Yenilenebilir enerji teknolojileri destekli bir hibrit çoklu üretim sisteminin sürdürülebilirlik analizi

Abstract

Bu tez çalışmasında, orta sıcaklıklı jeotermal enerji kaynakları ile birlikte biyokütle ve güneş enerjisi teknolojilerinin hibrit bir şekilde kullanıldığı, faydalı çıktılar olarak; elektrik, sıcak su, kurutma havası, biyogaz, hidrojen ve oksijen üreten aynı zamanda ısıtma ve soğutma sağlayan yeni bir hibrit çoklu üretim sistemin sürdürülebilirlik analizi gerçekleştirilmiştir. Sistem, güneş ışınımının gün içindeki değişimine göre yirmi dört saatlik zaman dilimi göz önüne alınarak dört farklı modda (M1: 08.00-16.00, M2: 16.00-18.00/06.00-08.00, M3: 18.00-02.00, M4: 02.00-06.00) çalışacak şekilde dizayn edilmiştir. Sürdürülebilirlik analiz çalışmaları; i) performans göstergeleri (sistem net elektrik gücü, sistem enerji verimi, sistem ekserji verimi), ii) çevresel göstergeler (küresel ısınma potansiyeli, CO2 emisyonu azaltım potansiyeli), iii) ekonomik göstergeler (eksergoekonomik faktör), iv) ekserjetik sürdürülebilirlik göstergeler (atık ekserji oranı, ekserji geri kazanılabilirlik oranı, ekserji yıkım oranı, çevresel etki faktörü, ekserjetik sürdürülebilirlik indeksi) gibi göstergelere bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak; hibrit çoklu üretim sisteminin maksimum değerleri M1, M2, M3, M4 çalışma modları için sırasıyla, i) net elektrik gücü 12233 kW, 12389 kW, 13926 kW, 13618 kW, ii) enerji verimi %76, %82, %89, %83, iii) ekserji verimi %22, %23, %47, %25, iv) ekserjetik sürdürülebilirlik indeksi 0,27, 0,29, 0,85, 0,34, v) CO2 emisyonu azaltım potansiyeli 77,36 ton CO2-e/h, 44 ton CO2-e/h, 45,64 ton CO2-e/h, 48,64 ton CO2-e/h, vi) minimum toplam ürün birim maliyeti 15,64 $/GJ, 73,67 $/GJ, 39,92 $/GJ, 48,3 $/GJ olarak bulunmuştur. Önemli bir beklenti olarak; bilimsel, akademik ve teknolojik anlamda bu tez çalışmasının, ülkemizde yenilenebilir enerji kaynaklarını ve teknolojilerini kullanan hibrit çoklu üretim sistemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

In this thesis, sustainability analysis of a hybrid multigeneration system has been performed, utilizing medium temperature geothermal energy resources in a hybrid manner with biomass and solar energy technologies, and simultaneously producing electricity, hot water, drying air, biogas, hydrogen and oxygen as well as providing heating and cooling as the useful outcomes. The system has been designed to be able to operate in four different modes (M1: 08.00-16.00, M2: 16.00-18.00/06.00-08.00, M3: 18.00-02.00, M4: 02.00-06.00) by taking into consideration a time period of twenty-four hours according to the variation of the solar irradiation quantity during a day. Sustainability analysis studies have been conducted by depending on the following indicators such as i) performance indicators (system net electric power, system energy efficiency, system exergy efficiency), ii) environmental indicators (global warming potential and the reduction potential of CO2 emission), iii) economic indicators (exergoeconomic factor), and iv) exergetic sustainability indicators (waste exergy ratio, exergy recoverability ratio, exergy destruction ratio, environmental effect factor, and exergetic sustainability index). Accordingly, considering the M1, M2, M3, and M4 operating modes, the maximum values of the hybrid multigeneration system have been respectively calculated to be i) 12233 kW, 12389 kW, 13926 kW, 13618 kW for the net electricity power generation, ii) %76, %82, %89, %83 for the energy efficiency, iii) 22%, 23%, 47%, 25% for the exergy efficiency, iv) 0,27, 0,29, 0,85, 0,34 for the exergetic sustainability index, v) 77.36 tons CO2-e/h, 44 tons CO2-e/h, 45.64 tons CO2-e/h, 48.64 tons CO2-e/h for the reduction potential of CO2 emission, and vi) 15.64 $/GJ, 73.67 $/GJ, 39.92 $/GJ, 48.3 $/GJ for the minimum total product unit cost. As an important expectation, it is considered that, in terms of the scientific, academic and technologic aspects, this study will, in our country, contribute to the development of hybrid multigeneration system utilizing the renewable energy sources and technologies.