Türkiye'deki jeotermal kaynaklar için güç santrallerinin termodinamik analizi ve optimizasyonu
Thermodynamic analysis and optimization of power plants for geothermal resources in Turkey
Yazar: AHMET COŞKUN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ BOLATTÜRK ; PROF. DR. MEHMET KANOĞLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekonomik analiz = Economic analysis ; Ekserji = Exergy ; Jeotermal enerji = Geothermal energy ; Optimizasyon = Optimization ; Verim = Yield ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Enerjinin güvenli ve sürdürülebilir temini ve çevreye verilen zararı en aza indirme amacı, fosil kaynaklardan yenilenebilir enerji kaynaklarına geçişi hızlandırmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan jeotermal enerji bütün dünyada olduğu gibi Türkiye'de de önemli ölçüde kullanılır duruma gelmiştir. Türkiye, jeotermal kaynaklar bakımından zengin olmasına rağmen, bu kaynakların çoğu güç üretiminde kullanılmamaktadır.Bu çalışmada, Türkiye'de elektrik üretimine uygun olabilecek düşük, orta ve yüksek sıcaklıktaki jeotermal kaynaklar incelenmiştir. Bu kaynakların özelliklerine göre en yüksek net güç, ısıl ve ekserjetik verim açısından en uygun santraller seçilmiş olup, bu santraller çeşitli parametrelere göre optimize edilmiştir. Bu santraller; tek flaşlı, çift flaşlı, çift akışkanlı, kombine, ara buhar almalı çift akışkanlı, ara buhar almalı rejeneratif çift akışkanlı, rejeneratörlü çift akışkanlı ve Kalina çevrimli santrallerdir. Seçilen santraller net güç, enerji ve ekserji verimlerini maksimum yapan türbin giriş basıncına göre optimize edilmiştir. İncelenen santrallerde türbin giriş basıncının net güce, ısıl ve ekserjetik verime olan etkileri incelenmiştir. Özellikle çift flaşlı ve kombine santrallerde püskürtme basınçları ve türbin giriş basınçları ayrı ayrı optimize edilmiştir. Hesaplamalarda, hem enerji hem de ekserji analizine dayalı optimizasyonlar yapılmıştır. Ayrıca, bölgeler için incelenen tüm santrallerde enerji kayıplarının yanında ekserji kayıpları da değerlendirilmiştir. Çift akışkanlı ve kombine santraller için alternatif akışkanların incelemesi de yapılmıştır.Elde edilen sonuçlara göre, Kütahya-Simav bölgesinde en iyi güç çıktısının sırasıyla; kalina çevrimli, kombine ve çift akışkanlı santrallerde olduğu görülmektedir. Denizli-Kızıldere bölgesi yüksek jeotermal sıcaklığa sahip olup, uygun santral tiplerinin sırasıyla, kombine ve kalina çevrimli, çift flaşlı santraller olduğu saptanmıştır. Aydın-Yılmazköy bölgesi ise en düşük sıcaklığa sahip olup, en iyi güç çıktısının sırasıyla Kalina çevrimli, kombine ve rejeneratörlü çift akışkanlı santrallerden sağlandığı ortaya konmuştur. İncelenen santrallerin, enerji ve ekserji analizlerinin yanı sıra faiz, enflasyon ve eskalasyon oranlarının maliyetlere ilave edildiği ekonomik analizleri de (birim enerji başına düşen maliyetler, geri ödeme süreleri vs.) yapılmıştır. Santrallerin net güç ve özgül maliyetlerinin jeotermal akışkanın sıcaklığına göre değişimi de incelenmiştir.

Abstract:
Need for safe and sustainable supply of energy and the aim of minimizing the damage given to environment accelerate the transition to renewable energy sources. Geothermal energy which is one of the renewable energy sources came to the usable situation significantly in Turkey like in the entire world. Although Turkey is rich in terms of geothermal sources, most of these sources are not used in power generation.In this study, geothermal sources at low, medium and high temperatures that may be suitable for power generation in Turkey were investigated. Optimum plants in terms of maximum net power, thermal and exergetic efficiency were selected according to properties of these sources. These plants were optimized according to various parameters. These plants are single flash, double flash, binary, combined, regenerative binary, regenerative binary with heat exchanger, binary with regenerator and Kalina cycle plants. Selected plants were optimized according to turbine inlet pressure maximizing net power, energy and exergy efficiencies. The effects of turbine inlet pressure on net power, thermal and exergetic efficiency were investigated in the plants studied. Especially in double flash and combined plants flashing pressures and turbine inlet pressures were separately optimized. In the calculations the optimizations were done based on both energy and exergy analysis. Moreover, exergy loses in addition to energy loses were also evaluated in all plants studied for regions. Alternative fluids were investigated for binary and combined plants.According to the results obtained, it is seen that the best power output in Kütahya-Simav region is in Kalina cycle, combined plant and binary plants, respectively. Denizli-Kızıldere region has high geothermal temperature, and it was determined that suitable plant types are combined and Kalina cycle, double flash plants, respectively. Aydın-Yılmazköy region has minimum temperature, and it is shown that the best power output is obtained from Kalina cycle, combined and binary with regenerator plants, respectively. Besides energy and exergy analysis the plants, economic analysis (the costs per unit energy, payback periods, etc) in which interest, inflation and escalation rates were included to the costs were also carried out. The change of net power and specific costs of the plants with geothermal fluid temperature was investigated, as well.