Güneş enerjisi destekli CO2 brayton çevrimi ile çoklu güç üretim sisteminin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of multiple power generation system with solar powered CO2 brayton cycle
- Tez No: 983583
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CUMA KARAKUŞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZKAN KÖSE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İskenderun Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi teknolojisi, yüksek güneşlenme potansiyeline sahip bölgelerde büyük ölçekli yenilenebilir elektrik üretimi için etkili ve sürdürülebilir bir yöntem sunmaktadır. Bu çalışmada, Akdeniz iklim koşulları için tasarlanan güneş kulesi destekli kademeli bir çoklu üretim sistemi geliştirilmiş ve kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Önerilen sistem; subkritik CO2 Brayton çevrimi, alt çevrim olarak konumlandırılmış Rankine çevrimi ve çok etkili damıtma ünitesinin entegre edilmesiyle oluşturulmuştur. Yapılan analizler sonucunda, sistemin yaz mevsimindeki en yüksek güneş ışınımı koşullarında maksimum 23,48 MW net güç çıkışı ve 14,25 kg/s tatlı su üretim debisi sağladığı belirlenmiştir. Bu sonuçlar, önerilen entegre yapı sayesinde yalnızca elektrik üretiminin değil, aynı zamanda su arıtma kapasitesinin de yıl boyunca sürdürülebilir şekilde gerçekleştirilebildiğini göstermektedir. Ekserji ve enerji temelli analizler, yüksek güneşlenme dönemlerinde sistemin saatte 27 434,55 kg CO2 salım azaltım potansiyeline sahip olduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgu, önerilen sistemin çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli bir katkı sunduğunu doğrulamaktadır. Entegre Sb-CO2–sRC–Damıtma konfigürasyonu, genel ısıl verim açısından 0,39–0,43 aralığında değerler elde ederken; alt çevrimler düzeyinde, Sb-CO2 Brayton çevriminin ekserji verimi 0,58, Rankine çevriminin ise 0,73 seviyesine ulaşmıştır. Duyarlılık analizleri sonuçlarına göre, Sb-CO₂ çevriminin performansının basınca son derece duyarlı olduğu ve 10 bar basınç ile 1100 °C türbin giriş sıcaklığı civarında optimum çalışma koşullarına ulaştığı belirlenmiştir. Buna karşılık Rankine çevrimi, basınç artışıyla birlikte kararlı bir verimlilik artışı göstermiştir. Yapılan ekonomik analiz ise sistemin toplam yatırım maliyeti ve işletme giderleri dikkate alındığında 15,3 yıllık basit geri ödeme süresine sahip olduğunu ve Akdeniz iklim koşulları altında ekonomik olarak uygulanabilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymuştur. Genel olarak, önerilen bu çoklu üretim sistemi; enerji, ekserji ve ekonomik açıdan dengeli bir performans sergileyerek yakıt bağımsız, çevre dostu ve büyük ölçekli sürdürülebilir enerji-su üretimi için yüksek potansiyel taşıyan yenilikçi bir yaklaşım sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Concentrated solar power technology represents an effective and sustainable solution for large-scale renewable electricity generation in regions with high solar irradiation potential. In this study, a solar power tower assisted cascaded multigeneration system specifically designed for Mediterranean climatic conditions was developed and comprehensively evaluated. The proposed configuration integrates a subcritical CO2 Brayton cycle, a bottoming Rankine cycle, and a multi-effect distillation unit into a single synergistic framework. The analysis revealed that under peak summer solar conditions, the system achieves a maximum net power output of 23.48 MW and a freshwater production rate of 14.25 kg/s. These results demonstrate that the proposed integrated configuration enables not only continuous electricity generation but also sustainable freshwater production throughout the year. Energy and exergy based evaluations showed that during high solar availability periods, the system provides a CO2 emission reduction potential of 27 434.55 kg per hour, highlighting its significant environmental contribution. The integrated Sb-CO2–sRC–Desalination configuration achieved overall thermal efficiencies ranging between 0.39 and 0.43, while the exergy efficiencies of the Sb-CO2 Brayton and Rankine subsystems reached 0.58 and 0.73, respectively. Sensitivity analyses indicated that the performance of the Sb-CO2 cycle is highly dependent on pressure, reaching its optimum operating point at approximately 10 bar and 1100 °C turbine inlet temperature. In contrast, the Rankine cycle exhibited a consistent increase in efficiency with rising pressure levels. From an economic perspective, the total investment and operating costs of the proposed configuration correspond to a simple payback period of 15.3 years, confirming its economic viability under Mediterranean conditions. Overall, the proposed multigeneration system demonstrates a well-balanced performance in terms of energy, exergy, and economic criteria. It offers a fuel-independent, environmentally friendly, and scalable solution for sustainable large-scale electricity and freshwater production, presenting a promising alternative for future solar-driven energy-water cogeneration applications.
Benzer Tezler
- Güneş enerjisi destekli kombine soğutma, ısıtma ve güç (CCHP) sisteminin libya koşullarında çevresel ve eksergoekonomik analizi
Environmental and exergoeconomic analysis of a solar-assisted combined cooling, heating, and power (CCHP) system under libyan conditions
ABDULHAKIM ABDULSALAM MEELOU ALDIGHEES
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRAH DENİZ
- CO2 ile çalışan güneş enerjisi destekli güç üretim sisteminin performansının incelenmesi ve optimizasyonu
Investigation and optimization of the performance of a solar assisted power generation system working with CO2
SERPİL ÇELİK TOKER
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER KIZILKAN
- Güneş enerjisi destekli süperkritik co2 ile çalışan birleşik güç üretim sisteminin incelenmesi
Investigation of solar assisted combined power generation system working with supercritical co2
ŞEFİKA YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER KIZILKAN
- Güneş enerjisi destekli kömür güç santralinin enerji, ekonomik ve çevresel analizi:Türkiye ve Nijer örneği
Energy, economic and environmental analysis of solar-aided coal-fired power plant: The case of Turkey and Niger
SEYNI YOUNOUSSI SAIDOU
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE GENÇ
- Güneş enerjisi destekli biyokütle gazlaştırma sistemi ile elektrik üretiminin incelenmesi
Investigation of electricity production with solar energy supported biomass gasification system
ENES ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN AÇIKKALP
PROF. DR. OĞUZ ARSLAN