Afyonkarahisar'da bir biyogaz enerji tesisinin termodinamik modellemesi ve termoekonomik optimizasyonu

Bu tezde, Afyonkarahisar'da bir biyogaz enerji santralinin termodinamik modellemesi ve termoekonomik optimizasyonu yapılmıştır. Dört gaz motoruna sahip santral günlük 96 ton tavuk gübresiyle 4000 kW güç üretmektedir. Santralde kullanılan ön ısıtmalı gaz çevriminde egzoz gazları türbinden sonra bir kez kullanmakta ve atmosfere salınmaktadır. Halen yüksek enerjiye sahip egzoz gazlarının atık ısısını kullanmak ve çevreye daha az gaz salınımı için mevcut santral termodinamik ve termoeokonomik olarak optimize edilmiştir. Bu amaçla egzoz gazlarının atık ısısını geri kazanmak için mevcut santrale entegre edilebilecek üç model geliştirilmiştir. Geliştirilen modellerin detaylı termodinamik analizi yapılarak elde edilen veriler ile termoekonomik analiz ve optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Sistemlerin analiz ve optimizasyonları EES (Engineering Equation Solver) yazılımında yapılmış ve elde edilen veriler ile sistemlerin Aspen Plus yazılımında detaylı enerji ve ekonomik simülasyonları yapılarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Model 1'de atık egzoz gazlarını kullanarak fazladan elektrik üretmek için bir ORC (Organic Rankine Cycle) ünitesi önerilmiştir. Model 2'de elektrik üretimine ek olarak atık egzoz gazlarını kullanarak ısıtma ve soğutma yapmak için bir ısıtma ve bir soğutma ünitesi önerilmiştir. Model 3'de atık egzoz gazlarından elektrik üretimi için ORC ile birlikte biyogazın yan ürünlerinden ve fazla elektriğin depolanması amacıyla egzoz gazlarıyla ön ısıtma yapılarak sudan hidrojen üretimi önerilmiştir. Optimize edilmiş santralin termodinamik ve termoekonomik analiz sonuçlarına göre, Model 1'in enerji ve ekserji verimleri %50.74 ve %44.47'dir. 5043 kW net güç üretilerek birim elektrik maliyeti 0.03778 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Model 2'nin güç kapasitesi, enerji ve ekserji verimleri sırasıyla 4000 kW, %74.88 ve %50.62'dir. Üretilen elektriğin, yapılan ısıtmanın ve soğutmanın birim maliyetleri sırasıyla 0.04176 $/kWh, 0.0352 $/kWh ve 0.0178 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Model 3'ün net güç kapasitesi, enerji ve ekserji verimleri sırasıyla 5792 kW, % 41.55 ve % 36.42'dir. Üretilen elektriğin birim maliyeti 0.03922 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Son olarak ORC'de üretilen elektrik kullanılarak biyogaz yan ürünlerinden üretilen hidrojenin kütlesel debisi ve birim maliyeti ise sırasıyla 0.007447 kg/s ve 3.191 $/kg olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Biyogaz, Termodinamik analiz, Termoekonomik analiz, Optimizasyon