jeotermal enerji

ENERJİ DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİ
Haft
a
Sınav
1
Giriş
2
Enerji Dönüşüm Sistemleri Genel
3, 4
Enerji Dönüşüm Sistemleri İçin Ana Yakıtlar
5, 6
Temel Enerji Sistemleri
7, 8, 9 Fosil Yakıt Sistemleri
10, 11 Güneş Enerjisinin Isı Ve Elektrik Enerjisine Dönüşümü
12, 13 Rüzgar Enerjisi
14
Hidrolik Enerji
Kaynak 1. Principles of Energy Conversion,
McGraw Hill, Inc, 1991.
I. Vize
Sınav, Vize, Ödev, Quiz
Adet
Değerlendirme
Ölçütleri
Ders Sorumlusu
Kısa Süreli
Sınav (Quiz)
Ara Sınav
(Vize)
Proje
Dönem Sonu
Sınavı
Yüzde (%)
Haftalık
10
1
40
1
15
1
35
Dersin Amacı
Temel mühendislik bilgilerini kullanarak enerji dönüşüm
sistemlerini tanıtmak, tasarım parametrelerini öğretmek, mevcut
enerji dönüşüm sistemleri ve alternatif kaynakları kullanarak enerji
üretimi konusunda bilgi sağlamak
Program Kazanımları
Matematik, fen bilimleri ve mühendislik temel bilgilerinin Makine Mühendisliği problemlerine
uygulayabilme becerisi.
Mühendislik problemlerinin çözümlenmesinde sağlık, güvenlik ve çevre üzerinde yaratacağı ulusal ve
uluslar arası etkilere duyarlılık.
Tecrübe ve bilgi kazandırmak ve paylaşmak.
Var olan her çözümün daha iyisi olduğunu düşünen bireyler topluma kazandırmak.
Enerjinin terminolojisi
Enerji
1- Bir sistemin, kendisi dışında etkinlik
üretme yeteneğidir (Max Planck).
2- Başka bir tanımla enerji bir sistemin
iş ve ısı verme yeteneğidir.
Enerjinin Sınıflandırılması
Sınıflandırmalar hangi esasa göre yapılırsa yapılsın, farklı gruplara giren enerjiler, birbirine
dönüştürülebilmektedir.
Enerjinin dönüşebilirliğinin ölçümü ekserji ile ifade edilmektedir. Belirli termodinamik
koşullarda, belli bir miktar enerjinin diğer bir enerji biçimine dönüştürülebilen en yüksek
miktarıdır. Belirli termodinamik koşullarda diğer bir enerji biçimine dönüştürülemeyen enerjiye
de anerji adı verilmektedir.
Enerjilerin gruplandırması
Enerjiler kaynaklarına göre; yakıtlar (katı, sıvı, gaz), hidrolik,
nükleer, güneş, biyokütle (biyomas), rüzgâr, jeotermal vb. enerjiler olarak
ayrılabilmektedir.
Fiziksel yönleriyle de; mekanik (potansiyel ve kinetik), termik,
kimyasal,
elektromanyetik,
gruplandırılabilmektedir.
elektrik
vb.
enerjiler
olarak
Enerji hammaddelerinin özgül enerji içeriklerine göre;
Yoğun enerjiler: (Ö.: petrol ve ürünleri, kömür, atom enerjisini veren
uranyum). Yoğun olmayan enerjiler: (Ö.: güneş ve rüzgâr enerjileri).
Herhangi
bir
değişime
ya
da
dönüşüme
uğrayıp
uğramadığına göre enerjiler iki grupta toplanabilir:
Birincil enerjiler (Doğal enerjiler): Doğadaki enerjilerin herhangi bir
değişim ya da dönüşüm göstermemiş biçimidir (Ö.: güneş, rüzgâr, hidrolik,
petrol, kömür enerjiler).
İkincil enerjiler (Türetilen enerjiler): Birincil ya da diğer ikincil
enerjilerin dönüştürülmesi sonucu elde edilmektedir (Ö.: elektrik, termik
"ısı", mekanik, kimyasal, elektromanye-j tik, ışık).
Enerji maddesinin kullanımı
sırasında çevreye etkisi yönünden:
Temiz enerjiler (Ö.: güneş, rüzgâr,
biyomas - biyokütle enerjisi hidrolik
enerjiler). Temiz olmayıp, doğayı
kirletenler (Ö.: petrol, kömür).
Enerji maddesinin depolanabilme
özelliğine göre:
Tam olarak depo edilebilenler (Ö.:
kömür, petrol ve ürünleri, atom
enerjisini veren uranyum ve
toryum).
Kısmen depo edilebilenler ve
edilemeyenler (Örnek: doğal gaz, su,
güneş)
Enerji Kaynağının Kalitesi
Bir enerjinin başka bir enerjiye ve
özellikle mekanik enerjiye çevrilebilen
oranına enerji kalitesi denir.
Kalite = Mekanik.Enerji / Enerji.Kaynağı
1.
Mekanik Kaynaklar: Hidrolik, Rüzgâr, Dalga ve Gelgit enerjileridir. Genelde kaynak
kalitesi yüksektir (yüksek verimlilikte elektriğe dönüştürülmek üzere elde edilir).
2. İsıl Kaynaklar: güneş kolek-törleri örnek olarak verilebilir. Mekanik iş olarak elde
edilebilen ısı enerjisinin maksimum oranı, termodinamiğin II. Yasası tarafından belirlenmiştir.
Örneğin termik sistemlerde bu değer % 35'dir.
3. Foton İşlemleri: Buna en iyi örnek fotosentez olayı ve güneş pilleri [fotovoltaik (PV)]
elemanlardır
Enerji – Ekonomi – Ekoloji
20.yy‘ın ilk yarısında enerji kaynakları önceliğini ekonomik olarak düşük
maliyet düşüncesi ile tüketildi.
1950’lerden sonra mühendisler 3E üzerine düşünmek zorunda kaldı.
Bugün bu 3E arasında denge kurmak için 6 önemli parametre öne çıkmıştır.
kütle ve enerjinin
Albert Einstein (1879-1955) kütle ve enerjinin birbirine dönüşebileceğini
ifade etmiş ve ikisi arasında çok bilinen;
E = mc2
Burada E joule olarak enerjiyi ifade etmektedir. m kilogram olarak
enerjiye dönüşen kütle miktarı, c ise ışık hızıdır (c= 2.9979×108 m/s).
1 gram enerjiye dönüşen kütle?
E = 10-3 (kg) × (2.9979×108 (m/s)) 2
E ~ 9×1013 (J)
ENERJİ VE GÜÇ BİRİMLERİ
Enerji hesapları yapılırken enerji ve güç birimleri karıştırılmamalıdır.
Enerji bir zaman aralığında gücün integraline eşittir.
SI birim sisteminde; Enerji
√ joule (J)
Elektron volts(eV)
Million elektron volts(MeV)
Calori(cal)
Kilovat saat (kWh)
Beygir gücü saat (hPh)
P=dE/dT
SI biriminde güç;
√ Watt (W)
Kilowatt (kW)
Megawatt (mW)
J/s
Örnek
Bir ülkenin nüfusu 100, 000,000 ise
Ve gün içinde ortalama her bir kişi 30 dakika su ısıtıcısı (3kW)
kullanıyorsa, bir ay içinde, kullanılan güç tüketimini sağlamak için
kaç kg enerjiye dönüşen kütle gerekmektedir?
Enerji tipleri:
1. Geçişken Enerji: Sistem sınırlarını geçebilen.
İki tür enerji tipi vardır.
2.Depolanmış Enerji: Kütlede veya bir kuvvet alanındaki bir
maddenin pozisyonundan kaynaklanan.
Genel bir metot ile enerji formları
6 sınıfta incelenmektedir.
1. Mekanik enerji:
A) Mühendislik yaklaşımda mekanik enerji bir ağırlığı kaldırmak
için kullanılabilen enerji olarak tanımlanmaktadır.
B) Daha genel bir tanımlamayla; türbin
gibi bir cihazla, (doğrudan ve tamamen
mekanik ise) dönüştürülebilen enerji
biçimidir.
C) Mechanical Energy as the Ability to Do Work
D) Mechanical energy is the energy that is possessed by an object due to its
motion or due to its position.
Potansiyel enerji ve iş
Mekanik enerjinin geçişken hali “İş“ olarak adlandırılır.
Depolanmış mekanik enerji “potansiyel
enerji“ terimi altında ifade edilebilir.
potansiyel enerji 5 alt
grupta incelenebilir.
2. Elektrik enerjisi
Elektron hareketleri veya yığılmasıyla ilgili enerji biçimidir.
Elektrik enerjisinin geçişken formu bir iletkenden elektronların geçişidir.
Elektrik enerjisi bir akü ile kapasitör bir levha üzerine elektronların yığılmasıyla
depolanabilir.
3. Elektromanyetik enerji:
Elektromanyetik radyasyonla ilgili enerji formudur.
Radyasyon enerjisi genellikle elektron volt (eV) olarak adlandırılan çok küçük enerji
birimleri ile ifade edilir.
Elektromanyetik radyasyon tamamen geçişken enerji türüdür. Işık hızında hareket eden bir
enerji türü olduğu için depolanmış enerji formunda bulunmaz.
4. Kimyasal enerji:
İki veya daha fazla atom ya da molekülün daha kararlı bir kimyasal
bileşen üretmek için birleştiği elektron etkileşimlerinin bir sonucudur.
Kimyasal enerji sadece depolanmış olarak bulunur.
5. Nükleer enerji:
Nükleer enerjide yine yalnız depolanmış formda bulunur. Atom çekirdeği
içindeki partikül etkileşimleri ile ilgilidir.
Üç tip nükleer reaksiyon vardır. Radyoaktif gecikme, fisyon ve füzyon.
6. Thermal (ısıl) Enerji:
Atomik ya da moleküler titreşimlerle ilgili enerjidir.
Diğer enerji türleri tamamen termal enerjiye dönüştürülebilirken termal enerjinin diğer enerji
formlarına dönüşü Termodinamiğin İkinci Kanununa göre sınırlıdır. Termal enerjinin geçişken
formu ısı olarak adlandırılır.
Depolanmış hali ise duyulur ve gizli ısı olarak bilinir.
ENERJİ KAYNAKLARI (kaynak alanları)
1. Gelen (income) enerji:
2. Kapital (capital) enerji:
1. Gelen (income) enerji: dünyaya uzaydan gelen enerji
Gerçekte yeryüzüne dışarıdan gelen tüm muhtemel enerji kaynaklarıdır. Bu, yıldızlar, gezegenler ve ayın
elektromanyetik çekimsel ve partikül enerjileri ve atmosfere göre meteorların potansiyel enerjisi olabilir. Bunlardan
en çok yararlı olan enerji türleri güneşin elektromanyetik ışınları ve ay çekiminden kaynaklanan gelgit enerjisidir.
güneş enerjisinin endirekt formları: Rüzgâr, Okyanuslar dalgaları, Hidrolik enerjiler, biyomas (ağaçlar hayvanlar,
bitkiler, organik atıklar kapsamaktadır).
Dünya
Kapital enerji
2. Kapital (capital) enerji: dünyada hali hazırda var olan enerjilerdir.
Bugün dünyanın en büyük yakıt enerji kaynağı fosil yakıtlar olarak adlandırılan kapital enerji
kaynaklarıdır.
İnsanlık için kullanılabilen son kapital yakıt türü ‘’jeotermal enerji’’dir. Bu yerkabuğu altında
hapsolmuş olan termal enerjidir. Bu enerji buhar, sıcak su ve/veya sıcak erimiş kayalar şeklinde
bulunmaktadır.
Jeotermal enerji
Jeotermal enerji çevre dostudur.
Rusya'da yapılan kola kuyusu
Derinlik 12 km
Jeotermal enerji santralı
Kuyuların derinlik ile basınç ve sıcaklık değişimi