Bir biyogaz enerji santralinde atık ısıdan elektrik üretim sisteminin organik rankin çevrimi uygulaması ve çok kriterli optimizasyonu
Organic rankine cycle application and multi-criteria optimization of a waste heat power generation system in a biogas power plant
Yazar: ÇAĞATAY VARIŞ
Danışman: DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Enerji tüketiminin yükselmesi, hızlı nüfus artışı ve teknolojideki gelişmeler enerjiye duyulan ihtiyacı günden güne artırmaktadır. Bu ihtiyacın karşılanması noktasında yenilenebilir enerji hızla tükenen fosil yakıtların yerine geçebilecek en önemli alternatif kaynaklardır. Güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, hidrojen enerjisi, jeotermal enerji, biyogaz enerjisi gibi birçok yenilenebilir enerji kaynağı mevcuttur. En önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından birisi olan biyogaz, çoğunlukla ısı-güç kombine motorlarında/gaz motorlarında yakıt olarak kullanılmakta ve elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Fakat bu motorların verimleri düşük olup biyogazın yanması nedeniyle giren enerjinin çok büyük bir kısmı kayıp olarak, egzoz gazı şeklinde atmosfere atılmaktadır. Bu kayıp ısının sisteme kazandırılması sistem verimi üzerinde oldukça etkilidir. Bu nedenle bu tez çalışmasında, İstanbul ili, Silivri Seymen bölgesinde bulunan ve evsel atıklardan biyogaz üretimi yapan 26 adet gaz motorunun 450-500 °C sıcaklığa sahip atık ısılarının sisteme geri kazanımı için çözüm yöntemleri çalışılmıştır. Bu çalışma kapsamında, ilgili tesiste bulunan her bir gaz motorunun baca çıkışından alınacak egzoz gazına ait debi, sıcaklık, basınç değerlerine göre atık ısı değerlerinin hesaplanması, ısı eşanjörü ile termal yağ devresinin belirlenmesi, organik akışkanın seçilmesi ve organik rankin çevrimi döngüsünün parametrelerinin belirlenmesi hedeflenmiştir.
Hedeflenen bu parametrelerin analizi sonucunda sistemin çevresel ve ekonomik etkileri incelenmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda ekonomik ve çevreye duyarlı çözümler elde edilerek tesis verimi artırılmıştır.

Abstract:
Increasing energy consumption, rapid population growth and technological developments increase the need for energy day by day. At the point of meeting this need, renewable energy is an important alternative resource that can replace fossil fuels that are rapidly exhausted. There are many renewable energy sources such as sun, wind, hydrogen, geothermal and biogas. Biogas, one of the most important renewable energy sources, is mostly used as fuel in heat-power combined engines / gas engines and transformed into electrical energy. However, the efficiency of these engines is low and due to the combustion of biogas, a large part of the energy input is lost to the atmosphere by means of exhaust gas. The gain of this lost heat to the system is very effective on the system efficiency.
Thus, in this thesis, solutions for the recovery of the waste heat of 26 gas engines with a temperature of 450-500°C in the Silivri Seymen region of Istanbul and producing biogas from household wastes was studied. Within this study, it is aimed to calculating the waste heat values according to the flow, temperature and pressure values of the exhaust gas to be taken from the chimney outlet of the gas engines in the facility, determining the thermal oil circuit with the heat exchanger, selecting the organic fluid, determining the parameters of the organic rankine cycle.
As a result of the analysis of the targeted parameters, the effects of the system in terms of environment and economy were also examined. As a result of the optimization work economical and environmentally friendly solutions were obtained and the plant efficiency was increased.