Güneş enerjili bir orç güç santralinin farklı yerleşim yerleri için elektrik üretim potansiyelinin teorik olarak incelenmesi
A theoretical investigation of solar orc power plant on power generation potential in different settlement
Yazar: SERHAT YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN KURT ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SADIK ATA
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, ısı kaynağı olarak güneş enerjisi kullanılan bir Organik Rankine Çevriminin (ORÇ)  farklı çalışma akışkanları ve farklı yerleşim yerleri için elektrik üretim potansiyeli teorik olarak incelenmiştir. Bu güç üretim çevriminin ısı kaynağı, yüksek sıcaklıklı ısı kaynağı olarak kullanılabilen Fresnel lens güneş kolektörü olduğu kabul edilmiştir. Çevrimde, benzen, siklohekzan ve D4 olmak üzere 3 farklı iş akışkanı kullanılmıştır. Yerleşim yeri olarak ise Alanya, Silifke, Bodrum ve Çeşme ilçeleri seçilmiştir. İlk olarak güneş radyasyon değeri 900 W/m2 sabit kabul edilerek; buharlaşma sıcaklığının, aşırı kızdırma sıcaklığının, soğutma suyu giriş sıcaklığının ve net güç değişiminin sistem parametrelerine ve performansına etkisi incelenmiştir. Daha sonra Alanya, Silifke, Bodrum ve Çeşme olmak üzere dört farklı ilçede toplam güç üretim miktarları üç farklı akışkan için hesaplanmıştır. Buna göre buharlaşma sıcaklığının artması ile ısıl verim üç akışkan için artmış, benzen akışkanı ile 160 oC buharlaşma sıcaklığında %15,8 maksimum bir ısıl verim elde edilmiş ve 117,5 oC buharlaşma sıcaklığında sistemin ürettiği net güç 3 akışkan içinde maksimum bir değere ulaşmıştır. Hesaplamalarda, 140 oC buharlaşma sıcaklığında ve aşırı kızdırma sıcaklığı 40 oC'ye kadar arttırıldığı durumda D4 ve siklohekzan akışkanı için sistemin ısıl verimi düşmüş, benzen akışkanı için ise ısıl verimde düşükte olsa bir artış meydana gelmiştir. Soğutma suyu giriş sıcaklığının düşmesiyle sistem performansının 3 akışkan için arttığı ve soğutma suyu giriş sıcaklığının 20 oC olduğu durumda ısıl verimin benzen akışkanı için %15,4 maksimum değere ulaştığı görülmüştür.  Çevrimden istenilen güç çıkışına göre yapılan hesaplamalarda ise güneş kolektör alanı istenilen güce göre artmış ve çevrimde benzen akışkanı tercih edildiğinde 594,2 kW güç üretimi için 6694 m2 güneş kolektör alanına ihtiyaç olacağı belirlenmiştir. 4 farklı yerleşim yeri için ORÇ'de 10000 m2 güneş kolektörü ve benzen akışkanı kullanılması durumunda çevrimin maksimum güç üretimi Silifke ilçesinde Temmuz ayında toplam 204,56 MWh/ay ve yıllık maksimum güç üretimi ise Alanya ilçesinde 1624,6 MWh/yıl olarak elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the electricity generation potential of an Organic Rankine Cycle (ORC) using solar energy as a heat source was theoretically investigated with different working fluids for the different settlements. The heat source of this power generation cycle is assumed to be Fresnel lens solar collector, which can be used as a high-temperature heat source. Benzene, cyclohexane and D4 were used as different working fluids in the ORC system. Alanya, Silifke, Bodrum and Cesme districts were also chosen as settlements. Firstly, when the solar radiation value is assumed to be 900 W/m2, the effects of evaporation temperature, superheating temperature, cooling water inlet temperature and net power variation on system parameters and performance were investigated. Then, the total power generation amounts of four different districts as Alanya, Silifke, Bodrum and Cesme were evaluated toward 3 different fluids. Accordingly, with the increase of the evaporation temperature, the thermal efficiency increased for the 3 fluids and the maximum thermal efficiency was obtained as 15,8% with the benzene fluid at the evaporation temperature of 160 oC.  And also, the net power produced by the system reached the maximum value for each fluid at the evaporation temperature of 117,5 oC. When the superheating temperature was up to 40 oC at 140 oC evaporation temperature, the thermal efficiency of the system decreased for D4 and cyclohexane fluid, and a small increase in thermal efficiency occurred for the benzene liquid. With the decrease of cooling water inlet temperature, the performance of the system increase for the 3 fluids and thermal efficiency reached the maximum value of 15,4% with benzene fluid at 20 oC. When the system is analyzed for desired power output, the solar collector area has increased in proportion to the desired power and 6694 m2 solar collector area is needed for 594,2 kW power generation with benzene as working fluid. In the case of using a 10000 m2 solar collector in ORC for 4 different settlements, the maximum power generation of the cycle was 204,56 MWh/month in July in the Silifke district. And the maximum annual total power generation was obtained the 1624,6 MWh/year with benzene as working fluid in the Alanya district.