and heat production for industrial processes. The energy used in the industry is the first place of sectoral energy consumption. Nevertheless solar energy supplies a small portion of the total energy requirement of industry. The most promising industrial sectors for the application of solar process heat are paper, textile and food. Total cost of energy consumption of the industry will be reduced if industrial process heat is provided with solar energy. 
In this study, 200 kW concentrated solar power system was designed in Izmir meteorological conditions. System was designed for providing industrial process heat using in any process of industrial applications. Programs were developed by using mathematical programming language for design calculations. System components were sized and selected via the values obtained from the programs. In the system design, a 3D drawing program was used. A simple cost analysis of the system was modeled and break-even point was calculated. The main components of the system are parabolic trough collectors, heat exchanger, piping, pump, expansion tank, and control system. Heat transfer fluid was operated between 170-240oC and the gained heat energy from solar energy was transferred to water at 25oC. As a result, it was determined that the water steam at 280 kg/h capacity, 143.61oC temperature and 4 bar pressure could be produced. According to the March 2015 figures, total cost of the system was found 639140 TL (Turkish Lira). Life cycle cost analysis was used in economical assessment and the payback period was found 10.54 years. Additionally, it was determined that system was economically feasible.