A thermoeconomic optimization of a binary geothermal power plant
İkili tip bir jeotermal güç santralinin termoekonomik optimizasyonu
- Tez No: 695052
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR EKİCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Bu çalışma ikili (binary) tip bir jeotermal güç santralinin termodinamik açıdan analizi ve elde edilen sonuçlara dayalı olarak termoekonomik yönden optimizasyonu amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda ilk olarak güneybatı Anadolu'da Aydın/Germencik bölgesinde halihazırda faaliyette olan bir jeotermal güç santralinden santralin dizayn noktası ve dizayn dışı çalışma noktalarıyla ilgili veriler toplanmıştır. Elde edilen verilere dayalı olarak çeşitli simülasyonlar sonucunda santralin bir termodinamik modeli oluşturulmuş ve bu model santralin kendi çıktıları (net güç, birinci ve ikinci yasa verimi gibi) ile literatürde yer alan benzer santrallerin çıktıları kullanılmak suretiyle doğrulanmıştır. Bu model vasıtasıyla santralin ilk planda bir ekserji analizi gerçekleştirilmiştir. Ekserji analizini takiben mevcut santralde iş akışkanı seçimini daha efektif hale getirmek için 4 adımdan oluşan ve termodinamik-termoekonomik kriterlere dayanan yeni bir yöntem önerisi yapılmıştır. Farklı kimyasal gruplardan 29 adet aday akışkanın yeni yönteme göre eliminasyonu sonucu R113'ün mevcut n-pentan akışkanına göre daha uygun bir alternatif olabileceği değerlendirilmiştir. Ayrıca santral çıkışında toprağa verilen jeotermal suyun yeniden kullanımı için bir geri dönüşüm sistemi önerilerek bu kuramsal sisteme R115 iş akışkanı olarak seçilmiştir. Bu vaka çalışmasından sonra santral üzerinde 3 farklı eksergoekonomik analiz yöntemi kullanılmak suretiyle ilk termodinamik model vasıtasıyla santralin birim elektrik üretim maliyeti tahmin edilmeye çalışılmış ve yöntemlerin birbirlerine kıyasla avantajları/dezavantajları tartışılmıştır. Bu aşamadan sonra santralin dizayn dışı çalışma noktalarını da yüksek hassasiyette temsil edebilecek bir dizayn dışı model oluşturma çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İlk planda iki döngüde yer alan türbin eğrilerinin tespitiyle dizayn dışı data kullanılarak termodinamik modele entegrasyonu sağlanmıştır. Türbin eğrilerinin güç ve akışkan debisi tahmin hassasiyetlerini artırmak amacıyla MATLAB ortamında çeşitli parametreler için istatistiksel modeller de kurulmuştur. Türbin eğrilerinden elde edilen sonuçlar çeşitli santral verileri ve ampirik korelasyonlarla kıyaslanmıştır. Son aşamada ise dizayn dışı veri noktaları için konveks ve gradyan bazlı optimizasyon algoritmaları kullanılarak hem retrospektif bakış açısıyla hem de değişen ortam ve başlangıç koşullarına bağlı olarak optimum santral konfigürasyonları tespit edilmiş ve öneri olarak sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
This research was carried out for the thermodynamic analysis of a binary geothermal power plant and its thermoeconomic optimization based on the results obtained. In this context, initially, data related to the design point and off-design operating points of the plant were collected from a geothermal power plant which is currently operating in the Aydın/Germencik region in southwestern Anatolia. Based on the data obtained, a thermodynamic model of the power plant was constructed as a result of various simulations and this model was verified by using the outputs of the plant (such as net power, first and second law efficiency) and the outputs of similar plants in the literature. By means of this model, an exergy analysis of the power plant was carried out in the first place. Following the exergy analysis, a new method has been proposed, consisting of 4 steps and based on thermodynamic-thermoeconomic criteria, in order to make the selection of working fluid more effective in the existing power plant. As a result of the elimination of 29 candidate fluids from different chemical groups according to the new method, it was evaluated that R113 could be a more suitable alternative to the existing n-pentane fluid. In addition, a waste-heat recovery system was proposed for the re-utilization of geothermal water, which is re-injected to the soil at the exit of the power plant, and R115 was chosen as the working fluid for this hypothetical system. After this case study, by using 3 different exergoeconomic analysis methods on the power plant, levelized electrical cost (LEC) of the power plant was tried to be estimated through the initial thermodynamic model. Moreover advantages/disadvantages of the methods compared to each other. After this stage, studies were carried out to create a non-design model that can represent the non-design operating points of the plant with sufficient accuracy. At the first stage, the turbine curves in the two cycles were determined and their integration into the thermodynamic model was provided by using off-design plant data. Statistical models for various parameters were also established in the MATLAB environment in order to increase the power and mass flow rate estimation precision of the turbine curves. The results obtained from the turbine curves were compared with various power plant data and empirical correlations. In the last stage, optimum plant configurations have been determined and presented as novel suggestions, both from a retrospective point of view and depending on the changing environment and initial conditions, by using convex and gradient-based optimization algorithms for off-design data points.
Benzer Tezler
- 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
- Soğutucu akışkan karışımların kullanıldığı soğutma sistemlerinin termoekonomik analizi
Thermoeconomic analysis of refrigeretion systems using refrigerant mixtures
HÜSEYİN KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL ARCAKLIOĞLU
- Utilization of natural gas, optimization of cogeneration/combined cycle applications in campus environment
Kampüs ölçeğinde konjenerasyon/kombine çevirim santralları uygulamaları optimizasyonu ve doğal gaz kullanımı
EKİN ÖZGİRGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAHİT ERALP
- Thermoeconomic optimization of a single stage heat pump system
Bir aşamalı ısı pompası sisteminin termoekonomik optimizasyonu
AHMET KOÇOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAFİT YÜNCÜ
- Komple bir klima sisteminin termoekonomik optimizasyonu
Thermoeconomic optimization of a complete air conditioning system
ERSEN TİRYAKİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLHAN TEKİN ÖZTÜRK