Biyogaz reaktörleri için mevsimlik güneş enerjili ısı depolama sisteminin tasarımı
Design of seasonal solar energy heat storage system for biogas reactors
Yazar: GÜVENÇ ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. AYTEN ONURBAŞ AVCIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyogaz sistemleri = Biogas systems ; Biyokütle = Biomass ; Güneş = Solar ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güneş ısınımı = Solar heating

Özet:
Biyogaz santrallerinin enerji üretim mekanizması bakterilere ve dolayısıyla biyolojik temellere dayanmaktadır. Bu biyolojik üretim mekanizması canlılığın getirdiği son derece kritik bir denge üzerine kuruludur ve üretim için en uygun ortam koşullarının sağlanması gereklidir. Üretim üzerinde etkili olan en önemli koşullardan biri ortam sıcaklığıdır.
Bu çalışmada biyogaz santrallerinde optimum sıcaklık koşullarının sağlanması için konvansiyonel ısıtma yöntemlerine yeni bir yaklaşım getirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada belirli özelliklere sahip bir biyogaz santralinde yıl boyunca ortaya çıkan ısı kayıpları günlük olarak hesaplanmış ve optimum sıcaklık koşullarını sağlamak için gerekli enerji miktarı ortaya konulmuştur. Daha sonra, bu enerji ihtiyacının güneş enerjisi destekli mevsimlik ısı depolama sistemi ile karşılanabilmesi için matematiksel bir model oluşturularak farklı koşul ve ortamlara göre hesaplamalar yapılmıştır. Yapılan bu hesaplamalar ve oluşturulan matematiksel model temel alınarak bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Geliştirilen bu bilgisayar programı sayesinde farklı senaryolar için kolaylıkla hesaplama yapılabilmesi sağlanmıştır. Örnek olarak Ankara ilinde bulunan 100 m3 kapasiteli bir biyogaz tesisinin optimum sıcaklık koşullarında çalışabilmesi için belirlenen günlük enerji ihtiyacının karşılanabilmesi amacıyla en az 14.6 m2 yüzey alanına sahip güneş kolektörleri ve 60 m3 hacmine sahip mevsimlik ısı depolama sistemi kurulması gerekliliği ortaya konulmuştur. Geliştirilen bilgisayar programı sayesinde çalışmada farklı coğrafi konum ve biyogaz reaktörü hacmi gibi parametreler ile yeniden hesaplamalar yapılmıştır. Biyogaz reaktörünün hacmi sırası ile 250, 500 ve 1000 mᶾ olarak değiştirildiğinde gereken en düşük kolektör yüzey alanları 31.90, 58.20 ve  109.09  m2 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
The energy production mechanism of biogas-plants is based on bacterias hence on biological foundations. This biological production mechanism is based on critical balance and it is necessary to provide the most suitable environmental conditions for production. One of the most important conditions affecting production is the ambient temperature. This study is aimed to introduce a new approach to conventional heating methods in order to provide optimum temperature conditions in biogas plants. In the study, the heat losses that occur during the year in a biogas plant are calculated daily and the amount of energy required to provide optimum temperature conditions is revealed. A mathematical model was created to meet this energy need with a solar-powered seasonal heat storage system and calculated for different conditions and environments. Based on these calculations and the mathematical model which was created, a software has been developed. With this software, calculations can be made easily for different scenarios. For example, in order to operate a biogas plant with a capacity of 100 m3 in Ankara with optimum temperature conditions, solar collectors need to be built with a surface area of at least 14.6 m2 and a 60 m3 seasonal heat storage system.
In the study, parameters such as different geographic locations and biogas reactor volume were changed and recalculations were made for different conditions. When the volume of the biogas reactor was changed to 250, 500 and 1000 m3, respectively, the lowest required solar collector surface areas were calculated as 31.90 , 58.20 and 109.09 m2.