Biyogaz tesisi atık ısı kaynaklarından organik rankine çevrimi ile elektrik üretiminin incelenmesi
Investigation of electricity generation from waste heat sources of a biogas plant using the organic rankine cycle
- Tez No: 942876
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHARREM EYİDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
İçten yanmalı motorla elektrik üretimi yapan biyogaz tesislerinde, yakıt enerjisinin sadece üçte biri elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Bu tez çalışmasında, hayvansal atıklardan biyogaz üretimi yapan bir tesiste ortaya çıkan atık ısıların geri kazanımı ve Organik Rankine Çevrimi (ORC) ile elektrik üretiminin incelemesi yapılmıştır. Kocaeli bölgesinde çalışan biyogaz tesisinde, asimetrik güçte çalışan gaz motorlarının kısmi yükten tam kapasiteye kadar tüketim ve üretim değerleri dikkate alınarak tesise özgü önerilen sistemlerin enerji verimi analizleri yapılmıştır. Yapılan analizlerde reküperatif tipte çevrimle izopentan akışkanı ile %18,20 verimle 53,88 kWe üretimi gerçekleştirilmiştir. Basit çevrim tipinde en yüksek net iş üretimi ise %16,27 verim ve 51,45 kWe üretimi ile R123 akışkanı ile meydana gelmiştir. Tesisin enerji verimi, %38,63'ten, tam yükte izopentan ile reküperatif çevrimde %41,54'e, R123 akışkanıyla basit tipte çevrimde %41,41'e, tesisin ekserji verimi ise %37,04'ten %39,84'e ve %39,72 değerine yükselmiştir. Biyogaz tesisinin termal kapasite ve miktar bakımından en yüksek olan ceket suyundan deneysel test sisteminde R134a akışkanı ile %2,12 verimle 2,09 kWe net üretim gerçekleştirilmiştir. Türbinin izantropik verimi %72,42 değerine ulaşmış ve en yüksek ekserji yıkımı %66,92 ile evaporatörde meydana gelmiştir. Fermente atığın kurutulması için temaslı tipte kurutma yapılmış ve 80 ℃ kurutma sıcaklığında 3915 kj/kgSu özgül enerji tüketimi meydana gelmiştir. Kurutucunun ORC arkası analizleri yapılmış ve elektriksel olarak siklopentan akışkanı ile %15,42 verimle 39,1 kWe üretimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizlerde baca gazından organik rankine çevrimi tasarımı yapılarak elektrik üretilmesi, ceket suyundan ise temaslı tip bir kurutucu ile gübre kurutma işleminin yapılması ve gübrenin katma değerinin yükseltilmesi önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
In biogas plants generating electricity with internal combustion engines, only one third of the fuel energy is converted into electrical energy. In this thesis, the recovery of waste heat generated in a biogas plant producing biogas from animal waste and electricity generation through Organic Rankine Cycle (ORC) were investigated. In the biogas plant operating in Kocaeli region, energy efficiency analysis of proposed systems was carried out by taking into account the consumption and production values of gas engines operating at asymmetric power levels, from partial load to full load capacity. In the analysis performed, a net power generation of 53.88 kWe was achieved with a cycle efficiency of 18.20% using isopentane as the working fluid in the recuperative cycle. The highest cycle efficiency in the simple cycle was 16.27%, with a net power output of 51.45 kWe achieved using R123 as the working fluid. The energy efficiency of the plant increased from 38.63% to 41.54% in the recuperative cycle with isopentane fluid at full load and to 41.41% in the simple cycle with R123 fluid, the plant exergy efficiency increased from 37.04% to 39.84% and 39.72% respectively. In the experimental test system, a net power output of 2.09 kWe was achieved with an efficiency of 2.12% using R134a as the working fluid by utilizing jacket water which has the highest thermal capacity in the biogas plant. The analysis revealed that the isentropic efficiency of the turbine reached 72.42% and the highest exergy destruction occurred in the evaporator at 66.92%. A contact-type dryer was used for drying the fermented waste specific energy consumption of 3915 kJ/kgWater was observed at 80℃ drying temperature. ORC analysis with dryer was performed and cyclopentane fluid generated electricity 39.1 kWe with a cycle efficiency of 15.42%. Based on the analysis, it is recommended to design an Organic Rankine Cycle using waste flue gases for electricity generation and to utilize the jacket water in a contact-type dryer to enhance the quality of solid fertilizer.
Benzer Tezler
- Bir biyogaz enerji santralinde atık ısıdan elektrik üretim sisteminin organik rankin çevrimi uygulaması ve çok kriterli optimizasyonu
Organic rankine cycle application and multi-criteria optimization of a waste heat power generation system in a biogas power plant
ÇAĞATAY VARIŞ
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
- Batman atık su arıtma tesisinde bulunan kojenerasyon sisteminin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of Batman waste water plant cogeneration system
İDRİS ALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN OKTAY
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULKADİR AYANOĞLU
- Konya bölgesindeki büyükbaş hayvan işletmelerinde biyogaz tesisi kurulumunun incelenmesi
Investigation of the establishment of biogas plant in cattle farms in Konya region
MUSTAFA DEMİRÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
EnerjiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KEÇEBAŞ
- Model based evaluation of biogas production potential of full scale wastewater treatment plant operated under low sludge retention time
Düşük çamur yaşı ile işletilen tam ölçekli arıtma tesislerinde biyogaz oluşum potansiyelinin model bazlı incelenmesi
DİLVİN YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. H. GÜÇLÜ İNSEL
- Kentsel organik katı atıkların biyogaz tesislerinde geri kazanımının tersine lojistik sistemiyle tasarımı
Design of organic municipal solid waste reclamation in biogas plants by reverse logistics system
ASLI TOPTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ