OPTIMUM WORKING FLUID SELECTION FOR ORC-ORC COMBINED POWER SYSTEM


Özçelik M., Bilir Sağ N.

ISSRIS'21(International Symposium of Scientific Research and Innovative Studies), Balıkesir, Turkey, 22 - 25 February 2021, pp.1059-1071

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Balıkesir
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.1059-1071
  • Van Yüzüncü Yıl University Affiliated: No

Abstract

Geothermal energy, which is one of the renewable energy sources, is transformed into different types of health, heating and used as process heat in different ways in the industry. In this study, Organic Rankine Cycle (ORC) was used to generate power by using low and medium temperature geothermal energy sources. In order to benefit more from the heat energy of the geothermal source fluid the Organic Rankine Cycle-Organic Rankine Cycle combined power system has been used. Thus, it is aimed to increase the net power and thermal efficiency obtained from the combined power system. In addition, energy analysis was performed using Engineering Equation Solver (EES) software to determine the fluid pairs that maximize the performance of the combined power system for different operating temperatures. During this analysis, 10 fluids (Toluene, Isobutane, n-butane, Isopentane, n-pentane, R245fa, R365mfc, R236ea, R152a, SES 36) that can be used in Organic Rankine Cycles were selected. According to the results of the research, it was determined that there are fluid pairs that maximize the thermal efficiency and/or the net power obtained from the system for each operating condition. For low temperature cycle evaporator (TEV,2) = 70 oC and geothermal source temperature 100 - 280 oC, the combined power is obtained when the fluid pair that maximizes the thermal efficiency of the system is used for high and low temperature cycles with Toluene - Toluene fluids. For these given temperature values, it has been determined that the fluid pairs that maximize the power produced by the combined power system vary depending on the operating conditions. When the temperature of the low temperature cycle evaporator is changed for the temperature values of 100, 140, 180, 190 and 200 oC of the geothermal resource, it has been determined that there are different fluid pairs that maximize the power obtained from the combined power system depending on the operating temperatures. It was determined that both the maximum power output and the maximum thermal efficiency of the combined power system were obtained when the Toluene - Toluene fluid pair was used for the temperatures of all low temperature cycle evaporators investigated for the geothermal source temperature 210 - 280 oC.

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan jeotermal enerjiden sağlık, ısıtma, farklı enerji türlerine dönüştürülerek ve endüstride de farklı şekillerde proses ısı olarak yararlanılmaktadır. Bu çalışmada ise düşük ve orta sıcaklığa sahip jeotermal enerji kaynaklarını kullanarak güç üretmek için Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) kullanılmıştır. Jeotermal kaynak akışkanının ısı enerjisinden daha fazla yararlanabilmek için Organik Rankine Çevrimi-Organik Rankine Çevrimi birleşik güç sistemi kullanılmıştır. Böylece birleşik güç sisteminden elde edilen net güç ve ısıl verimin artırılması hedeflenmiştir. Ayrıca farklı çalışma sıcaklıkları için birleşik güç sistemin performansını maksimum yapan akışkan çiftlerini belirlemek için Engineering Equation Solver (EES) yazılımı kullanılarak enerji analizi yapılmıştır. Bu analiz yapılırken Organik Rankine Çevrimlerinde kullanılabilen 10 adet akışkan (Toluen, İsobütan, n-bütan, İsopentan, n-pentan, R245fa, R365mfc, R236ea, R152a, SES 36) seçilmiştir. Araştırma sonuçlarına göre her bir çalışma şartı için ısıl verimi ve/veya sistemden elde edilen net gücü maksimum yapan akışkan çiftleri olduğu tespit edildi. Düşük sıcaklık çevrim evaporatörünün (TEV,2) = 70 oC ve jeotermal kaynağın sıcaklığı 100 – 280 oC için birleşik güç sistemin ısıl verimini maksimum yapan akışkan çifti yüksek ve düşük sıcaklık çevrimleri için Toluen – Toluen akışkanları kullanılması durumunda elde edilmiştir. Bu verilen sıcaklık değerleri için birleşik güç sistemin ürettiği gücü maksimum yapan akışkan çiftlerinin çalışma şartlarına bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir. Jeotermal kaynağın 100, 140, 180, 190 ve 200 oC sıcaklık değerleri için düşük sıcaklık çevrim evaporatörünün sıcaklığı değiştirildiğinde çalışma sıcaklıklarına bağlı olarak birleşik güç sisteminden elde edilen gücü maksimum yapan farklı akışkan çiftlerinin olduğu belirlenmiştir. Jeotermal kaynak sıcaklığı 210 – 280 oC değerleri için araştırılan tüm düşük sıcaklık çevrim evaporatörünün sıcaklıkları için Toluen – Toluen akışkan çifti kullanıldığında birleşik güç sisteminin hem maksimum güç çıkışı hem de maksimum ısıl verimin elde edildiği belirlendi.