Jeotermal sistemlerin ekserji analizi: Kızıldere örneği

Abstract

Geçmişte ve günümüzde yaşanan petrol krizleri göstermektedir ki, dünya ekonomisi açıkça fosil yakıtlara bağlıdır. Bu nedenle, yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç daha bir önem kazandı. Şu bir gerçektir ki, yenilenebilir enerji kaynakları fosil yakıtlara göre, tükenmez ve çevreye olan daha az zararları nedeniyle iyi bir çözümdür. Jeotermal enerji en önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından birisi olup, dünyanın birçok yerinde elektrik üretimi ve doğrudan kullanım olarak yararlanılmaktadır. Jeotermal enerji potansiyeli olarak Türkiye, kaynak bakımından yedinci, doğrudan kullanımda beşinci sırada bulunması nedeniyle dünyada jeotermal enerjiye sahip önemli ülkelerden birisidir. Türkiye'de jeotermal enerji genellikle, alan ve bölge ısıtmasında, sera ısıtmasında ve elektrik üretiminde kullanılmaktadır. Türkiye'de sadece Denizli Kızıldere'de elektrik güç santrali olup tek buharlaştırmak sistem esasına göre çalışmaktadır. Bir çok araştırmacı ve uygulama mühendisleri, sistemlerin veya proseslerin termodinamik verimliliğinin ve kayıplarının belirlenmesinde ekserji analizinin en iyi yöntem olduğuna inanmaktadırlar. Ekserji analizi aynı zamanda, jeotermal güç santrali gibi kompleks termal sistemlerin optimum dizaynı ve çalışması için bir araçtır. Yapılan bu çalışmada, Kızıldere güç santralinin performansının optimize edilmesi için enerji ve ekserji analizi uygulandı. Çalışmada, sistemin farklı bileşenlerindeki kayıpların nitelik olarak değerlendirilmesi, kuyuların gerçek enerji değerleri esas alınarak Termodinamiğin I. ve II. Kanunu temelinde incelendi. Ekserji analizi hem güç santralin tamamı hem de her bir bileşen için ele alındı. Çalışmada, santralin ekserji kayıpları belirlenip, ekserji akış diyagramında gösterildi. Çevre sıcaklığının ekserji verimliliği üzerindeki etkisini göstermek için, 0 °C, 16 °C ve 30 °C çevre sıcaklığı için analiz yapıldı. Sonuçlar tablolar halinde verildi. En büyük ekserji kaybının separatörlerde ayrıştırılan buhardan sonra, geri kalan suyun Menderes nehrine atılmasıyla gerçekleştiği görülmektedir.

It has been seen with the oil crises in the past years and at the present that the world economy is obviously dependent on fossil fuels. Therefore, the need for new and renewable energy sources became more important. It is clear that renewable energy sources could provide a solution to the problem, as they are inexhaustible and have less adverse impacts on the environment than fossil fuels. Geothermal energy is one of the most important renewable energy sources and currently being used in various locations around the world to produce electricity and provide energy directly usage. As a potential of geothermal energy, Turkey is one of the most important countries in the area of the geothermal energy in the world and occupies seventh place in the resource and fifth place in direct use. Mainly geothermal energy is used in Turkey for the space and district heating, greenhouse heating, electricity production. In Turkey, there is only one geothermal power plant that is flash steam type and located in Kızıldere, Denizli. It is widely believed by many researchers and practicing engineers that exergy analysis is a powerful tool for assessing the thermodynamic efficiencies and losses of systems and processes. Also, exergy analysis provides a tool for the optimum design and operation of complex thermal systems such as geothermal power plant. In this study, exergy and energy analyses are performed in order to optimize the performance of the Kızıldere geothermal power plant. In the study, energy use of the different components of the system is discussed based on the first and second law of thermodynamics. The exergy analysis have been carried out for the power plant as a whole and for the each component. In the study, exergy destruction of the plant is quantified and illustrated using an exergy flow diagram. The analysis has been performed for 0 °C, 16 °C and 30 °C in order to show the effect of the ambient temperature on exergy efficiency. The results have been given in Tables. It has been seen that major exergy destructions occurred due to the separation of steam from the geothermal fluid in the separator during exhausting the hot water into the Menderes River.