Güneş enerjisi destekli hidrojen üretim ve depolama sisteminin termodinamik ve ekonomik analizi
Thermodynamic and economic analysis of solar energy based hydrogen production and storage system
- Tez No: 992176
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ekserji, Enerji, Güneş enerjisi, Hidrojen enerjisi, Exergy, Energy, Solar energy, Hydrogen energy
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel ısınma ve çevresel sorunların giderilmesinde yenilenebilir enerji kaynakları günümüzün en önemli konuları arasında yer almaktadır. Yenilenebilir enerji destekli kombine güç üretim sistemleri sayesinde temiz enerji kaynaklarından yararlanılmakta hem de enerji verimliliği artırılabilmektedir. Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi tabanlı kombine bir multi-jenerasyon sistemi tasarlanarak elektrik, güç, ısıtma, soğutma, temiz su ve sıkıştırılmış hidrojen üretimi hedeflenmiştir. Önerilen sistemde paraolik kollektör alanı, yoğunlaştırılmış güneş enerjisini depolayarak elektrik üretiminin temel kaynağını oluşturmaktadır. Rankine ve organik Rankine çevrimlerinin birlikte çalışması, güç üretim verimini artırmaktadır. Üretilen elektrik, PEM elektrolizörünü besleyerek hidrojen üretimini sağlamaktadır. Oluşan ısı; suyun tuzdan arındırılması, soğutma ve tarımsal ısıtma süreçlerinde değerlendirilmiştir. Hidrojen ise çeşitli basınçlarda depolanarak farklı uygulamalarda kullanılabilmektedir. Bu şekilde sistem yüksek verimlilik, esnek işletme koşulları ve ekonomik üstünlük sunmaktadır. Çalışmada kapsamlı termodinamik ve ekonomik analizler yapılarak sistemin performans verileri değerlendirilmiştir. Bu kapsamda, tüm sistem elemanları için enerji ve ekserji verimlilikleri ile ekserji yıkım oranları ve ekonomik analizleri detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca güneş radyasyon şiddeti, akışkan debisi ve ısı değiştirici temas bölgesi sıcaklığı gibi parametrelerin performansa etkilerini belirlemek amacıyla parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Tüm sistemin enerji verimliliği %65, ekserji verimliliği %61 olarak belirlenmiştir. ORC, Rankine, temiz su üretimi, hidrojen üretimi, hidrojen sıkıştırma ve sera ısıtma çevrimlerinin enerji verimlilikleri sırasıyla %24, %37, %72, %76, %81 ve %86 olarak hesaplanmıştır. Güç üretim hızı 9600 kW, hidrojen üretim hızı 0,138 kg/s ve güneş enerjisi akışkan debisi 40 kg/s olarak elde edilmiştir. Ayrıca sistemin toplam maliyeti 24 M$ olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda, önerilen multi-jenerasyon güç üretim sisteminin verimlilik ve sürdürülebilirlik açısından önemli avantaj sağladığı söylenebilir.
Özet (Çeviri)
Renewable energy sources are crucial for mitigating global warming and reducing environmental impacts. Renewable energy–assisted combined power generation systems improve overall efficiency while enabling effective utilization of clean energy resources. In this study, a solar energy–based combined multi-generation system is designed to simultaneously produce electricity, heating, cooling, fresh water, and compressed hydrogen. The proposed system is driven by a parabolic trough collector field, which serves as the primary energy source. The integrated operation of the Rankine and organic Rankine cycle (ORC) systems enhances power generation efficiency by recovering both high- and low-temperature thermal energy. The generated electricity is supplied to a PEM electrolyzer for hydrogen production, while the recovered heat is used for desalination, cooling, and greenhouse heating applications. Hydrogen is compressed and stored at different pressures, enabling flexible use across various energy applications. Comprehensive thermodynamic and economic analyses are conducted to evaluate system performance, focusing on energy and exergy efficiencies and overall cost effectiveness. In addition, parametric analyses are performed to investigate the effects of key operating parameters on system behavior. The overall energy and exergy efficiencies of the system are 65% and 61%, respectively. The energy efficiencies of the ORC, Rankine, fresh water production, hydrogen production, hydrogen compression, and greenhouse heating subsystems are calculated as 24%, 37%, 72%, 76%, 81%, and 86%, respectively. The system delivers 9,600 kW of power and produces 0.138 kg/s of hydrogen, with an estimated total cost of 24 M$, indicating strong potential for efficiency and sustainability.
Benzer Tezler
- Conceptual design and exergy based sustainability performance evaluation of an integrated wind-to-hydrogen energy system with 20 MW electrolyzer
Rüzgar enerjisi destekli 20 MW elektrolizörlü hidrojen enerji sisteminin kavramsal tasarimi ve ekserji temelli sürdürülebilirlik performans değerlendirmesi
ALİ EREN ALUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ
- Özgün ısıl enerji depolama sistemlerinin analizi ve performans değerlendirmesi
Analysis and performance assessment of novel thermal energy storage systems
HAKAN ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
2012
EnerjiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
PROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
- Lıfe cycle assessment of green hydrogen productıon vıa electrolysıs
Elektroliz yoluyla yeşil hidrojen üretiminin yaşam döngüsü değerlendirmesi
HAKAN ÇAMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI İŞLER KAYA
- Amonyak boranın hidrolizinden hidrojen eldesi için titanyum dioksit destekli bakır – kobalt katalizörünün geliştirilmesi
Development of titanium dioxide supported copper – cobalt catalyst for hydrogen production via ammonia borane hydrolysis
MERVE KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimya MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN ÖZDEMİR
- Thermodynamic and economic analysis of geothermal energy use in hydrogen production and liquefaction
Jeotermal enerjinin hidrojen üretimi ve sıvılaştırılmasında kullanımının termodinamik ve ekonomik analizi
CEYHUN YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. SAİT SÖYLEMEZ
PROF. DR. MEHMET KANOĞLU