Güneş Kulesi̇ Modeli̇ i̇le Elektri̇k Enerji̇si̇ Üreti̇mi̇

7/24/2019 Gne Kules Model le Elektrk Enerjs retm

1/6

P A M U K K A L E N V E R S TE S M H E N D SL K F A K L T E S P A M U K K A L E U N I V E R S I T Y E N G I N E E R I N G C O L L E G E

M H EN D SL K B L M LER D ER G S J O U R N A L O F E N G I N E E R I N G S C I E N C E S

YILCLTSAYISAYFA

: 2003: 9: 2: 179-184

179

GNEKULESMODELLE ELEKTRK ENERJSRETMN BR UYGULAMA

Reat SELBA, A. Kemal YAKUT, Arzu ENCANSleyman Demirel niversitesi, Teknik Eitim Fakltesi, Makine Eitimi Blm, Isparta

GeliTarihi : 12.04.2002

ZET

Elektrik enerjisine olan ihtiya, nfusun gittike artmas ve daha hzl kalknma talebi yznden gittikeartmaktadr. Enerji ihtiyac genellikle fosil kkenli yaktlarn kullanlmasyla karlanmaktadr. Gnmzdemevcut fosil yakt rezervlerindeki azalma ve bu yaktlarn oluturduu evre kirlilii gibi problemler, enerjiihtiyacnn karlanmas iin alternatif kaynaklarn kullanlmasn zorunlu hale getirmitir. Uygulama alanolarak bir hayli yksek potansiyele sahip olan gne enerjisi, elektrik enerjisi retiminde evre kirliliioluturmayan en bol ve en umut verici enerji kaynadr.Bu almada; gneenerjisinden elektrik elde etmeyntemleri incelenmi ve Gne Enerji Santrali iin en uygun metot seilmeye allmtr. Seilen metot,literatrde, Gne Kulesi olarak bilinen bir elektrik retim metodudur. almada, bu metotla yaplan biruygulamann teknik ve maliyet analizleri yaplmtr.

Anahtar Kelimeler :Gneenerjisi, Elektrik santrali

AN APPLICATION FOR ELECTRICAL PRODUCTION WITH SOLAR TOWERSYSTEM

ABSTRACT

The requirement of electric energy rises with increasing of the population and faster improvement demands.Energy necessity generally is provided by using fossil based fuel sources. In order to supply energyrequirements, today, using alternative sources became necessary because of the problems such as decreasing ofavailable fossil fuel sources and environment pollution from this fuel. The solar energy which has a wide rangeof application potential is the most hopeful and unlimited energy source without environment pollution inelectric energy production. In this paper, the electric production methods from solar energy are studied and the

most suitable method for solar energy plant is tried to find out. The selected method, known as Solar Tower inliterature is an electric production method. In this study, technical and cost analysis of an application using thismethod are carried out.

Key Words :Solar energy, Electrical power plant

1. GR

Gne enerjisinden faydalanlarak yaplan elektrikenerjisi retiminde iki yol vardr. Birincisi; dorudan

gne enerjisini fotovoltaik piller ile elektrikenerjisine dntrmektir. kinci yol ise; gne

enerjisi ile su buhar veya scak gaz retmek vesonra buhar veya scak gaz konvansiyonel yoldan

buhar veya gaz trbinine sevk ederek trbine balbulunan jeneratrden elektrik retmektir. Burada,daha yksek verime sahip olmalarndan dolayikinciyol olan ve endirekt metot da denilen Kule tipi


2/6

GneKulesi Modeli le Elektrik Enerjisi retimi in Bir Uygulama, R. Selba, A. K. Yakut, A. encan

Mhendislik Bilimleri Dergisi 2003 9 (2) 179-184 180 Journal of Engineering Sciences 2003 9 (2) 179-184

Merkezi Gne Enerjisi Elektrik Santraliincelenecektir.

zellikle u gnlerde lkemizin iinde bulunduuenerji krizinden kurtulmas iin, nkleer enerji

santrallerine alternatif olarak gneenerji santrallerikurulmas dnlmektedir (Anon., 1982). Bualmada, kule tipi gne enerjisi elektrik santraliincelenmi, bu sistemin termodinamik ve ekonomikanalizleri yaplmtr. Gne enerjili elektriksantrallerinin daha yaygn olarak kurulmasyla,evreye zarar vermeksizin yaanan enerji skntsngiderme imkansalanacaktr.

Bu amala, gne enerjisinden elektrik enerjisiihtiyacn karlamak zere gne elektrik santraliuygulamas yaplarak, gerekli teknik ve maliyethesaplamalaryaplmtr.

2. KULE TPMERKEZGNEENERJSELEKTRK SANTRAL

Gneenerjisi; kule tipi, parabolik, silindirik, fresnelmercekli gibi sistemler kullanlarak ok deiikekillerde younlatrlabilir. Bunlardan kule tipiyounlatrclarda ok byk elektrik glerisalanabilir (Evcimen,1984). Byk bir tarla iineyerletirilmignee gre ayarlanabilen ok saydaki

yans

t

c

(heliostat), kule zerine yerletirilmialcya (buharlatrcya) gne nlarn gnderir.Bylece, gne nlarnn 300 ila 2000 defayounlatrlmasmmkndr. Bylece, alcda eldeedilen kzgn buhar trbinde elektrik enerjisinedntrlr. Bu sistemin dier younlatrcsistemlere gre; her bir yanstcnn bamsz hareketimkanna sahip olmas ve byk boyutlardakitoplayclara gre daha az rzgar ykne maruzkalmas gibi stnlkleri vardr. EURELIOS adverilen bu tr bir gne santrali, ilk defa, 1981deSicilya Adranoda Ortak Pazar lkeleri tarafndangerekletirilmitir. Sistemde gnei izleyen ve

toplam yzeyi 6216 m

2

olan heliostat kullan

larak 55m yksekliindeki kulenin tepesinde bulunankazanda 64 atmosfer basnta 512 C scaklktakzgn buhar elde edilmitir. Santral 1 MW elektrikve 4.8 MW termik gcnde olup verimi %21civarndadr (Meinel and Meinel, 1977). Daha sonra1982 ylnda Kaliforniyada 10 MWlk bir santraldaha kurulmutur. Bu santral 1818 yanstcdanolumu olup her bir yanstc grubun toplam alan39.13 m2 dir. Bu alc 13.7 m yksekliinde, 7 mapnda ve topraktan 90 m yksekliktedir. Alcdamaksimum absorblama yzeyi scakl620 C olup516 Cde 50900 kg/h buhar retilmitir. Bu

santralin fotoraflar ekil 1, 2 ve 3degrlmektedir.

ekil 1. Heliostat alan ve alc kulesi zerindengrn(sistem almazken)

ekil 2. Heliostat

ekil 3. Al

c

n

n yukar

dan grn


3/6



Trkiyede ise bu konuda ilk ciddi aratrma, 1982ylnda Ege niversitesi Gne Enerjisi Enstits

bnyesinde yaplmtr. Tasarlanan santral iin 20 myksekliinde kule ina edilmi olup, 300 kWlkg salanmasamalanmtr. Bu santral iin 5000

m2alan zerine 1875 m2 yanstcyzey kullanlmasgerektii hesaplanmtr. Santral maliyeti ise 150000$ olarak belirlenmitir (Eltez, 1984). Ancak bu projehayata geirilememitir.

Kule tipi merkezi gne enerjisi elektriksantrallerinde genellikle hareketli aynalarkullanlarak yksek scaklk ve verim deerleri eldeedilebilmektedir. Ancak, bu sistemlerde aynalar,hareket dzenei ve bunlar iin gerekli olan taycyap elemanlar, maliyeti nemli lde arttrmaktave dier konvansiyonel santrallere oranla ekonomikolmamaktadr. Bu sebeple, tasarlanan sistemde

maliyeti drmek iin, sabit aynal konsantrasyonsistemi dnlmtr.

Hareketli ayna maliyeti 40-75 dolar/m2 arasndadeimektedir. Sabit ayna maliyeti ise 10-20

dolar/m2arasndadr. Buradan grlecei zere, ayngteki bir gneenerjisi elektrik santrali iin aynatarlasnda sabit aynalsistemin kullanlmashalinde,hareketli sisteme gre % 40a yakn bir tasarrufsalanacaktr. Zira, ayna tarlasnn maliyeti toplam

santral maliyetinin % 50-85ini oluturmaktadr(Sobin et al.,1976).

3. GNEKULESMETODUYLAELEKTRK RETMN BR

UYGULAMA

3. 1. Teknik zellikler:

Bu uygulamada, alma akkan olarak su/buhar

kullan

lmas

ve sistem veriminin artt

r

lmas

iin, arakzdrmalRankine evrimi ile alan bir g tesisidnlmtr. Bu gneenerjisi elektrik santralinin

prensip emasekil 4de gsterilmektedir.

IsDeposu

ALICI

Y.B.T. A.B.T.

Pompa

Kondanser

Jeneratr Dzenleyici

Depolama

Dzenleyici

AC-DCDntrc

Termostat

YedekKzdrc

ekil 4. Gneenerjisi elektrik santrali prensip emas

3. 2. AlcSistemi

Alc, boluk tipi olup su/buhar soutmaldr. Ayrca,termal depolama yapmak zere ergimi Na-Ktuzlarnn dolat nc bir kapal devreoluturulmutur. Sistem; 6 metresi toprak altnda,

60 metresi toprak stnde olmak zere 66 m

yksekliktedir. 7 m apndaki kule zerineyerletirilen alc, 7 m yksekliinde ve 3.5 mapnda tasarlanmtr.Alc iinde aktif s transfer yzeyini tekil eden

boru demetinin iinden, evrim akkan su/buhargemektedir. Oluturulan nc bir evrim


4/6



sayesinde, alcda kaybolacak enerjinin bir ksmdaha faydalhale getirilir.

Svhaldeki Na-K tuzlar, aynzamanda ok iyi birs depolama zelliine sahiptir. Alcya gelen

besleme suyu, iinden scak erimi tuz geen bir sdeitiricisinden geirilerek, n stma ilemiyaplabilir. Ayna tarlasnn alma prensibi, ekil 5ve 6dan grlecei zere, aynalar aracl ileyksekte bulunan kule zerindeki bir alcya enerjikonsantre edilmesi ve alcda elde edilen buhartrbin-alternatrlerle elektrik enerjisi retilmesieklinde olmaktadr (Eltez, 1984; Barslow and

Nevezhin, 1970).

ekil 5. Ayna tarlasnn alma prensibi

ekil 6. Ayna tarlasnn alma prensibi

3. 3. G Dnm Sistemi

G dnm sistemi, rejeneratif su/buhar arakzdrmal Rankine evrimidir. Kondense trbin ileakuplajyaplmolan elektrik jeneratrnden alnanelektrik enerjisi ana datm merkezinden getiktenve gerekli dzeltmeler yapldktan sonra, bir trafovastas ile kampsn i kullanmna verilecektir.

Sistemin genel karakteristikleri Tablo 1'debelirlenmitir.

Tablo 1. Sistemin Genel KarakteristikleriRejeneratif Su/Buhar Ara KzdrmalRankin evrimi ki

Kademeli Kondenser Trbin

Birinci kademe (yksek basn) buhar giriscakl 440 CBirinci kademe (yksek basn) buhar giribasnc 60 bar

kinci kademe (alak bas

n) buhar giris

cakl

440 Ckinci kademe (alak basn) buhar giribasnc 5 barEkzost buhar scakl 46 CEkzost buhar basnc 0.1 barOrtalama g 2000 kWTrbin devir says 4500 d/d

Sistemde kullanlan evrimin T-s ve h-sdiyagramlar ekil 7de gsterilmitir. evrimegre; alcdan kan 440 C ve 60 bar basntakikzgn buhar (3), yksek basn trbininde sabitentropide geniler (4). Buharn i enerjisi adyabatikgenileme sonunda mekanik ie dnr. Basndeeri, 5 bara der. Yksek basn trbininden

X=0.974 kuruluk derecesinde kan slak buhartekrar alcya gnderilerek, burada 440 Cye kadarstlr (5). Alcda bu artlara (P=5 bar, T=440 C)getirilen buhar alak basn trbininde 0.1 barakadar adyabatik olarak geniler (6). Bu genilemesonucunda, buharn i enerjisi yine mekanik iednr. Alak basn trbininden X=0.968 kurulukderecesinde kan rk buhar kondensere girer (1).Kondenserde buharn youmas, soutma suyutayan borularn buhardan s almas ile olur.Burada s transferi olayna en byk etken, stransfer katsaysnn yksek olmas ve buna balolarak da borularn temizliidir. Bylece,

kondensere X=0.968 kuruluk derecesinde girenrk buhar, 46 Cde su olarak kar. Santrifuj

pompaya gelen su alcya 60 barda baslr (2).Alcda 440 Cye kadar snarak buhar fazna geensu, trbine girerek evrimi tamamlamolur (3).

2

1

3 5

4

6

1

2

3

4

5

6

ekil 7. Sistemin ematik olarak T-s ve h-sdiyagramlar

Gne enerji santrali analizinin yaplabilmesi iingerekli olan deerler, ekil 7de gsterilen T-S ve h-s evrim diyagramlar ile Isparta li iin yaplangne radyasyonu hesaplamalar yardmyla

bulunmutur. Hesaplamalarda kullanlanbantlardan bazlaraada verilmitir:

Trbinden elde edilen iWT;


5/6


6/6



Barslow, V. I., Nevezhin, O. N. 1970. TemperatureField of the Cylindirical Cavity Receiver Conthodeof a Solar Thermionic Converter, Geliotekhnike.

Duffie, J. A., Beckman, W. A. 1991. SolarEngineering of Thermal Processes, NewYork: JohnWiley & Sons.

Eltez, M. 1984. "Gne Enerjisi KonferansTeblileri", s. 311-315, 16-18. Mays 1984, Ankara.

Evcimen, T. H. 1984. "Gne Enerjisi KonferansTeblileri", 108, 16-18 Mays 1984, Ankara.

Kl, A., ztrk, A. 1983. Gne Enerjisi, Kipa

Datmclk, stanbul.

Kreith, F. 1981. Solar Energy Handbook, Boulder,Co.

Meinel, A., Meinel, M. 1977. Applied Solar Energy.Addison and Wesley.

Sobin, A., Wagner, W., Easton, C. R. 1976. CantralCollektor Solar Energy Receivers, Solar Energy,Vol. 18.

Uyarel, A. Y., z, E. S. 1987. Gne Enerjisi veUygulamalar, Birsen Yaynevi, Ankara.

Documents

Güneş Kulesi̇ Modeli̇ i̇le Elektri̇k Enerji̇si̇ Üreti̇mi̇