Gaz motorlu bir kojenerasyon sisteminin bir boyutlu simülasyonu
One dimensional simulation of a gas engine cogeneration system
- Tez No: 513590
- Danışmanlar: PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı-Akışkan Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 171
Özet
Enerji verimliliği konusu ülkemizde ve tüm dünyada hassasiyet kazanmış bir konu haline gelmiştir. Ülkeler ve kuruluşlar bazında olduğu gibi bireysel bazda dahi enerji kullanımında verimlilik sağlanması yönünde bilinçlenme artmaktadır. Özellikle enerji maliyetlerindeki artış, arz güvenliği, çevre kirliliği vb. hususlardan ötürü enerji verimliliği önemli gündem maddesi olarak karşımızdadır. Kojenerasyon sistemleri enerjiyi verimli kullanma avantajlarından ötürü günümüzde gittikçe yaygınlaşan sistemlerdir. Bu sistemlerde elektrik üretimi yapılırken açığa çıkan atık ısıdan faydalanmak suretiyle bunun için ayrıca enerji tüketimi yapılmaz. Fabrikalar, hastaneler, oteller, üniversite kampüsleri, havalimanları ve alışveriş merkezleri gibi hem elektrik hem ısı enerjisine ihtiyaç duyan büyük komplekslerde enerji maliyetleri kojenerasyon sistemleri sayesinde ciddi miktarda düşürülebilir. Ayrıca, yakıt sarfiyatının azalması ile beraber emisyon yönetmelerine uygunluk ve çevre kirliliğini azaltmaya katkı sağlanır. Kojenerasyon sistemlerinde gaz türbinleri, buhar türbinleri ve içten yanmalı motorlar kullanılarak enerji üretimi sağlanabilir. Hangi tür makinenin kullanılacağı, talep edilen enerji miktarı, çevresel şartlar ve fizibilite sonuçlarına göre belirlenir. Fiyatının uygun olması, işletme kolaylığı ve temiz enerji kaynağı olması gibi sebeplerden dolayı doğalgaz enerji üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkemiz için dışa bağımlılık durumu doğalgazla enerji üretimi konusunda bir handikap olsa da doğalgaz tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de popüleritesini korumaktadır. Kojenerasyon sistemi kurulumu öncesinde bir çok fizibilite çalışması yapılması gereksinimi vardır. Fizibilite çalışması basamaklarından birisi girdi değerlerine göre hangi çıktı değerlerinin elde edilebileceği ve bunun analizidir. Yani sıcaklık, basınç ve bunun gibi parametrelerin güç, verim ve yakıt sarfiyatını nasıl etkilediği, sistem yatırım kararı ve sistem kârlılık hesabında etkin rol oynayacaktır. Bu tez çalışmasında gaz motorlu bir kojenerasyon sisteminin simülasyonunu yapan bir program oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında öncelikle kojenerasyon sistemleri, kullanım alanları ve tekniklerinden bahsedilmiştir. Sonrasında MWM marka gaz motorları özelinde kojenerasyon sistemleri, gaz motoru ve kojenerasyon santrali ekipmanları detaylandırılmıştır. Gaz motorlu kojenerasyon santralinin çalışma prensibi anlatılmış, şematik şekiller ve resimler ile desteklenmiştir. Simülasyon programı için oluşturulan termodinamik model içerdiği tüm denklemler ve kabuller ile anlatılmıştır. Termodinamik model hava gaz karışımının sıkıştırılması, ara soğutma safhası, gaz motoru yanma odalarındaki yanma prosesi ve güç eldesi, egzoz safhası ve en son atık ısıdan enerji eldesi hesaplamalarını kapsamaktadır. Oluşturulan termodinamik model MATLAB programında kodlanmıştır. MATLAB arayüzünde kullanıcıdan bazı değerler talep edilir. Programa girilen bu değerler program tarafından termodinamik modeldeki yerine konulur ve denklemler çözülür. Hesaplamaların bitmesinin ardından excel sayfası şeklinde bir datasheet oluşturulur ve kullanıcıya sunulur. Bu datasheet girilen değerlere göre sistemden elde edilebilecek çıktı verilerini kullanıcıya sunacaktır. Çalışmanın sonuç kısmında simülasyon programında yapılan birkaç simülasyona yer verilmiştir. Bu simülasyonlarda farklı girdi koşullarında hangi çıktı değerlerinin alındığı kıyaslanmıştır. Bu kıyaslar rakımın değişimi, farklı ortam sıcaklıkları, farklı gaz motoru tipi ve gaz motoru yükünün artması yada azalması şeklindedir. Bu analiz sonuçlarına göre rakımın artışı ve sıcaklığın yükselmesi elde edilen güç değerlerinde ve sistem veriminde düşüşe sebep olmaktadır. Ayrıca, MWM markasına ait TCG 2032 serileri aynı girdi koşullarında TCG 2020 ve TCG 2016 serisi gaz motorlarına göre daha verimlidir. Motor yükü konusunda ise tam yükten aşağı yük değerlerinde verim değerlerinin düştüğü görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Energy efficiency has become a sensitive issue in Turkey and all around the world. There is an increasing awareness about efficient usage of the energy sources amoung countries, amoung companies and amoung individual basis. Especially, efficiency of energy is an important agenda item because of the rising energy costs, security of supply and environmental pollution. Cogeneration systems become widespread during last years due to the efficiency on energy usage. Thanks to these systems there will be no extra energy consumption by using waste heat which is emitted during electricity production. In large complexes which need both electricity and heat, such as factories, hospitals, hotels, university campuses, airports and shopping malls, energy costs can be significantly reduced by cogeneration systems. In addition, reduction of fuel consumption, compliance with emissions regulations and reducing environmental pollution can be provided, too. Gas turbines, steam turbines or internal combustion engines can be used for energy production in cogeneration systems. Amount of energy demand, environmental conditions and feasibility results are the most significant factors about which type of machine should be selected for energy production. Natural gas is frequently used as a clean energy source as well as easy operation and reasonable price. Even though external dependence is a handicap, natural gas is keep its preferableness all around the world as well as in Turkey. Before a cogeneration system investment, many feasibility studies are required. One of the feasibility study steps is analyzing the output values which can be provided by input values. In other words, how the parameters such as temperature, pressure and so on affect power, efficiency and fuel consumption which play active roles in system investment decision and system profitability calculation. In this thesis, a program which simulates a gas engine cogeneration system is created. At first, cogeneration systems, usage areas and techniques are mentioned in the thesis. Thereafter specifically MWM brand gas engine cogeneration systems and cogeneration plant equipments are detailed. The working principle of the system is explained and supported by schematic shapes and pictures. The thermodynamic model which is generated for the simulation program is explained by all the equations and assumptions it contains. Thermodynamic model begins with the compression of gas air mixture and goes forward with intercooling phase, the combustion process in the gas engine combustion chambers, calculation of the power output, the exhaust output and ends with waste heat energy output. The codes of thermodynamic model is created in MATLAB software. The requested values from the user are entered in MATLAB interface. Related values are used in the thermodynamic model and the equations are solved. After end of calculations, a datasheet is created as an excel sheet and presented to the user by simulation program. This datasheet shows the output values which can be obtained from the system according to the values entered. At the end of the study, several analysis are performed in the simulation program. Output value comparisions are done for different input value conditions. These comparison cases are altitude change, different ambient temperature conditions, different gas engine type situations and different engine load cases. According to the results of this analysis, rising of altitude and rising of ambient temperature cause to power and system efficiency decrease. In addition, it is observed that TCG 2032 series of MWM brand has more efficiency than TCG 2020 and TCG 2016 series under same input conditions. For engine load cases, simulation results shows that efficiency values decrease if engine load drops.
Benzer Tezler
- Genetic algorithm based optimization of renewable power production process
Bir yenilenebilir güç üretim sisteminin genetik algoritma yöntemi ile optimizasyonu
ÖMER FARUK KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ABUŞOĞLU
- Kojenerasyonun iklim bölgelerine göre değerlendirilmesi
Appreciation of cogeneration according to climate zones
SUAT SUCUOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL TEKE
- Kojenerasyon sistemlerinin enerji, kullanılabilirlik (ekserji) ve ekserjiekonomik analiz yöntemleri kullanılarak performansının değerlendirilmesi
Performance assessments of cogeneration systems using energy, exergy and exergoeconomic analysis methods
ÖZGÜR BALLI
Doktora
Türkçe
2008
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYDAR ARAS
PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
- Kojenerasyon sistemleri ve amortisman süresine etki eden parametrelerin analizi
Kogeneration systems and analyzes of parameters which effects payback periods
LEVENT AYBEK GÜRHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DOĞAN ÖZGÜR
- Energy and exergy analysis of a hospital trigeneration system a case study: Kartal Dr. Lütfi Kırdar training and research hospital
Hastane trijenerasyon sisteminin enerji ve ekserji analizi örnek çalışma Kartal Dr. Lütfi Kırdar Eğitim ve Araştırma Hastanesi
MEHMET BURAK ÖZGÖZTAŞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ABUŞOĞLU