Güneş enerjili hidrojen üretim tesisinin ekserji analizi
Exergy analysis of solar energy driven hydrogen production plant
Yazar: AYŞENUR ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. GAMZE GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Enerji analizi = Energy analysis ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Hidrojen üretimi = Hydrogen production

Özet:
Bu tez çalışmasında termokimyasal metotlarla hidrojen (H2) üretimi gerçekleştiren bir tesisin enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Termokimyasal çevrimlerde gerekli olan ısı ve elektrik enerjisi yoğunlaştırılmış güneş güç sistemleri ile elde edilmektedir. Termokimyasal çevrim metotlarından düşük sıcaklıklı Mg-Cl, H2SO4 ve UT-3 çevrimleri seçilmiştir. Ayrıca Mg-Cl ve H2SO4 termokimyasal çevrimlerinde elektrik ihtiyacını karşılamak için ara ısıtmalı-rejeneratif Rankine ve tekrar sıkıştırmalı S-CO2 Brayton çevrimleri kullanılmıştır. Ele alınan her bir durum için güneş enerjisi kaynaklı H2 üretim tesisinde sistemin her bileşeni için ayrı ayrı ve tüm sistem için enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca anlık ışınım ve yoğunlaştırma oranının değişiminin de sistem performansı üzerine etkileri araştırılmıştır.
Seçilen Mg-Cl, H2SO4 ve UT-3 termokimyasal çevrimlerinin enerji verimleri sırasıyla %67, %53 ve %41; ekserji verimleri ise %79, %73 ve %51 olarak bulunmuştur. Beş tesis incelendiğinde enerji verimleri Mg-Cl(B) ve H2SO4(B) tesislerinde % 25,  H2SO4(A) ve UT-3 tesislerinde %24 ve Mg-Cl(A) tesisinde %23 olarak elde edilmiştir. Güç çevrimi olarak S-CO2 Brayton çevriminin kullanılması tesislerin verimini arttırmıştır. Yüksek enerji verimine sahip Mg-Cl(B) ve H2SO4(B) tesislerinin ekserji verimleri sırasıyla %27 ve %26 olarak bulunmuştur. Anlık ışınım artışı ekserji yıkımının artmasına neden olduğundan ekserji veriminin azalmasına neden olmuştur. Yoğunlaştırma oranı arttırıldığında ise tesislerin enerji ve ekserji verimleri artmıştır.

Abstract:
In this thesis, energy and exergy analysis of a hydrogen (H2) production facility via thermochemical cycles is carried out. The required heat and electric energy for thermochemical cycles are obtained from concentrated solar power systems. Low temperature Mg-Cl, H2SO4 and UT-3 cycles are selected as thermochemical cycles. Furthermore, in order to supply the electricity in the Mg-Cl and H2SO4 thermochemical cycles, reheat-regenerative Rankine and recompression S-CO2 Brayton power cycles are used. Energy and exergy analysis are carried out for each part of system and whole system for each considered cases. In the analysis, the effects of solar beam radiation and concentration ratio on the system performance are also investigated.
The energy efficiencies of the selected Mg-Cl, H2SO4 and UT-3 thermochemical cycles are 67%, 53% and 41%, respectively; and exergy efficiencies are 79%, 73% and 51%. When five plants were examined, energy efficiencies were 25% for Mg-Cl(B) and H2SO4(B) plants, 24% for H2SO4(A) and UT-3 plants and 23% for Mg-Cl(A) plants. The use of the S-CO2 Brayton cycle as the power cycle has increased the efficiency of the plants. Exergy efficiencies of high energy efficient Mg-Cl(B) and H2SO4(B) plants were 27% and 26%, respectively.The increase in solar beam radiation causes an increase in exergy efficiency as it causes an increase exergy destruction. When the concentration ratio is increased, the energy and exergy efficiency of the plants have increased.