Tek ve iki aşamalı biyogaz tesisleri için teknik ve ekonomik yönden bir karşılaştırma
A technical and economic comparison for single and two-stage biogas plants
- Tez No: 920757
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SAMET ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Fosil yakıtların tükenme tehlikesi ve artan enerji talebi, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini artırmaktadır. Biyokütlelerin enerji üretiminde kullanılması, bu soruna çözüm sağlamakta ve yenilenebilir enerji kaynakları arasında yer alan biyogaz sistemleri öne çıkmaktadır. Biyogaz, atık yönetimi ve enerji üretimini birleştiren, çevre dostu ve işletim sırasında karbon nötr bir enerji kaynağıdır. Tek ve iki aşamalı biyogaz tesisleri, biyokimyasal süreçlerin işleyiş biçimine göre farklılık gösterir. Tek aşamalı biyogaz tesislerinde, tüm biyokimyasal süreçler (hidroliz, asit oluşumu ve metanlaşma) aynı reaktörde gerçekleşir. İki aşamalı tesislerde ise bu süreçler farklı reaktörlerde ayrıştırılarak, süreç verimliliği ve gaz üretim kapasitesi artırılır. Bu çalışmada, tek ve iki aşamalı biyogaz sistemleri teknik ve ekonomik açıdan karşılaştırılmıştır. Üç senaryoda günlük 200 ton atık girişi için biyogaz üretimi, elektrik potansiyeli, kurulu güç, maliyet ve iç kârlılık analiz edilmiştir. Senaryolar yalnızca büyükbaş atığı, büyükbaş ve tavuk atığı ve büyükbaş ve tavuk ve meyve ve sebze atıklarını kapsamaktadır. Tek ve iki aşamalı tesislerin biyogaz üretim potansiyelleri sırasıyla yalnızca büyükbaş için 2.730.744 ve 3.003.819 m³/yıl; büyükbaş ve tavuk için 4.044.152 ve 4.448.567 m³/yıl; büyükbaş, tavuk, meyve ve sebze için 8.568.650 ve 9.425.515 m³/yıl şeklinde hesaplanmıştır. Bu biyogazdan elde edilen elektrik üretimleri ise sırasıyla 6.922, 7.615, 9.863, 10.849, 19.860 ve 21.846 MWh/yıl'dır. Tesislerin toplam kurulu güçleri ise tek aşamalı ve iki aşamalı olarak sırasıyla 0,8 ve 0,9; 1,2 ve 1,3; 2,4 ve 2,7 MWh olarak hesaplanmıştır. Ekonomik analizlerde tesislerin yatırım maliyetleri (CAPEX) tek ve iki aşamalı olarak sırasıyla 2,3, 2,5; 3,3, 3,6; 6,6 ve 7,3 Milyon Euro'dur. Ortalama yıllık gelirler ise 0,9, 0,1; 1,3, 1,4; 2,4 ve 2,6 Milyon Euro olarak hesaplanmıştır. Yıllık giderler sırasıyla 0,16; 0,18 ve 0,20 Milyon Euro'dur. Ortalama nakit akışı ise sırasıyla 0,78, 0,84; 1,09, 1,19; 2,18 ve 2,42 Milyon Euro'dur. İç kârlılık oranları %22,6, %22,22, %22,22, %21,89, %21,97 ve %22,29 olup tüm tesislerin geri ödeme süreleri yaklaşık 4 yıl olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, iki aşamalı büyükbaş, tavuk, meyve ve sebze atıklarını içeren tesisin en yüksek verime ve ekonomik faydaya sahip olduğunu göstermektedir. Bu tesis, yüksek yatırım maliyetine rağmen geri ödeme süresi diğer senaryolarla aynı olup enerji üretimine ve sürdürülebilir enerji hedeflerine en büyük katkıyı sağlamaktadır. Aynı tür hammaddeli tek ve iki aşamalı tesisler kıyaslandığında iki aşamalı tesislerin daha verimli olduğu görülmektedir.
Özet (Çeviri)
The threat of fossil fuel depletion and the increasing demand for energy have highlighted the importance of renewable energy sources. Utilizing biomass for energy production addresses this issue, and among renewable energy sources, biogas systems stand out. Biogas, which combines waste management and energy production, is an environmentally friendly and carbon-neutral energy source during operation. Single-stage and two-stage biogas plants differ in the way their biochemical processes are carried out. In single-stage biogas plants, all biochemical processes (hydrolysis, acidogenesis, and methanogenesis) occur within a single reactor. In contrast, two-stage plants separate these processes into different reactors to enhance process efficiency and gas production capacity. This study compares single-stage and two-stage biogas systems from technical and economic perspectives. Three scenarios were analyzed for biogas production, electricity potential, installed capacity, cost, and internal profitability based on a daily input of 200 tons of waste. The scenarios include waste from cattle manure only, cattle and poultry manure, and a mix of cattle, poultry manure, and fruit and vegetable waste. The biogas production potentials of single-stage and two-stage plants were calculated as follows: for cattle manure only, 2,730,744 and 3,003,819 m³/year; for cattle and poultry manure, 4,044,152 and 4,448,567 m³/year; and for cattle, poultry manure, and fruit and vegetable waste, 8,568,650 and 9,425,515 m³/year, respectively. Corresponding electricity production from this biogas was determined as 6,922, 7,615, 9,863, 10,849, 19,860 and 21,846 MWh/year, respectively. The total installed capacities of the plants were calculated as 0.8 and 0.9; 1.2 and 1.3; and 2.4 and 2.7 MWh for single-stage and two-stage systems, respectively. Economic analysis showed that the capital expenditures (CAPEX) of the plants were 2.3 and 2.5; 3.3 and 3.6; and 6.6 and 7.3 Million Euros for single-stage and two-stage plants, respectively. The average annual revenues were calculated as 0.9, 0.1; 1.3, 1.4; and 2.4 and 2.6 Million Euros, respectively. Annual expenses were determined as 0.16, 0.18, and 0.20 Million Euros. The average cash flows were 0.78, 0.84; 1.09, 1.19; and 2.18 and 2.42 Million Euros, respectively. The internal profitability ratios were 22.6%, 22.22%, 22.22%, 21.89%, 21.97%, and 22.29%, with all plants having a payback period of 4 years. The results indicate that the two-stage plant utilizing cattle, poultry, and fruit and vegetable waste achieved the highest efficiency and economic benefit. Despite its higher investment cost, this plant has the same payback period as other scenarios and makes the most significant contribution to energy production and sustainable energy goals. A comparison of single-stage and two-stage plants using the same type of feedstock reveals that two-stage systems are more efficient. Biogas plants would significantly contribute to the city's energy consumption.
Benzer Tezler
- Co-digestion of sewage sludge and food waste in anaerobic membrane bioreactors: plant wide modelling to enhance energy recovery
Evsel atıksu arıtma tesisi çamurunun ve gıda atıklarının anaerobik membran biyoreaktörde birlikte çürütülmesi: enerji geri kazanımının arttırılması için tesis bazlı modelleme
SEDA NUR TÜRKÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA EVREN ERŞAHİN
- Plant-wide process analysis targeting reliable estimation of biogas production from anaerobic sludge digestion
Anaerobik çamur çürütme prosesinden biyogaz üretiminin güvenilir tahminine yönelik tesis geneli proses analizi
GÖKŞİN ÖZYILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- İki aşamalı termofilik anaerobik sistemde tavuk gübresinden biyogaz üretimi: Zeolit etkisinin araştırılması
Biogas production from chicken manure in two stage thermophilic anaerobic system: Investigation of zeolite effect
KENAN DALKILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Çevre MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞENUR UĞURLU
- Şebekeden bağımsız tek-fazlı FV evirici yapılarında iki aşamalı topolojiye sahip bir dönüştürücü içerisinde kullanılan kontrolörlerin karşılaştırılması
Comparison of controllers used in a converter with two-stage topology in standalone single-phase PV inverter structures
ÖMER KORKUTATA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBingöl ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET GÜNER
- Effect of ozone pretreatment on biogas production and microbial community structure of two-stage anaerobic digesters
Ozon ön arıtımının iki aşamalı anaerobik çürütücülerdeki biyogaz üretimi ve mikrobiyal konsorsiyum üzerindeki etkisi
MERVE AKÇAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT İÇGEN