Search

Bu tez çalışmasında, hem güneş hem de biyokütle kaynaklı organik Rankine çevrimi (ORC) sistemi incelenmiştir. Çalışma kararlı hal analizi ve dinamik analiz olmak üzere iki aşamadan oluşmaktadır. İlk etapta, kararlı halde temel giriş parametreleri aynı olan 3 tane ORC sistemi seçilmiştir. Bu 3 sistemin aldığı ısı miktarı aynı olup ısıyı aldıkları enerji kaynakları farklıdır. İlk sistem sadece biyokütle enerjisi kaynaklı iken, ikinci sistem güneş enerjisi kaynaklı, üçüncüsü ise hem güneş hem de biyokütle enerjisi (hibrit) kaynaklıdır. Sistemlere enerji, ekserji ve termoekonomik analizler uygulanmıştır. Analizler için, ilk önce sistem bileşenlerini çevreleyen birçok kontrol hacmi oluşturulmuştur. Daha sonra bu kontrol hacimleri etrafında enerji, ekserji ve termoekonomik denge denklemlerinin uygulanıp, her bir durumun termodinamik özellikleri ile elektrik gücü ve ısı transferi etkileşimleri incelenip, ekserji ve birim ekserji başına maliyet hesaplanmıştır. Bu analizler sonucunda, sistemlerin elektriksel ve ekserji verimleri ile elektriğin spesifik maliyetleri (ekserji birimi başına) elde edilip karşılaştırma yapılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, hibrit sistemle dinamik analiz incelenmiştir. Bu inceleme kapsamında elektrik şebekesi olmayan küçük çaplı bir işletmeye ORC sistemi ve bataryalarla elektrik gücü sağlanması amaçlanmıştır. İşletmenin saatlik elektrik ihtiyacına göre ORC sisteminin ürettiği elektrik gücü değişken olup ihtiyaca göre bataryalardan elektrik gücü çekilmiş yada bataryalara elektrik gücü depolanmıştır. Dinamik analiz TRNSYS programı ile yapılmış olup, 3 farklı kısmi yük aralığına sahip ORC sisteminin ekonomik olarak karşılaştırılması yapılmıştır., In this thesis, biomass and solar fired organic Rankine cycle (ORC) are examined. There is two parts in this study; steady state analysis and transient analysis. Firstly, three different ORC system is chosen. These systems differ from each other in terms of the energy technology providing the heat transfer to the ORC. For this purpose, biomass burner, parabolic trough solar collector (PTSC), and a combination of those are used. For analyses, numerous control volumes surrounding the system components are formed. Then, applying energy, exergy and thermoeconomic analysis around these control volumes, efficiencies, and cost per unit of exergy are calculated. The effects of biomass type and solar irradiation on the performance and cost are assessed. The energy and exergy-based performance and electricity cost of these systems are also compared with each other for the baseline conditions and different number of PTSCs. In the second stage of the study, dynamic analysis with hybrid system was examined. Within the scope of this study, it is aimed to provide electrical power to ORC system and batteries for a small application without electricity grid. The power produced by the ORC system is variable according to the hourly electricity demand of the application, and the electrical power is supplied from the batteries according to the need or the electrical power is stored in the batteries. Dynamic analysis was performed with TRNSYS program and economic comparison of ORC system with 3 different partial load ranges are made.

Dünyamızda kaynaklarımız hızlı bir şekilde azalmakta olup, tüketilen enerji miktarının ise hızla artması sadece çevre koruması ve ekosistem ile ilgili bir mesele olmaktan çıkmıştır. Enerji kullanımı ile alakalı yeni oluşumların gündeme taşınmasına neden olmuştur. Enerjiyi verimli kullanmak ile ilgili çok sayıda çalışmalar yapılmaktadır. Günümüzde iklimlendirme sistemlerinin kullanımı oldukça yaygındır. Bu sebepledir ki enerji tüketiminin yüksek olduğu bu iklimlendirme sistemlerinde tasarruflu yatırımlar yapılması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında soğutma sistemlerinde enerji tüketimi daha az ve doğa dostu sistemlerden biri olan evaporatif soğutma sistemi ele alınacaktır. Bu çalışmada Ankara ilinde bir veri merkezinin soğutulması üzerine çalışmalar yapılmıştır. 7 gün 24 saat soğutma yapılması gereken bu veri merkezi için evaporatif soğutmalı klima santrali seçilmiştir. Bir veri merkezinin iklimlendirilmesi için doğru soğutma sisteminin seçilmesi çok önemlidir. Bu amaçla ekonomik ve verimli çözümler elde edebilmek için klasik soğutma sistemi olan buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi ile direkt evaporatif soğutma sistemi karşılaştırılmıştır. Bu sistemlerin enerji sarfiyatları ve ekonomikliklerinin analizleri yapılmıştır. Sistemlerin güç tüketimleri incelendiğinde mekanik buhar sıkıştırmalı sistemin güç tüketimi evaporatif sisteminkinden yaklaşık 2,5 kat daha fazla güç tükettiği görülmüştür. Ekonomik analizde ise net şimdiki değer metodu ve geri ödeme yöntemi kullanılmıştır. Bu çalışmaların sonucuna göre; mekanik buhar sıkıştırma yöntemi hem ilk yatırım maliyeti hem de işletme maliyetleri açısından oldukça yüksektir. Evaporatif soğutma sistemi enerji sarfiyatı açısından da klasik sisteme göre daha düşük olduğu görülmüştür. Sistemlerin maksimum iş yapabilme kapasitesini belirlemek ve gerekli iyileştirmeleri sağlamak amacıyla ekserji analizi yapılmıştır. Her ünite için ekserji kayıpları ayrı ayrı hesaplanmıştır. Sonuçlar grafiklerle gösterilmiş ve tartışılmıştır. In our world our resources are rapidly decrasing and the increasing of the consumed energy also is not only a matter of the ecosystem and enviromental protection. It has caused to new regulations related to energy use. There are many studies related to use energy efficient Today the using of HVAC systems are quite common. For this reason, hvac equipments should be made investments efficiently.In this thesis study, the evaporative coooling system that is less energy consumption and nature-friendly at cooling systems has been handled. At this study, the studies have been carried out on cooling of a data center at Ankara. Evaporative cooling with air handling unit has been chosen for the data center that is required cooling for 7 days 24 hours. Choosing the right cooling system for air conditioning of data center is very important. In his study, studies are conducted on the cooling of a data center in Ankara. For the purpose, the mechanical vapor compression system that known as classical cooling system and direct evaporative cooling system are was compared to obtain economic and efficient solutions. Energy consumption ans economics of these systems are analyzed. When the power consumption of the systems are examined, it seen that the mechanical vapor system consumed power 2,5 times more than the evaporative cooling system. The net present value method and the payback method are used in economic analysis. The results of calculations show that the mechanical vapor compression system are very high both initial investment and operating costs. Evaporative cooling system has been found to be lower in terms of energy consumption compared to classical cooling system. Exergy analysis was performed to determine the maximum work capacity of the systems and to provide the necessary improvments. Loss of exergy is calculated for each equiıment. Results are illustrated with graphics and discussed. 86

Ülkemiz, enerji kaynaklarında %70'ten fazla dışa bağımlıdır. Bu nedenle, enerji kaynaklarının bilinçli ve daha verimli kullanılması oldukça önemlidir. Enerji kaynaklarından etkin bir biçimde yararlanma yöntemlerinden biri de ısı ve güç üretiminin birleşik olduğu (kojenerasyon, trijenerasyon gibi) sistemlerdir. Bir trijenerasyon (üçlü üretim) sisteminde enerji kaynağı (örneğin doğalgaz) kullanılarak elektrik, ısıtma ve soğutma gibi üç farklı enerjiye geçiş sağlanabilmekte ve oluşan kayıplar minimize edilerek enerjinin faydalı kullanımı artırılabilmektedir.Bu tezde, üçlü üretim sisteminin enerji ve ekserji analizleri yapılarak bir termodinamik model oluşturulacaktır. Termodinamik yöntemler arasında önemi sürekli artan termo-ekonomik değerlendirmede, ikinci yasaya göre sistem analizine dayanan ekonomik bir analiz ve optimizasyon söz konusudur. Termo-ekonomik analizin ilk aşaması sistemin ikinci yasaya dayalı ekserji analizinin kapsamlı bir şekilde gerçekleştirilmesidir. Böylece tüm alt sistemler ve ekipmanlar için elde edilen ekserji kayıplarının sisteme getirdiği maliyetler ele alınabilmekte ve sistemin kayıplarının minimize edilecek şekilde tasarlanması ve optimize edilmesi mümkün olmaktadır. Termodinamik analizlerin ardından sistemde yer alan komponentlerin yatırım ve sistemin işletme masrafları dikkate alınarak ekonomik değerlendirme yürütülecektir. İncelenen sistemlerin sürdürülebilirliği ve toplam maliyeti, bu analizler yardımıyla ortaya konmaya çalışılacaktır. Gaz ve buhar çevrimlerinin yanı sıra soğutma amacıyla kullanılacak absorpsiyonlu çevrim için, üçlü üretim sisteminin ısı ve elektrik yüklerine göre en uygun çalışma koşulları tespit edilecektir. Our country is foreign dependent in energy sources at a rate of above 70 percent. Therefore, it is very important to use the energy sources consciously and more efficiently. Among the methods for effectively utilizing the energy sources are the use of trigeneration system and cogeneration system combining the heat and power production. In a trigeneration system, transmission to three different energies such as electricity, heating and cooling can be provided and the occurring loss is minimized, thereby advantageous use of energy can be increased with the use of energy source (for instance, natural gas).In this thesis, by considering different scenarios, a thermoeconomic model will be formed by performing the energy, exergy and economic analysis of a trigeneration system including all the sub-cycles thereof. In the thermoeconomic evaluation, the importance of which is continuously increasing in thermodynamic methods, an economic analysis and optimization based on the system analysis according to the second law are mentioned. The first stage of the thermoeconomic analysis is to perform the exergy analysis of the system based on the second law extensively. Thus, the costs brought to the system by the loss of exergy obtained for all the sub-systems and equipment can be discussed and it is possible to design and optimize the system in a manner to minimize its loss. Subsequent to the thermodynamic analysis, an economic evaluation will be performed by considering the investment expenses of the components in the system and operating expenses of the system. Sustainability and total cost of the systems examined will be attempted to be presented by means of these analyses. Optimum operating conditions will be detected for the absorption cycle to be used for cooling in addition to the gas and steam cycles according to the heat and electricity loads of the trigeneration system. 89

Bu çalışmada doğalgaz yakıtlı bir kazanda baca gazındaki duyulur ve gizli enerji kayıplarının geri kazanımı araştırılmış ve gizli enerjinin geri kazanımı için baca gazındaki su buharının yoğuşması olayı incelenmiştir. Bu nedenle Atatürk Üniversitesi bölgesel ısıtma sistemindeki gerçek işletme verileri alınmıştır. Bu sisteme ait enerji geri kazanımı için uygulanabilir çeşitli senaryolar düşünülmüştür. Bu senaryolarda kullanılan ekonomizer, yoğuşmalı ekonomizer ve hava ön ısıtıcısı gibi ısı değiştiricilerin seçimi, tasarımı ve tüm senaryoların enerji, ekserji ve ekonomik analizi yapılmıştır. Yoğuşmalı ekonomizer tasarım hesaplarında sonlu farklar metodu kullanılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda her biri 80 m2 yüzey alanına sahip 316 kalite yatay paslanmaz çelik borulardan yapılmış 3 adet yoğuşmalı ekonomizer yardımıyla 184 adet lojman dairesinin sıcak su ihtiyacı karşılanabilmektedir. Bu senaryonun yaklaşık maliyeti 205 176,06 TL olup sistemin geri ödeme süresi 3 aydır. Sistemin 20 yıllık ekonomik ömrü boyunca sağlayacağı toplam tasarruf miktarı şimdiki değer metodu kullanılarak 12 443 041,31 TL olarak hesaplanmıştır. In this study, recovery of sensible and latent energy losses from flue gas in a natural gas fired boiler was researched and investigated water vapour condensing in flue gas for recovery of latent energy. For this reason, actual operation data were taken in Ataturk University district heating system. Various feasible scenarios were thinked for energy recovery relating to this system. Selection and design of heat exchangers which were used in these scenarios and energy, exergy and economical analysis of all of the scenarios were done. Finite difference method was used in the condensing economizer design calculations. As a result of calculations, hot water needs of 184 flats could be supplied adding out of boilers in the heating system three condensing economizer having 80 m2 heat transfer area made of AISI 316 stainless steel horizontal pipes. Capital cost of is 205 176,06 TL and payback period is three months of this scenario. During 20 years economic life total savings of the system was calculated 12 443 041,31 TL with present value metod. 192

Bu çalışmada, mevcut sistemlerde çoğunlukla kullanılan CFC grubu soğutucu akışkanlardan R12, R22, ve R502 soğutucu akışkanları yerine, HFC grubu soğutucu akışkanlarından R134a, R152a, R125, R143a ve R32 soğutucu akışkanları ve HC grubundan R290 ve R600a soğutucu akışkanları kullanılmıştır. Daha önce belirlenmiş optimum karışım oranları temel alınarak alternatif soğutucu akışkan olarak, altı adet ikili, dört adet üçlü soğutucu akışkan karışımı, buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde çalışma akışkanı olarak kullanılmıştır. Bu soğutucu akışkanların kullanıldığı soğutma sisteminde bulunan elemanların termodinamik ve ekonomik (yatırım, işletme maliyeti) yönden analizi yapılmıştır. Bu kapsamda termodinamiğin birinci ve ikinci kanununa göre soğutma sisteminin analizi yapılmıştır. Soğutucu akışkanlar ve karışımlarıyla ilgili termofiziksel özelliklerin elde edilebildiği REFPROP 8.0 yazılımı kullanılarak soğutma çevrimlerinin istenilen noktalardaki termofiziksel özellik değerleri alınmıştır. Buharlaşma ve yoğuşma bölgelerinde, basınç değerleri değiştirilerek, soğutma sistemlerine I. Kanun analizi (soğutma tesir katsayısı incelenmesi) ve II. Kanun analizi (tersinmezliklerin incelenmesi) yapılmış ve tüm soğutma sistemi termoekonomik optimizasyona tabi tutulmuştur. Termoekonomik optimizasyon yöntemi olarak yapısal bağ katsayısı yöntemi (CSB) kullanılarak yoğuşturucu ve buharlaştırıcının etkenlik katsayıları (ε) optimize edilmiştir. Optimizasyon sonucunda, optimum yoğuşturucu ve buharlaştırıcı basınç değerlerine karşılık optimum etkinlik katsayıları bulunmuştur. In this study, most used refrigerants in current systems, three of the CFCs, R12, R22 and R502 and five of the HCFs, R134a, R152a, R125, R143a and R32, and two of the HCs, R290 and R600a, are used as alternative refrigerants. Based upon previously determined optimum mixture ratios, six binary and four ternary refrigerant mixtures are used as working fluids in a vapour compression refrigeration system. Refrigeration system components using as working fluids of refrigerant mixtures above mentioned are analysed based on thermodynamics and economical (investment cost, refrigeration system operation cost) point of views. Thermophysical property values of intended points in refrigeration cycles are taken from REFPROP 8.0 software which gives refrigerant and refrigerant mixtures thermophysical properties. First law analysis (observation of coefficient of analysis) and second law analysis (examination of irreversibility) are carried out by changing pressure values at evaporation and condensation area and then the whole system has been assessed to thermoeconomic optimization. Effectiveness coefficients of condenser and evaporator are optimized by using coefficient of structural bond method (CSB). At the end of the optimization, optimum condenser and evaporator pressures of heat exchangers effectiveness coefficients corresponding to these pressures are determined. 130

Bu çalışmada öncelikle gıda sektörlerine genel bir bakış ile enerjinin önemi vurgulanmıştır. Gıda sektöründeki enerji verimliliği için termodinamik kanun verimlilikleri incelenmiştir. Enerji verimliliği ve enerji yönetimi için örnek olarak şeker sektörü ele alınmıştır. Bu sebep ile Türkiye'nin en büyük kuruluşlarından Konya Çumra Şeker fabrikası entegre tesisi çalışmada göz önüne alınarak enerji ve ekserji analizleri uygulanmıştır. Fabrikanın tüm proseslerinin enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca fabrikanın 2008 ile 2011 yılları arasında enerji yönetimi için enerji tüketim miktarları çıkarılmıştır. Bu çalışmalar ışığı altında proseslerde iyileştirme sağlayabilmek için değişik senaryolarla analizler yapılmıştır. Bu senaryolar sonucunda da termoekonomik analizler uygulanmıştır. Bu çalışmalara destek olması açısından SPSS İstatiksel Metottan faydalanılmıştır. Sonuç olarak fabrikanın enerji ? ekserji analiz sonuçlarına göre yapılan termoekonomik analiz ile fabrika karının arttırılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. This study emphasizes the importance of energy with an overview of the entire food sector. Energy efficiencies related to thermodynamic laws are investigatedfor the food sector. Energy efficiency and energy management are discussed taking the sugar sector as an example. For this reason the Cumra Sugar integratedfactoryin Konya, one of the Turkey's largest companies, was taken into account to perform the energy and exergy analyzes are realized. Energy and exergy analyzes of all the processes in the plant. In addition, the energy performance analysis of the factory is determined for the energy managementbetween the years 2008 and 2011 purposes. In the light of these studies, different system scenarios are carried out to improve energy consumption quantity. According to the results of these scenarios thermoeconomic analyzes are applied. SPSS statistical method was utilized in these studies to present the results. As a result, it is concluded that using the results of thermoeconomic analysis based on the plant energy ? exergy analysis, the profits of the factory would be improved. 235

Günümüzde fosil enerji kaynaklarının azalması ve olumsuz çevresel etkileri yüzünden yenilenebilir enerji kaynaklarına özellikle jeotermal enerjiye olan ilgi artmaktadır. Bu olumsuz etkileri azaltmak için jeotermal enerji kullanımında enerji sistem tasarımını geliştirmek için sistematik bazı yaklaşımlar geliştirmek önemli hale gelmiştir. Böylece verimli ve maliyeti düşük enerji dönüşüm sistemlerinin tasarımı, enerji mühendisleri için yüzleştikleri bir mücadele haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında mevcut jeotermal bir ikili güç sisteminin (Bereket Jeotermal Güç Sistemi) geleneksel ve ileri ekserji analizleri yapılmıştır. Bu sayede sistem ve bileşenlerinde yok olan ekserji hakkında derinlemesine bilgiler toplanmış; sistemin termodinamik performansı değerlendirilerek geliştirilmesine odaklanılmıştır. İleri ekserji analizi yapılarak sistem bileşenleri arasındaki etkileşimler (içsel/dışsal kısımlar) ve yapılabilecek iyileştirmenin gerçek performansları (kaçınılmaz/önlenebilir kısımlar) araştırılmıştır. Çalışma sonucunca öncelikli iyileştirilecek bileşenler geleneksel ekserji analizinde KON 1, TURB 1 ve BUH 2 ve ileri ekserji analizinde KON 1, KON 2 ve ON-ISI 1 olarak sıralandığı görülmüştür. Böylece ileri ekserji analizinin sonuçlarının geleneksel ekserji analizininkinden daha nitelikli olduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak sistemin gerçek şartlarda toplam sistem verimi %9,60 iken sistem üzerindeki iyileştirmelerle modifiye ekserji verim %18,26'ya çıkarılabilecektir.Anahtar Kelimeler: Jeotermal Enerji, Güç Üretim Sistemi, Termodinamik Analiz,İleri Ekserji Analizi, Performans İyileştirmesi In recent years, the interest in renewable energy resources, especially geothermal energy has increased due to a decrease in fossil energy resources and the negative environmental impacts. To reduce these negative effects, it has become important to develop more accurate and systematic approaches for improving the design of energy system in usage of geothermal energy. Thus the design of efficient and cost-effective energy conversion systems is an on-going challenge facing energy engineers. In this study, both conventional and advanced exergy analyzes of an existing geothermal binary power system (Bereket Geothermal Power Plant) were conducted. In this way, about the exergy destroyed in the system and its components was collected in-depth information; it was focused on the development by evaluating the thermodynamics performance of the system. By applying the advanced exergy analysis, the interactions between system components (endogenous/exogenous parts) and the actual performance of the reasonable improvement (unavoidable/avoidable parts) were investigated. The result of the study was shown that the primary improved components are ordered as the CON 1, TURB 1 and VAP 2 for the conventional exergy analysis, and the CON 1, CON 2 and PRE-HE 1 for the advanced exergy analysis. It was understood that the results of the advanced exergy analysis are more qualified than those of the traditional exergy analysis. As a result, the modified exergy efficiency can be removed to 18.26% with the improvements made on the system, while total system efficiency is 9.60% in the real conditions of the system.Keywords: Geothermal Energy, Power Generation System, ThermodynamicAnalysis, Advanced Exergy Analysis, Performance Improvement 73

Enerjinin istendiği zaman ve istenilen yerde kullanılmaya hazır olması istenir. Enerjiyi istediğimiz zaman kullanabilmek için onu saklamaya depolama denir. Enerjiyi çok değişik formlarda depolama yöntemleri bulunmaktadır.Bu çalışma kapsamında enerji depolama ve enerji depolama yöntemlerinin teorik olarak araştırılması planlanmıştır. Bu çalışmada başlıca enerji depolama yöntemlerinden biri olan basınçlı hava enerji depolama yöntemi ele alınmış olup, uygun bir tuz domu ortamında üç ayrı sistem üzerinde termodinamik ve ekonomik çalışmalar yapılarak sistemlerin kıyaslaması ortaya konmuştur. Yapılan hesaplamalar doğrultusunda kompresörlerin verimleri; DB için 0,79, OB için 0,83 ve YB için 0,83, türbinlerin verimleride DB için 0,79 ve YB için 0,83 olarak hesaplanmış ve her üç system içinde aynı veriler değerlendirilmiştir. Toplam sistem verimleri çalışması kapsamında ısı depolu sistemin 0,39?luk verim ile 0,33?lük verime sahip geleneksel ve 0,34?lük verime sahip gaz türbinli sisteme göre daha verimli olduğu ortaya konmuştur. Toplam yatırım maliyetleri, finansman ve amortisman giderleri değerlendirmesi sonucunda sistem verimi olarak en yüksek olan ısı depolu sistemin 4,6 yıllık bir geri ödeme süresi ile en ekonomik sistem olduğu hesaplanmıştır. Ekonomik analiz çalışması kapsamında geleneksel sistemin geri ödeme süresi 5,5 yıl, gaz türbini ile kombine çalışan sisteminde 4,9 yıl olduğu ortaya çıkmaktadır. Yıllık 40 çevrim esasına göre yapılan hesaplamalarda her üç sisteminde ortalama yıllık 160 milyon TL?lik bir kâr sağladığı ortaya konmuştur. Anahtar Sözcükler:Basınçlı hava, kaverna, tuz domu, elektrik, enerji depolama Energy is required to be ready for use at any time and at any desired place. Energystorages called when we want to keep it for use. There are many different forms ofenergy storage methods. Scope of this study was to investigate the theoretical energy storage and energy storage methods. In this study,the main energy storage,compressed air energy storage method,which iso ne of the methods are discussed and a saltdome in accordance with the thermodynamic and economic studies done on the system in three different comparison systems have been introduced. The efficiency of the compressors according to the calculations, LP 0.79, 0.83 for IP and HP 0.83 for the turbines to LP efficiencies calculated as 0.79 and 0.83for HP and the data was analyzed in each of the three systems. Total system with heat storage system under study yields 0.39 efficiency with a yield of 0.33 and 0.34yield the traditional yield is more efficient than gas turbine system have been revealed. Total investment cost, financing and depreciation costs as a result ofevaluation of efficiency of the system as a heat storage system, which is the highestwith a payback period of 4.6 years is estimated to be the most economical system. Under the traditional system of economic analysis, payback period of 5.5 years ofoperation of the gas turbine is combined with a working system to be 4.9 years. Each of the three cycle system of calculations made on the basis of 40 cycle the average annual profit of $ 160 million that has been provided.Keywords: Energy storage, salt dome, compressed air, energy 107

Bu çalışmada, atık su arıtma sistemlerinde üretilen biyogazın elektrik ve hidrojen üretiminde kullanımının termodinamik ve termoekonomik analiz ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Termodinamik ve termoekonomik analizler için geliştirilen prosedür ve formüller Gaziantep'te bulunan gerçek bir kentsel atık su arıtma tesisine ve biyogaz motor tahrikli gerçek bir kojenerasyon sistemine [GASKI] uygulanmıştır. Mevcut atık su arıtma tesisi günde 222.000 m3 atık suyu arıtmaktadır ve tesisteki çamur şartlandırma işlemi sonucu günde ortalama 10.000?18.000 m3 biyogaz üretilmektedir. Kojenerasyon sisteminde bulunan biyogaz motoru yıllık 8760 GWh elektrik üretmektedir ve bunun için toplam yıllık biyogaz tüketimi 3.400.000 m3' tür. GASKI atık su arıtma sistemi ve biyogaz motor tahrikli kojenerasyon sisteminin toplam ekserji verimi ise %46.2 olarak bulunmuştur. Yapılan termoekonomik analiz neticesinde, arıtılmış atık suyun ve üretilen elektriğin birim ekserji maliyetleri sırasıyla 3.804 ¢/m3 ve 25 $/GJ olarak hesaplanmıştır. Bu tezde, kentsel atık su arıtma sistemleri için yedi ayrı hidrojen üretim modeli geliştirilmiştir ve bu modellerin termodinamik ve ekonomik analizleri tez çalışmasında verilen gerçek işletme ve maliyet değerleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Anahtar kelimeler: Atık su arıtma sistemi, Kojenerasyon, Termodinamik, Termoekonomik, Optimizasyon, Hidrojen üretimi. In this thesis, we perform thermodynamic and thermoeconomic analysis and optimization of biogas usage in electricity and hydrogen productions from wastewater treatment systems. The procedure and formulations of the analyses are provided and applied to an actual municipal wastewater treatment plant and a biogas engine powered cogeneration system located in Gaziantep, Turkey [GASKI] using actual operational and cost data. The plant treats nearly 222,000 m3/day of domestic wastewater and as a result of the sludge stabilization in the plant, daily biogas generation is 10,000-18,000 m3. The annual electricity production of the cogeneration is 8760 GWh and the total annual biogas consumption is 3,400,000 m3. The overall exergetic efficiency of GASKI WWTP including BEPC system is found to be 46.2%. The specific unit exergetic costs for the treated wastewater and electricity produced are obtained to be 3.804 ¢/m3 and 25 $/GJ, respectively. Seven hydrogen production models for the present municipal wastewater treatment plant are developed and thermodynamic and economic analyses of these models are performed using the actual data obtained from GASKI WWTP and BEPC.Key words: Wastewater treatment, Cogeneration, Thermodynamic, Thermoeconomic, Optimization, Hydrogen production. 247

Bu çalışmada; kaskat soğutma sisteminin enerji, ekserji ve maliyet analizleri araştırıldı. Termodinamik analiz, Gaziantep şehri ve değişmeyen bir soğutucu akışkan çifti için yapıldı. Soğutma yükü, soğutulan bölge sıcaklığı ve bütün ısı eşanjörleri içindeki buharlaşma ve yoğuşma esnasındaki sıcaklıklar sabit olarak kabul edildi. Bu çalışmada dikkate alınan işletim ve tasarım parametreleri; yoğuşturucunun fan hızını, buharlaştırıcının fan hızını, HTS ve LTS kompresörlerinin izentropik verimlerini içermektedir. Birinci olarak; giren ekserji maliyeti ve Gaziantep şehri şartlarındaki işletim maliyeti arasında ödünleşim yapılarak içeriğinde ilk yatırım ve işletim maliyetlerini bulunduran toplam maliyet hesaplaması ve akabinde her bir parametrenin toplam maliyete olan etkisinin belirlenmesi yapıldı. İkinci olarak; sezonluk dış ortam sıcaklığı değişiminin dikkate alınmasıyla elde edilen yıllık işletim maliyetinin belirlenmesi pratik bir enerji tasarrufu kıyaslama zemini teşkil eder. Mevcut termodinamik analizin sonuçları gösterdi ki; Eğer LTS ve HTS kompresör izentropik verimlilikleri, hava-soğutmalı yoğuşturucu ve buharlaştırıcı fan hızları gibi karar parametreleri optimize edilirse kaskat soğutma sisteminin yıllık maliyeti yüzde 30.86 oranında azaltılabilir. Eğer dış ortam sıcaklık değişimi dikkate alınır ise sistemin yıllık toplam işletim maliyeti yüzde 11 oranında ve yıllık toplam maliyeti yüzde 2.36 oranında azaltılabilir. Nihai olarak, bu çalışmada kullanılan yaklaşıma göre yıllık maliyet tasarrufunun tamamı yaklaşık yüzde 33.22 oranındadır. In this study, energy, exergy, and cost analyses of cascade refrigeration system is investigated. Thermodynamic analysis is conducted for the Gaziantep city environment temperature for a fixed refrigerant couple. The cooling load, refrigerated space temperature and the temperatures during evaporation and condensations in all heat exchangers are considered to be constant. The operation and design parameters considered in this study include condenser fan velocity, evaporator fan velocity, isentropic efficiency of HTS compressor and isentropic efficiency of LTS compressor. Firstly, estimation of total cost including investment cost and operation cost at Gaziantep dead state by trade-off between the input exergy cost and capital (purchase) cost then determination of the effect of each parameter on total cost are conducted. Secondly determination of operation cost per year by means of the dead state temperature variation seasons gives a practical energy saving comparison basis. Results of the present thermodynamic analysis showed that; a minimum annual cost was found for the decision parameters such as LTS and HTS compressor efficiencies, air cooled condenser and evaporator fan velocities. The total annual cost of the cascade refrigeration system can be reduced by 30.86 percent in comparison to the medium range selected. The total annual operation cost of the system can be decreased by 11 percent in comparison with operation cost of initial design and the total annual cost can be decreased by 2.36 percent where the environment temperature variation taken into account. Finally the sum of annual cost saving about 33.22 percent according to the approach in this study. 100

Bu çalışmada, Zonguldak Çatalağzı'nda kurulu bulunan 160 MW kapasiteli termik santralin ekserji ve termoekonomik analizi yapılarak performansı değerlendirilmiştir. Ekserji analizinde, sistem ve bileşenleri için ekserji verimleri, ekserji yıkımları ve iyileştirme potansiyelleri hesaplanmıştır. Termoekonomik analizde ise SPECO ve MOPSA metotları kullanılmış ve her iki metoda göre termik santralden üretilen elektriğin birim ekserji maliyeti belirlenmiştir. Ekserji analizi sonucunda, sistemde en düşük ekserji verimine sahip ekipmanların sırasıyla %29.95 ile kondanser ve %33.24 ile kazan olduğu tespit edilmiş, sistemin toplam ekserji verimi ise %39.89 olarak bulunmuştur. Sistemde en yüksek ekserji yıkımının sırasıyla 166492.26 kW ile kazanda ve 11608.33 kW ile kondanserde meydana geldiği tespit edilmiştir. Sistemdeki toplam ekserji yıkımı ise 217773.65 kW olarak bulunmuştur. Sistemde, 111150.23 kW ile kazan ve 8131.64 kW ile kondanserin en yüksek iyileştirme potansiyeline sahip ekipmanlar olduğu belirlenmiştir. Sistemin toplam iyileştirmepotansiyeli ise 130903.74 kW olarak bulunmuştur. Santralde üretilen elektriğin birim ekserji maliyeti, SPECO metoduna göre 12.14 $/GJ olarak bulunurken, MOPSA metoduna göre ise 14.06 $/GJ olarak bulunmuştur. Üretilen elektriğin birim ekserji maliyeti için farklı sonuçlar elde edilmesinin nedenleri; her iki metodun farklı prensiplere sahip olması ve her iki metot için yapılması gereken farklı kabullerden kaynaklandığı düşünülmektedir. In this study, the performance of the power plant with 160 MW capacity located in Zonguldak Catalagzi was evaluated by performing exergy and thermoeconomics analysis. Exergy efficiencies, exergy destructions and improvement potentials for the system and its components were calculated in the exergy analysis. As for thermoeconomics analysis, SPECO and MOPSA methods were used and the unit exergy cost of electricity produced by plant was defined in respect to both methods. As a result of exergy analysis, it was determined that the equipments having minimum exergy efficiency in the system are the condenser with %29.95 and the boiler with %33.24 and the overall exergy efficiency of the system was found to be %39.89. It was determined that the highest exergy destruction in the system occurs in the boiler with 166492.26 kW and in the condenser with 11608.33 kW, respectively. The overall exergy destruction of the system was found to be 217773.65 kW. It was defined that the equipments having highest improvement potential in the system arethe boiler with 111150.23 kW and the condenser with 8131.64 kW. The overall improvement potential of the system was found to be 130903.74 kW. The unit exergy cost of electricity produced by plant was found to be 14.06 $/GJ in respect to MOPSA, while it was found to be 12.14 $/GJ in respect to SPECO. It is thought that the reasons of obtaining different results for the unit exergy cost electricity produced are result from that both methods have different principles and different assumptions are required for both methods. 96

Teknolojinin gelişmesiyle dünyada enerji ihtiyacının artması ve buna bağlı olarak sınırlı yakıt kaynaklarının her geçen gün azalması, enerjiyi daha verimli kullanan sistemler üzerinde çalışmalar yapılmasına sebep olmuştur.Bu doktora tez çalışmasında, enerjiyi yoğun olarak kullanan, kullanılmış kâğıttan yeni kâğıt üreten bir kâğıt üretim tesisinin enerji, ekserji ve termoekonomik analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre kâğıt üretim tesisinde enerji tüketimi bakımından yapılabilecek iyileştirme çalışmaları hakkında bilgi verilmiştir.Tez çalışması sekiz ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm konuyla ilgili literatür araştırması ve tezin amacını kapsamaktadır.İkinci bölümde geri dönüştürülebilir kullanılmış kâğıttan yeni kâğıt üretimi detaylı bir şekilde açıklanmıştır.Üçüncü bölümde ise tez kapsamında incelenen kâğıt üretim tesisi tanıtılmıştır.Dördüncü bölümde termodinamiğin I. ve II. kanunu, ekserji analizi ve termoekonomik analiz yöntemi hakkında teorik bilgiler verilmiştir.Beşinci bölümde incelenen kâğıt üretim tesisine termodinamik ve termoekonomik analiz yöntemlerinin uygulanması detaylı olarak açıklanmıştır.Altıncı bölümde yapay sinir ağları açıklanarak, kâğıt üretim tesisine yapay sinir ağları yönteminin uygulanması ile elde edilen sonuçlar gösterilmiştir.Yedinci bölümde incelenen kâğıt üretim tesisinde enerji ekonomisi sağlayacak teorik iyileştirme çalışmalarına yer verilmiştir.Son bölüm olan sekizinci bölümde sonuçlar değerlendirilerek önerilerde bulunulmuştur. Increasing energy demand of the world because of technological developements and the limited fuel resources diminishing day by day causes researchers to study about energy efficient systems.In this Ph.D Thesis, energy, exergy and thermoeconomic anaylsis of a facility which produces paper from recycled material was accomplished. According to calculated results, suggestions are made for reducing energy consumption in paper production facility.This thesis consists of eight main chapters. The first chapter covers literature study and purpose of the thesis.In the second chapter, production of recycled paper investigated extensively.The third chapter gives information about the paper production facility investigated in this study.In chapter four, theoretical knowledge is given about first and second laws of thermodynamics, exergy analysis, thermoeconomic analysis.In the fifth chapter, the implementation of the thermodynamic and thermoeconomic analysis methods to the investigated paper production facility are described in detail.In chapter six, after giving information about artificial neural networks, its application and results to the paper production facility was stated in detail.In the seventh chapter, theoretical studies that is related with energy economy of the paper production facility are given.In the last chapter results were evaluated and suggestions are made. 239

Çalışmada güneş enerjisi ile çalışan soğurmalı soğutma sistemlerinde güneş enerjisi şiddetindeki ve soğutma ihtiyacı hızındaki zamanla değişimleri dengelemek için üç farklı enerji depolama yöntemi önerilmiş ve bunların termoekonomik etkinliği karşılaştırılmıştır. Üç enerji depolama yönteminin her birinin termoekonomik etkinliği uygulama şartlarına göre eniyilenerek (optimize edilerek) bulunan en uygun sistemler birbirleri ile pratikteki sayısal değerler, örneğin Antalya çevresindeki bir otel, için karşılaştırılmıştır. In this study, with the aim of balancing the time varying solar energy intensity and cooling need in the solar absorption refrigeration systems, three different storage systems have been suggested and compared based on their thermoeconomic efficiencies. Thermoeconomic efficiencies of the three storage systems have been optimized with respect to implementation conditions and most suitable systems obtained have been compared for the practical numerical values such as a hotel located in Antalya region. 94

Hidrojen, bazılarınca geleceğin enerji kaynağı olarak görülen ve üzerinde çok sayıda araştırmanın yapıldığı alternatif bir enerji kaynağıdır. Hidrojenin geleceğin enerjisi olabilmesi için yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak üretilmesi, üretim, depolama, taşıma ve kullanımı gibi konulardaki teknik ve ekonomik problemlerin aşılması gerekmektedir. Hidrojen üretiminde kullanılan birçok yöntem vardır. Hem elektrik hem de ısı girdisi gerektirebilen bu metotlarda güneş, rüzgâr ve hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının yanı sıra nükleer enerjinin kullanımı da üzerinde çokça çalışılan konular arasındadır. Hidrojen sıkıştırılmış gaz olarak depolanabileceği ve taşınabileceği gibi sıvılaştırılarak sıvı fazında çok daha küçük bir hacimde muhafaza edilebilir. Hidrojen sıvılaştırması yüksek miktarda enerji tüketimi gerektiren ve ileri soğutma tekniklerinin kullanıldığı bir işlemdir.Bu tezde, jeotermal enerjinin hidrojen üretimi ve sıvılaştırmasında kullanımının termodinamik ve ekonomik olarak araştırılması yapılmıştır. Bu amaçla hidrojenin farklı üretim ve sıvılaştırma teknikleri incelenerek jeotermal enerjinin kullanımına uygun metotlar tespit edilmiş ve jeotermal enerjinin kullanılabileceği uygun modeller oluşturulmuştur. Bu modeller, bilgisayar ortamında simüle edilerek modellerin termodinamik ve ekonomik analizleri gerçekleştirilmiş ve farklı modeller, termodinamik ve ekonomik performans kriterleri yardımıyla karşılaştırılmıştır. Modellerde hem jeotermal ısı hem de jeotermalden üretilen elektrik girdi olarak kullanılmıştır. Güç üretimi için çift akışkanlı jeotermal çevrim seçilmiştir. Hidrojen üretimi için elektroliz ve yüksek sıcaklıkta elektroliz metotları kullanılmıştır. Hidrojen sıvılaştırmasında ön soğutmalı Linde-Hampson çevrimi kullanılmış ve sıvılaştırma öncesi ön soğutma için absorpsiyonlu soğutma sistemi uygun modellere entegre edilmiştir.Bu sistemlerle geliştirilen 7 modelin termodinamik ve ekonomik analizleri gerçekleştirilerek birim kg ile üretilebilecek ve sıvılaştırılabilecek hidrojen miktarları her bir model için hesaplanmış ve birim kg hidrojenin üretim ve sıvılaştırma maliyeti araştırılmıştır. Bu performans parametrelerinin jeotermal kaynak sıcaklığı ile değişimi incelenmiş ve birim kg başına üretilebilecek hidrojen miktarının jeotermal sıcaklıkla arttığı ve birim hidrojen maliyetinin azaldığı tespit edilmiştir. Toplam maliyet incelemesi sonucunda sıvılaştırma ünitesi olan modellerin toplam yatırım maliyetinin daha fazla olduğu ortaya çıkmıştır. Elde edilen sonuçların güneş, rüzgâr ve nükleer gibi diğer enerji kaynaklarının kullanımı ile ilgili literatürden elde edilen sonuçlarla karşılaştırması yapılmıştır. Jeotermal destekli hidrojen üretimi, diğer yenilenebilir kaynaklarla hidrojen üretimine benzer bir performans göstermektedir. Geliştirilen 7 modelin Türkiye'deki jeotermal kaynaklara uygulaması yapılarak, bu modeller yardımıyla Türkiye'deki jeotermal kaynaklardan elde edilebilecek hidrojen miktarları tahmini yapılmıştır. Bu çalışmada yapılan analizler ve elde edilen sonuçlar, jeotermal enerjiden hidrojen üretimi ve sıvılaştırmasının mevcut teknolojilerle gerçekleştirilebilecek uygun bir alternatif olduğunu ve muhtemel bir hidrojen ekonomisinde önemli bir yer tutabileceğini göstermektedir.Anahtar Kelimeler: Hidrojen, jeotermal enerji, hidrojen üretimi, hidrojen sıvılaştırılması, hidrojen ekonomisi, hidrojen maliyeti. Hydrogen, an alternative energy source, is subject of a lot of research work and some consider it as the energy of the future. If hydrogen is to become the energy of the future, it must be produced using renewable energy sources and the technical and economic problems on its production, storage, transportation, and use should be solved. There are various methods used in hydrogen production. These methods may require both electricity and heat inputs and renewable energies such as solar, wind, hydro and nuclear energy use are being investigated. Hydrogen can be stored and transported either as compressed gas or as a liquid occupying a small volume after being liquefied. Hydrogen liquefaction requires considerable energy consumption and involves advanced refrigeration techniques.The subject of this thesis is the thermodynamic and economic investigation of geothermal energy use in hydrogen production and liquefaction. For this aim, various methods used in hydrogen production and liquefaction are examined, the methods most suitable for geothermal energy use are identified, and appropriate models for using geothermal energy are structured. These models are simulated in computer environment, thermodynamic and economic analyses are done, and these models are compared using thermodynamic and economic performance criteria. When structuring the models, alternatives such as direct use of geothermal heat and/or the use of produced electricity are considered. A binary geothermal cycle is selected for power production. Electrolysis and high-temperature electrolysis are used for hydrogen production and a precooled Linde-Hampson cycle is used for hydrogen liquefaction. Also, an absorption refrigeration system is incorporated into the models for precooling of hydrogen before liquefaction.Seven models are developed and their thermodynamic and economic analyses are performed. The amount of hydrogen production and liquefaction per unit mass of geothermal water and the cost of producing and liquefying a unit mass of hydrogen are calculated for each model. The effects of geothermal water temperature on these performance parameters are studied. It appears that the amount of hydrogen production per unit mass of geothermal water increases and the cost of hydrogen production decreases as the geothermal temperature increases. An economic analysis indicates that the initial costs of the models involving hydrogen liquefaction are higher compared to the models not including liquefaction. The results of this thesis are compared to those involving wind, solar, and nuclear-based hydrogen production. The models developed in this study are applied to the geothermal resources in Turkey, and the potential amounts of hydrogen production are estimated.The results of this thesis indicate that geothermal-based hydrogen production and liquefaction may take an important place in a future renewable-based hydrogen economy as it can be accomplished with the current systems and technology.Keywords: Hydrogen, geothermal energy, hydrogen production, hydrogen liquefaction, hydrogen economy, hydrogen cost. 171

Birçok kimyasal proseste enerji kullanımının çok önemli bir yeri vardır. Çeşitli maddelerin değişime uğratıldığı bu tür proseslerde, enerji maliyeti toplam üretim maliyetinin önemli bir kısmını kapsar. Bu maliyetin minimum düzeyde tutulması, proseslerin termoekonomik analizleri yapılarak iyileştirilmeleri ile sağlanabilir.Petrol rafinerilerinde genellikle enerjinin yoğun olarak kullanıldığı prosesler yer alır. Bu proseslerde enerji tüketimi ve enerji kayıpları fazladır. Petrol rafinerilerinde ısıl enerjinin büyük bir kısmı rafinerinin ilk ünitesi olan ham petrol destilasyon ünitesinde kullanılır. Bu durumda, destilasyon ünitelerinin termoekonomik analizleri yapılarak iyileştirilmeleri, enerji tasarrufu ve dolayısıyla maliyeti düşürme açısından büyük önem taşımaktadır.Bu çalışmada, SimSci Pro/II 8.2 proses benzetim programı yardımıyla, TÜPRAŞ İzmit rafinerisindeki bir ham petrol destilasyon ünitesinin enerji, ekserji ve termoekonomik analizleri yapılmıştır. Ayrıca, çalışma şartlarının ekserji verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Energy usage is a significant aspect of many chemical processes. For these types of processes where various materials undergo substantial transformations, energy cost represents an important part of the overall production cost. Maintaining the cost of energy at its minimum level may be ensured by conducting thermoeconomic analysis.Petroleum refineries are energy intensive processes. Energy consumption and energy losses are excessive in these processes. Most of thermal energy used in petroleum refineries is consumed in crude oil distillation units. Therefore, conducting the thermoeconomic analysis of distillation units and thus improving their performance, is of utmost importance to ensure energy saving and related cost minimization.In this thesis, the thermoeconomic analyses of a crude oil distillation unit of TÜPRAŞ İzmit refinery were done based on mass, energy and exergy balances with the aid of SimSci Pro/II 8.2 process simulation software. Also, the effects of varying the operating conditions on exergy efficiency were investigated. 151

Bu çalışmada Türkiye'de çalışmakta olan bir termik santralin II. ünitesine termoekonomik metodu uygulanarak ünite ekipmanlarının her birinin termoekonomik analizi ve değerlendirilmesi yapılmıştır.Yapılacak olan analizin daha kolay anlaşılması için başlangıçta genel termodinamik kavramları ve bağıntıları özetlenmiştir. Daha sonra enerji, ekserji, ekserji komponentleri ve termoekonomik hesaplama yöntemi bağıntıları ile verilerek özetlenmiştir.Uygulama bölümünde ise termik santralin ünitesinde belirlenen yirmi yedi düğüm noktasının termodinamik özellikleri belirlenmiş, bu belirlemelere göre her bir düğümün enerji ve ekserji değerleri hesaplanmıştır. Bulunan sonuçlar ile her ekipmanın ayrı ayrı enerji ve ekserji dengeleri kurularak ortalama ekserji maliyetleri belirlenmiş, kayıp ve tahrip olan enerji ve ekserjiler bulunmuş, yok olan ekserji oranı belirlenerek eksergoekonomik faktörler çıkarılmıştır. Bütün bu verilerin doğrultusunda sonuçlar grafiksel olarak değerlendirilmiş ve ekipmanlar birbirleri ile karşılaştırılmıştır.Son kısmında ise sonuçlar arasında bağlantı kurularak düzeltme yapılabilecek ekipmanlar belirtilerek çözüm önerileri verilmiştir. In this study thermoeconomic analysis and evaluation of each unit of a thermal power plant, running in Turkey, is done to II. unit by applying the method of thermoeconomic.In order to make it easier to be understood general thermodynamic concepts and correlations of the analysis which is going to be done are summerized from the beginning. Then energy, exergy, components of exergy and correlations of thermoeconomic calculation methods have been summarized.In application section, thermodynamic features of twenty seven knot points detected at unit of thermal power plant have been defined, each knot?s energy and exergy values have been calculated according to the findings. With the results gained, every equipment avarage exergy costs have been determined by setting energy and exergy balances, lost and destroyed energy and exergies have been found, exergoeconomic factors have been put out by determining the eliminated exergy ratio. Results have been evaluated graphically and equipments have been compared to each other according to these data.At the last part solution offers have been given by determining editible equipments by making a connection among results. 101

Enerjinin yoğun olarak kullanıldığı ve/veya değişime uğratıldığı proseslerde, enerji maliyeti proses maliyetinin önemli bir kısmını oluşturur. Dolayısıyla, bir prosesin toplam maliyetinin minimum düzeyde tutulması, termodinamik analizlerin yapılarak prosesin iyileştirilmesi ve enerji maliyetinin düşürülmesi ile sağlanabilir.Hem konvansiyonel elektrik üretim proseslerinde, hem de elektrik ile ısıl enerjinin ortak üretimini amaçlayan ve bu bakımdan ayrı olarak sürdürülen üretim proseslerine göre daha büyük bir birincil enerjiyi tasarruf etme potansiyeline sahip olan kojenerasyon proseslerinde, enerji tüketimi ve enerji kayıpları fazla olduğundan, sistem bileşenlerinin ve tüm sistemin termodinamik analizleri yapılarak verimliliğin arttırılması, enerji tasarrufu ve buna bağlı olarak enerji maliyetini ve dolayısıyla toplam maliyeti düşürme açısından önem taşımaktadır. Bu tip sistemler, termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları kullanılarak analiz edilebilir ve ekserji analizi olarak bilinen bu analiz çalışmaları sonucunda sistemler, verimlilik ve ekonomik açıdan değerlendirilebilir. Elde edilen sonuçlar temelinde, yüksek enerji verimine ve düşük maliyete sahip sistemler tasarlanabilir.Bu çalışmada, ERDEMİR Ereğli Demir ve Çelik Fabrikası'na ait ve her biri 40 MW gücünde iki adet gaz türbini, gaz türbinlerinin egzoz gazlarının değerlendirildiği toplam 160 ton/saat buhar üretim kapasiteli iki adet atık ısı kazanı, toplam elektrik üretim gücü 90 MW olan dört adet türbin-jeneratör grubu, hava üfleme kapasiteleri sırasıyla 3600, 4500, 3700 m3/dak olan üç adet türbin-körük grubu, nominal işletmede 25 MW gücünde elektrik üretimi yapan bir türbin-jeneratör-körük grubu ve toplam buhar üretim kapasitesi 600 ton/saat olan beş adet buhar kazanından oluşan kojenerasyon ve konvansiyonel elektrik üretim tesisleri incelenmiştir. Çalışma şartları ile ilgili veriler toplanarak, Thermoflex paket programı kullanılarak tesisin benzetimi yapılmıştır. Elde edilen bulgular mevcut proses verileri ile karşılaştırılmıştır. Kütle, enerji, ekserji ve maliyet denklikleri kurularak, sisteme ait her bir birimin ve tüm sistemin ekserji ve termoekonomik analizleri yapılmıştır. Energy usage is a significant aspect of many processes. For processes where energy is intensively used or/and undergo substantial transformation, the cost of energy represents an important part of overall costs. Thus maintaining total costs at minimum level may be ensured only through conducting thermodynamic analyses and decreasing the energy costs.Since the energy consumption and energy losses are excessive in conventional electrical energy generation processes and in cogeneration processes - processes developed to produce both electricity and thermal energy generally in the form of steam or hot water, and thus with great potential of saving primary energy in comparison to separate generation processes - conducting thermodynamic analyses for each equipment and for overall plant, and then improving them, is of utmost importance to ensure energy saving and related cost minimization. For these types of systems, thermodynamic analyses based on the first and second law of thermodynamics known as energy and exergy analyses are done to attain high efficiency and cost effectiveness.In this study, the cogeneration and conventional electrical energy generation plants of ERDEMİR Ereğli Iron and Steel Factory was studied. There are two gas turbines each of 40 MW, two waste heat boilers processing the exhaust gas from gas turbines of 160 ton/h total capacity, four turbine-generator groups of 90 MW total electricity generation power, three turbine-blower groups of 3600, 4500, 3700 m3/min capacities, one turbine-generator-blower group of 25 MW nominal electricity generation power, five steam generators of 600 ton/h total steam generation capacity in the system to be studied. The operation conditions were measured, the simulation of the process was done by using the Thermoflex process simulation software, and the results obtained were compared with the existing process data. The mass, energy, exergy and cost balance equations were developed, and the exergy and thermoeconomic analyses were done individually for each main piece of equipment in the system and for overall system. 198

Bu çalışmada özellikle kış ayları için fosil yakıt tüketimini minimuma indirgeyebilmek amacı ile bedava bir kaynak olan ve ülkemizde de bol miktarda bulunan güneş enerjisinden faydalanarak binaların ısıtılmasında kullanılabilecek bir sistem geliştirilmiş ve bu sistemin verimliliği matematiksel olarak nümerik yöntemle araştırılmıştır.Öncelikle bu çalışmada güneş enerjisi kaynaklı ısı pompası destekli ısıtma sisteminin performans incelemesi yapılmıştır. Bunun için Türkiye'nin güneş bakımından daha zengin olan güney bölgelerinden Antalya ili ele alınmıştır. Yıl boyunca güneş enerjisinin kullanılabilirliği incelenmiş ve bu enerji kaynağı kullanılarak ısı pompası desteği ile binaların ısıtılmasındaki uygulanabilirlik alanları belirlenmiştir. Bununla birlikte güneşin tek başına yeterli olmaması durumunda, yardımcı enerji kaynağı destekli bir sistem kurulması düşünülmüştür.Tüm bunları belirleyebilmek için sistemin enerji ve ekserji analizleri yapılmış güneş enerjisi kaynaklı ısı pompası destekli ısıtma sisteminin avantajı ile kayda değer bir enerji tasarrufu olup olmadığı ve sistemin verimliliği araştırılmıştır. Güneş enerjisinin sistem tarafından ne kadar etkili kullanıldığını, ısı pompasının getirdiği avantajları araştırmak için termodinamik ve termoekonomik analizler yapılmıştır. In this study; a system has been developed which can be used for heating buildings by utilizing solar energy, which is free and abundant in our country, with the aim of minimizing fossil based fuel consumption especially at wintertime and this system's efficiency has been analyzed mathematically with numerical methods.First of all; in this study the performance of a solar heat pump system is examined. The city of Antalya is chosen for this study which is in the southern region of Turkey with an abundant source of solar energy. The usability of solar energy throughout the year is examined and its application areas in building heating with the utilization of heat pumps are determined. In addition an auxiliary system with an alternative energy source is considered in case solar energy is insufficient by itself.In order to determine all of the above; energy and exergetic analysis of the system is performed. The advantages of the solar heat pump heating system is studied considering the amount of energy saved and the efficiency of the system. Thermodynamic and thermoeconomic analysis has been carried out in order to determine how effectively the solar energy is utilized by the system and the advantages of solar heat pump. 297

oz JET MOTORLARININ BENZETİŞİMİ VE J-79 MOTORU KULLANAN BİRISI-GÜÇ SİSTEMİNİN TERMOEKONOMİK OPTİMİZASYONU Narin, Bekir Yüksek Lisans, Havacılık Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Yalçın A. Göğüs Eylül 2001, 183 sayfa Bu çalışmada Fİ 10-GE-l00 turbofan motorunun benzetişimi gerçekleştirilmiş ve bu amaçla geliştirilen kod, J-79 turbojet motorunun benzetişimi için uyarlanmıştır. Geliştirilen kod genellikle incelenenlere ilaveten şu etkileri göz önüne almaktadır: Özgül ısının sıcaklık ve bileşime bağımlılığı, soğutma havasının çekildiği kompresör kademesinin kompresör güç ihtiyacına ve türbin gücüne etkisi, yanma odası basınç düşüşünün hava debisine göre değişimi. Bilinmeyen motor parametreleri motorun sıfır düzeyi benzetişim modeli sonuçları, bremze ölçme sonuçlan ile karşılaştırılarak belirlenmiştir (tuning). Model, dönel parçaların verimlerinin tasarım dışı şartlar için değişimlerinin eşit olduğunu varsaydı ve bu doğrulandı. Kod, uçuş şartlarında verimlerin performans haritaları yardımıyla bulunması için geliştirildi. Performans haritalarını oluşturmak için bremze sonuçlarını ya da literatürden alman genel performans haritalarını kullanan özel teknikler uygulandı.J-79 motorunun güç üretiminde kullanılması için öngörülen dört farklı düzen, uygun olanları belirlemek için gözden geçirildi. Bunlardan biri, motor lülesi yerine gaz türbini kullanan, termoekonomik optimizasyonu da içerecek şekilde detaylı olarak incelendi. Kompresörün hızını ve kademe sayısını düşürerek şaft işinin bir kısmının acil durum elektrik üretimi için kullanılmasının uygun olduğu düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Benzetişim, Gaz Türbinleri, Sıfır Seviye Benzetişim, Jet Motorları, Performans Haritaları, Benzetişim Parametrelerinin Ayarlanması, Termoekonomik Optimizasyon, Kojenerasyon, Acil Durum Elektrik Üretimi. vı ABSTRACT SIMULATION OF JET ENGINES AND THERMOECONOMIC OPTIMIZATION OF A COGENERATION SYSTEM INCORPORATING J-79 TURBOJET ENGINE Narin, Bekir M.S., Department of Aeronautical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Yalçın A. Göğüs September 2001, 183 pages In this study, simulation of F110-GE-100 turbofan engine is performed and the code developed for this purpose is adapted for the simulation of J-79 turbojet engine. This code takes into account the following effects in addition to the usual ones: Dependence of specific heat on temperature and on composition, variation of compressor power requirement and turbine power output due to bleed of cooling air at earlier stages of the compressor, variation of combustion chamber pressure drop with mass flow rate. This model assumed and verifies that changes of efficiencies of rotating components due to off-design operation is equal to each other. For flying conditions the code is improved to calculate the efficiencies using the performance maps and matching of rotating components. To determine the unknown engine parameters a tuning procedure is applied by using zero level simulation model of mthe engine and test bed measurement results. To construct the jet engine component performance maps, some special techniques are used, which utilize the test bed measurement results and general component maps taken from literature. Four different possibilities of utilization of J-79 engines for power production have been studied initially to see the promising ones. One of them, replacing the nozzle with a power turbine, is studied in detail including thermoeconomic optimization. It appears as feasible to obtain shaft work from J-79 engine for emergency electric generation by reducing the speed and number of stages of the compressor. Keywords: Simulation, Gas Turbines, Zero Level Simulation, Jet Engines, Performance Maps, Tuning of Simulation Parameters, Thermoeconomic Optimization, Cogeneration, Emergency Electric Generation. IV 183

TERMOEKONOMİK ANALİZ VE BİR GAZ TÜRBİNLİ GÜÇ ÜRETME ÇEVRİMİNE UYGULANMASI Ömer TUNA Anahtar Kelimeler: Termoekonomi, Ekserji Analizi, Gaz Türbinli Sistemler Özet: Literatürdeki termoekonomi teorisi incelendi. Bunlardan termoekonominin tek bir modelle çözülmesi teorisi çok basit bir gaz türbinli çevrime Valero tarafından uygulanmıştır. Bu teorik çalışmada bu basit termodinamik sistemin yatırım ve işletme maliyetleri termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarına (ekserji metodu) göre değerlendirilip optimum bir çözümün her türlü durum düşünülerek nasıl yapılacağı (termoekonomi) açıklanmıştır. Bu çalışmalar incelendiğinde termoekonomi için en iyi modelin Valeronun önerdiği model olduğu görülmüştür. Bu tezde gerçek bir gaz türbinli çevrim ele alınarak termoekonomi uygulanmıştır. Bu uygulamada termoekonomik analizi yapmak için elde edilen matematiksel bağıntılar Lagrange fonksiyonunda yerlerine konuldu. Minimum maliyetin elde edilmesi için Lagrange fonksiyonunun, tespit edilen ana değişkenler ve Lagrange çarpanlarına göre türevleri alındı. Amaç fonksiyon olan Lagrange fonksiyonun minimum olması için elde edilen türevler sıfıra eşitlendi. Sonuçta dokuz bilinmeyen için dokuz adet nonlineer bir denklem sistemi elde edildi. Bu denklem sistemleri bilgisayar yardımıyla ve herhangi bir nümerik metotla çözülebilir. THE THERMOECONOMIC ANALYSIS AND AN APPLICATION OF THE POWER PRODUCTION CYCLE WITH GAS TURBINE Ömer TUNA Key words: Thermoeconomy, Exergy Analysis, Gas Turbine Systems Abstract: The theory of the thermoeconomy in the literature was examined. One of the thermoeconomy theories, that were developed by Valero, that call unification of thermoeconomy is the best model for applying thermodynamic systems. This model has involved either cost procedure (investment and cyclic cost) or thermodynamic analysis (based on the first and second lows of thermodynamics) by using exergy and cost of exergy methods. In this study, Valero' s thermoeconomy model was applied to the applicable power production cycle with gas turbine. The mathematical model of thermoeconomy of this system is developed and minimisation of cost and exergy of system are obtained with using Lagrange multipliers. As result nine nonlineer equations are drived with nine unknowns from this method. Three of unknowns are main variables of cycle and rest of them Lagrange multipliers. The system of nonlineer equations is solved with any numerical method. 169