Bölgesel ısıtma sistemlerine enerji sağlayan termik santrallerin analizi
Analysis of thermal power plants used for district heating
Yazar: VOLKAN TÜRKMEN
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN ERDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bölgesel ısıtma = District heating ; Kojenerasyon = Cogeneration ; Kombine çevrim = Combine cycle ; Maliyet analizi = Cost analysis ; Termik santraller = Thermal power plants ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis

Özet:
Dünyanın artan enerji ihtiyacının yanında önümüzdeki süre içerisinde fosil yakıtların da azalması ve hatta tükenme noktasına gelmesi gibi nedenlerden dolayı insanlık yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiştir. Fakat Güneş enerjisi gibi bir potansiyelin şu an ki teknoloji ile değerlendirilmesinde istenenen seviyeye gelememesi ve jeotermal, hidrolik enerji, rüzgar enerjisi ve dalga enerjisinin kısıtlı olması nedeni ile insanlar fosil yakıtlı santrallerden daha fazla nasıl enerji elde edilebileceğini araştırıp, buna göre santrallerden atılan enerjiyi geri kullanma yollarını geliştirmişlerdir. Bu yollardan biri de kojenerasyon sistemleri ile bölgesel ısıtma sağlayarak sistemlerin verimini arttırmaktır. Bu tez çalışmasın da bölgesel ısıtmanın farklı bir çeşidi ara buhar alma yöntemi Cycle ? Tempo programı ile incelenmiştir.Öncelikle kojenerasyon çevrimlerinin incelenebilmesi için gaz ve buhar çevrimleri ayrı ayrı ve beraberce incelenmiş şematik gösterimleri ile T-s diyagramları gösterilerek sistemlerdeki çevrimler kısaca özetlenmiştir. Bunun yanında enerji korunumu denklemleri belirtilmiştir.3. Bölümde ise Cycle ? Tempo programı incelenmiştir. Bu incelemede program içinde kullanılan makinelerin sembolleri ve değerlerin girileceği veri kutuları şematik olarak gösterilerek, programa verilerin nasıl girilmesi gerektiği anlatılmıştır. Bunun yanında programın işleyişi ve hesaplamaları ile kullandığı bazı diyagramlar belirtilmiştir.Sonraki bölümde santral kaynaklı bölgesel ısıtma (Kojenerasyon) sisteminin tanımı ele alınmıştır. Bu sistemin çeşitler ile nerelerde kullanıldıkları anlatılmıştır. Bu sistemlerin yakıtın enerjisini daha fazla faydalı enerjiye dönüştüren sistemler olmaları yönüyle konvensiyonel sistemlerle değişik yönlerden karşılaştırmaları yapılmış olup bu sistemlerin ne kadar faydalı sistem olduğu irdelendi.5. Bölümde program içinde kullanılan makinelerin termodinamik analizlerinin yapılabilmesi için termodinamiğin 1. Kanunu, 2. Kanunu ve entropi denklemleri anlatılarak sistemler incelenmiştir. Böylelikle sistemlerin verimleri, verim karşılaştırmaları yapılabilmekte ve aynı zamanda yararlı iş öğrenilebilmektedir. Bir sistemin yaralı iş ile maksimum yararlı iş arasındaki iş te bulunabilmektedir.Sonraki bölümde ise sistemlerin verim yönünden karşılaştırılmalarının yanı sıra sistemlerin maliyetlerini hesaplayarak sistemlerin parasal yönden de karşılaştırmaları yapılmaktadır. Maliyet hesaplamaları ile birim üretim başına sermaye maliyeti, bakım-onarım maliyetleri ve yakıt maliyetleri gibi toplam maliyeti oluşturan maliyetler hesaplanır ve sistemlerin maliyet yönünden ne karlı olup olmadığı karşılaştırması yapılır ve en uygun sistem buna göre seçilir.7. Bölümde ise teze esas konu teşkil eden hesaplama olan bölge ısıtma sisteminin COP 'si (performans katsayısı) açıklanmıştır. Burada sistemden buhar çekme ve bu buharı bölgesel ısıtmada kullanma ile elde edilecek ısı enerjisi, buhar türbininden çekilen buhar ile azalan elektrik enerjisine bölünerek COP hesaplaması gerçekleşmektedir. Bu sayede sistemde nereden buhar çekilmesi daha uygun olduğu araştırılmıştır.Son bölümde ise 2 ayrı sistem incelenmiştir. COP' ye göre buhar almada buhar alma basıncı hesaplanmış ve daha sonra bu iki sistem maliyet yönünden karşılaştırmaya tabi tutulmuştur.Anahtar Kelimeler: Bölgesel ısıtma, kojenerasyon, kombine ısı ve güç santralleri, termodinamik analiz, santralin maliyet analizi, COP.

Abstract:
In addition to increasing energy demand of world, people have a tendency toward to efficient systems because amount of fossil fuels are decreasing in addition to this they vanish in near future. However, technology of solar energy, wind power, sea wave power and geothermal energy is not sufficient for production of power and they are not have enough potential power except sun, people have started to search the way getting high efficiency from thermal power plants, so they have improved this power plants by gaining rejected heat to the surrounding. One of the ways of gaining energy is cogeneration used for district heating. So in theses, Cycle ? Tempo is used for examining district heating by the rejected steam.Firstly, gas and steam power cycles are examined for understanding of cogeneration. In addition, plants drawings, T-s diagrams and energy balance equations are explained shortly.Secondly, in 3rd part Cycle- Tempo Program is explained. Symbols of machines and data boxes are showed and how we can enter the data into boxes are explained. Calculation rules of program and some diagrams of program are showed.Thirdly, in another chapter, Cogeneration types and where they are used are explained. Conventional systems compared with these systems in terms of efficiency and it is understood these systems are beneficial.In the 5th chapter, thermodynamic analyses are examined. With these analyses one can reach the result of efficiency and find exergy of the system.In another chapter, in addition to efficiency comparison of systems, economical comparison is introduced. So, one can analyze which system economically preferable. Thus, one can learn unit cost of the generation of power.In 7th chapter, COP ( Coefficient of performance) is explained. Here district heating area is heated by the rejection of steam from steam turbine. COP is explained as heat energy gain over electrical energy loss by rejected steam. With COP, one can reach which pressure steam should be taken for district heating.In the last chapter, application of COP, economical analyzes and efficiency to the system to the system is examined. So determination of which system can be chosen is made by these analyses.Key words: District heating, cogeneration, combined heat and power (CHP), termodynamic analyse, economical analyse of power plant, COP