Kule tipi yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali destekli güç çevrimlerinin araştırılması
Investigation of tower type concentrated solar power plant assisted power cycles
Yazar: KEREM GÜL
Danışman: DOÇ. DR. DENİZ ULUSARSLAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güç = Power ; Verim = Yield

Özet:
Günümüzde hala dünyanın en büyük enerji kaynağı fosil yakıtlardan üretilmektedir. Kömür ve doğal gaz gibi fosil enerji kaynaklarının kullanılmasında çevreye verdiği zarar, pahalı olması ve tükenebilir olması gibi sorunlar vardır. Bu nedenle dünyamızın giderek artan enerji talebini karşılamak ve çevreye verilen zararları ortadan kaldırmak için sürdürülebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Bunu sağlayabilmek için en iyi çözüm güneş enerjisi ve rüzgâr enerjisi gibi emisyonsuz ve daha sürdürülebilir olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır. Dünyamız için en büyük enerji kaynağı olan Güneş, çevreye zarar vermeyen en bol ve en ucuz enerji kaynağıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları içinde günümüzde en büyük elektrik ve ısı kaynağı potansiyeline sahip olmasına rağmen, güneş enerjisinin de diğer yenilenebilir enerji kaynakları gibi verimlilik, süreklilik ve kurulum maliyetinin yüksekliği gibi dezavantajları vardır.
Güneş enerji kulesi (GEK) teknolojisi, güneş enerjisini ısı enerjisine dönüştürerek klasik termik santral çevrimiyle elektrik üretimi sağlayan sistemlerden biridir. Bir GEK santralinde, yüksek bir kulenin tepe noktasında bulunan alıcıya, çevresinde konumlandırılan ve güneş takip mekanizmalarına sahip olan heliostatlar ile güneş ışınları odaklanarak iletilir. Böylece, güneş enerjisi önce güneş alıcısında ısı enerjisine, ardından da bir çevrim mekanizması ile mekanik ve elektrik enerjisine dönüştürülür.
Bu tezde, çevrim (güneş alıcısından türbine ve jeneratöre) verimliliğini artırmak ve maliyetleri azaltmak amacıyla güç çevrimlerinin ve çalışma akışkanlarının seçimi analiz edilmiştir. Bir güç çevrimi için en iyi çalışma akışkanının seçimi, geleneksel olarak, birçok aday ısı transfer akışkanı için çevrim çalışma parametresi üzerinde çok sayıda parametrik hesaplama yapılmasıyla belirlenir. Bu çalışmada, yaygın olarak düşünülen güç çevrimleri ve belirtilen (seçilen) çalışma koşullarında (maksimum sıcaklık ve basınç ve ısı atma sıcaklığı) en iyi çalışma akışkanının seçimi için yeni ve sistematik çok aşamalı yöntem geliştirilmiştir. En iyi çalışma akışkanı, en yüksek ısıl verimi ya da güç çevriminin en yüksek net iş çıkışını verir. Bu çalışmada güç çevrimi modellemesi ve tasarım analizi, STEAG EBSILON Professional 13 (SEP-13) yazılımı kullanılarak yapılmıştır.
Isı transfer akışkanı ve güç çevrimi seçim prosedüründe, akışkanların termofiziksel ve çevresel özellikleri ile GEK santralinin kurulum ve işletme maliyeti, dikkate alınan temel kriterlerdir.

Abstract:
Today, the world's largest source of energy is produced from fossil fuels. There are problems in the use of fossil energy sources such as coal and natural gas, which are harmful to the environment, expensive and exhaustible. Therefore, sustainable energy resources are needed to increasing energy demand of our world and eliminate harms to the environment. Therefore, best solution is to use non-emission and more sustainable renewable energy sources such as solar and wind power. Solar energy is the largest source of energy in the world, but it does not harm the environment and is cheap. Although it has the largest potential of electricity and heat sources among renewable energy sources, solar energy has disadvantages like efficiency, continuity and installation cost like other renewable energy sources.
Solar energy tower (SET) technology is one of the systems that converts solar energy to heat energy and provides electricity production with the conventional thermal power plant cycle. In a SET power plant, the heliostats with solar tracking mechanisms that are positioned around the receiver at the top of a high tower are transmitted with focus. Thus, solar energy is first converted to heat energy in the solar receiver and then to mechanical and electrical energy by a conversion mechanism.
In this thesis, it is aimed to increase cycle efficiency of SET (from solar receiver to turbine and generator) and to reduce costs. For this reason, choose of power cycle, cycle fluid and condensing system were analyzed. The choosing of the working fluid for power blocks is determined by calculating a large number of variables of the heat transfer fluids to be used for the cycle operating conditions. In this study, systematic and multi-stage calculations are used for the choose of the best working fluid, in power cycles and operational parameters. The best working fluid and optimum power cycle enable these systems to operate at higher efficiency and provide more work output.
In the first part of the thesis, theoretical informations for cycle efficiency, heat transfer and power output are presented and a thermodynamic cycle model is developed using the assumption of semi-perfect gas. Detailed models of the cycle were created on the other part by cycle planning programme (SEP-13).