Organik Rankine çevrimi için türbin tasarımı

Organik Rankine çevrimi (ORC) atık ısıdan veya düşük potansiyelli ısı kaynaklarından elektrik enerjisi üretiminde yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir. ORC sisteminde türbinler sistemin çevrim verimini belirlemede en önemli bileşendir. Bu çalışmada, küçük ölçekli ORC sistemleri için kullanılabilecek rejeneratif akışlı bir türbin (RFT) üzerinde HAD analizi kullanılarak sistem tasarımları ortaya koyulmuştur. Referans alınan türbin modeli ile öncelikle validasyon çalışması yapılmış, uygun türbülans modeli belirlendikten sonra organik akışkan R601 (n-pentan) ile yüksek ve düşük sıcaklık şartlarında, farklı basınç ve devir sayılarında performans analizi yapılmıştır. Sıcaklık değerleri evsel kullanım şartları dikkate alınarak 363-550K aralığında belirlenmiştir. Bu sıcaklık değerlerine bağlı olarak, çıkış basınç değerleri yüksek sıcaklık uygulamaları için 0.9 ile 1.2 MPa aralığında, düşük sıcaklık uygulamaları için ise 0.05 MPa ve 0.3 MPa olarak belirlenmiştir. Türbin devir sayıları 50 Hz frekanstaki elektrik şebekelerine uyumluluk gözetilerek 1500 ve 3000 d/dak olarak dikkate alınmıştır. Kütle akış hızları yüksek sıcaklıklar için 0.5-1 kg/s, düşük sıcaklıklar için 0.1-0.25 kg/s olarak analizlere dahil edilmiştir. Yapılan kapsamlı HAD çalışmasının sonucunda düşük sıcaklıklı uygulamalar için geleneksel türbin geometrisine göre maksimum %18.59, yüksek sıcaklıklı uygulamalar içinse maksimum %11.29 güç artışı elde edilmiştir. Türbin izantropik verimindeki artış ise düşük sıcaklık uygulamaları için 6.54 puan, yüksek sıcaklıklı uygulamalar için 2.26 puan kadardır.