Jeotermal enerji destekli multi-jenerasyon güç üretim sisteminin termodinamik ve ekonomik açıdan incelenmesi
Investigation of geothermal energy supported multi-generation power generation system in terms of thermodynamics and economics
Yazar: ÜMMÜ RÜMEYSA KELEM
Danışman: DOÇ. DR. FATİH YILMAZ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Küresel ısınma ve çevresel sorunların üstesinden gelinmesinde yenilenebilir enerji kaynakları önemli konular arasında gelmektedir. Yenilenebilir enerji destekli kombine güç üretim sistemleri ile hem yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı hem de enerji verimliliği yöntemleri uygulanabilir. Bu tez çalışmasında jeotermal enerji destekli kombine bir multi-jenerasyon güç üretim sistemi ile güç, ısıtma, kurutma, temiz su ve sıkıştırılmış hidrojen üretimi amaçlanmıştır. Ele alınan bu çalışma, tek flaşlı jeotermal bir güç üretim çevrimi, bir transkritik karbondioksit Rankine Çevrimi, bir adet çok etkili tuzdan arındırma ünitesi, iki adet termoelektrik jeneratör, bir adet kurutucu ve PEM elektroliz ve sıkıştırma ünitelerinden meydana gelmektedir. Bu çalışmada kapsamlı termodinamik ve ekonomik analiz gerçekleştirilerek önerilen sistemin verimlilik ve maliyet hesaplamaları incelenmiştir. Bu kapsamda, detaylı bir enerji ve ekserji verimliliği, ekserji yıkım analizi her bir sistem elemanına ayrı ayrı uygulanarak toplam sistem verimliliği incelenmiştir. Ayrıca, jeotermal kaynak sıcaklığı, jeotermal kütle debisi, ısı değiştiricileri sıkıştırma nokta sıcaklığı, rejeneratör verimliliği gibi önemli parametrelerin değişiminin, sistem performansı üzerindeki etkilerini incelemek için detaylı parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen termodinamik ve ekonomik analiz sonuçlarına göre, kombine sistemin net elektrik üretimi 1 585 kW, ve hidrojen üretimi 0.00222 kg/s olarak hesaplanmıştır. Dahası bu sistemin 4 851 kW sıcak su ve 4.47 kg/s temiz su üretim kapasitesine sahiptir. Tüm sistemin enerji verimliliği %23.18, ekserji verimliliği %28.43 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca tüm sistemin toplam maliyeti 171.2 $/h olarak hesaplanmıştır. Bu sistem analiz sonuçlarına göre verimlilik ve sürdürülebilirlik açısından önerilen multi-jenerasyon güç üretim sisteminin avantaj sahibi olduğu sonucuna varılabilir.

Abstract:
Addressing global warming and environmental issues involves the significant use of renewable energy sources. Renewable energy-supported combined power generation systems can enhance energy efficiency and utilization of renewable resources. This thesis explores a geothermal energy-supported combined multi-generation power system aimed at producing power, heating, drying, clean water, and compressed hydrogen. The proposed system comprises a single-flash geothermal power cycle, a transcritical CO2 Rankine Cycle, a multi-effect desalination unit, two thermoelectric generators, a dryer, and PEM electrolysis and compression units. Comprehensive thermodynamic and economic analyses were conducted to evaluate the system's efficiency and cost. Detailed energy and exergy efficiency analyses, along with exergy destruction analyses, were applied to each system component to determine overall system efficiency. Additionally, parametric analyses were performed to examine the impact of key parameters like geothermal source temperature, geothermal mass flow rate, heat exchanger compression point temperature, and regenerator efficiency on system performance. Results indicate that the combined system's net power generation is 1 585 kW, and hydrogen production is 0.00222 kg/s. The system also has a hot water production capacity of 4 851 kW and a clean water production capacity of 4.47 kg/s. The overall energy efficiency of the system is calculated at 23.18%, and exergy efficiency at 28.43%. The total system cost is estimated at $171.2/h. Based on these analyses, the proposed multi-generation power system demonstrates advantages in terms of efficiency and sustainability.