OPTIMUM WORKING FLUID SELECTION OF TLC-ORC COMBINED POWER SYSTEM


Özçelik M. , Sağ N. B.

3rd International Conference on Innovative Studies of Contemporary Sciences (TOKYO SUMMIT - 3), Tokyo, Japonya, 19 - 21 Şubat 2021, ss.375-382

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Tokyo
  • Basıldığı Ülke: Japonya
  • Sayfa Sayıları: ss.375-382

Özet

Geleneksel kaynakların giderek tükenmesi ile güç sistemlerinden faydalanarak atık ısı ve yenilenebilir enerji kaynaklarından da kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan jeotermal enerji de hem güç sistemlerinde hem de ısınma sağlık ve proses ısı olarak kullanılmaktadır.

Bu çalışmada, düşük ve orta sıcaklığa sahip jeotermal enerji kaynaklarını kullanarak güç üretmek için Trilateral Çevrim (TLÇ) ve Organic Rankine Çevrim (ORÇ) kullanıldı. Jeotermal kaynak akışkanının ısı enerjisinden daha fazla yararlanabilmek için Trilateral Çevrim-Organik Rankine Çevrim birleşik güç sistemi kullanıldı. Böylece birleşik güç sisteminden elde edilen net güç ve ısıl verimin artırılması hedeflenmiştir ve diğer birleşik güç sistemlerine kıyasla daha fazla jeotermal kaynağın ısı enerjisinden faydalanmak amaçlanmıştır. Ayrıca farklı çalışma sıcaklıkları için birleşik güç sistemin performansını maksimum yapan akışkan çiftlerini belirlemek için Engineering Equation Solver (EES) yazılı kullanılarak enerji analizi yapılmıştır. Bu analiz yapılırken Organik Rankine Çevrimi’nde kullanılan çalışma akışkanları Trilateral çevrimde de kullanılabildiği için Organik Rankine Çevrimlerinde kullanılabilen 10 adet akışkan (Toluen, isobutan, 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. Çalışma şartına bağlı olarak sistemin performansını maksimum yapan akışkan çiftlerinin olduğu belirlendi bu nedenle TLÇ-ORÇ birleşik güç sistemi ile çalışıldığında sistem performansını maksimum yapan akışkan çiftlerinin kullanılması gerektiği sonucuna varıldı.

With the depletion of heat resources, the use of heat and renewable energy sources is becoming widespread by taking advantage of power systems. Geothermal energy, which is one of the renewable energy sources, is used both in power systems and for heating purposes, as health and process heat.

In this study, Trilateral Cycle (TLC) and Organic Rankine Cycle (ORC) were used to generate power using low and medium temperature geothermal energy sources. Trilateral Cycle-Organic Rankine Cycle combined power system was used to benefit from the high amount of heat amount of energy of the geothermal source fluid. Thus, it is aimed to increase the net power and thermal efficiency obtained from the combined power. Also, energy analysis was performed using Engineering Equation Solver software to determine the fluid pairs that maximize the performance of the combined power system for different operating temperatures. During this analysis, ten fluids that can be used in ORCs have been selected since the working fluids used in the ORC, can also be used in the TLC.

In the study, 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. The fluid pair that maximizes the thermal efficiency of the combined power system for the temperature of the Organic Rankine Cycle evaporator at system 70 oC and the temperature of the geothermal source at 100 - 280 oC was obtained using Toluene - Toluene fluids for TLC and ORC cycles. For these 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. It has been determined that different fluid pairs maximize the power obtained from the combined power system depending on the operating temperatures when the temperature of the low temperature cycle evaporator is changed for the temperature values ​​of 100 - 200 oC of the geothermal source.