Jeotermal enerji kullanılarak sıvı hidrojen üretimi için geliştirilen ORC destekli çok fonksiyonlu bir sistemin modellenmesi, termodinamik optimizasyonu ve eksergoekonomik analizi
Modelling, thermodynamic optimization and exergoeconomic analysis of an ORC aided multifunctional system utilizing geothermal energy for the production of liquid hydrogen
- Tez No: 669968
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER KAYNAKLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Bu çalışmada, sıvı hidrojen üretimi için geliştirilen jeotermal enerji kaynaklı ve alt modül olarak sırasıyla ORC sistemi, yüksek sıcaklıklı elektroliz, absorbsiyonlu soğutma ve hidrojen sıvılaştırma çevrimlerinden oluşan kapsamlı, çok fonksiyonlu bir sistem modellenmiş, modellenen sistemin termodinamik optimizasyonu ve eksergoekonomik analizleri gerçekleştirilmiştir. Sıvı hidrojen üretimi için modellenen sistemin termodinamik performansı ORC sistemlerinde kullanılan farklı soğutucu akışkanlar (R123, R245fa, R601, n-Hexane) için farklı buharlaştırıcı sıcaklıklarında (100⁰C-150⁰C) incelenmiştir. Ayrıca çalışma kapsamında farklı sıvılaştırma çevrimleri ve absorbsiyonlu soğutma sisteminde kullanılan eriyik çiftleri dikkate alınarak hidrojen üretim sistemi için altı farklı model oluşturulmuştur. Modellerin enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiş, sıvı hidrojen üretim performansları karşılaştırılmış ve sistem için optimum çalışma parametreleri belirlenmiştir. Optimum çalışma şartları için eksergoekonomik analizler gerçekleştirilmiş ve sistemi oluşturan komponentlerin eksergoekonomik performansları değerlendirilmiştir. Oluşturulan tüm modeller birlikte ele alındığında, ön soğutmalı Claude sıvılaştırma sisteminin kullanıldığı ve absorbsiyonlu soğutma çevriminde NH3-H2O eriyik çiftinin tercih edildiği Model 2'nin termodinamik performansının diğer modellere kıyasla daha yüksek olduğu ve hidrojen üretim miktarı açısından ise daha kullanılabilir olduğu belirlenmiştir. Sabit çalışma şartlarında, soğutucu akışkan ve buharlaştırıcı sıcaklığına bağlı olarak Model 2'de üretilen hidrojen miktarı maksimum 0,18049 kg/s olarak hesaplanmış, enerji ve ekserji verimi ise sırasıyla maksimum %11,56 ve %35,09 olarak belirlenmiştir. 150⁰C buharlaştırıcı sıcaklığı ve n-Hexane için Model 2'nin eksergoekonomik analizleri gerçekleştirilmiş ve elektroliz ünitesi 441,206 USD/h ile en yüksek yatırım maliyetine sahip komponent olmuştur. Ayrıca sistemde, ekserji yıkım maliyeti en yüksek olan komponentin 61,206 USD/h maliyet ile Claude sıvılaştırma sistemindeki (2) numaralı eşanjör olduğu belirlenmiştir. Sıvılaştırılan hidrojenin birim ekserji maliyeti 11,277 USD/GJ olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, a comprehensive, multifunctional system consisting of ORC system, high temperature electrolysis system, absorption refrigeration system and hydrogen liquefaction system, developed for liquid hydrogen production, aided from geothermal energy, was modeled and thermodynamic optimization and exergoeconomic analyzes of the modeled system were performed. The thermodynamic performance of the system modeled for liquid hydrogen production was investigated at different evaporator temperatures (100⁰C-150⁰C) for different refrigerants (R123, R245fa, R601, n-Hexane) used in ORC systems. In addition, within the scope of the study, six different models were created for the hydrogen production system by considering the different liquefaction cycles and the solution pairs used in the absorption refrigeration system. Energy and exergy analyze of the models were performed, liquid hydrogen production performances were compared, and optimum operating parameters were determined for the system. Exergoeconomic analysis were performed for optimum operating conditions, and the exergoeconomic performances of the components that made up the system were evaluated. Considering all created models, it was determined that the thermodynamic performance of Model 2, in which the precooled Claude liquefaction system is used and the NH3-H2O solution pair is preferred in the absorption refrigeration cycle, was higher than the other models and more usable in terms of the amount of hydrogen production. Under constant operating conditions, the amount of hydrogen produced in Model 2 depending on the refrigerant and evaporator temperature was calculated as maximum 0,18049 kg/h, the energy and exergy efficiency was determined as 11,56% and 35,09% respectively. Exergoeconomic analysis of Model 2 for 150⁰C evaporator temperature and n-Hexane was performed and the electrolysis unit became the component with the highest investment cost with 441,206 USD/h. Furthermore, it was determined that the component with the highest exergy destruction cost in the system was the heat exchanger (2) in the Claude liquefaction system with a cost of 61,206 USD/h. The unit exergetic cost of liquefied hydrogen was calculated as 11,277 USD/GJ.
Benzer Tezler
- Thermodynamic and economic analysis of geothermal energy use in hydrogen production and liquefaction
Jeotermal enerjinin hidrojen üretimi ve sıvılaştırılmasında kullanımının termodinamik ve ekonomik analizi
CEYHUN YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
EnerjiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. SAİT SÖYLEMEZ
PROF. DR. MEHMET KANOĞLU
- Thermoeconomic design and optimization of geothermal energy use in hydrogen production and liquefaction
Jeotermal enerjının hıdrojen üretılmesı ve sıvılaştırılmasında kullanımının termoekonomık tasarımı
CEYHUN YILMAZ
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KANOĞLU
- Pyrolysis processes and characterisation studies on three solid fuels
Üç katı yakıtın pirolizi ve karakterizasyon çalışmaları
MURAT ÇITIROĞLU
- Impacts of geothermal power plants on air quality, climate change and biodiversity
Jeotermal enerji santrallerinin hava kalitesi, iklim değişikliği ve biyoçeşitlilik üzerindeki etkileri
MERVE DÖNDÜ AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL
PROF. DR. MICHAEL LEUCHNER
- Çeşitli biyokütle kaynaklarının termal davranımının incelenmesi
Investigation of thermal behaviour of various biomass sources
BERRİN BAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. AYŞEGÜL MERİÇBOYU