Atık ısının termoelektrik jeneratör sistemiyle elektrik enerjisine dönüştürülmesinin araştırılması
Investigation of conversion of waste heat into electric energy with thermoelectric generator system
Yazar: ÖMER FARUK DEMİRBAŞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ALİ ERGÜN ERTÜRK
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Artan nüfus ve enerji ihtiyacına karşılık azalan fosil yakıt rezervleri, yeni enerji üretim yöntemleri bulunması ve var olan enerji üretimlerinin verimlerinin arttırılması ihtiyacını doğurmuştur. Alternatif elektrik enerjisi üretim yöntemlerinin önümüzdeki yıllarda önemini daha da fazla arttırması beklenmektedir. 
Bu çalışma, bir tekstil fabrikasında Jarse Bronzing prosesi sonrası kullanılan sıcak odadaki atık ısıdan elektrik üretimi amaçlı gerçekleştirilmiştir. Çalışma, Ansys analizi ve deneysel ölçüm olarak yapılmıştır. İlk adımda termoelement tasarımı yapılarak, sonlu elemanlar yöntemiyle analizi için Ansys ortamına aktarılmıştır. Ansys kullanılarak, Thermal-Electric analizleri için çeşitli mesh eleman sayılarında çalışmalar yapılmıştır. Mesh kalite değerlerinin de incelenerek (aspect ratio, skewness ve orthogonal quality)  göz önünde bulundurulmasıyla optimum mesh elemanı seçilerek farklı sınır şartları ile iligili 46 analiz yapılmıştır. Analizler sonrasında deneysel çalışmalarla, ilgili ölçümler yapılmıştır. Analizler ve deneysel çalışmalarda 2 farklı tipte peltier kullanılmıştır. Ölçümler bir tekstil fabrikasının boyahanesine gelen sıcak buhar hattı üzerinde yapılmıştır. Sonuçlar, Ansys'de Thermal-Electric analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. TEC1-12710 tip TEG kullanılarak; 50,3°C sıcaklık farkında (TEG sıcak ve soğuk yüzey sıcaklık farkıdır), ortam sıcaklığı 41,6°C deneysel çalışmada gerilim değeri 0,268V iken, analiz sonucunda 0,26V gerilim değeri bulunmuştur. Deneysel çalışma ve analiz çalışması sonuçları arasında %2,85 fark vardır. Deneysel çalışma sonuçlarıyla korelasyon katsayısı hesaplanarak eğri uydurulmuş ve hata payı %6,88 olarak bulunmuştur. SP1848-27145 tip TEG kullanılarak; 57,3°C sıcaklık farkında (TEG sıcak ve soğuk yüzey sıcaklık farkıdır), ortam sıcaklığı 37,1°C deneysel çalışmada gerilim değeri 0,241V iken, analiz sonucunda 0,238V gerilim değeri bulunmuştur. Deneysel çalışma ve analiz çalışması sonuçları arasında %1,25 fark vardır. Deneysel çalışma sonuçlarıyla korelasyon katsayısı hesaplanarak eğri uydurulmuş ve hata payı %36,31 olarak bulunmuştur. Sistem 100 TEG ile kurulduğunda, TEC1-12710 tip TEG'in basit geri ödeme süresi 11,5 yıl, SP1848-27145 tip TEG'in basit geri ödeme süresi ise 5,4 yıl olarak bulunmuştur. TEC1-12710 tip TEG kullanılırsa yıllık karbon emisyon kazancı 0,11 〖tCO〗_2, SP1848-27145 tip TEG kullanılırsa yıllık karbon emisyon kazancı ise 0,39 〖tCO〗_2 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
Decreasing fossil fuel reserves in response to increasing population and energy needs have led to the need to find new energy production methods and increase the efficiency of existing energy production. Alternative electrical energy production methods are expected to increase their importance even more in the coming years. 
This study was carried out for the purpose of generating electricity from the waste heat in the hot room used after the Jersey Bronzing process in a textile factory. The study was conducted as Ansys analysis and experimental measurement. In the first step, the thermoelement design was made and transferred to the Ansys environment for analysis using the finite element method. Using Ansys, studies were carried out with various mesh element numbers for Thermal-Electric analyses. By examining the mesh quality values (aspect ratio, skewness and orthogonal quality), the optimum mesh element was selected and 46 analyzes were made regarding different boundary conditions. After the analyses, relevant measurements were made through experimental studies. Two different types of Peltiers were used in analyzes and experimental studies. Measurements were made on the hot steam line coming to the dyehouse of a textile factory. The results were compared with Thermal-Electric analysis results in Ansys. Using TEC1-12710 type TEG; While the voltage value was 0,268V in the experimental study with a temperature difference of 50,3°C (TEG is the difference in hot and cold surface temperature), ambient temperature of 41,6°C, a voltage value of 0,26V was found as a result of the analysis. There is a 2,85% difference between the results of the experimental study and analysis study. The curve was fitted by calculating the correlation coefficient with the experimental study results and the margin of error was found to be 6,88%. Using SP1848-27145 type TEG; While the voltage value was 0,241V in the experimental study with a temperature difference of 57,3°C (TEG is the difference in hot and cold surface temperature), ambient temperature of 37,1°C, a voltage value of 0,238V was found as a result of the analysis. There is a 1,25% difference between the results of the experimental study and analysis study. The curve was fitted by calculating the correlation coefficient with the experimental study results and the margin of error was found to be 36,31%. When the system was installed with 100 TEG, the payback period of TEC1-12710 type TEG was found to be 11,5 years, and the payback period of SP1848-27145 type TEG was found to be 5,4 years. If TEC1-12710 type TEG is used, the annual carbon emission gain is calculated as 0,11 〖tCO〗_2, and if SP1848-27145 type TEG is used, the annual carbon emission gain is calculated as 0,39 〖tCO〗_2.