Afyonkarahisar ili için jeotermal temelli enerji sistemi modellemeleri ve termodinamik analizi
Designs and thermodynamic analysis of geothermal based energy system for Afyonkarahisar province
Yazar: TUBA CİĞERCİ
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS EMRE YÜKSEL
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde dünya nüfusunun artmasıyla birlikte enerji ihtiyacı da buna bağlı olarak gün geçtikçe artmaktadır. Fosil yakıtların yenilenememesi, maliyet, olumsuz çevresel ve atmosferik etkiler nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmıştır. Hidroelektrik, rüzgâr, güneş, jeotermal, dalga ve biyokütle kaynakları yenilenebilir enerji kaynaklarına örnek olarak gösterilebilir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından jeotermal enerji sürekli bir enerji kaynağı olması yanı sıra; ucuz, temiz, çevre dostu olması ve sıfıra yakın emisyon sunması ile en önemli enerji kaynaklarından birisidir. Jeotermal enerji, bu özelliklerinin yanında farklı kullanım alanlarına uygulanabilir olması ile alternatif olarak ön plana çıkmaktadır. Jeotermal enerji elektrik üretimi, ısıtma ve soğutma, seracılıkta, kimyasal madde ve mineral üretimi gibi birçok alanda tercih edilmektedir.
Ülkemiz Alp-Himalaya tektonik kuşağı üzerinde bulunması sebebiyle zengin jeotermal kaynaklara sahip ülkelerden birisidir. Afyonkarahisar ili jeotermal enerji bakımından zengin bir yapıya sahip olup Türkiye'nin ikinci büyük jeotermal sahasıdır. İl sınırları içerisinde "Ömer-Gecek", "Gazlıgöl", "Hüdai" ve "Heybeli" olmak üzere toplam dört jeotermal saha bulunmaktadır. Afyonkarahisar iline ait jeotermal alanlar düşük sıcaklık değerine sahip jeotermal alanlar arasında geçmektedir. Orta ve düşük sıcaklık değerindeki jeotermal enerji kaynakları (150°C'nin altında), konut ve sanayi sektöründe doğrudan ısı enerjisi olarak kullanılabilmektedir.
Afyonkarahisar ilinde bulunan Ömer-Gecek sahası jeotermal kaynağının aktif kullanımları incelenmiş olup alternatif üretim seçenekleri önerilmektedir. Ömer-Gecek sahasında 11 adet aktif kuyu bulunmakta olup bu kuyulardan çıkan jeotermal suyun sıcaklıkları 80-120 °C arasındadır. Bu sahada elektrik üretimi Organik Rankine Çevrimi ile yapılmakta olup, kurulu güç 2,76 MWe eşdeğerindedir. 
Jeotermal enerjinin üretimi hidrodinamik ve hidrotermal mekanizmaları harekete geçirerek akışkan hareketi ve ısı yayılımı oluşturmaktadır. Bu mekanizmaların matematiksel olarak diferansiyel denklemlerle ifade edilmesi ve jeotermal rezervuarın kavramsal modeline dayalı olarak belirlenen parametreler ve uygun sınır koşullarının uygulanması ile jeotermal rezervuarın modellemesi yapılabilmektedir.
Bu tez çalışmasında Ömer-Gecek jeotermal sahasının detaylı bir şeması çizilerek her bir akış için kütle, enerji, entropi ve ekserji denge denklemleri Engineering Equation Solver (EES) program yardım ile çözülmüştür. Ek olarak bu jeotermal sahanın kojenerasyon, trijenerasyon ve multijenerasyon yöntemleri ile çalışmasına dair detaylı şemalar çizilerek kütle, enerji, entropi ve ekserji analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler kullanılarak bu yöntemlerin mevcut sistem ile karşılaştırması yapılmıştır. Çalışma sonucunda önerilen multijenerasyon, trijenerasyon ve cojenerasyon sistemlerin verimlerinin yüksek olduğu ve Afyonkarahisar jeotermal kaynaklarının kullanılarak farklı çıktılar alınabileceği görülmüştür.

Abstract:
Today, with the increase in the world population, the need for energy is increasing day by day. The tendency to renewable energy sources has increased due to the inability to renew fossil fuels, cost, negative environmental and atmospheric effects. Hydroelectric, wind, solar, geothermal, wave and biomass resources are examples of renewable energy resources. In addition to being a continuous energy source, geothermal energy from renewable energy sources; It is one of the most important energy sources as it is cheap, clean, environmentally friendly and offers almost zero emissions. In addition to these features, geothermal energy stands out as an alternative with its applicability to different areas of use. Geothermal energy is preferred in many areas such as electricity generation, heating and cooling, greenhouse cultivation, chemical and mineral production.
Our country is one of the countries with rich geothermal resources due to its location on the Alpine-Himalayan tectonic belt. Afyonkarahisar province has a rich structure in terms of geothermal energy and is the second largest geothermal field in Turkey. There are a total of four geothermal fields within the provincial borders, namely "Ömer-Gecek", "Gazlıgöl", "Hüdai" and "Heybeli". The geothermal fields of Afyonkarahisar province pass between the geothermal fields with low temperature values. Medium and low temperature geothermal energy sources (below 150°C) can be used directly as heat energy in the residential and industrial sectors.
The active uses of the Ömer-Gecek field geothermal resource in Afyonkarahisar province have been examined and alternative production options are suggested. There are 11 active wells in Ömer-Gecek field and the temperatures of the geothermal water coming out of these wells are between 80-120 °C. Electricity generation at this site is made by the Organic Rankine Cycle and the installed power is equivalent to 2.76 MWe.
The production of geothermal energy creates fluid motion and heat dissipation by activating hydrodynamic and hydrothermal mechanisms. Modeling of the geothermal reservoir can be done by expressing these mechanisms mathematically with differential equations and applying the parameters and appropriate boundary conditions based on the conceptual model of the geothermal reservoir.
In this thesis, a detailed diagram of the Ömer-Gecek geothermal field was drawn and the mass, energy, entropy and exergy balance equations for each flow were solved with the help of the Engineering Equation Solver (EES) program. In addition, detailed diagrams for the operation of this geothermal field with cogeneration, trigeneration and multigeneration methods were drawn and mass, energy, entropy and exergy analyzes were made. By using the analyzes made, these methods were compared with the existing system. As a result of the study, it has been seen that the efficiency of the proposed multigeneration, trigeneration and cogeneration systems is high and different outputs can be obtained by using Afyonkarahisar geothermal resources.