güneş enerjisi depolama

T.C.

TRAKYA NVERSTES FEN BLMLER ENSTTS

GNE ENERJS DEPOLAMA OLANAKLARI VE BR YNTEMN DEERLENDRLMES

Mehmet Hakan UZUN

YKSEK LSANS TEZ

Makina Mhendislii A.B.D.

Danman: Prof. Dr.-ng. Ahmet CAN

2010-EDRNE

I

ZET

nsanlarn yaam standartlarnn artmas ve lkelerin endstrilemesinin zellikle

1970 li yllardan itibaren artmas ile birlikte enerji kaynaklarna talep artmtr. Bu

enerji ihtiyac, yeni enerji kaynaklarnn belirlenip gelitirilmesini, enerjide kt

kaynaklarn daha etkin ve tasarruflu ekilde kullanlmasn gerekli klmtr.

Yenilenebilir enerji kaynaklarnn kullanmna ilgi bu nedenle artmtr. Yenilenebilir

enerji kaynaklarndan srekli enerji elde edilememesi, belirli zamanlarda kesintiye

uramas sebebiyle enerji depolanmas ihtiyac domutur. rnein yenilenebilir enerji

kaynaklarnn banda gelen gne enerjisi yazn bol miktarda bulunmakta olup kn ise

yeterince ok deildir. Bu sorunu amak iin gne enerjisinden elde edilen s

enerjisinin depolanmas sayesinde kn da enerji kullanm mmkn olmaktadr. Bu

almada s enerjisi depolamann nemi ve depolama eitleri, s enerjisinin

depolanmas durumunda s enerjisi kayplar, toprak iinde depolamann toprak stnde

depolamaya gre salad enerji tasarrufu, depolamada yaltmn nemi irdelenmitir.

Deneysel almalar ve uygulamalara da yer verilerek konu derinlemesine incelenmitir.

Anahtar Kelimeler: Is depolama, Yeraltnda Is Depolama, Is Kayb, Yaltm,

Gne Enerjisi

II

ABSTRACT

By the increase of the life standards of human beings and the increasing

industrialization of the countries after 1970's, demand for energy resources increased,

the need for energy made it necessary to determine and develop new energy resources

and the use of scarce resources more effective and efficient way. The interest in the use

of renewable energy resources has increased for this reason. Due to continuous energy

can't be produced from renewable energy sources, and the interruption of the energy at

certain times, need for energy storage has occurred. For example, solar energy, the

leader of the renewable energy resources, is not as satisfied in the winter as is in the

summer. Storage of the thermal energy obtained from the solar energy, make the usage

possible in the winter. On this study; the importance of storage of the thermal energy,

storage types, thermal energy losses in the case of the thermal energy storage, the

energy saving provided by the storage under the ground according to the storage over

the ground, importance of the storage isolation considered. The issue is analyzed in

depth by the experimental studies and practices of the data .

Key words: Perceptible heat storage underground, heat loss, insulation, solar

energy.

III

NSZ

Dnya nfusu ve yaam kalitesinin artmasndan dolay lkelerin endstrilemesi

ile birlikte enerji tketimi son eyrekte byk oranda artmtr. Ortaya kan enerji

ihtiyac, yeni enerji kaynaklarnn belirlenip gelitirilmesini ve enerjide kt kaynaklarn

daha etkin ve tasarruflu ekilde kullanlmasn gerekli klmtr. Enerji kaynaklarnn

kullanmnn artmas ile zellikle fosil yakt (kmr, petrol, doalgaz vb.) tketimi

artm, karbondioksit ve egzost gazlar salnm da nemli lde artmtr. Ayrca

snrl kapasitedeki fosil yaktlarn tkenme tehlikesi de ortaya kmtr.

Yenilenebilir enerji kaynaklarnn kullanm ile sz geen skntlar nemli

lde azaltlmas mmkn olacaktr. Gne enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklarnn

en nemlisidir. Fakat gne enerjisinden s enerjisi elde edilmesinde en nemli sorun

enerji kaynann sreksiz olmasdr. Sreksizlik sorununun zm de gne

enerjisinin s enerjisi olarak depolanmas sayesinde zlebilir.

IV

NDEKLER

ZET I ABSTRACT .II NSZ III NDEKLER ...IV SEMBOLLER ve KISALTMALAR VII EKLLER LSTES ..X TABLOLAR LSTES ..XII

1. GR ..1 1.1. GNE ENERJS .2 1.2. GNE IINIM DDET VERLER ..3

1.3. TRKYEDE GNE ENERJSNDEN YARARLANMA ORANI VE SRELER 5 2. GNE ENERJSNN ISIL SSTEMLERDE KULLANILMASI .8 2.1. GNE ENERJSNN ISIL UYGULAMALARDA

KULLANIM OLANAKLARI 8

2.2. GNE ENERJS KULLANILARAK AKTF ISITMA YAPILMASI ..8

2.3. GNE ENERJS KULLANILARAJ PASF ISITMA YAPILMASI ..10

2.4. GNE ENERJS KULLANARAK SOUTMA YAPLMASI 11

2.4.1. Absorbsiyonlu Soutma Sistemi .....11 2.5. GNE ENERJSNN KULLANILDII ISIL UYGULAMALAR .15

2.5.1. Gne Enerjisi ile Kurutma .15

V

2.5.2. Gne Enerjisi ile Damtma .16

2.5.3. Gne Enerjisi ile Havuz Suyu Istma .16

2.5.4. Toprak Solarizasyonu ..17

2.5.5. Gne Frnlar ve Ocaklar .18

2.5.6. Gne Havuzlar ..18

2.5.7. Gne Enerjisinden Yararlanarak Elektrik retilmesi 19

2.5.7.1 Gne Enerjisi Santralleri ...19 2.5.7.2 Gne Pilleri (Fotovoltaik Piller) ...21

2.6. ENERJ DEPOMA TANIMI ve ETLER .23 2.6.1. Is Enerjisi Depolama eitleri .24

2.7. ISIL YNTEMLERLE ISI ENERJS DEPOLAMA 25 2.7.1. Duyulur Is Depolama .25 2.7.2. Gizli Is Depolama ..25

2.8. KMYASAL YNTEMLE ISI ENERJS DEPOLAMA ..29 2.9. GNE ENERJSNN ISI ENERJS OLARAK DEPOLANMASI 30

2.9.1. Gne Enerjisinin Is Enerjisi Olarak Depolanmasnn nemi ...30 2.9.2. Is Enerjisi Depolama Tekniklerinin Trkiye Dndaki Uygulamalar ..32

2.10. GNE HAVUZUNDA GNE ENERJSNN DEPOLANMASI ..36 3. ISI ENERJS DEPOLAMA SSTEM TASARIMI ...38 3.1. DUYULUR ISI DEPOMANIN UYGULANABLRL ..39

3.2. ISI DEPOLAMADA ISI TUTUCU MATERYALLER ..40 3.3. ISI ENERJS DEPOLAMA TANKI TASARIMI ..45

3.3.1. Basn Altndaki Is Depolama Tanknn Et Kalnl ....48 3.3.2. Is Depolama Tanknn Korozyondan Korunmas ..48

VI

3.3.3. Basnl Kap Tasarm

3.4. ISI DEPOLAMA SSTEMNDE BULUNMASI GEREKEN NEML ZELLKLER ..50

3.5. GNE ENERJS TAKVYEL YER ALTINDA MEVSMLK ISI

ENERJS DEPOLANMASI 50

3.6. YURT DIINDA YERALTINDA ISI ENERJS DEPOLANMASI LE LGL YAPILAN ALIMALAR ..56

3.7. TRKYEDE YERALTINDA ISI ENERJS DEPOLANMASI

LE LGL YAPILAN ALIMALAR ..58 4. YERALTINDA ISI ENERJS DEPOLAMA SSTEMLERNN

ANALZ ..59

4.1. OPTMUM YALITIM KALINLII 59 4.2. ISI KAYIPLARININ BR YNTEM ZERNDE ANALZ 64

4.3. GNE ENERJS DESTEKL ISI DEPOLAMA SSTEMNN

EKONOMK ANALZ ...71

4.4. YER ALTINDA METAL SAC DEPODA ISI DEPOLAMANIN BTNLEK BR SSTEMDE NCELENMES .73

5. SONU ve DEERLENDRME ...78 KAYNAKLAR ...80 TEEKKR ...84 ZGEM ...85

VII

SEMBOLLER ve KISALTMALAR

cp : zgl s [J/(kgK)] k : Is iletim katsays [W/m0K] m : Ktle [kg] Q : Is enerjisi miktar [J] T : Scaklk [0K] V : Hacim [m3] a : Is yaylm katsays [m2/s] : Younluk [kg/m3] P : Tasarm basnc (Pa) R : Yarap (mm.) F : D gvde malzemesinin t scaklnda msaade edilen gerilme deeri

kg/ cm2) tablodan Z : Boylamasna kaynak diki verimi(tablodan 0,75 olarak alnr) e : Dzeltme katsays ,(korezyonu karlamak iin en az 0,75 mm. alnr.) : Is letim Katsays [W/m0K] T : Scaklk Fark [0K] A : Alan [m2] L :Kalnlk (m.) r : Yarap (m.) DM : Devlet Meteoroloji leri Genel Mdrl

VIII

EE : Elektrik leri Etd daresi Genel Mdrl TEP : Ton Edeer Petrol YKIP : Yer Kaynakl Is Pompas COP : Etkinlik Katsays EER : Enerji Tasarruf Oran FDM : Faz Deitiren Maddeler DIED : Duyulur Is Enerjisi Depolama AR-GE :Aratrma - Gelitirme YIED : Yeraltnda Is Enerjisi Depolama ABD : Amerika Birleik Devletleri Htank : Is Depolama Tank Ykseklii (m.) T : Ortam Scakl (0C) T2 : Yzey Scakl (0C) k : Is letim Katsays (W/m0K) : Kinematik Vizkozite (m2s-1) : Hacim Genleme Katsays : Havann Younluu (kg/m3) Nu : Nusselt Says Pr : Prandtl Says Gr : Grashof Says : Vizkoz Dissipasyon Terimi em : Gerilme Deeri (N/mm2) K : Emniyet Katsays E : Verim Katsays

IX

t : Et Kalnl (mm.) T : stanbul Teknik niversitesi C1, C2 : ntegral Sabitleri R : Isl Diren Katsays (m0K-h/W) STK : Soutma Tesir Katsays

X

EKLLER LSTES ekil 1.1 Yenilenebilir ve Tkenebilir Enerji Sistemlerinde Enerji Ak emas .1 ekil 1.2 Karbon evrimi ve Salnm ....3 ekil 1.3 Piranometre alma Prensibi emas ....4 ekil 1.4 Trkiye Gnelenme Haritas ...5 ekil 1.5 Trkiyede Blgelere Gre Yllk Gnelenme Sresi 6 ekil 2.1 Sv Akkanl Istma Sistemi Detayl emas .9 ekil 2.2 Absorbsiyonlu Soutma Sisteminin ematik Gsterimi 12 ekil 2.3 Gne Enerjisi Destekli LiBr-Su Absorbsiyonlu Soutma Sistemi ...13 ekil 2.4 Fransada Kurulu Bulunan Gne Enerjisi Destekli Soutma Tesisi 15 ekil 2.5 Gne Enerjisi ile Havuz Istma 16 ekil 2.6 Solar Havuz rtleri ..17 ekil 2.7 Gne Oca ...18 ekil 2.8 Tuz Eriyikli Kuleli Gne Enerjisi Santrali Prensip emas ..20 ekil 2.9 Gne Pili alma Prensibi emas ..22 ekil 2.10 Is Depolanmasnda Uygulanan Yntemler ...24 ekil 2.11 Akiferde Is Enerjisi Depolamann ematik Gsterimi .33 ekil 2.12 Kanada Ontario niversitesinde Kurulan Sistemin ematik

Gsterimi 34 ekil 2.13 Gne Havuzu Yaps ve Is Aknn ematik Gsterimi .37 ekil 3.1 Harry-Thomasson Yntemi ile Enerji Depolama ..42 ekil 3.2 Gne Enerjisini Tuz Kullanarak Yeraltnda Depolama 43

XI

ekil 3.3 Shotherm QTM-D2 Cihaz .44 ekil 3.4 Akkann Giri ve k Pozisyonuna Bal Tabakalama Tank

Tasarm .46 ekil 3.5 Yeraltnda Is Enerjisi Depolanmas rnei ..51 ekil 3.6 Yeraltnda Is Enerjisi Depolama eitleri 52 ekil 3.7 Lyckebo Projesi ..57 ekil 4.1 Yaltm Kalnlnn