Bir biyogaz tesisinin üretim parametrelerinin deneysel olarak incelenmesi ve optimizasyonu
Experimental investigation and optimization of production parameters of a biogas plant
Yazar: NİLAY AKDENİZ ACAR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ACAR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, yenilenebilir enerji kaynakları arasında oldukça iyi bir potansiyele sahip olan hayvansal biyokütle atıktan biyogaz üretimi denemeleri yapılmıştır. Genel yaklaşım, laboratuvar ölçekli anaerobik fermantasyon ve biyogaz yakıtın üretimi, deneysel çalışma sonuçlarından yapay sinir ağı modeli oluşturulması, yapay sinir ağı modeli kullanılarak kojenerasyonlu bir biyogaz tesisi tasarımının yapılması ve anaerobik fermantasyon-güç üretimi sisteminin ekonomik ve çevresel modellemesi şeklinde uygulanabilir bir dizi temel modelleme kuramından oluşmaktadır. Geliştirilen yöntem, laboratuvar ölçekli deneysel çalışmalardan elde edilen veriler ışığında tasarlanan teknik analiz ile çalışma şartları belirlenen temsili bir anaerobik fermantasyon tesisine uygulanmıştır. Sistemin teknik analizi, hammadde türü ve miktarı, gaz verimi, ekipmanların boyutları, elektrik ve ısı enerjisi üretimi, biyogaz tesisinin elektrik ve ısı enerjisi tüketimi ve kullanılabilir enerjiye göre yapılmıştır. Ekonomik analiz ise, net bugünkü değer ve iç verim oranı kavramlarına dayanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca tesisin çevresel analizi yapılmış ve net sera gazı azaltım miktarı hesaplanmıştır.

Yapılan analizler sonucunda, büyükbaş hayvan gübresi ile 40oC sıcaklıkta ve 30 gün hidrolik bekletme süresinde çalışan 1200 kW elektrik enerjisi ve 1178 kW ısı enerjisi üreten bu tesisin fizibıl olduğu anlaşılmıştır. Tesise ilişkin yapılan ekonomik değerlendirmede tesisin maliyet ve gelir unsurları ile bu verilere istinaden geri ödeme süresi, net şimdiki değer analizi ve iç verimlilik analizi yapılmıştır. Tesisin ekonomik analizinde iskonto edilmiş geri ödeme süresi 4,49 yıl olarak hesaplanmıştır. Tesisin net bugünkü değeri 3.421.553 Є ve karlılık endeksi 1,87 olarak bulunmuştur. Böylece tesisin kurulumunun ekonomik açıdan uygun olduğu belirlenmiştir. Tesisin çevresel açıdan değerlendirilmesinde ise, biyogaz tesisinin kurulması ile 9.249,03 tCO2/yıl sera gazı azaltımı sağlandığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, biogas production from animal biomass waste which has a good potential among renewable energy sources has been made. General approach, laboratory scale anaerobic fermentation and production of biogas fuel, the creation of artificial neural network model from experimental results, designing a biogas plant with cogeneration using artificial neural network model and economic and environmental modeling of anaerobic fermentation-power generation system from a set of basic modeling theories it is formed. The developed method was applied to a representative anaerobic fermentation plant with technical analysis designed in the light of the data obtained from laboratory-scale experimental studies. The technical analysis of the system was made according to the type and quantity of raw materials, gas yield, dimensions of the equipment, electricity and heat energy production, electricity and heat energy consumption of the biogas plant and usable energy. The economic analysis is based on the concepts of net present value and internal rate of return. In addition, the environmental analysis of the facility was made and net greenhouse gas reduction amount was calculated.

As a result of the analyzes, it was found that this facility producing 1200 kW electrical energy and 1178 kW heat energy working with cattle manure at 40oC and 30 days hydraulic holding period is feasible. In the economic evaluation of the facility, the cost and income elements of the facility and the repayment period, net present value analysis and internal efficiency analysis were performed based on these data. In the economic analysis of the facility, the discounted payback period was calculated as 4,49 years. The net present value of the plant is 3,421,553 Є and the profitability index is 1,87. Thus, it was determined that the installation of the plant was economically feasible. In the environmental evaluation of the facility, it has been determined that the greenhouse gas reduction of 9.249,03 tCO2/year has been achieved with the establishment of the biogas plant.