Atik su aritma tesislerinde hidrojen amonyak ve biyogaz üretimi için akilli şebekelerin ve yenilenebilir hibrit sistemlerin dairesel karbon ekonomisine entegrasyonu
Circular carbon economy integration of smart grids and renewable hybrid systems for hydrogen ammonia and biogas production in wastewater treatment plants
- Tez No: 946429
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HEYBET KILIÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Dicle Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yenilenebilir Enerji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yenilenebilir Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 136
Özet
Bu tez çalışmasında; Diyarbakır'da yer alan bir atık su arıtma tesisinin enerji pozitif bir yapıya dönüştürülmesine yönelik olarak hibrit bir enerji sisteminin teknik, ekonomik ve çevresel açılardan uygulanabilirliği kapsamlı şekilde değerlendirilmiştir. Sürdürülebilir kalkınma hedefleri doğrultusunda, tesisin enerji ihtiyacını karşılamanın ötesinde, aynı zamanda yeşil hidrojen ve yeşil amonyak gibi temiz enerji taşıyıcılarının üretimini gerçekleştiren çok bileşenli bir sistem modeli oluşturulmuştur. Bu kapsamda; biyogaz jeneratörü, elektrolizör, hidrojen tankı, amonyak üretim ünitesi, NH₃ cracker ve enerji dönüştürücü sistemler bir araya getirilmiş; modelleme ve optimizasyon işlemleri HOMER Pro yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Başlangıç aşamasında sistem tasarımına fotovoltaik modüller dahil edilmiş olmasına rağmen, HOMER Pro simülasyonları sonucunda bu bileşenin toplam sistem maliyetine kıyasla sınırlı üretim katkısı sunduğu belirlenmiş ve ekonomik açıdan optimal yapıdan çıkarılması uygun görülmüştür. Nihai sistem konfigürasyonu, üretim kaynakları olarak biyogaz ve şebeke destekli elektrik kullanımına, dönüşüm süreci olarak ise elektroliz ve amonyak sentezine dayanmaktadır. Elektrolizör, sistemdeki fazla enerjinin hidrojen formunda depolanmasını sağlarken, amonyak üretim ünitesi bu hidrojeni azotla sentezleyerek enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilecek kimyasal bir forma dönüştürmüştür. NH₃ cracker modülü ise gerektiğinde bu amonyağı geri çözerek elektrik üretimine katkı sağlamıştır. Sistemin enerji yönetimi performansı, yük profiline tam uyum sağlayacak şekilde modellenmiş; üretim-tüketim dengesi kesintisiz bir yapı içerisinde korunmuştur. Enerji dönüşüm bileşenlerinin yüksek verimlilikle çalışması, sistemin kararlılığını artırmış ve elektriksel sürekliliğin sağlanmasına olanak tanımıştır. Özellikle inverter modülü ile enerji akışı DC'den AC'ye etkin şekilde dönüştürülmüş; şebeke bağlantısı sayesinde sistem hem dış kaynaklardan destek alabilmiş hem de fazla enerjiyi şebekeye aktarabilmiştir. Ekonomik değerlendirme sonuçlarına göre, sistem yüksek teknolojiye dayalı olmasına rağmen uzun vadede maliyet etkin bir yapı sunmaktadır. İlk yatırım maliyetleri, zaman içerisinde işletme, yakıt ve bakım giderlerinin dengelenmesiyle sürdürülebilir bir düzeye çekilmiştir. Ayrıca, sistemin enerji fazlasını şebekeye satabilmesi ekonomik açıdan olumlu bir geri dönüş sağlamaktadır. Çevresel etkiler bakımından sistemin en dikkat çekici yönü, karbon ayak izini azaltmaya yönelik döngüsel bir yapı oluşturmasıdır. Biyogazın atık organik maddelerden elde edilmesi, çevresel yükü azaltmış; hidrojen ve amonyağın temiz yakıtlar olarak kullanılması da sera gazı emisyonlarının kontrol altına alınmasını sağlamıştır. Bu sayede hem çevreye duyarlı bir enerji üretim süreci gerçekleştirilmiş hem de atıkların enerjiye dönüştürüldüğü döngüsel karbon ekonomisi desteklenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the technical, economic, and environmental feasibility of transforming a wastewater treatment plant located in Diyarbakır into an energy-positive structure through a hybrid energy system has been comprehensively evaluated. In line with the goals of sustainable development, a multi-component system model has been designed, not only to meet the energy needs of the plant but also to produce clean energy carriers such as green hydrogen and green ammonia. In this context, a biogas generator, electrolyzer, hydrogen tank, ammonia production unit, NH₃ cracker, and energy conversion systems were integrated, and modeling and optimization processes were carried out using the HOMER Pro software. Although photovoltaic modules were included in the initial system design, HOMER Pro simulations indicated that this component offered limited production contribution relative to the total system cost, and it was therefore excluded from the final economic-optimal configuration. The final system configuration relies on biogas and grid-supported electricity as energy sources, and on electrolysis and ammonia synthesis as the main conversion processes. The electrolyzer enables the storage of surplus energy in the form of hydrogen, while the ammonia production unit synthesizes this hydrogen with nitrogen into a chemical form that can be used as an energy carrier. The NH₃ cracker module, when needed, reconverts this ammonia into hydrogen to support electricity generation. The system's energy management performance has been modeled to fully align with the load profile, ensuring a continuous balance between production and consumption. The high efficiency of the energy conversion components has enhanced the system's stability and enabled uninterrupted electrical continuity. Especially with the inverter module, energy flow has been effectively converted from DC to AC; and with the grid connection, the system has been able to both receive support from external sources and export excess energy to the grid. According to the economic evaluation results, despite being based on high technology, the system offers a cost-effective structure in the long term. The initial investment costs have been brought to a sustainable level over time through balanced operating, fuel, and maintenance expenditures. Furthermore, the ability of the system to sell excess energy to the grid provides a favorable economic return. In terms of environmental impact, the most prominent feature of the system is its circular structure aimed at reducing the carbon footprint. The use of biogas derived from organic waste has lessened the environmental burden, while the utilization of hydrogen and ammonia as clean fuels has contributed to the control of greenhouse gas emissions. In this way, an environmentally friendly energy production process has been achieved, and the circular carbon economy has been supported by converting waste into energy.
Benzer Tezler
- Manyetik nanopartiküllerin anaerobik çürütme performansına etkileri
Effects of magnetic nanoparticules on anaerobic corruption performance
NURCAN ATEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Çevre MühendisliğiHarran ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM DEMİR
- Exploring the use of microbial fuel cells for sewage treatment on cargo and cruise ships
Kargo ve yolcu gemilerinde atık su arıtımı için mikrobiyal yakıt hücrelerinin kullanımının araştırılması
HÜSEYİN FATİH NACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAZİ KOÇAK
- Odour control in wastewater treatment plants using ozonation and chemical scrubbing
Atık su arıtma tesislerinde ozonlama ve kimyasal yıkama ile koku kontrolü
SİBER SERDA ÖLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ASLIHAN KERÇ
- Evsel atıksu arıtma tesislerindeki kapalı alanlarda bulunan tehlikeli ve zararlı gazlara yönelik bir araştırma
A research on dangerous and hazardous gases in closed areas of domestic wastewater treatment plants
YAKUP KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiÜsküdar Üniversitesiİş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜGE ENSARİ ÖZAY
- Methane production from hydrolysis product of organic food waste and baker's yeast process wastewater
Maya üretim atıksuyu ve organik yemek atığı hidroliz ürünlerinden metan üretimi
NAZLI LERMİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ