Büyük Kapasiteli Soğutma Sistemlerinde Kojenerasyon Kullanımının

Makale
Büyük Kapasiteli Soğutma Sistemlerinde
Kojenerasyon Kullanımının Değerlendirilmesi*
Canan Cimşit¹, İlhan Tekin Öztürk2
ÖZET
Bu çalışmada kojenerasyon sisteminden elde edilen enerjinin büyük kapasiteli soğutma sistemlerinde kullanım
durumu analiz edilmiştir. Kojenerasyon tesisi kullanılarak üretilen elektrik ve ısı enerjisinin; buhar sıkıştırmalı, buhar sıkıştırmalı-absorbsiyonlu
kaskad ve kombine soğutma sistemlerinde kullanılabilirliği incelenmiştir.
Buhar sıkıştırmalı-absorbsiyonlu kaskad soğutma sisteminin absorbsiyonlu kısmında NH3-H2O akışkan çiftine
alternatif olarak LiBr-H2O çiftinin kullanılması buhar sıkıştırmalı kısmında
ise NH3 kullanılması durumlarının
teorik termodinamik analizleri yapılmıştır. Buhar sıkıştırmalı-absorbsiyonlu kaskad çevrimin kullanılması
ile buhar sıkıştırmalı çevrimlere göre
% 52 daha az bir elektrik enerjisi kullanılarak soğutma yapmak mümkün
olabilmektedir. Kojenerasyon kaskad
ve kombine soğutma sistemleriyle
uygun bir şekilde birleştirilmesi durumlarında daha az elektrik enerjisi
ve daha az düşük sıcaklıkta ısı tüketilerek etkin soğutma yapılabilir.
1. GİRİŞ VE AMAÇ
Dünyadaki artan nüfus ve sanayileşmeye paralel olarak enerji problemi de
hızlı bir şekilde artmaktadır. Enerji kaynaklarının (fosil yakıtların) tükenebilir
veya sınırlı miktarda oluşundan dolayı
bunların etkin ve verimli kullanılmasıyla birlikte alternatif kaynakların da
geliştirilmesi gerekmektedir.
Klasik buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinde kullanılan soğutucu akışkanların ozon tabakasına zararlı etkileri
ve günümüzde yaşanan enerji darboğazı nedeniyle özellikle absorbsiyonlu soğutma sistemleri büyük önem
kazanmıştır. Absorbsiyonlu soğutma
sistemlerinde kullanılan akışkan çiftlerinin ozon tabakasına zarar vermemesi,
güneş enerjisi, jeotermal enerji, atık ısı
gibi kaynakların kullanılabilmesi nedeniyle absorbsiyonlu soğutma sistemleri
daha avantajlı bir konuma gelmiştir.
Kojenerasyon ısı ve elektrik enerjisinin
birlikte üretilmesiyle hem ekonomik
hem de olumlu çevresel etkileri olan bir
sistemdir. Bu sistemlerle üretilen elektrik ve ısı enerjisinin soğutma sistemlerinde kullanılması durumunda hem
yakıt ekonomisi hem de sera gazlarının
azaltılması sağlanarak çevre korunmasına yardımcı olunacağı söylenebilir.
Bu çalışmada etkin soğutma yapmak
amacıyla soğutma için gerekli enerjinin
(mekanik enerji ve ısı enerjisinin) kojenerasyon sisteminden karşılanması ve
gerekiyorsa trijenerasyon şeklinde kullanılmasının değişik soğutma sistemleri
üzerinde uygulanışlarının termodinamik analizleri yapılmıştır.
2. KOJENERASYONUN SOĞUTMA
SİSTEMLERİNDE KULLANILMASI
Kojenerasyon sistemlerinde enerji; ısı
ve elektrik olmak üzere aynı sistemden
birlikte üretilir. Ana tahrik mekanizmasında tüketilen enerjiden ardışık olarak
elektrik ve yararlı ısı, sıcak su ya da
buhar üreterek önemli ölçüde enerji tasarrufu ile ekonomik kazanç sağlamak
mümkündür. Basit çevrimle çalışan ve
fosil yakıt kullanılarak sadece elektrik
üreten bir gaz türbini ya da motoru ile
kullanılan enerjinin % 30-45’ i kadarı
elektrik enerjisine çevrilebilir. Sistemden dışarıya atılacak olan ısı enerjisinin büyük bir kısmı da faydalanılabilir
enerjiye dönüştürülerek, toplam tüketilen birincil enerjinin %70-90 kadarı
değerlendirilmiş olur [1].
Kojenerasyon tesisleri, kentsel yerleşimler ve sanayinin birçok uygulama
alanlarında kullanılmaktadır (Şekil 2).
Enerjinin tüketildiği yerde üretimi de
sağlanan bu tesislerle kentsel yerleşimlerin ısıtma ve soğutma ihtiyaçları
hem ekonomik hem de çevre koruması
sağlanarak karşılanabilmektedir. Ayrıca
uygulamalarda kullanılan trijenerasyon
sistemleriyle ısı ve elektrik enerjisinin
yanında ısının bir kısmı kullanılarak soğutma da yapılabilmektedir; yani sant-
Kocaeli Üniversitesi, Gölcük MYO, Gölcük, Kocaeli - ccimsit@kocaeli.edu.tr
Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Umuttepe-Kocaeli - ilhan@kocaeli.edu.tr
1
2
Bu yazı, 31 Mart - 2 Nisan 2011 tarihlerinde Makina Mühendisleri Odası tarafından Kocaeli’de düzenlenen III. Enerji Verimliliği Kongresi’nde bildiri olarak sunulmuştur.
*
Mühendis ve Makina
53
23 Cilt:
Sayı: 632
için kompresörlerin
çalıştırılması
için
hem elektrik enerjisi
hem de absorbsiyonlu
soğutma sistemlerinin
çalıştırılabilmesi için
Şekil 1. Kojenerasyon Sistemi
 =m
 6 .h6 +m
 10 .h10 -m
 1 .h1 -m
 11 .h11 (4)
Q
abs
Bu çalışmanın ilk kısmında kombine
soğutma sistemi için NH3-LiNO3 yerine
NH3-H2O eriyiği kullanılarak sistemin
analizi yapılmıştır. Bu analiz için esas
olmak üzere tek kademeli NH3-H2O
eriyiği ile çalışan absorbsiyonlu-buhar
 6 +m
 10 = m
 1+m
 11
m
(5)
 6 x6 +m
 10 x10 = m
 1 x1+ m
 11 x11
m
(6)
 6 x6 +m
 10 x10 = m
 1 x1+ m
 11 x11
m
Kaynatıcı (Generatör):
 =




Q
kay m4 . h4 +m7 . h7 -m3 . h3 -m12 . h12 (7)
 3+m
 12 = m
 4 +m
7
m
(8)
 3 x3+m
 12 x12 = m
 4 x4 +m
 7 x7
m
(9)
Buharlaştırıcı (Evaporatör):
Şekil 2. Gaz Türbinli Basit Bir Kojenerasyon Sistemi
ral aynı anada üç işlevi yerine getirecek
şekilde çalışabilmektedir.
Kojenerasyon ve trijenerasyon tesislerinin en büyük avantajı ihtiyaç duyulan
enerji türlerinin istenildiği zaman ve
miktarda üretebilmesidir. Bu tesisler
kendi enerjilerini kendileri ürettiklerinden dışa bağımlı olmazlar. Ayrıca üretilen enerjinin devamlılığı da söz konusu
olabilmektedir.
Kojenerasyon sistemleri kurularak ısıtılacak mekanların, sıcaklığı 60–180°C
arasında değişen sıcak su ihtiyacı karşılanabildiği gibi endüstriyel alanda
da proses ısısına gereksinim duyan tesislerin ısı ihtiyaçları bir buhar türbininin çıkışından veya çürük buhardan
yararlanılarak karşılanabilir. Bu yüzden
birleşik ısı ve güç tesislerindeki enerji
tasarrufu büyük boyutludur [2].
Özellikle endüstriyel tesislerde büyük
kapasiteli soğutma sistemlerinde ya da
aynı tesis için kullanılan farklı amaçlı
soğutma sistemlerinin örneğin -20°C’ye
proses soğutulması veya soğuk oda için
gerekli soğutmayla beraber klima sistemleri için duyulan soğutma ihtiyacı
Cilt: 53
Sayı: 632
24 Mühendis ve Makina
yeterli miktarda ısı enerjisine ihtiyaç
duyulabilir. Uygun seçilmiş kojenerasyon ve trijenerasyon tesisleri, ihtiyaç
duyulan bu elektrik ve ısı enerjilerini
karşılayabilir.
Absorbsiyonlu/buhar sıkıştırmalı kombine ve kaskad soğutma çevrimlerinin
termodinamik analizlerinde kullanılan
ilgili bağıntılar ve akışkanların termodinamik özellikleri literatür çalışmalarında mevcuttur ([3], [4], [5], [6]). Bu
çalışmada buhar sıkıştırmalı-absorbsiyonlu kombine ve kaskad soğutma çevrimlerinde kojenerasyonun kullanılabilirliliği detaylı incelenecektir.
2.1 Absorbsiyonlu-Buhar Sıkıştırmalı
Kombine Soğutma Sistemlerinde
Kojenerasyon Kullanımı
Absorbsiyonlu-buhar sıkıştırmalı kombine soğutma sisteminin analizi Ayala
vd. (1997) tarafından NH3-LiNO3 akışkan çifti kullanarak yapılmıştır. Kombine soğutma çevriminin performansının
buhar sıkıştırmalı veya absorbsiyonlu
soğutma çevrimlerinden daha yüksek
olduğunu belirtmişlerdir.
sıkıştırmalı kombine soğutma çevriminin şematik diyagramı Şekil 3’te gösterilmektedir [7].
Amonyak-su eriyiği kullanan kombine
soğutma sisteminin çalışma prensibini
aşağıdaki gibi özetlemek mümkündür:
1-3: Absorberden çıkan amonyak bakımından zengin olan eriyik bir pompa
aracılığıyla ısı değiştiricisinden geçerek
kaynatıcıya (generatöre) gelir.
3-7: Burada dışarıdan verilen ısıl enerjisiyle soğutucu akışkan buharlaşarak eriyikten ayrılır ve yoğuşturucuya
(kondensere) girer.
4-6:Kaynatıcıdan amonyak bakımından
fakirleşen eriyik, ısı değiştiricisinden
geçerken zengin eriyiğe ısı vererek absorbere geri döner.
8-9:Yoğuşturucudan doymuş sıvı olarak çıkan amonyak kısılma vanası aracılığıyla buharlaştırıcı basıncına kadar
genişletilir.
9-10:Buharlaştırıcıda
(evaporatör)
amonyak soğutulan ortamdan aldığı
ısıyla buharlaşarak absorbere girer.
11-12:Absorberden çıkan bir miktar
amonyak kaynatıcı basıncına kompresör tarafından sıkıştırılır ve daha sonra
kaynatıcıda gelen zengin eriyikle birleşir.
2.1.1 Absorbsiyonlu-buhar sıkıştırmalı kombine soğutma sistemlerinde kojenerasyon
kullanımının termodinamik analizi
Bu çalışmada yapılan çevrimlerin termodinamik analizlerinde aşağıda belirtilen kabuller yapılmıştır, bunlar:
1. Analiz sürekli rejim şartlarında yapılmıştır.
2. Generatör çıkışındaki akışkan kızgın buhar olup sıcaklığı, generatör
sıcaklığındadır.
3. Kondenserden çıkan soğutucu
akışkan, doymuş sıvı fazındadır.
4. Evaporatörden çıkan soğutucu
akışkan, doymuş buhar fazındadır.
5. Absorberden çıkan eriyik, absorber
basıncı ve sıcaklığında denge halindedir.
6. Generatörden çıkan eriyik, generatör sıcaklığı ve basıncında denge
halindedir.
7. Sistemde bütün basınç kayıpları ihmal edilmiştir.
8. Absorbsiyonlu sistemde pompanın
tükettiği iş ihmal edilmiştir.
Soğutma sistemindeki paylaşımı görmek için kompresördeki sıkıştırmayla
absorbsiyon arasındaki oranı belirlemek için, sıkıştırma oranı (CP) parametresi kullanılır. Bu oran, kompresörde sıkıştırılan soğutucu akışkan
.
miktarının ( m11’in) çevrimde kullanılan
.
toplam soğutucu akışkan (m 7) debisine
bölünmesiyle elde edilir [3]:
.
m11
m7
CP = .
(1)
CP=1 karma sistemin yalnızca bir buhar sıkıştırmalı olarak, CP=0 durumunda ise yalnızca bir absorbsiyonlu soğutma sistemi olarak çalıştığını gösterir.
Sistemi oluşturan her bir cihazın kütle
ve enerji dengeleri yazılarak ısıl kapasitelerinin hesabı aşağıda belirtildiği gibi
yapılabilir:
Yoğuşturucu (Kondenser):
 =m
 (h -h )
Q
(2)
 7= m
8
m
(3)
yoğ
7
Absorber:
7
8
(10)
 9= m
 10
m
(11)
Kompresör:
Şekil 3. Kojenerasyonlu Buhar Sıkıştırmalı/Absorbsiyonlu Kombine Soğutma Sistemi
Ekzoz
 =m
 9 .(h10 -h9 )
Q
buh
 komp =m
 12 .(h12 -h11 )
W
(12)
 11=m
 12
m
(13)
Eriyik Isı Değiştiricisi (EID) için kütle
ve enerji denge eşitlikleri:
 2=m
3
m
(14)
x2 = x3
(15)
 =m

m
(16)
x4 = x5
(17)
 =m
 4 (h4 -h3 )
Q
EID
(18)
4
5
Eriyik için genleşme valfinde kütle ve
enerji denge eşitlikleri:
5=m
6
m
(19)
h5 = h6
(20)
Soğutucu akışkanın genleşme valfindeki kütle ve enerji denge eşitlikleri:
8=m
9
m
(21)
h8 = h9
(22)
Pompadaki kütle ve enerji denge eşitlikleri:
1=m
2
m
Mühendis ve Makina
(23)
53
25 Cilt:
Sayı: 632
 pompa = m
 1 .(h2 -h1 )
W
(24)
NH3-H2O eriyiği için dolaşım oranı:
m
m 7
1-x
x3 -x4
4
f= 3 =
(25)
Sistemin tamamı için soğutma tesir katsayısı:
Q buh
=
STK abs-buh Q
Wkomp
kay
(26)
Çalışma koşullarına göre sistem sadece
absorbsiyonlu soğutma ya da sadece
buhar sıkıştırmalı soğutma şeklinde çalıştırılabilir. Ayrıca sadece absorbsiyonlu soğutma sistemi için kaynatıcıya verilmesi gereken ısının yeterli olmadığı
durumlarda uygun CP oranlarında sisteme bir kompresör ilavesiyle oluşturulan bu absorbsiyonlu-buhar sıkıştırmalı
kombine soğutma sistemleri hem buhar
sıkıştırmalı hem de sadece absorbsiyonlu soğutma sistemi durumlarına göre
daha ekonomik ve ihtiyacı karşılayabilecek bir şekilde çalıştırılabilir. Sonuç
olarak; kombine soğutma sistemlerini
kojenerasyon sistemiyle birlikte düşünülmesiyle tesisten elde edilen ısının
kullanılmasıyla daha az elektrik enerjisi
tüketimiyle beraber sanayi tipi soğutma
işleminde kaliteli enerji (elektrik) veya
düşük kaliteli enerji (ısı) kullanım seçenekleri birleştirilebilmektedir.
çevrimlerinin absorbsiyon kısmı için
gerekli olan ısı enerjisi sağlanabilir.
2.2.1 Absorbsiyonlu-buhar sıkıştırmalı
kaskad soğutma sistemlerinde kojenerasyon
kullanımının termodinamik analizi
Bu bölümde buhar sıkıştırmalı/absorbsiyonlu kaskad soğutma çevriminin
absorbsiyon kısmında NH3-H2O akışkan çifti ve LiBr-H2O akışkan çiftinin
kullanılması durumunun termodinamik
analizi yapılmış ve bu sistemin sağladığı avantajlar incelenmiştir. Bu kapsamda çevrim olarak absorbsiyon kısmında
LiBr-H2O ve buhar sıkıştırmalı kısımda
NH3 kullanılan kaskad çevrim detaylı
bir şekilde açıklanmıştır ve bu çevrimin
elektrik ve ısı enerji gereksiniminin bir
kojenerasyon çevrimi tarafından karşılanması durumu incelenmiştir (Şekil 4).
Absorberden çıkan LiBr bakımından
fakir olan eriyik bir pompa aracılığıyla
ısı değiştiricisinden geçerek kaynatıcıya
(generatöre) gelir. Sıcak ve yüksek basınçtaki soğutucu akışkan kaynatıcıdan
yoğuşturucuya girer. Kaynatıcıda eriyikten soğutucu buharının ayrılmasıyla
LiBr bakımından zenginleşen eriyik ısı
değiştiricisinden geçerken fakir eriyiğe
ısı vererek absorbere geri döner. Yoğuşturucudan doymuş sıvı olarak çıkan
soğutucu akışkan kısılma vanası aracılığıyla buharlaştırıcı basıncına kadar
genişletilir. Buharlaştırıcıda soğutucu
akışkan, buhar sıkıştırmalı soğutma
sisteminin yoğuşturucusundan aldığı
ısıyla buharlaşarak absorbere girer. Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde ise
soğutucu akışkan kompresörde yüksek
basınca kadar sıkıştırılarak yoğuşturucuya gönderilir. Yoğuşturucuda absorbsiyonlu soğutma sisteminin soğutucu
akışkanına ısı vererek yoğuşan soğutucu akışkan, kısılma vanasında kısılarak
buharlaştırıcıya girer. Buharlaştırıcıda
soğutucu akışkan soğutulan ortamının
ısısını çekerek ortamı soğutur. Bu çevrimin enerji gereksinimi olan kompresör
için elektrik ihtiyacı ve kaynatıcı için
de ısı ihtiyacı, kojenersayon tesisinden
karşılanacaktır.
Cilt: 53
Sayı: 632
26 Mühendis ve Makina
Wkomp = m 1 . (h2 Bu çevrim içinde daha önce yapılan
kabuller esas olmak üzere çevrimi oluşturan her bir cihaz için kütle ve enerji
dengesi yazılarak cihazların kapasiteleri için aşağıda belirtilen denklemler
elde edilir.
Yoğuşturucu 1:
Absorbsiyonlu soğutma sistemi:
Buharlaştırıcı 1:
 = m .h + m . h - m . h (29)
Q
kay
8
8
7
7
11 11
Absorber:
 5 = m 10 + m 14
m
(31)
 5 x5 = m 10 x10 + m 14
m
Q abs = m 10 .h10 + m 14 . h14 - m 5 .h5 (32)
m 11 = m 12
(33)
 = m (h -h )
Q
yoğ2
11
11 12
(34)
m 2 = m 3
(35)
 =m

m
(36)
 = m (h -h )
Q
EID
8
8
9
(37)
9

Qyoğ1 = m 3 (h2 h3 )
(43)
(44)
)
(45)
Dolaşım oranı:
m
m 11
x
x8 -x7
f= 8 = 7
(46)
Kaskad sisteminin buhar sıkıştırmalı
soğutma kısmının performans katsayısı
(STKbuh )


STK
buh = Qbuh1 / Wkomp
(47)
Kaskad sisteminin absorbsiyonlu soğutma kısmının performans katsayısı
(STKabs )
(48)
Kaskad sisteminin genel performans
katsayısı (STKçevg)


STK
buh = Qbuh1 / Wkomp
(49)
Örnek bir uygulama:
Kaskad Isı Değiştiricisi (Buharlaştırıcı
2 ve Yoğuşturucu 1):
13
14
m = m
(38)
 = m . (h - h )
Q
buh2
13
14
13
(39)
Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi:
Kompresör:
1 = m
2
m
(41)
(42)


STK
abs = Qbuh2 / Qkay
m 6 = m 7
8
h1 )
(30)
Eriyik Isı Değiştiricisi (EID):
Şekil 4. Kojenerasyonlu Buhar Sıkıştırmalı/Absorbsiyonlu Kaskad Soğutma Çevrimi

Kaynatıcı (Generatör):
m = m 4
1
 7 = m 11 + m 8
m
(27)
Q buh1 = m 1 (h1 - h4
(28)
m 7 x7 = m 8 x8 + m 11
Yoğuşturucu 2 (Kondenser 2):
2.2 Absorbsiyonlu-Buhar Sıkıştırmalı
Kaskad Soğutma Sistemlerinde
Kojenerasyon Kullanımı
Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin
amacı güneş enerjisi, jeotermal enerji
ve çeşitli endüstriyel tesislerdeki atık ısı
enerjisini kullanarak soğutma işlemleri
için gerekli olan enerji ihtiyacını azaltmaktır. Böylece bu soğutma sistemleri
hem çevre hem de enerji tasarrufu sağlamaktadır. Buhar sıkıştırmalı/absorbsiyonlu kaskad sistemlerin kojenerasyon
sistemlerle birlikte düşünülmesi sonucunda kojenerasyon tesisinden elde
edilen sıcak su veya buhar ile kaskad
2.2.2 Kojenerasyonlu buhar sıkıştırmalıabsorbsiyonlu kaskad soğutma sistemleri
için örnek bir uygulama
(40)
Analiz edilen absorbsiyonlu-buhar
sıkıştırmalı kaskad soğutma çevrimi
için uygun çalışma akışkanları belirlemek amacıyla absorbsiyonlu kısmında
akışkan çifti olarak LiBr-H2O ve NH3H2O, buhar sıkıştırmalı kısmında ise
NH3 kullanıldığı kabul edilmiştir. NH3H2O akışkan çiftiyle çalışan kombine
soğutma sistemlerinin aynı çalışma
koşullarındaki (Tbuh=T1=-6°C, kaskad için Tyoğ=T12=40°C, kombine için
Tyoğ=T8=40°C, soğutma yükü 4000 kW)
NH3 kullanan klasik buhar sıkıştırmalı
soğutma sistemiyle karşılaştırılması
yapılmıştır. Sistem elemanlarının ısıl
kapasite ve performans değerleri Tablo
1’de gösterilmektedir.
Kaskad çevrimin absorbsiyonlu kısmında LiBr-H2O akışkan çiftinin kullanılmasının NH3-H2O akışkan çifti
kullanım durumuna göre kaynatıcı için
gerekli ısı enerjisinin daha az olduğu
Tablo 1’de görülmektedir. Her iki çevrimde de kojenerasyonun kullanımında
enerjinin verimli kullanıldığı görülmektedir.
Kaskad soğutma sistemlerinde aynı çalışma şartlarındaki klasik buhar sıkıştırmalı sistemlerine göre aynı miktarda
soğutma elde edebilmek için %52 daha
az elektrik enerjisine ihtiyaç duyulduğu
görülmüştür (Tablo 1). Ayrıca NH3-H2O
akışkan çifti kullanımı durumunda kaynatıcıdan sonra çevrime ilave edilecek
ayrıştırıcının enerji gereksinimi göz
önünde tutulursa LiBr-H2O akışkan
çiftinin avantajının daha da artacağı
görülmektedir. Bununla birlikte kaskad
çevrimlerin absorbsiyonlu kısmında
LiBr-H2O akışkan çiftinin kullanılması durumunda tasarım aşamasında
LiBr’ün kristalleşme durumunun da
göz önünde tutulması gerekir. Yukarıda
açıklanan sebeplerden dolayı LiBr-H2O
akışkan çifti kullanımının NH3-H2O çiftine göre daha avantajlı olduğu söylenebilir.
Kaskad soğutma sistemi (LiBr-H2O/
NH3) için gerekli ısı ve elektrik enerjisi
sırasıyla 6044 kW ve 536 kW olmaktadır (Tablo 1). Elektrik ısı oranı %60
olan bir kojenerasyon tesisinden 536
kW elektrik üretimine karşılık 894 kW
ısı üretilebilecektir. Bu ısı miktarı da
örnek çevrimin absorbsiyonlu kısmının
ısı ihtiyacının yaklaşık %15’ini karşılayabilecektir. Bu durumda bu soğutma
çevrimi için kojenerayon çevriminin
ısısı yeterli olmayacaktır ve diğer alternatiflerle birleştirilmesi gerekecektir.
Kombine soğutma sisteminin artan CP
oranında kaynatıcı için gerekli olan ısıl
Mühendis ve Makina
53
27 Cilt:
Sayı: 632
Tablo 1. Örnek Kaskad, Kombine ve Buhar Sıkıştırmalı Çevrimlerinin Sistem Elemanlarının Isıl Kapasiteleri ve Performans Değerlerinin Karşılaştırılması
(Tbuh=T1=-6 °C, kaskad Tyoğ=T12=40 °C, kombine Tyoğ=T8=40 °C Qbuh1= 4000 kW)
Kaskad soğutma sistemleri
Klasik buhar sıkıştırmalı
soğutma sistemi
LiBr-H2O
NH3-H2O
NH3-H2O
NH3-H2O
NH3-H2O
NH3
NH3
(CP=0.5)
(CP=0.8)
(CP=0.9)
Qkay (kW)
6044
9300
7260
2680
1160
-
Wkomp (kW)
536
536
505
810
910
1110
Qbuh1 (kW)
4000
4000
4000
4000
4000
4000
STKçevg
0.608
0.407
0.515
1.146
1.932
3.604
enerji de azalmaktadır. CP = 1 karma
sistemin yalnızca bir buhar sıkıştırmalı
olarak, CP = 0 durumunda ise yalnızca bir absorbsiyonlu soğutma sistemi
olarak çalışmaktadır. Buna göre CP arttıkça kompresör işi de (Wkomp ) artmaktadır. Buna karşılık Qkay azalmaktadır
(Tablo 1). Kombine soğutma çevrimlerinde verilen kapasiteler için seçilecek
kojenerasyon çevrimi yardımıyla belirlenecek uygun CP oranı için ihtiyaç duyulan elektrik ve ısı enerjisinin tamamı
kojenerasyon tesisinden karşılanabilir.
Kaskad sistemlerde verilen kapasitelerde çevrim için gerekli ısı enerjisinin
belirli bir kısmı kojenerasyon sisteminden geri kalan kısmı da alternatif enerji
kaynaklarından temin edilebilir.
Kojenerasyonun soğutma sistemlerinin
enerji ihtiyacının karşılanmasında kullanımı termodinamik açıdan uygun olmasına karşın ekonomik değerlendirme
yapılarak bu konudaki son karar verilmelidir.
3. SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu yapılan çalışmayla aşağıda belirtilen sonuç ve öneriler elde edilmiştir.
• Klasik buhar sıkıştırmalı çevrimlere göre, aynı soğutma miktarı için
daha az elektrik enerjisi tüketimi,
• Kojenerasyon yardımıyla daha verimli elektrik ve ısı üretiminin sağ-
Cilt: 53
Sayı: 632
Değişik CP oranları için kombine soğutma sistemleri
28 Mühendis ve Makina
lanarak soğutma çevrimlerinde kullanılması,
• Enerji kaynaklarının daha etkin ve
verimli kullanımıyla dışa bağımlılığının azaltılması,
• Düşük emisyon ve atık oluşturulması sebebiyle çevre korumasının
sağlanması,
• Büyük ölçekli işletme maliyeti azalımı, böylece endüstriyel kuruluşlar
için rekabet gücünün artması,
mümkün olabilmektedir.
NH3
2.
İmal, M., Onat, A. 2003. “Endüstriyel Tesislerde Kullanılan Birleşik
Kojenerasyon Sistemlerinin Ekonomik Analizi,” Politeknik Dergisi,
cilt:6, sayı: 3, 531-539.
3.
Ayala, R., Heard, C. L., Hollabd,
F.A. 1997. Ammonia-Lithium Nitrate Absorption/ Compression Refrigeration Cycle, Part I. Simulation,
Applied Thermal Engineering, 17, 3,
223-233.
4.
Kairouani, L., Nehdi, E. 2006. Cooling Performance and Energy Saving of a Compression-Absorption
Refrigeration System Assisted by
Geothermal energy, Applied Thermal Engineering, 26, 288-294.
5.
Kaita, T. 2001. Thermodynamic
Properties of Lithium Bromide-Water Solutions at High Temperatures,
Int. J. Refrigeration, 24, 374-390.
6.
Sun, D.W. 1998. Comparison of
the performance of NH3-H2O, NH3LiNO3 and Absorption Refrigeration
Systems, Energy Conversion& Management, 39, 357-368.
7.
Cimşit, C. 2009. Absorbsiyonlu
Buhar Sıkıştırmalı Kaskad Soğutma Çevrimlerinin Termodinamik ve
Termoekonomik Analizi, Doktora
Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
SEMBOLLER
.
Q
:
Isıl güç, kW
STK
:
Soğutma tesir katsayısı
T
:
Sıcaklık, °C
W
:
Kompresör gücü, kW
.
Alt indisler
abs
:
Absorber
buh
:
Buharlaştırıcı
çevg
:
Çevrim genel
kay
:
Kaynatıcı
komp :
Kompresör
yoğ
Yoğuşturucu
:
KAYNAKÇA
1.
Değirmencioğlu, H. 2009. Kojenerasyon Sistemleri, Ege Bölgesi Enerji Forumu, Denizli.
8. www.unienerji.com