Akdeniz kıyısında kurulacak bir nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin termodinamik analizi

Dünyadaki nüfus artışı, tarımsal ve endüstriyel faaliyetlerin yoğunlaşması temiz suya olan talebi artırırken su kirliliği ve su kaynaklarının kısıtlı olması veya eşitsiz dağılımı, kişi başına düşen su arzını azaltmaktadır. Dünyadaki suyun %97,5'inin doğrudan kullanılabilir olmaması ve su kıtlığı riskinin gitgide artması ile temiz ve güvenilir suya erişim, önemli hale geldiğinden su kıtlığı çeken bölgelerde temiz su ihtiyacını karşılayabilmek için desalinasyon tesisleri, yararlanabilecek etkili yöntemlerden biri olmuştur. Bir enerji kaynağıyla faaliyet gösterebilen desalinasyon sistemleri, bu enerji ihtiyacını fosil yakıtlar veya yenilenebilir enerji kaynakları gibi çeşitli yollardan sağlayabildiği gibi son yıllarda nükleer enerjinin kullanımıyla da elde edebilmektedir. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı tarafından yapılan çalışmalar neticesinde teknik olarak uygulanabilir olduğu görülen nükleer desalinasyon kojenerasyon tesislerinde bir nükleer reaktörden elde edilen fisyon enerjisi, termal enerjiye dönüştürülmektedir. Bu ısıl enerjinin bir kısmı veya tamamı, bir nükleer güç santraline entegre desalinasyon sisteminde deniz suyunun tuzdan arındırılması için kullanılabilmektedir. Bu çalışmada Akdeniz kıyısında kurulacak bir nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir. İncelenmiş olan nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinde enerji kaynağı, bir Basınçlı Su Reaktörü (BSR) iken desalinasyon prosesi ise Çok Kademeli Şok Damıtma (ÇKŞD) işlemidir. Nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin tüm bileşenlerine kütle, enerji korunumu ve ekserji denge denklemleri uygulanıp tesisin termodinamik modellemesi, MATHEMATICA 11 yazılımından faydalanılarak oluşturulmuştur. Amaç fonksiyonları olarak tesisin termal verimi, ekserji verimi, ısıl yararlanma oranı, ekolojik performans katsayısı, ekserji yıkım faktörü ve atık ekserji oranı değerlendirilmiştir. Nükleer reaktörün termal enerjisi, ara ısıtıcı kütlesel debi oranı, taze buhar sıcaklığı, desalinasyon için buhar çekme noktaları, ölü hal sıcaklığı, deniz suyu tuzluluğu, kısılma vanası kütlesel debi oranı, damıtılmış su kütlesel debisi, besi deniz suyu kütlesel debisi ve sıcaklığı gibi tasarım parametrelerinin bu amaç fonksiyonları üzerine etkileri incelenmiştir. Analiz sonucunda taze buhar sıcaklığının 18 K artışı ile tesisin termal verimi, ekserji verimi, ısıl yararlanma oranı ve ekolojik performans katsayısı sırasıyla yaklaşık %1,6, %3,2, %1,6 ve 0,23 oranında artarken ekserji yıkım faktörü ve atık ekserji oranı, sırasıyla yaklaşık %3,1 ve %3,2 oranında azalmaktadır. Ara ısıtıcı kütlesel debi oranının 0,02 artışı ile termal verim, ekserji verim, ısıl yararlanma oranı ve ekolojik performans katsayısı, sırasıyla yaklaşık %2, %2, %3,9 ve 0,28 oranında artarken ekserji yıkım faktörü ve atık ekserji oranı, yaklaşık %3,9 oranında azalmaktadır. Ölü hal sıcaklığının 10 K'lik yükselmesi, ekserji verimini yaklaşık %1,4 oranında arttırırken besi deniz suyu kütlesel debisi artışı, verimliliği olumsuz etkilemektedir.