Bütünleşik yapılarda çok amaçlı optimizasyona dayalı kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin teknoloji ve enerji yönetimi

19.yüzyılın ortalarından itibaren sanayi devrimi sonrasında hızla artan dünya nüfusu ve gelişen yaşam kalitesine bağlı olarak dünyanın enerji tüketimi belirgin anlamda yükselmiştir. Sürekli artan enerji talebinin karşılanmasında fosil kaynaklı yakıtların yüksek payı ve atmosfere bırakılan karbon emisyonları nedeniyle küresel ısınma, dünyanın geleceği açısından en başta gelen sorunları arasındadır. Her ne kadar yenilenebilir enerji kaynakları bu sorunun çözümünde alternatif gibi görünse de yapılan tahminler yakın gelecekte fosil kaynaklara bağımlılığın artarak devam edeceğini gösteriyor. Türkiye'nin toplam enerji tüketiminde önemli bir paya sahip olan bütünleşik yapıların, enerji kaynağının %71'inin fosil yakıtlara dayalı olduğu dikkate alındığında, tüketimde olduğu kadar üretimde de enerji verimliliğinin önemi açıktır. Bütünleşik yapılar türlerine göre farklılık gösterse de elektrik, ısıtma, kullanma sıcak suyu ve soğutmadan oluşan enerji talebi açısından benzerdirler. Kojenerasyon ve trijenerasyon sistemleri bu talebin karşılanmasında en etkin alternatiflerdendir. Literatürde yapılan çalışmalar incelendiğinde, genellikle belirli bir yapı türüne uygun, enerji verimliliği ya da enerji tasarrufu gibi tek-boyutlu çözümlerin geliştirildiği görülmektedir. Literatürdeki örneklerden farklı olarak bu tez çalışmasında, bütünleşik yapıların enerji ihtiyaçlarını ortak bir paydada ele alarak tüm bütünleşik yapılar için geçerli bir model geliştirilmesi amaçlanmış ve termodinamik parametrelere dayanan proses analizleri termodinamiğin birinci kanunu temel alınarak incelenmiştir. Bu kapsamda kojenerasyon ve trijenerasyon sistemlerinin işletme optimizasyonunun genetik algoritmaya bağlı olarak etkin çalışma aralıklarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Referans alınan bütünleşik yapılar için kojenerasyon ve trijenerasyon seçeneklerinin tekno ekonomik analizleri termodinamiğin birinci kanunu analizlerinden yararlanılarak yapılmıştır. Çalışmada genetik algoritma ile çok amaçlı optimizasyon yöntemi kullanılarak en etkin işletme süreçleri bir nesil olarak tanımlanmıştır. Bu süreçte ölçülebilir teknik, ekonomik, çevre, mevzuat ve sosyal kriterler ile bina tipine bağlı sınır koşullar belirlenmiştir. Yapılan çok amaçlı optimizasyon sonuçları problemin tek bir analitik çözümünün olmadığını, aksine, amaç fonksiyonu, kısıtlar ve değişkenliklere bağlı olarak uygun bir çözüm kümesini içerdiğini göstermiştir. Referans alınan hastane, otel ve alışveriş merkezine bağlı vaka çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre; birincil enerji kaynaklarından %26-28, enerji maliyetlerinde %25-34, ve sırasıyla 450-500 ton/yıl, 230-280 ton/yıl, 72-78 ton/yıl karbondioksit emisyon tasarrufu sağlanmıştır. Ayrıca, literatüre somut bir katkı olarak geliştirilen Sürdürülebilir Isı Yönetimi Endeksi, trijenerasyon sisteminde açığa çıkan ısının, ısıtma veya soğutma sistemi önceliğinin belirlenmesi için geliştirilmiştir. Bu tez çalışması toplam yedi bölümden oluşmuştur. Birinci bölümde, tezin kavramsal bilgilerine ilişkin incelemeler yer alırken, ikinci bölümde anahtar kelimelere bağlı kapsamlı literatür incelemesi ve yayın taraması sunulmuştur. Tezin ana yapısını oluşturan, bütünleşik yapılar için enerji yönetimi ve teknoloji yönetimine ilişkin teorik alt yapı, sırasıyla üçüncü ve dördüncü bölümlerde ele alınmıştır. Çalışmada geliştirilen çerçeve modeli ve buna ilişkin metodolojik alt yapı ise beşinci bölümde verilmiştir. Çalışmanın altıncı bölümünde, referans alınan bütünleşik yapılar için, oluşturulan çerçeve modele bağlı tekno-ekonomik değerlendirme ve optimizasyon sonuçları detaylı olarak anlatılmıştır. Sonuç bölümünde ise analizlerden elde edilen spesifik bulgular verilmiş, bunlara bağlı öngörüler ve değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışmanın sonunda, gelecekte ele alınması değerlendirilen konulara ilişkin öneriler sunulmuştur