Merkezi alıcı sistemli (MAS) güneş güç santrali Birecik uygulaması
Application of Birecik solar power plant with central receiver system (CRS)
Yazar: MEHMET HEKİM
Danışman: PROF. DR. AYNUR ERAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Temiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Güneş enerjisinden enerji üretmekte kullanılan yoğunlaştırılmış termal güneş enerjisi (YTGE) santralleri, birincil enerji kaynağı olarak güneş enerjisini kullanan enerji üretim sistemleridir. YTGE santralleri temelde aynı yöntemle çalışmakla birlikte, güneş enerjisinin toplanıp yoğunlaştırılmasında kullanılan toplayıcılar (kolektörler) bakımından farklılık gösterirler. 
YTGE santralleri arasında, kule tipi santral olarak da bilinen merkezi alıcılı sistemlerde (MAS) güneş ışınları, düzlemsel aynalar (helyostat) yardımı ile alıcıya  yansıtılır. Alıcıda ısıtılan çalışma akışkanından, konvansiyonel yollarla enerji elde edilir. 
Bu çalışmada tanıtılan MAS santral elemanları ve gerçekleştirilen tasarım, değerlendirme, hesap ve analizler, Türkiye'nin yenilenebilir enerji vizyonu içerisinde güneş ısı dönüşümünün enerji üretiminde aktif kullanımına katkı sağlamak için özel sektör ya da devlet tarafından ileride inşa edilecek MAS santrallerine bir bilgi alt yapısı sağlayacaktır.
Bu amaçla, Türkiye'nin yıllık global yatay güneş ışınımı haritasında en yüksek ışınım değerlerinden birisine sahip Birecik/Urfa'da, (sahada yapılan güneşlenme ölçümleri ve Alman Havacılık ve Uzay Merkezi verilerine göre (1991-2011) yıllık ortalama doğrudan (direkt) normal ışınım (DNI) değeri 1.994 kWh/m² dir) kurulacak 10 MW gücünde bir merkezi alıcı sistemli güneş güç santralinin verimlilik hesapları yapılmış, böyle bir santralden elde edilebilecek yıllık enerji enerjisi miktarı hesaplanmıştır. Böylece Birecik'te yapılabilecek merkezi alıcı sistemli bir güneş güç santralinin teknik performans sonuçları elde edilmiştir.
Yapılan hesaplarda meteoroloji firması METEONORM'un Birecik'e ait verileri Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı (NREL)'nın yenilenebilir enerji alanında teknik performans ve finansal modelleme hizmeti veren SAM (System Advisor Model) yazılımına yüklenerek, santralin teknik performans değerleri elde edilmiştir.
Sahada kullanılacak helyostatların ölçüleri, kuleye monte edilecek merkezi alıcının çapı gibi değişkenlerle elde edilen farklı verim sonuçları karşılaştırılmış, Birecik özelinde optimum santral değerleri için tasarım ayrıntılarına ulaşılmıştır. 
Birecik için yapılan hesaplamalarda bölgenin önemli bir güneş enerji potansiyeline sahip olduğu görülmüş, 10 MW kapasiteli bir MAS güneş ısı santralinde yıllık 25.417 MWh enerji üretilebileceği sonucuna varılmıştır. 
SAM yazılımı ile elde edilen değerler, termodinamik çevrim hesaplamaları yapılarak matematiksel olarak elde edilen sonuçlarla ve Alman STEAG firmasının bir yazılımı olan EBSILON ile de karşılaştırılarak doğrulama yapılmıştır. 
Performans hesaplamalarında ısı depolama alternatifi kapsam dışı tutulmuş, ancak depolama yapılan santrallerin yıllık üretim miktarları ile depolamasız Birecik santralinin üretim miktarı arasında sonuç kısmında karşılaştırmalar yapılmıştır. 
Birecik ilçesinin yanı sıra Urfa, Ankara, Konya, Mersin, Muğla ve Van illerinde tüm teknik özellikleri aynı olacak şekilde kurulacak 10 MW kapasiteli MAS santralleri için de yıllık enerji üretim değerleri, kapasite faktörleri, LCOE (Seviyelendirilmiş Enerji Maliyeti-Levelized Cost of Energy) değerleri hesaplanmıştır.

Abstract:
The plants of concentrated solar power (CSP) that is used to generate electricity from the solar energy are the electricity generation systems using solar energy as a primary energy source. While all type of CSP plants works basically the same way, solar energy collection methods differ in terms of collectors used.
In the Central Receiver Systems (CRS) also known as the "tower solar plants", sun's rays are reflected with the help of planar mirrors (heliostats) to the receiver that is heat exchanger. Electricity is obtained by the conventional means with the working fluid heated in the receiver. 
CRS plant elements and design, evaluations, calculations and analyses introduced in this study will provide an information infrastructure for the future CRS plants that will be built by the private sector or the government in the context of supporting the active contribution of solar thermal energy to the electricity production compatible with the renewable energy vision of Turkey.
For this purpose the efficiency and the annual amount of electrical energy that can be produced by a 10 MW capacity CRS power plant in Birecik/URFA (her average annual direct normal irradiation (DNI) value between 1991-2011 is 1994 kWh/m² according to the sun measurements on the site and the data of German Aerospace Center) one of the cities of the highest radiation value on the Turkey's annual global horizontal irradiance map, have been calculated. Thus technical performance results of a CRS power plant that will be built in Birecik have been obtained.
In the calculations, data of  meteorology company Meteonorm for Birecik has been loaded to SAM (System Advisor Model) that is a software of  United States Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) providing technical performance and financial modeling services in the field of renewable energy and thus technical performance values of the plant have been obtained.
Different performance results obtained by variables such as alternative dimensions of heliostats on the site, diameters of central receiver that will be assembled to the tower have been compared. Design details for optimum plant values in Birecik's conditions have been reached.
It has been seen in calculations that Birecik has a significant solar energy potential and resulted that 25.417 MWh electricity can be generated by a 10 MW CRS solar thermal power plant there.
The values obtained with the SAM software have been compared to the results obtained by mathematically thermodynamic cycle calculations and also by the EBSILON software of German STEAG Company and  thus the results have been verified. 
In the performance calculations, the heat storage alternative is excluded, but the comparison between the amount of annual energy generation of the storage plants and the generation amount of the non-storage Birecik plant is compared in the Conclusion part.
Annual energy production values, capacity factors and LCOE (Levelized Cost of Energy) values have been calculated for 10 MW capacity CRS plants to be installed in Urfa, Ankara, Konya, Mersin, Muğla and Van cities as well as Birecik city with the same technical properties of Birecik's CRS plant plant.