Katı atık kaynaklı bir organik rankine çevriminin geleneksel ve ileri ekserji analizi

Dünya genelinde sanayileşme ve teknolojik gelişmelerin etkisine bağlı olarak nüfusta ve kentleşme hızında yaşanan artış ve hammaddedeki azalma, fosil yakıtlara alternatif enerji kaynaklarına yönelmeyi kaçınılmaz kılmıştır. Bununla birlikte artan tüketim eğilimi ile paralel olarak oluşan atıklar da, miktar ve içerdikleri zararlı maddeler nedeniyle insan ve çevre sağlığını tehdit edecek boyutlara ulaşmıştır. Bu çalışmada, katı atıkların yakılmasıyla elde edilen enerjiyi, ısı ve elektrik üretmek amacıyla kullanan ve Organik Rankine Çevrimine (ORÇ) dayalı kojenerasyon (bileşik ısı-güç) sisteminin farklı çalışma akışkanları için enerji ve ekserji analizi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle literatürde ORÇ teknolojilerinin özellikleri, çalışma prensibi ve kullanılan komponentlerle ilgili araştırma yapılmıştır. Aynı zamanda sistemin uygulama alanları, ısıl enerji kaynakları ve çalışma akışkanı seçim kriterleri incelenmiştir. Bartın ili için farklı kalorifik değerlere sahip kentsel atıkların karakterizasyon yöntemiyle değerlendirilmesi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK) 2018 yılı belediye atık istatistikleri Bartın ili için mevcut verilere entegre edilmiş ve atıkların yakılmasıyla sistem çalışma akışkanına aktarılacak ısıl enerji bulunmuştur. Engineering Equation Solver (EES) programında oluşturulan ORÇ/CHP sisteminin matematiksel modelinde, kentsel katı atığın (KKA) yakılması sonucunda elde edilen buharın sadece elektrik üretiminde ya da elektrik ve ısıtma amaçlı kullanılması durumunda üretilen enerji miktarları hesaplanmıştır. Sistem için optimum çalışma akışkanını belirlemek amacıyla her bir bileşen için yakma sonucu oluşan kütle, enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Analizlerde, kuru, izentropik ve ıslak özellikteki farklı organik akışkanlardan (Izopentan, R141b, R123, Metanol, n-pentan, n-oktan, n-heptan, R718) elde edilen termodinamik değerler kullanılmıştır. Oluşturan matematiksel modelin enerji ve ekserji denge denklemlerinde, termodinamiğin birinci ve ikinci yasasından yararlanılmıştır. Termal ve ekserji verimleri, net iş çıktısı ve ekserji yok oluş oranları, buharlaştırıcı basıncının, ara basıncın ve yoğuşturucu basıncının fonksiyonu olarak her bir akışkan için belirlenen üç farklı enerji üretim projeksiyonu ve çalışma koşullarında analitik olarak incelenmiş olup Origin programı kullanılarak grafiksel karşılaştırma yapılmıştır. Sistemin gerçek geliştirilme potansiyeli ile komponentlerin birbirleriyle etkileşimlerini belirlemek amacıyla geleneksel ekserji analiziyle birlikte ileri ekserji analizi uygulanmıştır. İleri ekserji analizlerinin gerçekleştirilmesinde çalışma akışkanı olarak R141b akışkanı seçilmiş ve üç çalışma durumu için komponentlerde ve sistemde meydana gelen ekserji yıkımının önlenebilir ile kaçınılamaz ve içsel ile dışsal kısımları belirlenmiştir. Sistemin 1.durumda ORÇ termal ve ekserji verimi sırasıyla %15.12 ve %33.82 olarak hesaplanmıştır. Sistemin 2.durumda ORÇ, proses ve CHP termal verimleri sırasıyla %10.98, %59.92 ve %70.9 olarak hesaplanmıştır. ORÇ, proses ve CHP ekserji verimleri ise %24.56, %12.3 ve %36.86 değerini almıştır.3.durumda ise ORÇ, proses ve CHP termal verimleri sırasıyla %9.361, %70.89 ve %80.25 değerini almıştır. ORÇ, proses ve CHP ekserji verimleri, ise sırasıyla %20.94, %16.83 ve %37.77 değerindedir.