Güneş enerjisi destekli bir organik rankine çevriminin termodinamik ve ısıl analizi
Thermodynamic and thermal analyses of a solar energy assisted organic rankine cycle
Yazar: MUHAMMED NESİM HUMSİYE
Danışman: PROF. DR. İSHAK GÖKHAN AKSOY
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yeryüzündeki enerji talebinin hızla artması, fosil yakıtların bu talebi karşılamakta yetersiz kalacağını gösteriyor. Bu nedenle, güneş enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklar önem kazanıyor. Ancak, bu kaynaklardan elde edilen enerjinin genellikle düşük sıcaklıklarda olduğu göz önüne alındığında, bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için özel akışkanlar kullanılması gerekir. Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) sistemleri, düşük dereceli ısı kaynaklarından elektrik enerjisi üretmek için kullanılır. ORÇ, geleneksel Rankine çevrimine benzer bir prensiple çalışır, ancak organik bir iş akışkanı kullanıldığından daha yüksek buhar basıncına ve daha düşük kaynama noktasına sahiptir. Bu çalışmada parabolik oluk tipi güneş enerjisi detekli organik rankine çevrimi termodinamik analizi yapılmıştır. Parabolik oluk tipi güneş kollektörün ısıl analizi için bir program yazılmıştır. Bu analizde organik akışkanlardan siklopentan, n-pentan ve siklohekzan iş akışkanı olarak seçilmiştir. Yapılan hesaplamalarda EES "Engineering Equation Solver" programı kullanılmıştır. Yapılan hesaplamalarda Malatya şartlarına açık bir gökyüzünde güneş ışınımı parabolik oluk tipi güneş kollektörüne gelen direkt ışınımı kullanılmıştır. Parabolik güneş kollektörü hesabında literatürde mevcut olan Sandia Ulusal Laboratuvarında test edilen parabolik oluk tipi güneş kollektörü SEGS LS2 PTC' nin özellikleri kabul edilmiştir. Paralel ve seri olarak düzenlenen parabolik güneş kollektörlerinin toplam sayısı 40 ve 60 olacak şekilde alınmıştır. Yapılan analizlerin sonucu ORÇ sisteminde kullanılan iş akışkanı siklopentan Haziran ayında en yüksek Güneşten yararlanma oranı (GYO) göstermiştir. Kollektör sayısının %50 artması güneşten yararlanma oranını da %50 oranında arttırmıştır.

Abstract:
The rapid increase in the demand for energy on Earth shows that fossil fuels will be insufficient to meet this demand. Therefore, renewable sources such as solar energy are gaining importance. However, considering that the energy ontained from these sources is generally at low temperatures, special fluids must be used to convert this energy into electricity. Organic Rankine Cycle (ORC) systems are used to generate electrical energy from low-grade heat sources. The ORC works on a similar principle to the conventional Rankine cycle, but has a higher vapor pressure and lower boiling point by using an organic working fluid. In this study, a thermodynamic analysis of a parabolic trough type solar detached organic Rankine cycle was carried out. A program was written for the thermal analysis of the parabolic trough collector. In this analysis, cyclopentane, n-pentane and cyclohexane are used as organic fluids. EES "Engineering Equation Solver" program was used in the calculations. In the calculations, direct solar radiation coming to the parabolic trough type solar collector in a clear sky under Malatya conditions was used. In the calculation of the parabolic solar collector, the characteristics of the SEGS LS2 PTC tested at Sandia National Laboratory, which is available in the literature, were accepted. The total number of parabolic solar collectors arranged in parallel and series was taken as 40 and 60. As a result of the analyzes, cyclopentane, the working fluid used in the ORC system, showed the highest Solar utilization rate (GYO) in June. Increasing the number of collectors by 50% increased the solar utilization rate by 50%.