Integration and performance analysis of a solar-driven combined cooling, heating, and power system: A case study in Libya
Güneş enerjı̇lı̇ kombı̇ne soğutma, ısıtma ve güç sı̇stemı̇nı̇n entegrasyonu ve performans analı̇zı̇: Lı̇bya'da bı̇r alan çalışması
- Tez No: 942993
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMET SALEH AKROOT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Özellikle Libya gibi bol güneş enerjisi kaynaklarına sahip bölgelerde sürdürülebilir ve verimli enerji sistemlerine yönelik artan talep, enerji kıtlığını gidermek, çevresel etkileri azaltmak ve enerji güvenliğini artırmak için yenilikçi çözümlere duyulan ihtiyacın altını çizmiştir. Bu çalışma, Libya'nın iklim ve enerji koşullarına özel olarak uyarlanmış, güneş enerjisiyle çalışan yeni bir Kombine Soğutma, Isıtma ve Güç (CCHP) sistemi önermekte ve değerlendirmektedir. Bu araştırmanın önemi, Libya'nın enerji üretimi için fosil yakıtlara olan aşırı bağımlılığından, yeterince kullanılmayan güneş enerjisi potansiyelinden ve aynı anda sürekli güç, ısıtma ve soğutma sağlayabilen çeşitlendirilmiş, esnek enerji sistemlerine olan kritik ihtiyaçtan kaynaklanmaktadır. Bu çalışmanın özgünlüğü, yalnızca yoğunlaştırılmış güneş enerjisiyle çalışan rejeneratif bir Brayton çevriminin, bir soğurmalı soğutma alt sistemi ve termal geri kazanım ünitesi ile entegre edilerek tamamen güneş enerjisiyle çalışan bir CCHP konfigürasyonu oluşturmasında yatmaktadır. Öncelikle geleneksel CCHP sistemlerini veya hibrit yenilenebilir entegrasyonları ele alan önceki çalışmaların aksine, bu araştırma, Libya'nın Trablus kentinin gerçek iklim koşulları altında güneş enerjisiyle çalışan rejeneratif Brayton-ARS sisteminin birleşik termodinamik davranışını benzersiz bir şekilde modellemektedir. Diğer bir ayırt edici katkı, bileşen düzeyinde gerçekleştirilen ayrıntılı ekserji analizidir, tersinmezliğin kilit alanlarını vurgulamakta ve potansiyel sistem iyileştirmelerine rehberlik etmektedir. Simülasyon ve performans analizinin ana bulguları, sistemin 5.523 kW ısıtma yükü ve 6.816 kW soğutma yükü ile birlikte yaklaşık 11.987 kW net elektrik çıkışı elde ettiğini ortaya koymaktadır. Genel CCHP enerji verimliliği %83,67'ye ulaşırken, ekserji verimliliği %45,59'dur ve üç enerji formunda da etkin enerji kullanımını göstermektedir. Elektrik enerjisi ve ekserji verimlilikleri sırasıyla %41,23 ve %43,42 olarak kaydedilmiştir, bu da sistemin güneş enerjisini yüksek kaliteli elektrik enerjisine dönüştürme konusundaki güçlü kabiliyetini göstermektedir. Absorpsiyonlu soğutma sisteminin performans katsayısı (COP) yaklaşık 0,81'dir ve bu değer tek etkili LiBr-su absorpsiyon sistemleri için tipiktir. Detaylı bir ekserji yıkım analizi, güneş enerjisi alıcısının toplam ekserji yıkımının %45,33'ünü oluşturarak sistemin tersinmezliğine en büyük katkıyı yaptığını göstermiştir. Diğer önemli kayıplar jeneratör ve ısıtıcı bileşenlerinde meydana gelmektedir. Gaz türbini ve alıcı, sırasıyla %95,67 ve %88,42 gibi yüksek ekserji verimlilikleri sergileyerek sağlam termodinamik performanslarını vurgulamıştır. Hassasiyet analizi, Brayton çevrimi basınç oranının artırılmasının net güç çıkışını iyileştirirken ısıtma ve soğutma yüklerini hafifçe azalttığını göstermiştir. Genel olarak sonuçlar, önerilen sistemin Libya'nın acil enerji sorunlarını ele almak için son derece verimli, sürdürülebilir ve bölgesel olarak uyarlanmış bir çözüm sunduğunu doğrulamaktadır. Bulgular, benzer kurak ve yüksek güneş potansiyeli olan bölgelerde gelecekteki büyük ölçekli güneş CCHP dağıtımları için değerli bilgiler sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing demand for sustainable and efficient energy systems, particularly in regions with abundant solar resources such as Libya, has underscored the need for innovative solutions to address energy shortages, reduce environmental impacts, and enhance energy security. This study proposes and evaluates a novel solar-powered Combined Cooling, Heating, and Power (CCHP) system, specifically tailored for Libya's climatic and energy conditions. The importance of this research stems from Libya's heavy reliance on fossil fuels for energy production, its underutilized solar potential, and the critical need for diversified, resilient energy systems capable of delivering continuous power, heating, and cooling simultaneously. The originality of the present study lies in the integration of a regenerative Brayton cycle, powered exclusively by concentrated solar energy, with an absorption cooling subsystem and thermal recovery unit, forming a fully solar-driven CCHP configuration. Unlike previous works that primarily address conventional CCHP systems or hybrid renewable integrations, this research uniquely models the combined thermodynamic behavior of a solar-powered regenerative Brayton-ARS system under the real-world climatic conditions of Tripoli, Libya. A further distinctive contribution is the detailed exergy analysis performed at the component level, highlighting key areas of irreversibility and guiding potential system improvements. The main findings of the simulation and performance analysis reveal that the system achieves a net electrical output of approximately 11,987 kW, along with a heating load of 5,523 kW and a cooling load of 6,816 kW. The overall CCHP energy efficiency reaches 83.67%, while the exergy efficiency stands at 45.59%, demonstrating effective energy utilization across all three energy forms. The electrical energy and exergy efficiencies are recorded at 41.23% and 43.42%, respectively, indicating the system's strong capability to convert solar energy into high-quality electrical power. The coefficient of performance (COP) of the absorption refrigeration system is approximately 0.81, which is typical for single-effect LiBr-water absorption systems. A detailed exergy destruction analysis showed that the solar receiver is the major contributor to system irreversibility, accounting for 45.33% of total exergy destruction. Other significant losses occur in the generator and heater components. The gas turbine and receiver exhibited high exergy efficiencies of 95.67% and 88.42%, respectively, highlighting their robust thermodynamic performance. Sensitivity analysis demonstrated that increasing the Brayton cycle pressure ratio improves net power output while slightly decreasing the heating and cooling loads. Overall, the results confirm that the proposed system offers a highly efficient, sustainable, and regionally adapted solution for addressing Libya's pressing energy challenges. The findings provide valuable insights for future large-scale solar CCHP deployments in similar arid and high-solar-potential regions.
Benzer Tezler
- Integration of sustainable energy sources into data centre electrical systems
Sürdürülebilir enerji kaynaklarının veri merkezi elektrik sistemlerine entegrasyonu
CİHAN ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN TÜRKAY
- Enerji depolama üniteli trijenerasyon mikro şebeke sisteminde çizelgeleme optimizasyonu: Hastane uygulaması
Scheduling optimization in the trigeneration microgrid system with energy storage unit: Hospital application
ANIL DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR KAYALICA
DOÇ. DR. AYŞE AYLİN BAYAR
- Yapay kas uygulamaları için nanokompozit malzeme geliştirilmesi
Development of nanocomposite material for artificial muscle applications
AYŞE KÜBRA AYDINALEV
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Forecasting of produced output electricity in photovoltaic power plants
Foto-voltaik güç santrallarında elektrik üretim tahmini
TARANEH SAADATI
Doktora
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK BARUTÇU
- Aiding agricultural practices with the exploration of earth observation data via machine learning
Yer gözlem uydu verilerinin tarımsal uygulamalara yardımcı olmak amacıya makine öğrenme algoritmaları ile incelenmesi
MEHMET FURKAN ÇELİK
Doktora
İngilizce
2023
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ERTEN