Isıl sistemlerin ileri eksergoekonomik performans analizi için ölçütler geliştirilmesi

Bu çalışmada ekserji ve ileri ekserji temelli analizler üzerine değerlendirme yapılmış, ileri ekserji temelli analizlerin uygulamaları çeşitli enerji dönüşüm sistemleri için gerçekleştirilmiştir. İleri ekserji ve eksergoekonomi analizlerinin değerlendirmediği durumlar ve cevaplandırmadığı sorular belirlenmiş, eksergoekonomik performans ölçütleriyle bu eksikliklerin giderilmesi için çalışmalar yapılmıştır. Üretilen ölçütler neticesinde, incelenen sistemler içerisindeki komponentlerin mali faydaları gözetilerek, sistemdeki ekserji yıkımı azaltma ve verimi artırma çalışmalarının ve sistemde komponentlerin iyileştirilmesi neticesinde maliyet tasarruf potansiyelleri ve tasarrufları ortaya çıkarılmıştır. Sistem geneli için tasarlanan ölçütlerin ise benzer sistemlerin karşılaştırılmasında, incelenen sistemlerin ekserji verimlerinin artırılması için gerekli olan yatırım ve yapılan yatırım karşılığında elde edilebilecek tasarruf veya zarar miktarları ortaya konmuştur. Geleneksel ve ileri ekserji, eksergoekonomi ve eksergoçevre analizleri ile sunulan ölçütler, gemi buhar ve Diesel sevk sistemlerine ve gemi Diesel sevk sisteminden türetilen atık ısı geri kazanımı sistemlerine uygulanarak, ölçütlerin uygulamasının nasıl yapılacağı, sonuçlarının nasıl değerlendirileceği gösterilmiş ve geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlere göre sağladığı katkı uygulamalar üzerinden gösterilmiştir. Üçüncü bölümde ileri ekserji, eksergoekonomi ve eksergoçevresel analizlerin nasıl uygulanacağı ve sonuçlarının nasıl değerlendirileceği, geleneksel ekserji, eksergoekonomi ve eksergoçevresel analizlere göre sonuçlarının ne gibi üstünlükler sağladığı verilmiştir. Öncelikle, ileri ekserji ve ileri eksergoekonomi analizleri detaylı bir şekilde, pompa, kazan, türbin ve kondenser olmak üzere dört komponentten oluşan basit bir Rankine çevrimine uygulanmıştır. Uygulanan her adımın tek tek gösterildiği bu sistemde, analizlerin sonuçları değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır. Daha sonra bir geminin ana makinesinin turboşarjer sonrası egzoz çıkışına eklenen bir turbojeneratör sistemine uygulaması verilmiştir. Egzoz gazının 160 C sıcaklığa kadar düşürülmesi kabulüyle, ardından ana makine yükünün dört farklı değerine ve sistemin dört farklı maksimum basıncına göre turbojeneratör sisteminin kabuller dahilinde üretilebilecek maksimum güç üretimi sağlanmış, öncelikle geleneksel ve ileri ekserji analizleri uygulanarak sonuçları değerlendirilmiştir. Daha sonra, turbojeneratör sisteminin katkısı ile ana makinenin özgül yakıt sarfiyatı ve özgül egzoz gazları miktarlarındaki azalmalar tespit edilmiştir. En iyi performansı sağlayan parametreler analizlerin sonuçları yardımıyla belirlenmiştir. Ardından aynı sistemin tam ana makine yükünde üç farklı basınç için eksergoekonomi ve ileri eksergoekonomi analizleri gerçekleştirilmiş ve sonuçları değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, eksergoekonomi ve ileri eksergoekonomi analizleri sonuçlarının vasıtasıyla en uygun çalışma şartları belirlenmiştir. Son olarak, gemi ana makinesinin tam yoldan başlayarak dört farklı konumda olması durumunda, turbojeneratöründe egzoz gazının kullanılmasının ardından kalan yüksek sıcaklıklı atık ısının aşırı kızdırılmış ve doymuş buharlı iki organik Rankine çevrimi ve bu iki çevrimde çalışması için seçilen dört farklı akışkanda geleneksel ve ileri ekserji analizi uygulanmış ve analiz sonucunda en iyi performansın, en düşük özgül yakıt tüketimi ve özgül egzoz emisyonlarının gerçekleştiği yük, sistem ve akışkan analiz sonucunda belirlenmiştir. Dolayısıyla, farklı sistemlerin karşılaştırılmasında ileri ekserji analizinin de nasıl uygulanacağı gösterilmiştir. Peşi sıra ileri eksergoekonomi analizi aynı sistemlere bu sefer tam yol yükte, bir akışkan daha eklenerek, geleneksel ve ileri ekserji ve eksergo ekonomi analizleri uygulanmış, incelenen her iki istemde en iyi performans gösteren akışkanlar belirlenmiş ve bu akışkanları içeren sistemler detaylı olarak karşılaştırılmışlardır ve sonuçta belirtilen analizlere göre en iyi sistem ve akışkan ikilisi belirlenmiştir. Ardından geleneksel ve ileri eksergoçevresel analiz daha önce belirlenen en iyi sistem ve akışkan ikililerine uygulanmış ve ekserji temelli analizlerin tamamlanması sağlanmıştır. Tüm analizlerin sonucunda karşılaştırmaya giren sistem ve akışkanların en iyisi belrilenmiştir. Dördüncü bölümde, geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlerle eksergoekonomik performans ölçütlerinin uygulanacağı sistemler olan, çok büyük ham petrol taşıyıcı gemi için buhar sevk sistemi, Diesel sevk sistemi ve Diesel sistemin atık ısısından faydalanmak üzere, egzoz gazı ve süpürme havasından atık ısı geri kazanan sırasıyla on bir ve on beş farklı akışkanla oluşturulmuş konsept organik Rankine sistemleri tanıtılmış, yapılan çalışmalar derlenmiş, ve sistemlerle alakalı veriler tanımlanmış ve verilmiştir. Ardıl bölümlerde, bahsi geçen sistemlerin analizleri gerçekleştirilmiş sonuçları değerlendirilmiştir. Beşinci bölümde gemi buhar sevk tesisinin komponentleri üzerine geleneksel ve ileri ekserji temelli analizleri ile eksergoekonomik performans ölçütleriyle analizleri gerçekleştirilmiştir. Uygulama için yapılan kabuller, incelenecek komponentler ve denge denklemleri verilmiş, bunlara uygun olarak analizler yapılmıştır. Geleneksel ve ileri ekserji analizlerin sonuçları değerlendirilmiş ve buradan çıkan yorumlara göre komponentlerin iyileştirme öncelikleri sıralanmıştır. Geliştirilen eksergoekonomik performans ölçütlerinin uygulanması neticesinde çıkan sonuçların nasıl yorumlanacağı, bir mühendisin önceliklerine göre hangi parametrenin önem arz ettiği hakkında bilgiler verilmiş ve bu bilgiler ışığında değerlendirmeler yapılmıştır. Altıncı bölümde, çok büyük ham petrol taşıyıcı bir gemiye ait Diesel sevk sisteminin incelenmesi için seçilen kısımları ve komponentleri üzerine dğelerlendirmeler yapılmış, kabuller ve denge denklemleri verilmiş, geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlerle birlikte yeni parametrelerle de incelemesi gerçekleştirilmiştir. Gemi buhar sevk sisteminde belirtilen yorumlama yöntemine göre sonuçlar değerlendirilmiş ve komponentlerde ekserji yıkımını iyileştirmek için yapılması gereken yatırımlar üzerine yorumlar yapılmıştır. Beş ve altıncı bölümlerde incelenen bir sistemin içindeki komponentlerin değerlendirmesi yapılırken, yedinci bölümde geleneksel ve ileri ekserji temelli analizlerle beraber eksergoekonomik performans ölçütlerinin benzer sistemlerin karşılaştırılmasında nasıl kullanılacağı üzerine yoğunlaşılmış ve konsept olarak kurulan organik Rankine sistemleri üzerinde uygulamalar yapılmıştır. Bu bölüm iki parçadan oluşmuştur. Birinci parçada, altıncı bölümde incelenen Diesel sevk tesisinin egzoz gazından atık ısı geri kazanımı konsepti üzerine on bir farklı akışkana sahip on bir sistemin genetik algoritma kullanılarak maksimum net güce optimize edilmesi neticesinde optimum çalışma şartlarına göre genel olarak analizleri gerçekleştirilmiş ve ölçütlerle değerlendirilmesi yapılmıştır. Yapılan analizlerin sonucunda her bir analizin sonuçlarının değerlendirilmek üzere önerdiği sistemler belirlenmiştir. İkinci parçada ise yine altıncı bölümdeki Diesel sevk sisteminin ana makinesi için gerekli olan süpürme havasının kompresörden çıkışında sahip olduğu yüksek sıcaklık ve basınçtaki halinden organik Rankine sistemine enerji geçişi ile atık ısı geri kazanımı sistemi kurulmuştur. On beş farklı akışkan için kurulan on beş farklı sistemin maksimum net güce göre genetik algoritma kullanılarak optimum çalışma şartları belirlenmiş ve belirlenen sistemlerin genel olarak analizleri gerçekleştirilip, ölçütlerle değerlendirmeleri yapılmıştır. Yapılan analizler neticesinde önerilen iş akışkanları ve bunlara bağlı sistemler belirlenmiştir. Son bölümde ise yapılan çalışmanın değerlendirmesi ile analiz souçlarının yorumlanması yapılmış, ileriye dönük daha ne gibi çalışmaların yapılabileceği sunulmuştur.