Bu tez kapsamında yapılacak olan çalışmalar aşağıda sıralanmıştır.
1) Örnek alınan bir kojenerasyon sistemine yanma havasının ön ısıtılması, yakıt ve yanma havasının ön ısıtılması ve kompresör giriş havasının sıcak egzoz gazları ile absorbsiyonlu sistemle soğutulması, yanma odasına buhar enjekte edilmesi durumlarının termodinamiğin birinci ve ikinci kanun analizi ve ihtiyaç duyulan gelir metodu ile de ekonomik analizi yapılacaktır. İhtiyaç duyulan gelir metodu ile ekonomik analizde ana ürünün maliyeti dört adımda hesaplanacaktır. Bunlar toplam yatırımın maliyet hesabı ve tahmini, ayrıntılı maliyet hesabı için ekonomik, finansal, çalışma ve pazar girdi parametrelerinin belirlenmesi, ihtiyaç duyulan toplam gelirin hesaplanması ve ürün maliyetinin bu günkü değerlerle hesaplanmasıdır.
Örnek, absorbsiyon soğutmalı, hava ve yakıt hava ön ısıtmalı çevrimlerin farklı hava yakıt ve kompresör sıkıştırma oranları için termoekonomik analizi yapılacak olup bu analiz için performans eğrileri çıkarılıp karşılaştırılacaktır. Giriş havasının buharlaştırmalı (evaporatif) soğutulması durumları ile dış hava şartlarının bu çevrimlerin performansı üzerine etkileri karşılaştırılacaktır. Bunun için sistemlerin tümünün ve sistemleri oluşturan her bir cihazın performansı olmak üzere iki ayrı çalışma yapılacaktır. Değişik hava yakıt ve kompresör sıkıştırma oranlarının güçler, verimler, elde edilen ürünlerin maliyeti, maliyet ağırlıklı kullanım faktörü, yapay termal verimlilik, kayıp ekserjilerinin faydalı ekserjilerine oranları, yakıt enerjisi kazanç ve ısı artma oranları, elektrik ısı oranları ve yakıt tüketimi üzerine etkisi incelenecek ve sonuçları tartışılacaktır. Ayrıca yanma odası ve türbin giriş çıkış sıcaklıkları ve bu dört farklı çevrimi oluşturan cihazların güçleri, kayıp enerjileri, yanma odası özgül yakıt tüketimi, atık ısı geri kazanım cihazında üretilen buharın kütlesi ve taşıdığı enerjisinin çevrimlerin performansı üzerine etkisi incelenecektir. Böylece örnek, absorbsiyon soğutmalı, hava ve yakıt hava ısıtmalı çevrimlerin tek tek avantajları, dezavantajları ve performansları, değerlendirme kriterleri yönünden de karşılaştırılacaktır.
2) Bu çalışmada örnek alınan kojenerasyon sistemine yanma havasının ön ısıtılması, yakıt ve yanma havasının ön ısıtılması ve kompresör giriş havasının sıcak egzoz gazları ile absorbsiyonlu sistemle soğutulması durumlarının kojenerasyon
çevriminin performansına etkilerini incelemek, termodinamik ve termoekonomik optimizasyonu yapmak için, değiştirilmiş lineer olmayan simplex doğrudan arama metodu uygulanarak, maksimum ve minimumlar aranacaktır. Bunun için karar değişkenleri ve parametreler tanımlanacak, amaç fonksiyonları ve kısıtları ayrı ayrı belirlenecek ve bağımlı değişkenlerin her bir adımda hesaplanması için Fortran programlama dilinde program yazılıp çalıştırılacaktır. Sistemlerin maksimum verimi ve minimum ürün maliyeti için sistemi oluşturan elemanların maksimum verimleri civarında elde edilebileceklerinden (bazı özel durumlar hariç) sistemlerin termoekonomik optimizasyonu için her bir elemanının maksimum verimlilikte çalıştığı değerler bulunacaktır. Kompresör sıkıştırma oranı, kompresör ve türbin izentropik verimleri, yanma odası çıkış sıcaklığı tasarımlarının izin verdiği oranda ve kuruluş tasarımına göre sistemlerin değerleri temel alınarak, maksimum değerleri kısıt olarak alınıp hava debisi, yakıt debisi ve rekuperatör çıkış sıcaklığı değişimi üzerinden minimum ürün maliyetinin elde edildiği optimum çalışma şartları elde edilip karşılaştırılacaktır. Böylece bu dört farklı çevrimin yani örnek, absorbsiyon soğutmalı, hava ve yakıt hava ısıtmalı çevrimleri ile buhar enjekte edilmesinin, tasarım farklarının ve eklenen her bir cihazın optimum değerler üzerine olan etkisi de incelenecektir.
3) Dünya elektrik ihtiyacının % 40 civarı kömürden % 20’si diğer fosil kaynaklardan sağlandığından, bu durumun atmosfer üzerindeki en kötü etkisi olan CO2 salınımı, küresel ısınmanın % 55 civarındaki (2000’li yıllarda) baş sorumlusudur. İklim değişikliklerinin önlenebilmesi veya mevcut durumu ile korunabilmesi için CO2 emisyonlarının azaltılması veya atmosfere fazla zarar vermeyeceği belirli bir seviyede tutulması zorunludur. Bu yüzden en fazla CO2 salınımı yapan güç üretim tesislerinin CO2 emisyon teknolojisi tekrar gözden geçirilmeli ve minimum CO2 salınımı yapan sistemlerin en kısa sürede faaliyete geçirilmesi gerekmektedir. CO2’nin bertaraf edilmesinde kullanılan en önemli çevrimler ve teknolojiler bu tezde incelenecek ve uygulama potansiyeli olan yeni bir sıfır emisyonlu kojenerasyon çevrimi önerilip, termodinamik analizi ve optimizasyonu yapılacaktır.
4) Literatürün bir kısmında lokal optimumdan kasıt cihazların tek tek optimumları olarak ele alınırken bu tezde lokal optimum olarak sistemin belli bir güçte çalıştırılması durumunda sistemin optimum çalışma şartları kastedilmektedir. Yine literatürün bir kısmında global optimumdan kasıt belli bir güçte çalıştırılması
durumunda tüm sistemin optimum çalışma şartları iken, bu tezde sistemin çalışabileceği tüm çalışma şartlarının en optimumu kastedilmektedir.
Yukarıda anlatılan CGAM probleminin ya da termal sistemlerin termoekonomik optimizasyonunun çözüm tarzları literatürde hep belli bir güç için aranmıştır. Yani literaratürde “belli bir gücü sağlayacak termal sistemin optimum çalışma şartları ne olur?” sorusuna cevap aranmıştır. Halbuki sorunun “termal sistemin optimum değerleri sağlayan çalışma şartları ne olur?” şeklinde sorulması gerekirdi. Çünki birinci soruya verilecek cevabın bizi götüreceği yer ile ikinci soruya verilecek cevabın bizi götüreceği yerler çok farklıdır. Birinci soruya cevap bize lokal optimumları verirken ikinci soruya cevap bize global optimumları verir. Global optimumlarla termal sistemin hangi güçlerde çalıştırılması gerektiği ortaya konmuş olmaktadır. Bu tez kapsamında lokal ve global optimumlar konusundaki bu farklılığın optimum sonuçlara etkisi incelenecek ve elde edilen sonuçlar tartışılacaktır. Ayrıca global maksimum ve minimum hesabı için farklı bir yaklaşım önerilecek ve elde edilen sonuçların literatürdeki değerlerle karşılaştırılması yapılacaktır.
Bu tezde maliyet denklemleri kullanılmadan ve kullanılarak, ekonomik analiz ve sıcaklığa bağlı entalpi ve entropi denklemleri ile ekserji analizi yapılacak ve CGAM çevriminin optimizasyonun da kullanılan iterativ yöntem geliştirilerek diğer çevrimlerin optimizasyonu problemine uygulanacaktır. Bütün bu verim artırıcı yöntemlerin tek bir tasarımda uygulanması durumunda elde edilecek en iyi tasarım ortaya konacak, ayrıca optimizasyonu yapılacaktır.
2. ANALİZİ YAPILACAK ÇEVRİMLERİN VE KULLANILACAK CİHAZLARIN