Enerji üretim sistemlerinin ekolojik performans analizi ve optimizasyonu

ÖZETSon yıllarda klasik termodinamik ve sonlu zaman termodinamiği teorilerini kullanarak enerjiüretim sistemleri için farklı amaç fonksiyonlarına dayalı olarak birçok optimizasyon çalışmasıyapılmıştır. Bu optimizasyon çalışmalarında güç, ısıl verim, entropi üretimi, güç yoğunluğu,ekserji, termoekonomi ve ekserjoekonomi ve ekoloji gibi kriterler amaç fonksiyonu olarakseçilmiştir. Son yirmi yıllık dönem içerisinde doğal kaynakların hızla azalmasına bağlı olarak,enerji üretim sistemlerinin çevre üzerindeki etkilerinin incelenmesi oldukça önemkazanmıştır. Bazı araştırmacılar bu amaca yönelik olarak farklı enerji üretim sistemlerininekolojik performansını incelemişlerdir. Literatürde yer alan ekolojik amaç fonksiyonunun eksideğerler alabilmesi, boyutlu olması ve fiziksel anlamının açık olmaması nedeniyle bu kriterealternatif olarak boyutsuz ve fiziksel olarak daha anlamlı bir ekolojik performans kriteritanımlanmıştır. Ekolojik Performans Katsayısı (ECOP) adını verdiğimiz bu kriter, güççıktısının kayıp kullanılabilir enerjiye oranı şeklinde tanımlanmıştır.Bu çalışmada, tanımlanmış olan ekolojik performans kriteri farklı enerji üretim sistemlerine(Carnot ısı makinası, gaz türbinleri, içten yanmalı motorlar, soğutma makinaları ve ısıpompaları) uygulanarak optimum performans ve dizayn şartları araştırılmıştır. Bu bağlamdaoptimum şartlardaki entropi üretimi, ısıl verim ve güç çıktısı farklı amaç fonksiyonlarına görebelirlenerek mukayese edilmiştir. Ayrıca kaynak sıcaklıkları oranı, iç tersinmezlik ve ısıkaçağı gibi genel parametreler ile her bir enerji üretim sistemine ait özel parametrelerin genelve optimum ekolojik performans üzerindeki etkileri incelenmiş ve tartışılmıştır. Tanımlanmışolan ekolojik performans kriterinin güç, ısıl verim ve entropi üretimi yönünden en uygunperformansı sağladığı gösterilmiştir. Yapılan performans analizi ve elde edilen optimizasyonsonuçları enerji üretim sistemlerinin termo-ekolojik yönden optimum tasarımı için teorik birtemel oluşturabilir.Anahtar kelimeler: Termo-ekoloji, sonlu zaman termodinamiği, iç tersinir ve tersinmez ısımakinası modelleri, ekolojik amaç fonksiyonu, maksimum ekolojik performans koşulları, ısılverim, entropi üretimi.xii