Energy and exergy analysis of organic rankine cycle with parabolic solar collectors

Year 2019, Volume: 25 Issue: 4, 410 - 416, 28.08.2019

Serpil Çelik Ahmet Kabul

Abstract

With
today's rapid population growth and industrialization, energy needs are
increasing day by day. Much of this energy needs come from fossil sources such
as oil and coal. There is increasing interest in renewable energy sources in
order to meet both the increasing energy demand and the fossil resources. Solar
energy from renewable energy sources is one of the most important alternative
energy sources for the future. In this study, the model of Organic Rankine
Cycle (ORC) with parabolic solar collector assumed to be established in Isparta
province and the thermodynamic analysis of the system are done. First and
second law analyzes of the cogeneration system were performed and energy and
exergy yields were calculated. The electricity needs of the house were met by
converting to ORC with mechanical collecting using parabolic solar collectors.
Then the driver includes the heating requirement of the house for the discharge
of the condenser from the container. Thus, damage caused by fossil resources
will be prevented and fuel saving will be ensured.

Keywords

Parabolic collector, Organic rankine cycle, Heating, Energy, Exergy

Parabolik güneş kolektörlü organik rankine çevriminin enerji ve ekserji analizi

Abstract

Günümüzde
hızlı nüfus artışı ve sanayileşme ile birlikte enerji ihtiyacı her geçen gün
artmaktadır. Bu enerji ihtiyacının büyük kısmı petrol ve kömür gibi fosil
kaynaklardan karşılanmaktadır. Hem artan enerji ihtiyacını karşılamak hem de
fosil kaynakların zararlarını azaltmak için yenilenebilir enerji kaynaklarına
olan ilgi artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi
gelecek için en önemli alternatif enerji kaynaklarının başında gelmektedir. Bu
çalışmada, Isparta ilinde kurulması düşünülen parabolik güneş kolektörlü
Organik Rankine Çevriminin (ORC) modellemesi ve sistemin termodinamik analizi
yapılmıştır. Kojenerasyon sisteminin birinci ve ikinci yasa analizleri
yapılarak enerji ve ekserji verimleri hesaplanmıştır. Parabolik güneş kolektörleri
yardımıyla toplanan ısı, ORC sisteminde mekanik güce dönüştürülerek evin
elektrik ihtiyacı karşılanmıştır. Daha sonra sisteminin kondenser kısmından
atılan ısı ise evin ısıtma ihtiyacını karşılamak için kullanılmıştır. Böylece
fosil kaynakların çevreye verdiği zarar önlenmiş olunacak ve yakıt tasarrufu
sağlanacaktır.

Keywords

Parabolik kolektör, Organik rankine cevrim, Isıtma, Enerji, Ekserji

References

• Bulut H, Buyukalaca O. “Simple model for the generation of daily global solar-radiation data in Turkey”. Applied Energy, 84(5), 477-491, 2007.
• Caldino-Herrera, U, Castro, L, Jaramillo OA, Garcia JC, Urquiza G, Flores F. “Small organic rankine cycle coupled to parabolic trough solar concentrator”. Energy Procedia, 129, 700-707, 2017.
• Al-Sulaiman FA. “Energy and sizing analyses of parabolic trough solar collector integrated with steam and binary vapor cycles”. Energy, 58, 561-570, 2013.
• Al-Sulaiman FA, Dincer İ, Hamdullahpur F. “Thermoeconomıc optimization of three trigeneration systems using organic rankine cycle:part II-applications”. Energy Conversion and Management, 69, 209-216, 2013.
• Yılmaz F, Selbaş R, Balta MT. “Güneş enerjisi destekli rankine çevriminin ekserji analizi”. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 12(4), 39-50, 2015.
• Kızılkan Ö, Akbaş Ç. “Güneş enerjisi destekli çok fonksiyonlu trijenerasyon sisteminin termodinamik analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik. Bilim Dergisi, 22(1), 71-77, 2016.
• Bellos E, Tzivanidis C. “Investigation of a hybrid ORC driven by waste heat and solar energy”. Energy Conversion and Management, 156, 427-439, 2018.
• Mahmoudi A, Fazli M, Morad MR. “A recent review of waste heats recovery by organic rankine cycle”. Applied Thermal Engineering, 43, 660-675, 2018.
• Eisavi B, Khalilarya S, Chitsaz A, Rosen MA. “Thermodynamic analysis of a novel combined cooling, heating and power system driven by solar energy”. Applied Thermal Engineering, 129, 1219-1229, 2018.
• Yiğit F, Kabul A. “Isparta yöresinde bir evin elektrik ihtiyacının rüzgâr enerjisi ile karşılanmasının ekonomik analizi”. Teknolojik Araştırmalar, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 11(2), 1-9, 2014.
• Kalogirou SA. “Solar thermal collectors and applications”. Progress in Energy and Combustion Science, 30(3), 231-295, 2009.
• Çamdalı Ü, Erişen A, Çelen F. “Energy and exergy analyses in a rotary burner with pre-calcinations in cement production”. Energy Conversion and Management, 45, 3017-3031, 2004.
• Talbi MM, Agnew B. “Exergy analysis: an absorption refrigerator using lithium bromide and water as the working fluids”. Applied Thermal Engineering, 20, 619-630, 2000.
• Sözen A. “Effect of irreversibilities on performance of an absorption heat transformer used to increase solar pond’s temperature”. Renewable Energy, 29, 501-515, 2003.
• Çengel YA, Boles MA. Termodinamik Mühendislik Yaklaşımıyla. 5 Baskı. İzmir, Türkiye, İzmir Güven Kitap Evi, 2008.