A thermoeconomic optimization of a binary geothermal power plant

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2021

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ZEKERİYA ÖZCAN

Danışman: Özgür Ekici

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışma ikili (binary) tip bir jeotermal güç santralinin termodinamik açıdan analizi ve elde edilen sonuçlara dayalı olarak termoekonomik yönden optimizasyonu amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda ilk olarak güneybatı Anadolu'da Aydın/Germencik bölgesinde halihazırda faaliyette olan bir jeotermal güç santralinden santralin dizayn noktası ve dizayn dışı çalışma noktalarıyla ilgili veriler toplanmıştır. Elde edilen verilere dayalı olarak çeşitli simülasyonlar sonucunda santralin bir termodinamik modeli oluşturulmuş ve bu model santralin kendi çıktıları (net güç, birinci ve ikinci yasa verimi gibi) ile literatürde yer alan benzer santrallerin çıktıları kullanılmak suretiyle doğrulanmıştır. Bu model vasıtasıyla santralin ilk planda bir ekserji analizi gerçekleştirilmiştir. Ekserji analizini takiben mevcut santralde iş akışkanı seçimini daha efektif hale getirmek için 4 adımdan oluşan ve termodinamik-termoekonomik kriterlere dayanan yeni bir yöntem önerisi yapılmıştır. Farklı kimyasal gruplardan 29 adet aday akışkanın yeni yönteme göre eliminasyonu sonucu R113'ün mevcut n-pentan akışkanına göre daha uygun bir alternatif olabileceği değerlendirilmiştir. Ayrıca santral çıkışında toprağa verilen jeotermal suyun yeniden kullanımı için bir geri dönüşüm sistemi önerilerek bu kuramsal sisteme R115 iş akışkanı olarak seçilmiştir. Bu vaka çalışmasından sonra santral üzerinde 3 farklı eksergoekonomik analiz yöntemi kullanılmak suretiyle ilk termodinamik model vasıtasıyla santralin birim elektrik üretim maliyeti tahmin edilmeye çalışılmış ve yöntemlerin birbirlerine kıyasla avantajları/dezavantajları tartışılmıştır. Bu aşamadan sonra santralin dizayn dışı çalışma noktalarını da yüksek hassasiyette temsil edebilecek bir dizayn dışı model oluşturma çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İlk planda iki döngüde yer alan türbin eğrilerinin tespitiyle dizayn dışı data kullanılarak termodinamik modele entegrasyonu sağlanmıştır. Türbin eğrilerinin güç ve akışkan debisi tahmin hassasiyetlerini artırmak amacıyla MATLAB ortamında çeşitli parametreler için istatistiksel modeller de kurulmuştur. Türbin eğrilerinden elde edilen sonuçlar çeşitli santral verileri ve ampirik korelasyonlarla kıyaslanmıştır. Son aşamada ise dizayn dışı veri noktaları için konveks ve gradyan bazlı optimizasyon algoritmaları kullanılarak hem retrospektif bakış açısıyla hem de değişen ortam ve başlangıç koşullarına bağlı olarak optimum santral konfigürasyonları tespit edilmiş ve öneri olarak sunulmuştur.