Yapay sinir ağları ile elde edilen ekserji analizi sonuçları

Kojenerasyon sisteminde Haziran 2007 ayına ait veriler ile yapılan ekserji analizleri sonucunda HYSA kütüphanesi ile YSA sisteme ait veriler ve toplam ekserji yıkımı ile eğitilmiştir. YSA analizleri sonucunda aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır.

a. HYSA kütüphanesi ile eğitilen ağ başarıyla çalışmaktadır. Öğrenim süresine göre (train) ağın çalışması (test) çok hızlı gerçekleşmektedir. Öğrenim süresi kabul edilebilir hata, veri örneği sayısı ve katman sayısı ile artmaktadır. Şekil 7.39’de öğretilen veri örneği sayısının HYSA eğitim süresine olan etkisi gösterilmektedir. Burada a-b-c-d-e şeklinde 5 adet sayı ile ifade edilen gösterimde sırsıyla bu değerler öğretilen örnek, girdi, çıktı, katman, ve gizli

nöron sayılarını ifade etmektedir. Örnekte 18 girdi,1 çıktısı olan 3 katmanlı ve 18 gizli nöronu olan bir modelde sadece öğretilen veri sayıları değiştrilmiştir.

Arada kesin bir oran olmamakla birlikte YSA ile ilgili olarak literatürde çok fazla veri öğretiminin de ağın yapısını bozabileceği öngörülmektedir (Öztemel, 2003; Efe ve Kaynak, 2004).

197.27

64.47

18.86 2.92 0.67

0 50 100 150 200 250

718-18-1-3-18 359-18-1-3-18 179-18-3-18 89-18-3-18 24-18-3-18 Öğretilen veri örneği sayısının eğitim süresine etkisi

Öğrenme Süresi (s)

Şekil 7.39: Öğretilen veri örneği sayısının HYSA eğitim süresine olan etkisi

b. CogeNNexT programı HYSA kütüphanesi ile eğitim sonunda geçen süreyi de verebilmektedir. Yapılan denemelerde aynı ağ modeli için tekrar tekrar yapılan öğretmelerin farklı öğrenim süresi aldığı görülmüştür. Aynı veriler aynı model ile bazen çabuk çözülebilmekte bazen biraz zaman almaktadır. Bunun nedeni ağdaki nöronların çok çabuk kararlı hale gelmesinden kaynaklanmaktadır. Fakat öğrenim süresini en çok etkileyen parametre ise kabul edilebilir hata (desired error) değeridir. Şekil 7.40’da kabul edilebilir hata değerinin HYSA eğitim süresine etkisi gösterilmektedir. Bu değerin 10^-5 ve üzeri olması (çok hassas) durumunda öğrenim süresinin 0-2 saniyeden 1000 saniyenin üzerine çıktığı görülmektedir. Nitekim Efe ve Okyay (2004) bire bir gerçekleşen bir fonksiyon elde edilmesinin YSA’nın genellemesini bozduğunu ifade etmektedirler. Bu nedenle hem hesaplama süresi hem de genellemenin bozulmaması için YSA ile

yapılan ekserji analiz sonuçlarında kabul edilebilir hata değeri 0.0001, 0.00005 gibi değerler alınmış ve 10^-5’den daha büyük seçilmiştir.

1304.41

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

süre (s)

desired_error

Şekil 7.40: Kabul edilebilir hata değerinin HYSA eğitim süresine etkisi

c. Yapay Sinir Ağının eğitilmesinde genellikle 14 adet veri girdisi ve 1 ya da 2 veri çıktısı kullanılmıştır. Katman sayısı çeşitli denemeler ile 3 olarak belirlenmiş ve 14 gizli nöron seçilmiştir. Girdi verileri 3 adet gaz türbini giriş sıcaklıkları, 3 adet gaz türbinlerinde yakıt tüketimi, 2 adet ay içerisinde yakıtın kullanıldığı kurutuculardaki yakıt tüketimi, ve 6 adet kurutuculara giren seramik çamuru miktarıdır (Şekil 7.41). Çıktı olarak ya sadece kojenerasyon sisteminin ekserji yıkımı şeklinde tek bir çıktı kabul edilmiş, ya da kojenerasyon sistemine giren ve çıkan ekserjiler şeklinde iki adet çıktı kullanılmıştır. Sadece bu öğretilen girdi ve çıktı verileri ile tüm kojenerasyon sisteminin ekserji yıkımı, giren ve çıkan toplam ekserji miktarları hiçbir termodinamik bağıntı olmaksızın geliştirilen CogeNNext Programı ve HYSA yardımıyla çözülebilmektedir.

d. Analizlerde 14 adet veriden hangisinin daha etkili olduğunun belirlenebilmesi için HYSA eğitiminde bir adet veri girdilerin çıkarılması ile elde edilen MSE değerleri Şekil 7.41’de gösterilmiştir. Burada I nolu türbinin giriş sıcaklığının hesaplara katılmaması sonucunda en fazla MSE değeri elde edilmektedir. I nolu

türbin giriş sıcaklığı aynı zamanda çevre sıcaklığıdır. Buradan YSA ile ekserji analizinde çevre sıcaklığının önemli bir parametre olduğu sonucu çıkarılabilir.

0.000

X1.1.T X2.1.T X3.1.T X1.9.m. X2.9.m. X3.9.m. X5.6m. X6.6m. X4.7m. X5.7m. X6.7m. X7.7m. X8.7m. X9.7m.

MSE

Gaz türbinleri giriş sıcaklıkları

Gaz türbinlerinde yakıt tüketimi

Kurutucularda

yakıt tüketimi Kurtuculara giren seramik çamuru miktarı

Şekil 7.41 : HYSA eğitiminde veri girdilerin çıkarılması ile elde edilen MSE değerleri

e. Termodinamik bağıntılarla elde edilen sonuçlardan sistemin toplam ekserji yıkımı akımı hesaplanmıştır. Yukarıda bahsedilen veriler ve sistemin ekserji yıkımı akımı 0.0-1.0 arasındaki değerlere dönüştürülerek “HYSA_test.data”’ya kaydedilmiştir. CogeNNexT programında HYSA komutları ile ağ eğitilmiş (HYSA_test.net) ve eğitilen sonuçlar ile ağ tekrar sorgulanarak termodinamik hesaplamalarla bulunan toplam ekserji yıkımı akımı, YSA ile elde edilen toplam ekserji yıkımı akımı karşılaştırılmıştır. (Şekil 7.42). Termodinamik hesaplamalarla bulunan toplam ekserji yıkımı akımı ortalama 60,955 kW bulunurken YSA ile elde edilen toplam ekserji yıkımı akımı ortalama 61,001 kW olarak bulunmuştur. Bu iki yöntem arasındaki hata farkı ise sadece 46 kW’dır (% 0.075).

0.00000 0.10000 0.20000 0.30000 0.40000 0.50000 0.60000 0.70000 0.80000

0 100 200 300 400 500 600 700

ExD_Hesap ExD_FANN Fark

t (h)

Veri : 718 Girdi : 14 Çıktı : 1 Katman : 3 Gizli Nöron : 14 Hata :0.00001

Şekil 7.42: Hesaplanan ekserji yıkımlarının HYSA ile elde edilen ekserji yıkımları ile karşılaştırılması (718-14-1-3-14-0.00001)

143

f. YSA ile ekserji analizinde denenen bir başka yöntemde ise aynı veri girdisi ile kojenerasyon sistemine giren ve çıkan ekserji akımları olacak şekilde iki adet veri çıktısı kullanılmıştır. Kabul edilebilir hata oranı 0.0001 alındığında 0.61’s de eğitilmiştir. Ağın giren ve çıkan ekserji akımı sonuçları ile elde edilen grafik Şekil 7.43’de gösterilmiştir.

Kojenerasyon sitemine giren ortalama ekserji akımı; termodinamik bağıntılardan 82,511kW bulunurken, YSA ile 82,541kW bulunmuştur. Kojenerasyon siteminden çıkan ortalama ekserji akımı; termodinamik bağıntılardan 20,822kW bulunurken, YSA ile 20,979kW bulunmuştur. Giren ortalama ekserji akımında

% 0.037, çıkan ekserji akımında % 0.7447’lik bir hata meydana gelmiştir. Giren ortalama ekserjiler için RMS=0.0143, çıkan ortalama ekserjiler için RMS=0.00575 bulunmuştur.

g. Benzer şekilde kabul edilebilir hata oranı 0.00002 alındığında 0.61’s de eğitilmiştir. Ağın giren ve çıkan ekserji akımı sonuçları ile elde edilen grafik Şekil 7.44’de gösterilmiştir.

Kojenerasyon sitemine giren ortalama ekserji akımı; YSA ile 82,874kW bulunmuştur. Kojenerasyon siteminden çıkan ortalama ekserji akımı; YSA ile 21,514kW bulunmuştur. Giren ortalama ekserji akımında % 0.438, çıkan ekserji akımında % 3.211’lik bir hata meydana gelmiştir. Giren ortalama ekserjiler için RMS=0.007025, çıkan ortalama ekserjiler için RMS=0.00595 bulunmuştur.

Bulunan değerlerin uyumunu ifade eden RMS değeri ise hata oranının küçültülmesi ile giren ortalama ekserji akımlarında azalmış çıkan ekserji akımlarında ise bir miktar artış göstermiştir.

h. YSA ile ayrıca kojenerasyon sistemine ürün ve sağlanan toplam ekserji akımları cinsinden de çözülerek Şekil 7.45 elde edilmiştir. Buna göre Termodinamik bağıntılar ile ortalama ürün ekserji akımı 15,373 kW, sağlanan ekserji akımı 44,245 kW bulunmuştur. YSA ile bu değerler sırasıyla 14,708 kW ve 44,528 kW bulunmuştur.

0.00000 0.10000 0.20000 0.30000 0.40000 0.50000 0.60000 0.70000 0.80000 0.90000 1.00000

0 100 200 300 400 500 600 700

Exin_Hesap Exout_Hesap Exin_FANN Exout_FANN

Veri : 718 Girdi : 14 Çıktı : 2 Katman : 3 Gizli Nöron : 14 Hata :0.0001 Öğrenim: 0.61 s

t (h)

Şekil 7.43: Hesaplanan giren ve çıkan ekserji değerlerinin HYSA ile elde edilen ekserji değerleri ile karşılaştırılması (718-14-2-3-14-0.0001)

145

0.00000 0.10000 0.20000 0.30000 0.40000 0.50000 0.60000 0.70000 0.80000 0.90000 1.00000

0 100 200 300 400 500 600 700

Exin_Hesap Exout_Hesap Exin_FANN Exout_FANN

Veri : 718 Girdi : 14 Çıktı : 2 Katman : 3 Gizli Nöron : 14 Hata :0.00002 Öğrenim: 33.47 s

t (h)

Şekil 7.44: Hesaplanan giren ve çıkan ekserji değerlerinin HYSA ile elde edilen ekserji değerleri ile karşılaştırılması (718-14-2-3-14-0.00002)

146

0.00000 0.10000 0.20000 0.30000 0.40000 0.50000 0.60000

0 100 200 300 400 500 600 700

ExP_Hesap ExF_Hesap ExP_FANN ExF_FANN

Veri : 718 Girdi : 14 Çıktı : 2 Katman : 3 Gizli Nöron : 14 Hata :0.00002

t (h)

Şekil 7.45: Hesaplanan ürün ve sağlanan ekserji değerlerinin HYSA ile elde edilen ekserji değerleri ile karşılaştırılması (718-14-2-3-14-0.00002)

147

BÖLÜM 8