Güneş enerjisi destekli kombine soğutma, ısıtma ve güç (CCHP) sisteminin libya koşullarında çevresel ve eksergoekonomik analizi
Environmental and exergoeconomic analysis of a solar-assisted combined cooling, heating, and power (CCHP) system under libyan conditions
- Tez No: 1019950
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRAH DENİZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, Libya'nın Trablus kenti için önerilen güneş enerjisi destekli birleşik soğutma, ısıtma ve güç üretim sisteminin kapsamlı termodinamik, ekserjetik, çevresel ve eksergoekonomik değerlendirmesini sunmaktadır. Önerilen sistem, yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip bir bölgede güneş enerjisinden daha etkin yararlanmayı amaçlayan güneş enerjisi destekli rejeneratif Brayton çevrimi, rejeneratif organik Rankine çevrimi (ORC), LiBr–H2O absorpsiyonlu soğutma sistemi ve sıcak su üretimi için bir ısıtma ünitesini bütünleşik bir yapı içinde bir araya getirmektedir. Bu sistemde, heliostat alanı tarafından toplanan yoğunlaştırılmış güneş enerjisi güneş alıcısına aktarılmakta ve burada sıkıştırılmış hava gaz türbinine girmeden önce ısıtılmaktadır. Gaz türbininde gerçekleşen genişleme sonucunda elektrik üretimi gerçekleştirilmekte ve türbin egzozunda kalan ısı, sırasıyla ORC, absorpsiyonlu soğutma çevrimi ve ısıtma ünitesi alt sistemleri aracılığıyla geri kazanılmaktadır. Böylece tek bir bütünleşik enerji sistemi yapısı içerisinde elektrik, soğutma ve ısıtma üretimi mümkün hâle gelmektedir. Çalışmada, sistemin ana bileşenleri için kütle, enerji ve ekserji dengelerine dayalı matematiksel modeller geliştirilmiştir. Ayrıca ekserji akımlarının maliyetini, sermaye yatırım oranlarını, ekserji yıkımı maliyetlerini ve faydalı ürün maliyetlerini belirlemek amacıyla eksergoekonomik bağıntılar oluşturulmuştur. Bunun yanında, yardımcı bileşenlerin güç tüketimine bağlı CO2 emisyonlarını değerlendirmek için çevresel bir model kullanılmıştır. Sistem simülasyonu, Trablus koşullarını temsil eden seçilmiş işletme değerleri altında gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda heliostat alanı 28.000 m2, doğrudan normal ışınım değeri ise 750 W/m2 olarak alınmıştır. Ayrıca Brayton çevrimi basınç oranı, hava kompresörünün izentropik verimi, gaz türbininin izentropik verimi, ORC türbin giriş sıcaklığı, jeneratör sıcaklığı ve evaporatör sıcaklığı gibi temel işletme parametrelerinin sistem performansı üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla parametrik analizler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, önerilen güneş destekli CCHP sisteminin 6314 kW net güç ürettiğini göstermektedir. Bu gücün 5023 kW'ı Brayton çevriminden, 1291 kW'ı ise ORC alt sisteminden elde edilmiştir. Sistem ayrıca 2892 kW soğutma ve 613,2 kW ısıtma kapasitesi sağlamaktadır. Bu durum, özellikle soğutma talebinin yüksek olduğu sıcak iklim bölgeleri için sistemin uygunluğunu ortaya koymaktadır. Genel enerji kullanım faktörü %67,3, genel ekserji verimi ise %45,31 olarak hesaplanmıştır. Elektriksel enerji kullanım faktörü %41,53 ve elektriksel ekserji verimi %44,53 olarak bulunmuştur. Absorpsiyonlu soğutma sistemi ise 0,807 performans katsayısına ulaşmıştır. Eksergoekonomik açıdan toplam ürünün birim ekserji maliyeti 23,85 $/MWh, net elektrik üretim maliyeti ise 23,44 $/MWh olarak belirlenmiştir. Çevresel değerlendirme sonucunda normalize edilmiş CO2 emisyonu 1,42 kgCO2/MWh gibi düşük bir değer olarak hesaplanmıştır. Bileşen düzeyindeki ekserji analizi, güneş alıcısının sistemdeki temel tersinmezlik kaynağı olduğunu ve toplam ekserji yıkımının %51,36'sından sorumlu olduğunu göstermiştir. Güneş alıcısını, %13,75 ekserji yıkım değeri ile gaz türbini ve %11,44 değeri ile hava kompresörü izlemektedir. Eksergoekonomik sonuçlar yüksek sermaye maliyeti nedeniyle güneş alıcısının ekonomik açıdan en etkili bileşen olduğunu ortaya koymuştur. Genel olarak bulgular, önerilen sistemin Libya ve benzer yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip bölgelerde sürdürülebilir çoklu enerji üretimi için çevresel açıdan avantajlı ve uygulanabilir bir seçenek olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comprehensive thermodynamic, exergetic, exergoeconomic, and environmental assessment of a solar-driven combined cooling, heating, and power (CCHP) system proposed for application in Tripoli, Libya. The system is designed to enhance the utilization of solar energy in a high-solar-potential region by integrating a solar-assisted regenerative Brayton cycle, a regenerative organic Rankine cycle (ORC), a LiBr–H2O absorption refrigeration system, and a heating unit for hot-water production. In the proposed configuration, concentrated solar energy collected through a heliostat field is supplied to a solar receiver, where compressed air is heated before expansion in a gas turbine for power generation. The remaining exhaust heat is then recovered sequentially by the ORC subsystem, the absorption cooling cycle, and the heating unit, enabling the production of electricity, cooling, and heating from a single integrated energy system. The study develops mathematical models based on mass, energy, and exergy balances for the main system components. Exergoeconomic relations are also formulated to estimate the cost of exergy streams, capital investment rates, exergy destruction costs, and unit product costs. In addition, an environmental model is applied to evaluate the normalized CO2 emissions associated with auxiliary power consumption. The system is simulated under selected operating conditions representative of Tripoli, including a heliostat field area of 28,000 m² and a direct normal irradiance of 750 W/m2. Parametric analyses are conducted to investigate the influence of key operating variables, including Brayton-cycle pressure ratio, air-compressor isentropic efficiency, gas-turbine isentropic efficiency, ORC turbine inlet temperature, generator temperature, and evaporator temperature. The results indicate that the proposed solar-driven CCHP system achieves a net power output of 6314 kW, consisting of 5023 kW from the Brayton cycle and 1291 kW from the ORC subsystem. The system also produces 2892 kW of cooling and 613.2 kW of heating, demonstrating its suitability for hot-climate regions where cooling demand is dominant. The overall energy utilization factor and overall exergy efficiency are 67.3% and 45.31%, respectively, while the electrical energy utilization factor and electrical exergy efficiency are 41.53% and 44.53%. The absorption refrigeration subsystem achieves a coefficient of performance of 0.807. From an exergoeconomic perspective, the unit exergy cost of the total product is 23.44 $/MWh, while the cost of net electricity generation is 23.85 $/MWh. Environmentally, the system records a low normalized CO2 emission of 1.42 kgCO2/MWh. Component-level exergy analysis shows that the solar receiver is the main source of irreversibility, accounting for 51.36% of the total exergy destructionThe gas turbine follows with 13.75% exergy destruction, and the air compressor with 11.44%. Exergoeconomic results also identify the solar receiver as the most economically significant component because of its high capital cost contribution. Overall, the findings confirm that the proposed system offers a promising and environmentally favorable option for sustainable multi-generation energy production in Libya and similar solar-rich regions.
Benzer Tezler
- Güneş enerjisi destekli hidrojen üretim ve depolama sisteminin termodinamik ve ekonomik analizi
Thermodynamic and economic analysis of solar energy based hydrogen production and storage system
İLKAY SEÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Mekatronik MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT ÖZTÜRK
- Performance evaluation of solar-assisted combined cycle power plants in Iraq
Güneş enerjisiyle çalışan kombine çevrim santrallerinin performans değerlendirmesi. Irak'ta vaka çalışması
ALI ISAM YAHYA AL-FARIS
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT
- Organik rankine çevrimi ve buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi destekli fotovoltaik termal sistemin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of a photovoltaic-thermal system integrated with an organic rankine cycle and a vapor compression cooling cycle
SÜMEYYE BÜŞRA DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiTarsus ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAMİL NEYFEL ÇERÇİ
- Yüksek yoğunlaştırıcılı bir mikro fotovoltaik/termal kombine hibrit enerji sistemi önerisi ve modellemesi
Proposal and modeling of a highly concantrated micro-photovoltaic/thermal combined hybrid energy system
KEZİBAN ÇALIK
Doktora
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. COŞKUN FIRAT
- Effect of combined radio-frequency and solar assisted air drying on properties of dried apricot
Radyo frekans ile kombine edilen güneş enerjisi destekli havalı kurutmanın kuru kayısı özellikleri üzerine etkisi
BÜŞRA IŞINAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Gıda MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAHRETTİN GÖĞÜŞ