Theses supervised by Doç. Dr. Cuma Karakuş
10 theses · İskenderun Technical University
Yakınsama sıcaklığı ve güç üretim potansiyelinin tespiti için ORÇ tasarımı ve çok amaçlı optimizasyonu
Dünyada her geçen gün artan enerji talebi alternatif enerji kaynaklarına, yenilenebilir enerji kaynaklarına ve enerji geri kazanım yöntemlerine olan ihtiyacı artırmaktadır. Dünyadaki arz-talep dengesini korumak için üretilen enerjinin büyük bir bölümü sanayi sektöründe tüketilmektedir. Sanayi tesisleri arasında en fazla enerji tüketim payına sahip sektörlerin başında demir ve çelik üretim sektörü gelmektedir. Bu çalışmada, bir demir-çelik fabrikası tav fırınından atılan egzoz gazının sıcaklık ve debi değerleri analiz edilmiş ve bir yıl boyunca kaydedilmiştir. Bu veriler dikkate alınarak yıllık ortalama egzoz gazı sıcaklığı ve debisi baz alınıp bir organik Rankine çevrimi sistemi tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında iki farklı ıslak tip akışkan (etanol, metanol), iki farklı izantropik akışkan (aseton, büten) ve iki farklı kuru tip akışkan (siklohekzan, benzen) olmak üzere toplam altı farklı akışkan seçilmiştir. Birinci aşamada, tav fırınından elde edilen veriler doğrultusunda akışkanların optimum yakınsama noktası sıcaklık farkları tespit edilmiş, ikinci aşamada ise bu yakınsama noktası sıcaklık farklarının sistem performansına etkileri incelenmiştir. Son olarak bu akışkanların çevre ve ekonomik analizleri yapılmıştır. Tez kapsamında yapılan bu çalışma sonucunda en yüksek termal verim %17,05 ile benzen akışkanında elde edilirken en yüksek ekserji verimi %58,76 ile metanolde elde edilmiştir. Ayrıca seçilen akışkanlar arasında en yüksek CO2 emisyon azaltım miktarı 1935,9 ton/yıl ile Benzen akışkanında elde edilmiştir. Buna ek olarak Benzen ve Metanol en yüksek ilk yatırım maliyetine sahip akışkanlar olmasına rağmen sırasıyla (3,6 yıl ve 3,7 yıl) geri ödeme süreleri ile en yüksek karlılığa sahip akışkanlar oldukları görülmüştür.
Gaziantep ili biyogaz potansiyelinin araştırılması ve çiftlik tipi 50 m3 kapasiteli biyogaz tesis tasarımı
Sera gazı salımının artmasıyla yenilenebilir enerji kaynakları kullanımına yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarında yılın her mevsiminde enerji elde edilebilecek kaynaklar arasında biyogaz gelmektedir. Bu çalışmada T×İK'ten alınan veriler doğrultusunda Gaziantep ili için 2017 ila 2021 yılları arasındaki büyükbaş, küçükbaş ve kümes hayvanları verileri kullanılarak Gaziantep ili ilçelerinin biyogaz potansiyeli, CO2 salım azaltım miktarı ve Gaziantep ilinde saatlik metan üretimi üretimi 50 m3 olan biyogaz tesisi tasarımı yapılmıştır. Tez kapsamında Gaziantep ilinde büyükbaş hayvanlardan en yüksek metan orana 12 999,45 m3 ile Nizip ilçesi ve küçükbaş ve kümes hayvanları içerisinde en yüksek metan oranları sırasıyla 824,60 m3, 8744,64 m3 ile Şehitkamil ilçesidir. Saatlik 50 m3 metan üretimine sahip biyogaz tesisinde 1575 MWh'lik elektirik enerjisi üretimi yapılabilceği ve elde edilen elektrik enerjisi ile yılda 3216,5 ton CO2 salımın azaltımının gerçekleştirilebileceği hesaplanmıştır. Tesisin genel kurulum maliyetinin 600 000 $ ve yıllık işletme maliyeti ise 65 000 $ ve elektrik üretiminden elde edilecek yıllık gelirin ise yaklaşık 200 000 $ civarında olduğundan tesisin geri ödeme süresi yaklaşık 4 yıl olarak hesaplanmıştır
Doğu Akdeniz bölgesinin rüzgar enerji potansiyelinin incelenmesi
Türkiye'nin yüksek enerji ihtiyacı ve bu enerji ihtiyacını yerli kaynaklardan sağlamaya çalışması, son yıllarda ülkenin enerji politikalarını yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde yoğunlaşmasını sağlamıştır. Türkiye yüksek rüzgar enerji potansiyeline sahip bir ülkedir. Ancak halen rüzgar açısından birçok verimli bölge ekonomiye kazandırılmayı beklemektedir. Bu çalışmada rüzgar potansiyeli yüksek bir bölge analiz edilmiş ve bölgeye kurulacağı varsayılan bir rüzgar enerji santralinin ön fizibilite çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Hatay ili Belen ilçesinde yapılan çalışmanın birinci bölümünde, 2013-2016 yılları arasında Belen meteoroloji istasyonunda kaydedilen saatlik rüzgar hızı ve rüzgar yönü verileri kullanarak WAsP programı yardımı ile her yıl için ayrı ayrı rüzgar enerji potansiyeli incelenmiştir. Aynı bölge içerisinde 2012 yılından beri enerji üretimine devam eden ve gerçek elektrik enerjisi üretim miktarı bilinen bir rüzgar enerji santrali de bulunmaktadır. Bölgedeki rüzgar enerji santralinde bulunan iki adet rüzgar türbini referans türbinler olarak seçilmiştir. İki türbinin gerçek üretim değerleri ile WAsP programı yardımıyla bulunan yıllık elektrik enerjisi üretim değerleri karşılaştırılmıştır. Bu iki rüzgar türbini teorik çalışmaya noktasal olarak hata analizi yapılmasına olanak sağlamıştır. Çalışmanın ikinci kısmında ise çalışmanın ilk kısmında hazırlanan rüzgar enerji potansiyeli atlası üzerinde rüzgar açısından verimli olduğu tespit edilen, Güzelyayla yerleşimine 30 MW'lık rüzgar enerji santrali kurulacağı varsayılmıştır. Yapılan teknik analiz sonucu enerji santralinin yıllık üretim miktarı ve kapasite faktörü bulunmuştur. Bu veriler ışığında RETScreen programı yardımı ile santralin ön fizibilite çalışması yapılmıştır. Kurulacak enerji santralinin basit geri ödeme süresi, öz sermaye geri ödeme süresi, karlılık, nakit akışı ve eşdeğer CO2 emisyon azaltılması gibi birçok sonuca ulaşılmıştır. Sonuç olarak Belen bölgesinde rüzgar enerji potansiyelinin yüksek ve çok yüksek olarak sınıflandırılan alanlara sahip olduğu ve hali hazırda kurulu santrallerin bulunduğu bölgeler dışında, rüzgar potansiyeli yüksek alanlar olduğu tespit edilmiştir. Bu alanlara rüzgar enerjisi santrali kurulabileceği ve olumlu sonuçlar alınabileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Hatay bölgesi rüzgar enerjisi potansiyelinin olasılık dağılımları ve yapay sinir ağları ile modellenmesi
Enerji ihtiyacını büyük oranda ithalat yolu ile karşılayan Türkiye, döviz kurlarında meydana gelen dalgalanmalar, küresel siyasi ve mali krizler nedeniyle ekonomik gelişimini devam ettirebilmek için enerji kaynaklarını çeşitlendirmek zorundadır. 2023 vizyonu çerçevesinde ekonomik hedeflerini üst düzeyde tutan Türkiye, enerjide dışa bağımlılığını azaltmak için yenilenebilir enerji kaynaklarının değerlendirilmesi için destekleyici önlemler almaktadır. Özellikle rüzgar enerjisi kullanımı ve üretimi gerek maddi olarak gerekse kanun ve yönetmelikler çerçevesinde yoğun bir biçimde desteklenmektedir. Rüzgar hızı verisinin olasılık dağılımının kusursuz olarak belirlenmesi bir bölgenin sahip olduğu rüzgar hızı ve rüzgar enerjisi potansiyelinin istatistiksel olarak değerlendirilmesi açısından en önemli adımdır. Bu çalışmada kıyısal Akdeniz şehri Hatay'da bulunan Türkiye Meteoroloji Genel Müdürlüğü'ne ait meteoroloji istasyonundan tedarik edilen 10 m yükseklikte ölçülen günlük, aylık ve yıllık ortalama rüzgar hızları kullanılarak rüzgar karakteristikleri ve potansiyeli analiz edilmiştir. İstatistiksel analizlerde yaygın olarak kullanılan Weibull ve bölgede daha önce denenmemiş olan Burr ve genelleştirilmiş Gamma dağılım fonksiyonları da mevcut veriye uygulanmıştır. Antakya bölgesinin rüzgar hızı dağılım eğrileri, ortalama rüzgar hızları ve rüzgar gücü değerleri Weibull, Burr (4P) ve Gen. Gamma dağılım kullanılarak elde edilmiştir. Weibull, Burr (4P) ve Gen. Gamma dağılım parametreleri için parametre kestirim tekniği olarak, Maksimum Olabilirlik Metodu (MOM) kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, Kolmogorov-Smirnov (D) ve Chi-Square (χ²) uyum iyiliği testleri ile Belirleme Katsayısı (R²) ve Ortalama Hata Kareleri Toplamının Karekökü (RMSE) hata analizleri ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak araştırılan bölgenin rüzgar gücü yoğunluğun düşük olduğu bulunmuştur. Diğer yandan değişken hava koşulları nedeniyle rüzgar enerjisi potansiyelini tahmin etmek önemli bir problemdir. Yapay Sinir Ağları rüzgar hızı, hava sıcaklığı ve nemlilik gibi temel hava parametrelerine dayalı olarak rüzgar gücü üretim sistemlerinde anlık veya kısa dönemli modellemelerde kullanılmaktadır. Bu çalışmada saatlik temel hava verileri (THV) ve bunlara ait alt istatistiki veriler (AİV), rüzgar türbini güç üretimini tahmin etmek için kullanılmıştır. Bu çalışmada kullanılan hava verileri rüzgar hızı ve yönü, hava sıcaklığı ve basıncından oluşmaktadır. Bu parametrelerin alt istatistiki verileri ise hava parametrelerinin maksimum, minimum, ortalama, standart sapma, çarpıklık ve basıklık değerlerinden oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı özelinde THV' ye bağlı olarak bir rüzgar türbini tarafından günlük toplam güç üretimi (Ptop), maksimum (Pmak) ve minimum (Pmin) güç üretimi ile AİV arasındaki ilişkiyi temsil eden model geliştirmektir. Tahmin modellerinde, Ptop, Pmak ve Pmin değerleri ayrı ayrı bağımlı değişkenler olarak simüle edilirken, AİV' sini oluşturan parametreler ise bağımsız değişkenler olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada uygulanan adımsal regresyon, bağımlı değişkenler üzerinde etkin olan bağımsız değişkenleri belirlemek ve etkin olmayan değişkenleri ise modelleme sürecinde elimine etmek için kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda tespit edilen etkin parametreler ve güç üretimi değerleri yapay sinir ağı modellerini eğitme ve test aşamasında kullanılmıştır. Hata değerlendirme testleri sonucunda adımsal regresyon tabanlı yapay sinir ağı modeli lineer yaklaşımdan daha başarılı sonuçlar bulmuştur. Son yıllarda yenilenebilir enerji kaynakları arasında kullanımı giderek artan rüzgâr enerjisi birçok ülkede ve ülkemizde yerli üretim, alım garantisi, vergi muafiyeti gibi yöntemlerle teşvik edilmektedir. Zira hammadde ihtiyacının olmaması, temiz bir enerji kaynağı olması ve dışa bağımlılığı azaltması gibi nedenler, rüzgâr enerjisine yatırımı cazip kılmaktadır. Rüzgar enerjisi yatırım fizibilite çalışması iki aşamalı bir çalışmadır. Beklenen finansal getirileri tanımlamak için enerji üretim tahmini ilk aşamadır. İkinci aşamada ise yatırım, işletme ve bakım maliyetleri ile birim enerji maliyeti tahmin edilir. Bu çalışmada son olarak bir rüzgar çiftliği yatırım projesi başlangıcında örnek bir rüzgar türbini için değişken yatırım kredi faiz koşullarını içeren senaryolar kullanılarak ekonomik değerlendirme yapmak amaçlanmıştır. Ayrıca rüzgar enerjisi yatırım kararını de etkileyen farklı faiz oranlarının birim enerji üretim maliyetleri üzerindeki etkisi belirlenmiştir.
Akdeniz bölgesinde kurulacak olan güneş kulesinin enerji ve ekserji analizi
Dünyada artan sanayileşme ve nüfus büyümesiyle doğru orantılı olarak ülkeler her geçen gün daha fazla enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Artan enerji talebini hızlı ve ucuz biçimde karşılamak isteyen ülke politikaları, enerji üretiminin çoğunluğunun fosil yakıtlardan karşılanmasına neden olmaktadır. Bu politikalardan dolayı çevreye ve insan sağlığına olumsuz etki yaratacak birçok faktör açığa çıkmaktadır. Bunlardan en önemlisi çevre kirliliği ve küresel ısınmadır. Çevre kirliliği dünyada yaşayan tüm canlıların sağlığı üzerinde büyük risk oluşturmaktadır. Özellikle fosil yakıtların enerji üretimi amaçlı yakılması sonucu ortaya çıkan gazlar bu riskler üzerinde en önemli etkendir. Başta CO2 olmak üzere diğer sera gazlarının atmosferde birikmeye başlamasıyla, küresel ısınmanın en büyük sebebi olan sera etkisi oluşmakta ve iklim değişikliğine neden olmaktadır. İklim değişikliği ile birlikte insan hayatı için vazgeçilmez olan su kaynakları azalmakta, dünyanın akciğerleri olan ormanlar yangın sebebiyle hızla azalmakta ve kuraklık oluşmaktadır. Ek olarak, fosil yakıtlar gelecekte tükenme tehlikesiyle karşı karşıya olup güvenilir enerji kaynakları değildirler. Fosil yakıtların, yukarıda bahsedilen bu nedenlerden dolayı kullanımının azaltılması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneşi kullanan, bir güneş kulesi güç tesisinin enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Tesisin kurulum yeri için, demir çelik sanayisi gelişmiş olan, aynı zamanda yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş için çok uygun güneşlenme değerleri ve araziler bulunan İskenderun bölgesi seçilmiştir. Yapılan simülasyon ve analizler sonucunda sistemin maksimum ve minimum verimleri hesaplanıp, maksimum Carnot, termal ve ekserjik verimi % 74,664, % 45,814 ve % 47,27 olarak hesaplanırken, minimum değerleri sırasıyla % 58,278, % 38,106 ve % 39,04 olarak bulunmuştur. Sistemden aylık en düşük net güç üretimi aralık ayında kule çıkış sıcaklığı 500 oC'de iken 989 MW-saat/ay, sistemden elde edilen maksimum güç ise temmuz ayı kule çıkış sıcaklığı 1000 oC'de iken 17172 MW-saat/ay olarak hesaplanmıştır. Son olarak sistemden bir yıl içerisinde elde edilebilecek net güç hesaplanıp, 89253 MW-saat/yıl olarak bulunmuştur.
Regresyon ve multi regresyon analizleri kullanılarak güneş ışınım miktarının tahmininde yeni modellerin oluşturulması
Güneş enerji sistemlerinin kurulmadan önce o bölgenin meteorolojik verileri incelenmeli ve en az bir yıllık güneş potansiyeline bakılmalıdır. Meteoroloji istasyonlarında ölçümler sürekli olarak kayıt altına alınmaktadır. Fakat bu ölçümlerin yapılabilmesi için maliyetli güneş ışınımı ölçüm cihazları, kalifiye eleman ve toplanan verilerin düzgün bir şekilde muhafaza edilmesi gibi zorlukları vardır. Teknik arıza, kalibre ve diğer sorunlardan dolayı kesintisiz bir şekilde veri toplanması imkansız hale gelmektedir. Bu ve bunun gibi sebeplerden dolayı bölgelere yönelik güneş ışınımı tahmin modellerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada Meteoroloji Müdürlüğü'nden alınan veriler kullanılarak günlük ve aylık ortalama günlük güneş ışınımı modelleri geliştirilmiştir. Bu modelleri geliştirmek için lineer ve multi regresyon analizleri kullanılmıştır. Bu analizler sonrasında Lineer, Kareli, Kübik, Multi 1 ve Multi 2 tipte modeller oluşturulmuştur. Adana, Antakya, Antalya, Burdur, Elbistan, Isparta, İskenderun, Karaman, Konya, Mersin, Niğde, Tarsus ve Ürgüp bölgeleri için günlük ve aylık ortalama günlük güneş ışınımı tahmin modelleri literatüre kazandırılmıştır. Oluşturulan bu modellerin tahmin performansını görebilmek için hem kendi aralarında hem de literatürdeki modeller ile karşılaştırılması yapılmıştır. Bu karşılaştırmayı yaparken MBE, MPE%, RMSE, NSE, MAPE%, RSE ve R² gibi hata analizleri yapılmıştır. Lineer tip regresyon modeli güneş ışınımı ve süresine bağlı olduğundan dolayı tahmin edebilmede bazen yetersiz kalabilmektedir. Bundan dolayı multi tip regresyonda bağıl nem, sıcaklık, toprak sıcaklığı ve bulutluluk gibi parametrelerin eklenmesi tahmin edebilme kabiliyeti analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarında geliştirilen modellerde günlük ışınım tahmininde kübik tip modellerin lineer ve kareli tip modellerine göre daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Aylık ortalama günlük güneş ışınımı tahmininde ise geliştirilen Multi-2 tip modelin en iyi performansı gösterdiği bulunmuştur.
Yüksek fırınlardaki ıslak tip tepe basıncı türbinlerinde elektrik üretimini etkileyen parametrelerin incelenmesi
Enerji ihtiyacının gün geçtikçe artış gösterdiği günümüzde, yeni enerji kaynakları arayışı giderek daha fazla önem kazanmıştır. Buna göre, enerji ihtiyacını azaltma, enerjiyi daha verimli kullanma veya atık enerjiyi geri kazanma metotları üretilmesi konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalardan bir tanesi de EDÇF (Entegre Demir-Çelik Fabrikaları)'de uygulanan yüksek fırın gazı tepe basıncı geri kazanım türbin uygulamasıdır. Tepe basıncı türbini (TBT), yüksek fırın üretim sürecinin bir çıktısı olan, yüksek basınç ve sıcaklıktaki yüksek fırın gazının sahip olduğu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir türbin-jeneratör sistemidir. Yapılan bu çalışma ile TBT'lerin çalışma mantığı anlatılmış; örnek bir TBT'nin süreç parametreleri incelenmiştir. Ortalama gözlem değerlerine göre yapılan hesaplamaya göre örnek TBT ile %26 civarında bir enerji geri kazanımı yapılabileceği görülmüştür. TBT sistemi üretimini etkileyen değişkenlerin sırayla TBT üretimiyle olan ilişkisi (korelasyon) araştırılmıştır. TBT giriş gaz debisinin ve giriş gaz basıncının TBT üretimi ile orta güçte pozitif bir ilişkiye sahip olduğu anlaşılmıştır. Gaz debisinin 100.000 m3/saat artışı 2,6 MW, giriş gaz basıncının 100 kPa artışı 3,6 MW daha fazla güç üretimi sağlamaktadır. Söz konusu TBT sistemine ait üretim değerleri ampirik olarak da hesaplanırken bir Çoklu Lineer Regresyon (ÇLR) modeli yine bu çalışmada kullanılan parametrelere dayalı bir model önerisi olarak sunulmuştur. Nihayetinde ise sistem gözlem değerleri, ampirik formüllere dayalı teorik üretim değerleri ve ÇLRM modelinin tahmin ettiği değerler, hata değerlendirme kriterleri ortalama karesel hata (Mean Squared Error-MSE), ortalama mutlak yüzdesel hata (Mean Absolute Percentage Error-MAPE) ve varyans (R2) değerleri ekseninde kıyaslanmıştır. Buna göre ÇLR modelin 0,9205 R2 değeri ile daha güçlü tahmin yeteneğine sahip olduğu görülmüştür. TBT ile enerji geri kazanımı yapılması sayesinde karbon emisyonunun 53020 ton/yıl azaltılabileceği hesaplanmıştır.
Güneş enerjisi sistemlerinin soğutulması ile enerji verimliliği ve performans analizi
Bu çalışma, sıcak iklimlerde fotovoltaik panellerde meydana gelen sıcaklık kaynaklı verim kayıplarını azaltmak amacıyla pasif su soğutma yönteminin etkilerini incelemiştir. Aynı özelliklere sahip iki polikristal PV panel kullanılmış; referans panel soğutmasız bırakılırken, diğer panel arka yüzeyine entegre edilen kanatçıklı alüminyum borular aracılığıyla dolaştırılan su ile soğutulmuştur. Deneyler İskenderun iklim koşullarında üç farklı tarihte (25 Haziran, 20 Eylül ve 2 Ekim) gerçekleştirilmiş; ilk deney sabit yük altında, diğer iki deney ise maksimum güç noktasına (MPP) yakın koşullarda yürütülmüştür. Deneysel ölçümler, soğutmalı panelin yüzey sıcaklığının referans panele göre tüm deneylerde ortalama 10–14 °C daha düşük olduğunu göstermiştir. Bu sıcaklık azalması sayesinde güç üretimi Haziran'da %9,2; Eylül'de maksimum güç noktasına (MPP) takibiyle %10,44; Ekim'de ise düşük ışınım koşullarına bağlı olarak %5,8 oranında artmıştır. Özellikle 12:00–15:00 saatleri arasında soğutmanın etkisi belirginleşmiş ve güç farkı %7–11 aralığında gerçekleşmiştir. Ayrıca çıkış suyunun ısınması, panel yüzeyinden etkin ısı çekildiğini doğrulamıştır. Elde edilen bulgular, su bazlı pasif soğutma yönteminin sıcak iklim koşullarında PV panellerin verimliliğini artırmada etkili, ekonomik ve uygulanabilir bir çözüm olduğunu göstermektedir. Özellikle yüksek güneş ışınımı ve yüksek ortam sıcaklıklarının hâkim olduğu bölgelerde, bu yöntemin PV sistemlerinin performansına önemli katkılar sağlayacağı değerlendirilmektedir.
Demir çelik sektöründe tav fırını atık enerjisinden güç üreten sistemlerle enerji geri kazanım potansiyelinin araştırılması
Gelişmiş dünyanın fosil kaynaklı yakıtlara bağımlılığı nedeniyle alternatif temiz enerji üretim sistemleri kullanmak kadar atık enerjinin tasarrufu da büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, üretici ve araştırmacılara güç çevrimleri kullanılarak atık ısının geri kazanılması konusunda kapsamlı bir bakış açısı kazandırmak ve demir çelik fabrikasında bulunan bir ara ısıtma (tav) fırını egzoz gazının enerjisinin geri kazanılması amaçlanmıştır. İlk aşamada, tav fırını sistemine Kalina çevrimi (KC) entegre ederek çevrimin parametrik optimizasyonu, enerji ve ekserji analizleri, ekonomik ve çevresel analizler ile birlikte yapılmıştır. Çalışma sırasında, türbin çalışma basıncı 80 bar alınarak türbin giriş sıcaklığı 130 °C ile 430 °C arasında (20 °C artırılarak) değiştirilmiştir. Amonyak konsantrasyonu %15'ten %95'e çıkarılmıştır (%10 arttırılarak). KC'nin parametrik optimizasyonu, değişkenlerin sistem üzerindeki etkisini karşılaştırabilmek için çok çeşitli parametreler için değerlendirilmeler yapılmıştır. KC'nin parametrik, enerji ve ekserji analizlerinden sonra, KC'nin maksimum net güç üretimi, termal verimliliği ve ekserji verimliliği 430 °C türbin giriş sıcaklığında ve %95 amonyak konsantrasyonunda 389.44 kW, %33,86 ve %68.96 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma koşullarında, KC'den elde edilen en iyi performansın, üretilen elektriğin maksimum CO2 salım azaltımı, yatırım maliyeti, birim yatırım fiyatı, geri ödeme süresi ve birim maliyeti 257,13 kg-CO2/h, 501 115 $, 1243 $/kW, 2,93 yıl ve 0,0265 $/kW olarak bulunmuştur. İkinci aşamada ise KC'nin 50 bar ile 100 bar arasındaki türbin çalışma basıncında türbin giriş sıcaklığı 130 °C ile 430 °C arasında (20 °C artırılarak) değiştirilmiştir. Amonyak konsantrasyonu %15'ten %95'e çıkarılmıştır (%10 artırılarak). KC'nin parametrik optimizasyonu, değişkenlerin sistem üzerindeki etkisini karşılaştırabilmek için çeşitli parametreler için değerlendirilmeler yapılmıştır. KC'nin parametrik, enerji ve ekserji analizlerinden sonra, KC'nin maksimum net güç üretimi, termal verimliliği ve ekserji verimliliği 430 °C türbin giriş sıcaklığında ve %95 amonyak kütle konsantrasyonunda 100 bar türbin çalışma basıncında elde edilmiş olup bu değerler 410,62 kW, %36,05 ve %73,47 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma koşullarında, KC'den elde edilen en iyi performansın, üretilen elektriğin maksimum CO2 salım azaltımı, yatırım maliyeti, birim yatırım fiyatı, geri ödeme süresi ve birim maliyeti 274.42 kg-CO2/h, 517 293 $, 1198 $/kW, 2,79 yıl ve 0,0255 $/kW olarak bulunmuştur. Üçüncü aşamada, demir çelik fabrikasında bulunan bir ara ısıtma (tav) fırını egzoz gazı atık enerjisinin geri kazanılabilmesi amacıyla aynı egzoz gazı sıcaklıklarında ve çalışma koşullarında tasarlanan Buhar Rankine Çevrimi (SRC), Organik Rankine Çevrimi (ORC) ve Kalina Çevrimleri (KC) arasında en iyi performans gösteren sisteme karar verilerek sistemlerin performans optimizasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Sistemler içerisinde en iyi performans gösteren çevrimi kullanmanın CO2 salım azaltımı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Performans ve salım açısından en iyi çevrim konfigürasyonlarına ve çevrim akışkanına karar verildikten sonra en iyi performans gösteren sistemin ekonomik ve çevresel analizleri yapılmıştır. SRC sisteminde Tav fırını baca egzoz gazı sıcaklığı 450 °C, türbin giriş basıncı = 10 bar ile 100 bar arası 10 bar artırılmış, egzoz gazı kütlesel debisi 3,73 kg/s olarak alınmıştır. Sonuç olarak en iyi performansın 100 bar türbin çalışma basıncında 440 °C türbin giriş sıcaklığında net güç 387,94 kW, net termal verim %30,19, ekserji verimi %64,99 ve CO2 salım azaltımı 256,16 kg-CO2/h hesaplanmıştır. ORC sisteminde seçilen aseton, benzen, bütan, siklohekzan, siklopentan, etanol, R11 ve R123 sekiz çalışma akışkanları için farklı çalışma basınçları ve türbin giriş sıcaklıklarına bağlı olarak net gücü, net termal verimi, ekserji verimi değişimi incelenmiştir. ORC sisteminde, etanol çalışma akışkanının mevcut durum için en iyi performansı verdiği belirlenmiştir. ORC'de türbin çalışma basıncı 10 bar ile 60 bar ve türbin giriş sıcaklığının 125 °C ile 400 °C sıcaklık aralığında değerlendirilmiştir. Analiz neticesinde 60 bar çalışma basıncında ve 375 °C'de türbin giriş sıcaklığında net güç 410,92 kW, net termal verim %30,78, ekserji verimi %66,71 ve CO2 salım azaltımı 274,61 kg-CO2/h değerinde hesaplanmıştır. ORC sisteminde 375 °C türbin giriş sıcaklığında ve 60 bar çalışma basıncında kullanılan etanol için toplam yatırım maliyeti 440 358 $, üretilen elektrik birim maliyeti 0,0228 $/kW, ve üretilen elektrik başına yatırım maliyeti değerleri, 1072 $/kW minimum geri ödeme süresi 2,07 yıl, olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, bir demir çelik tesisinde kurulu olan endüstriyel tav fırınında egzoz gazının atık ısısını kullanarak tasarlanan SRC, ORC ve KC sistemleri içerisinde en iyi performans gösteren çevrimin Etanol çalışma akışkanı kullanılarak analiz edilen Organik Rankine çevrimi olduğu belirlenmiştir. ORC sistemi ile 410,92 kW net güç, %30,78 net termal verim, %66,71 ekserji verimi ve 274,61 kg-CO2/h CO2 salım azaltımı gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda 440 358 $ toplam yatırım maliyeti, 1072 $/kW üretilen elektrik başına yatırım maliyeti, 0,0228 $/kW üretilen elektrik birim maliyeti ve 2,07 yıl minimum geri ödeme süresi ile mevcut durum için tasarlanan sistemler arasında en uygun çevrim olduğu bulunmuştur.
Gurney flap yapısının kanat aerodinamik karakteristiğine etkisinin incelemesi
Bu tez çalışmasında, Gurney flap yapısının kanat aerodinamik karakteristiğine etkisinin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Kanat profili olarak çeşitli kullanım alanlarına sahip ve simetrik bir kanat profili olana NACA 0012 kanat profili kullanılmıştır. Çalışma bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programı aracılığı ile sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Kanat veter uzunluğunun 1m olarak alındığı çalışmada, veter uzunluğuna bağlı olarak Reynolds sayısı 1×〖10〗^6 olarak alınmıştır. Analizlerde akışkan olarak hava kullanılmıştır. Çalışma içerinde Reynolds sayısı sabit parametre olarak kabul edilmiş, Gurney flap açısı, hücum açısı, Gurney flap geometrisi ve türbülans modeli değişken parametre olarak kabul edilmiştir. Türbülans modeli olarak havacılıkta sıklıkla kullanılan Spalart-Allmaras (S-A) türbülans modeli ve Shear StressTransport (SST) k-ω türbülans modeli kullanılmış, model verileri literatürde bulunan veriler ile karşılaştırılmasında SST k-ω modelin literatür verileri ile korelasyon katsayısı 0,975 çıkmıştır. S-A model verilerinin literatür verileri ile korelasyon katsayısı 0,961 olmuştur. Bu durumda SST k-ω modelinin, daha doğru sonuçlar verdiği sonucuna ulaşılmıştır. Kullanılan Gurney flap açıları arasında 90°'lik açının optimum sonuç verdiği ve bu durumun literatür ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Optimum flap açısı olarak belirlenen 90°'lik Gurney flap açısısında hücum açısının 3°, 6°, 9°, 12°, 15°, 18° değerlerinde sırasıyla %90; %50,27; %36,03; %27,04; %18,36; %6,39 değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Yarım Gurney flap yapsının 90°'lik Gurney flap yapısının yerine kullanılmasıyla birlikte hücum açısının 3°, 6°, 9°, 12°, 15°, 18° değerlerinde sırasıyla %15,92; %7,38; %5,33; %4,44; %4,39; %2,83; %6,715 artış gözlemlenmiştir. Yarım Gurney flap ile 90°'lik tekli Gurney flap yapısı aerodinamik verimleri karşılaştırıldığında en yüksek artış hücum açısının 0°'de %11,11 değerinde gerçekleşmiştir. Gurney flap geometrisinin incelenmesinde yarım Gurney flap yapısının aerodinamik karakteristiğinin, klasik Gurney flap yapısına benzer olduğu ve bu nedenle yarım Gurney flap yapısının kullanılmasının uygulamalarda ağırlık faktörü açısından daha avantajlı olacağı sonucuna ulaşılmıştır.