Jeotermal Enerji Kaynaklı Multi-Jenerasyon Enerji Sisteminin Termodinamik ve Performans Değerlendirmesi

Bu çalışmada, hidrojen, elektrik, sıcak su, kurutma, ısıtma ve soğutma üretimini amaçlayan jeotermal enerji temelli yeni bir entegre multi-jenerasyon enerji üretim sistemi tasarlanmış ve incelenmiştir. Bu entegre multi-jenerasyon enerji sisteminde proton değişimli membran elektrolizör, hidrojen kompresyon ünitesi, organik Rankine çevrimi, tek etkili absorpsiyonlu soğutma çevrimi, sıcak su depolama tankı ve kurulama ünitesi bulunmaktadır. Önerilen sistemi termodinamik açıdan değerlendirmek için enerji ve ekserji analizleri uygulanmıştır. Sistemin toplam enerji ve ekserji verimlilikleri sırasıyla %37,65 ve %39,62 olarak hesaplanmıştır. Buna ek olarak, bazı önemli değişkenlerin sistemin performansına etkisini gözlemlemek için parametrik analiz yapılmıştır. Bu parametreler durgun hal sıcaklığı, jeotermal akışkanın kütle akış oranı, jeotermal kaynağın sıcaklığı ve ısı eşanşörü 1’in sıkışma noktası sıcaklığı olarak belirlenmiştir. Durgun hal sıcaklığında, jeotermal akışkanın kütle akış oranında ve jeotermal kaynağın sıcaklığında meydana gelen herhangi bir artışın sistem performansına olumlu etkisi olduğu, ısı eşanşörü 1’in sıkışma noktası sıcaklığındaki artışın sistemin performansını olumsuz etkilediği sonucuna ulaşılmıştır. Jeotermal kütle akış oranı 8,125 kg/s ve sıcaklığı 168 °C iken hidrojen üretim hızı 0,0024 kg/s ile maksimum seviyeye ulaşmıştır.

Anahtar Kelimeler:

yenilenebilir enerji, jeotermal, termodinamik, ekserji, multi-jenerasyon

Thermodynamic and performance evaluation of an integrated geothermal energy based multigeneration plant

In this study, a new integrated geothermal energy based plant is proposed for multigeneration purposes such as hydrogen, electricity, hot water, drying, cooling and heating. Therefore, this proposed integrated system is consisted of proton exchange membrane electrolyzer, hydrogen compression unit, organic Rankine cycles, single effect absorption cooling cycle, hot water storage tank and a drying unit. Thermodynamic analyses including of energy and exergy analyses have been performed for general evaluation of the proposed system. Energy and exergy efficiencies of whole plant are found as 37.65% and 39.26%, respectively. In addition to these analyses, parametric analyses have been carried out to see how some variables affect system performance and useful product generation. For this reason, the impacts of dead state temperature, geothermal mass flow rate, geothermal source temperature and pinch point temperature of heat exchanger 1 are investigated. Any increase in dead state temperature, geothermal mass flow rate and geothermal source temperature has positive impact on system performance and useful product generation. Increase in pinch point temperature of heat exchanger 1 decreases the system performance. Hydrogen production rate reaches maximum point (0.0024 kg/s) when geothermal mass flow rate is 8.125 kg/s or when geothermal working fluid temperature is 168 °C for this paper.

Keywords:

renewable energy, geothermal, thermodynamic, exergy, multigeneration,

PDF

___

[1] Office of Energy Analysis. “US-EIA International Energy Outlook”. Washington DC, USA, 2013.
[2] Ozturk, M.; Yuksel, Y. E., Energy structure of Turkey for sustainable development, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 53: 1259-1272.
[3] International Energy Agency. “Technical Report 2012 Key World Energy Statistics”. 2012. http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2014.pdf. (05.09.2015).
[4] Kulekci, O. C., ) Yenilenebilir enerji kaynakları arasında jeotermal enerjinin yeri ve Türkiye açısından önemi, Ankara Üniversitesi Çevre Bilimleri Dergisi, 2009, 1(2): 83-91.
[5] Kaymakcioglu, F.; Cirkin T., Jeotermal Enerjinin Değerlendirilmesi ve Elektrik Üretimi, III. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Dergisi Bildiriler Kitabı, 2005, 19-21.
[6] Yilmaz, M., Türkiye’nin enerji potansiyeli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi açısından önemi, Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 2012, 4(2): 33-54.
[7] Ratlamwala, T. A. H.; Dincer, I.; Gadalla, M. A., Performance analysis of a novel integrated geothermal-based system for multi-generation applications, Applied Thermal Engineering, 2012, 40: 71-79.
[8] Akrami, E.; Chitsaz, A.; Nami, H.; Mahmoudi, S. M. S., Energetic and exergoeconomic assessment of a multi-generation energy system based on indirect use of geothermal energy, Energy, 2017, 124: 625-639.
[9] Al-Ali, M.; Dincer, I., Energetic and exergetic studies of a multigenerational solar–geothermal system, Applied Thermal Engineering, 2014, 71(1): 16-23.