Yüksek basınçlı hidrojen gazı üreten bir sistemin termodinamik modellenmesi ve ekserjetik sürdürülebilirlik analizi
Thermodynamic modelling and exergetic sustainability analysis of a system production high-pressurised-hydrogen gas
- Tez No: 245135
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ADNAN MİDİLLİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Ekserji, Elektroliz, Enerji, Hidrojen üretimi, Sürdürülebilirlik, Termodinamik, Exergy, Electrolysis, Energy, Hydrogen production, Sustainability, Thermodynamics
- Yıl: 2009
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Niğde Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, hidrolik enerji destekli hidrojen gaz istasyonunda bulunan ve PEM elektrolizör içeren yüksek basınçlı hidrojen üretim alt ünitesinin termodinamik modellemesini ve ekserjetik sürdürülebilirlik analizini sunar. Bu çalışmada ele alınan alt ünite yüksek basınçlı bir PEM elektrolizör, iki adet plakalı ısı eşanjörü, bir pompa-motor sistemi, bir sirkülasyon pompası, bir sıcak su tankı ve bir ayrıştırıcıdan oluşur. Çalışmanın temel amacını gerçekleştirmek için aşağıdaki önemli parametreler dikkat alınmıştır. i) Çalışma basıncı (1-200 bar aralığında seçildi), ii) Çalışma sıcaklığı (70-80 oC aralığında seçildi), iii) Çevre sıcaklığı (25 oC olarak kabul edildi), iv) PEM elektrolizörün enerji verimi (0.5-1 aralığında seçildi), v) Motor-pompa sistemini verimi (0.8 olarak kabul edildi), vi) Sirkülasyon pompasının verimi (0.8 kabul edildi), vii) PEM elektrolizörden çıkan hidrojenin kütlesel debisi (saatte 3 kg H2 olarak seçildi), viii) Elektrolizöre tabi tutulan suyun (saf suyun) kütlesel debisi (saatte 27 kg olarak seçildi). Tüm bu parametreler dikkate alınarak bu alt birimin ve bu alt birimdeki her bir bileşenin enerji ve ekserji analizleri termodinamiğin I. ve II. kanunu kapsamında yapıldı. Bununla birlikte, ekserji analizini dikkate alarak bu alt sistemin sürdürülebilirlik analizi gerçekleştirildi. Bu çerçevede; enerji ve ekserji verimleri, toplam tersinmezlikler ve kayıplar, atık ekserji oranı, ekserji yıkım faktörü, çevresel yıkım katsayısı, çevresel yıkım indeksi, çevresel uyum indeksi, ekserjetik kararlılık faktörü ve ekserjetik sürdürülebilirlik indeksi gibi önemli parametreler ve indikatörler hesaplandı. Sonuç olarak hidrolik enerji destekli hidrojen gaz yakıt istasyonunun oldukça önemli bir alt birimi olan yüksek basınçlı hidrojen üretim sisteminin enerji ve ekserji verimleri ile sürdürülebilirlik indeksi sistemin çalışma basıncının ve sıcaklığının artmasıyla bir azalma gösterdiği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
This study presents thermodynamic modeling and energy sustainability analysis of the high-pressurised-hydrogen production subsystem including a proton exchange membrane electrolyser in the hydropower-based-hydrogen gas fueling station. The subsystem considered for this study includes a high-pressure-PEM electrolyser, 2 heat exchangers, a motor-pump system, a circulation pump, a hot water tank, and a separator. In order to perform the main objective of this study, the following important parameters are taken into consideration. i) The operating pressure (ranging from 1 to 200 bars), ii) The operating temperature (ranging from 70 to 80 oC), iii) Dead state temperature (assumed to be 25 oC), iv) The energy eficiency of the PEM electrolyser (0,5-1), v) the efficiency of the motor-pump coupling (assumed to be 0.8), vi) the efficiency of circulation pump (aasumed to be 0.8), vii) Mass folw rate of hydrogen form the PEM electrolyser (3 kg per hour), viii) Mass flow rate of eletrolysis water (pure water ) (assumed to be 27 kg per hour). Considering all these parameters, energy and exergy analyses of the each component in the subsystem have been performed in terms of the First and Second Laws of Thermodynamics while, taking into consideration the exergy analysis, the sustainability analysis of the subsystem has been accomplished. In this regard, the following important parameters and indicators have been estimated, which are energy and exergy efficiencies, total irreversibilities and losses, waste exergy ratio, exergy destruction factor, environmental destruction coefficient, environmental destruction index, environmental benign index, exergetic stability factor, and exergetic sustainability index of the subsystem. Consequently, it is determined that the energy efficiency, exergetic efficiency and sustainability index of the high pressurised hydrogen production system that is a quite important subunit of the hydropower based-hydrogen gas fueling station decrease with the increase of the operating pressure and temperature.
Benzer Tezler
- Yüksek basınçta hidrojen depolama işleminin termodinamik modellenmesi ve enerji sürdürülebilirlik analizi
Thermodynamic modeling and energy sustainability analysis of high pressurized hydrogen gas storage process
MERT ÖZSABAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiNiğde ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN MİDİLLİ
- Conceptual design and exergy based sustainability performance evaluation of an integrated wind-to-hydrogen energy system with 20 MW electrolyzer
Rüzgar enerjisi destekli 20 MW elektrolizörlü hidrojen enerji sisteminin kavramsal tasarimi ve ekserji temelli sürdürülebilirlik performans değerlendirmesi
ALİ EREN ALUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ
- Biohydrogen production from baker's yeast industry wastewater using anaerobic membrane bioreactors
Ekmek mayası endüstirisi atıksuyundan membran biyorektörde biyohidrojen üretimi
CEREN KARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ
DOÇ. DR. DİDEM OKUTMANTAŞ
PROF. BÜLENT KESKİNER
- Fuel cell air supply system control using deep q-network
Derin q-aği kullanilarak yakit hücresi hava besleme sistemi kontrolü
EMİR OĞUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ONAT
- Biohydrogen production from organic wastes using anaerobic membrane bioreactor
Organik katı atıklardan anaerobik membran biyoreaktörde biyohidrojen üretimi
AYSEL HASANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ