Gelişmiş adyabatik sıkıştırılmış hava ile enerji depolayan yeni bir güç sisteminin termodinamik analizi ve çok amaçlı optimizasyonu
Thermodynamic analysis and multi-objective optimization of a novel power system with advanced adiabatic compressed air energy storage
Yazar: ESRA HANÇER GÜLERYÜZ
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK NUR ÖZEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE MERVE ACILAR
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Enerjiye olan ihtiyacın artmasıyla enerji depolama sistemlerine ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının dezavantajı olan süreksizlik hususu enerji depolama sistemleri ile bertaraf edilmek istenmektedir. Bu doğrultuda yüksek miktarda enerjinin mekanik olarak depolanmasına imkân tanıyan sıkıştırılmış hava ile enerji depolama sistemleri sahip olduğu avantajlarla son yıllarda enerji depolama sistemleri arasında oldukça dikkat çekmektedir. Ancak bu sistemlerin uygulanabilir ve sürdürülebilir olmaları için geliştirilmeleri gerekmektedir. Bu sistemlerin çalışma performansını artırmak için sistem bileşenlerinin ekserji yıkımının kaynağını, birbirleriyle olan ilişkilerini belirlemek ve optimize etmek önemlidir.

Bu çalışmada 10 MW güç çıkışına sahip gelişmiş bir adyabatik sıkıştırılmış hava enerji depolama sistemi önerilmiştir. Önerilen bu sistemin geleneksel/ileri ekserji ve ekserji-ekonomik analizleri yapılarak bileşenlerin birbirleriyle olan ilişkileri incelenmiştir. Buna ek olarak önerilen sistemin parametrik analizi ve çok amaçlı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Çok amaçlı optimizasyon çalışmasında Baskın Olmayan Sıralama Genetik Algoritması-II yöntemi kullanılmıştır. Optimizasyon çalışmasında amaç fonksiyonları geleneksel ve ileri ekserji/eksergo-ekonomik analiz konseptinde belirlenmiştir. İleri ekserji-ekonomik analiz konseptindeki optimizasyon çalışmasında literatürde olmayan yeni bir performans kriteri belirlenmiş ve sonuçlar geleneksel ekserji-ekonomik analizler ile doğrulanmıştır.

Abstract:
The increasing need for energy increases the interest in energy storage systems and renewable energy sources. The fluctuations, which are the disadvantage of renewable energy sources, are desired to be eliminated with energy storage systems. In this regard, compressed air energy storage system which allow the mechanical storage of large amounts of energy have attracted a lot of attention among energy storage systems in recent years with their advantages. However, these systems need to be developed in order to be feasible and sustainable. In order to improve the operating performance of these systems, it is important to identify and optimize the source of exergy destruction of the system components and their interrelationships.

In this study, an advanced adiabatic compressed air energy storage system with a power output of 10 MW is proposed. Conventional/advanced exergy and exergy-economic analyses of the proposed system are performed and the interrelationships among the components are investigated. In addition, parametric analysis and multi-objective optimization of the proposed system are carried out. In the multi-objective optimization study, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II method is used and the objective functions are determined in conventional and advanced exergy/exergy-economic analysis concepts. A new performance criterion for advanced exergo-economic analysis that is not available in the literature is determined and the results are validated with conventional exergo-economic analysis.