Akdeniz Bölgesine Gelen Güneş Radyasyonunun Ekserji Analizi

Transkript

1 th Interntinl Advnced Technlgie Sympium (IATS 11), 1- My 2011, Elzığ, Turkey Akdeniz Bölgeine Gelen Güneş Rdyynunun Ekerji Anlizi M Öztürk 1, A Elbir 2, N Özek 1 Süleymn Demirel Üniveritei, Iprt/Türkiye, mzturk@duedutr 2 Süleymn Demirel Üniveritei, Iprt/Türkiye, elbir@duedutr Süleymn Demirel Üniveritei, Iprt/Türkiye, nzek@fefduedutr ergy Anlyi f Slr Rditin fr the Akdeniz Regin f Turkey Abtrct Energy i ne f the fundmentl need fr urvivl f the cil, culturl nd ecnmic life Energy cnumptin in Turkey well in the wrld i riing up dy by dy due t ft incree in ppultin nd tndrd f living Tw iue fr meeting the riing demnd f energy in ur cuntry re; prducing lw ct energy, nd uing energy mre efficiently The mt ffrdble nd effective wy f vercming thi prblem i t che uing lterntive energy urce uch lr, wind, bim, getherml, etc Our cuntry, being in gd gegrphicl pitin, h better ptentil f lr energy thn mt f ther cuntrie Mximum benefit frm lr energy i imprtnt fr lr energy cnverin ytem It i nly the exergy nlyi tht clerly revel the degrdtin f energy qulity in the prcee f brptin nd emiin f lr rditin Keywrd Alterntive energy urce, lr rditin, exergy, utinbility I GİRİŞ Günümüzde ürdürülebilir bir klkınm için lterntif enerji kynklrının kullnımı iki nedenden dlyı zrunludur: 1) Artn enerji kullnımındn dlyı zln fil ykıt rezervleri 2) Diğer yndn rtn çevre kirliliği ve dğnın bundn zrr görmei Ülkemiz gibi Akdeniz kuşğınd yer ln ülkeler için en önemli lterntif enerji kynğı güneştir Birim yüzey ln gelen günlük enerji miktrı en yükek güneydğu Andlu ve Akdeniz kıyılrınd 1 gün, en düşük Dğu Krdeniz kıyılrınd gün lduğu belirtilmiştir [1] Birim yüzey lnın gelen bu güneş rdyynunun mkimum lrk ne kdrının fydlı işe dönüştürülebileceğinin bilinmei, güneş enerjili itemlerin trlnmı ve byutlndırılmı, mliyet nlizlerinin dh net rty knulmı için n derece önem tşımktdır Güneş enerjiinden mkimum kullnılbilir işin belirlenebilmei için frklı yklşımlr litertürde mevcuttur Petel [2] güneş rdyynunun ekerji nlizi için frmül türetmiştir Spnner [] direkt güneş rdyynunun ekerji nlizi için yklşık bir değer veren frmülü önermiştir Jeter [4] ıı mkinei nlizine bğlı lrk elde ettiği nuçlr göre güneş rdyynunun ekerjiini Krnt verimi ile belirlemiştir Bu çlışmnın mçı, güneş enerjiinin yenilenebilir ekerji lrk yrrlı enerjiye dönüştrülmei bir çk ülkenin enerji bütceinde çk önemli rl yndığı için Akdeniz Bölgeinin güneş rdyynu ekerjiini (gelen güneş rdyynu enerjiinin meknikel vey elektrikel enerjiye dönüştürülebilir kımı) incelemektir II EKSERJİ ANALİZİ Termdinmik prblemlerin çözümü için dece I knun yeterli lmdığındn, ekerji kvrmını içeren II knunun d kullnılmlıdır Heplm klylığı, dh ğlıklı nuçlr verme gibi nedenler, ekerji nlizinin tercih edilme ebepleri lrk göterilebilir Ekerji kvrmı, bzı bilim dmlrı trfındn şğıdki şekillerde tnımlnmıştır: Belirli bir hldeki itemin ypbileceği en çk iş [5] Ekerji, terinmez itemler vey üreçlerde, entrpi üretiminin neden lduğu kullnılbilir enerji kybını belirleyen bir ifdedir [] Bir termdinmik itemin ekerjii, itemin dece çevreiyle etkileşimi durumund, itemin çevreiyle tümüyle termdinmik denge hline gelirken, elde edilebilecek mkimum terik yrrlı iş (meknik vey elektrik işi) lrk tnımlnır [7] Bir enerji şeklinin y d mddenin ekerjii, nun çevre üzerinde değişim ypbilme ptniyeli, klitei y d kullnışlılığının bir ölçüüdür [8] Ekerji, itemin çevreiyle etkileşimi nucu, ıı trnferinin dece çevreyle lmı durumund elde edilebilecek mkimum terik yrrlı iştir [] Ekerji, herhngi bir mddenin, çevreiyle terinir nlmd termdinmik denge hline gelmei enınd elde edilebilecek mkimum iştir [10] Ekerji, gzlrd, ıvılrd y d bir kütlede, herhngi bir refern rtm göre vr ln dengeizliğin neden lduğu iş ptniyelidir [11] Ekerji, enerjinin tmmen diğer enerji şekillerine dönüşebilen kımıdır [] 28

2 Akdeniz Bölgeine Gelen Güneş Rdyynunun Ekerji Anlizi Ekerji nlizlerini içeren heplmlrd klylık ğlmı bkımındn şğıd verilen bzı kbuller ve bitleştirmelerin ypılmı gerekebilmektedir; Herhngi bir item, bir çevre rtmı içinde çlışır Ekerji heplmlrınd, çevrenin öneminin ynınd, çevre ile item rındki ınırın belirlenmei de büyük önem tşır Bun göre çevre bitçe, item içeriinde lmyn diğer her şey lrk tnımlnbilir İncelemeye lınn pree bğlı terinmezliklerin nicel lrk heplnmı önemlidir Ekerji ve enerji kvrmlrı, Tbl 1 de yrıntılı lrk krşılştırılmıştır Tbl 1 Enerji ve ekerji kvrmlrının krşılştırılmı [8] Enerji Çevreel değişkenlere değil, dece mdde vey enerji kış değişkenlerine bğlıdır Sıfırdn frklı değere hiptir (Eintein nın E=mc 2 bğıntıın göre) Tüm prelerde termdinmiğin I knunu ile ifde edilir Hreket vey hreketi üretme kbiliyetidir Bir prete her zmn krunur Yktn vr y d vrdn yk lmz Niceliğin (miktrın) bir ölçüüdür A Ekerji Terimleri Ekerji Mdde ve enerji kımının her ikiine de bğlıdır Sıfır hip değeri vrdır (Çevre ile dengede lduğu ölü durumd ıfırdır) Sdece terinir preler için termdinmiğin I knunuyl göterilir Terinmez prelerde kımen vey tmmen yk lur İş yd iş üretme kbiliyetidir Terinir prelerde her zmn krunur Terinmez prelerde ie her zmn tüketilir Niceliğin ve entrpi nedeniyle niteliğin (klitenin) bir ölçüüdür Ekerji dengei; enerji kynklrının tıklrının gerçek büyüklüğünü, türünü ve meydn geldiği yerin tepit edilmeinde kullnılbilir ve bundn dlyı d ekerji dengei, etkin ykıt kullnımı için geliştirilen trtejiler içinde önemli bir rl ynr Ekerji nlizinde, iteme giren ( itemden çıkn ( Ė x ut Ė xin ) ve ) ekerji kımlrı birbirine eşittir ve bu eşitlikten yrrlnılrk ekerji nlizine bşlnır E x E (1) in x ut Birim kütle için tplm ekerji miktrı, kinetik, ptniyel, fizikel ve kimyl ekerjilerinin tplmındn luşur Burd; Ė kinetik ekerjiyi, Ė x pt ptniyel ekerjiyi, xkn Ė x fz fizikel ekerjiyi ve xkm Ė kimyl ekerjiyi belirtmektedir Kimyl ekerjinin kış ekerjiinin içeriinde bulunbilmei için kış ırınd itemde bir kimyl tepkime dğmı gerekir Akış hlindeki ekerji; ptniyel, kinetik, fizikel ve kimyl (fizikel ve kimyl ekerji ynı zmnd terml ekerji lrk d dlndırılır) ekerji lrk 4 e yrılır Termdinmik item vey kşullr bğlı lrk, ekerji eşitliği ln Denklem (2) de verilen bileşenlerin tmmı vey bzılrı incelemei ypıln iteme uygulnbilir Nrml lrk, kimyl bileşimde lduğu gibi, kinetik ve ptniyel enerjilerde de herhngi bir değişiklik lmmı durumund, dece fizikel ekerji şğıdki gibi tnımlnbilir: fz h h T () Burd h özgül entlpiyi, özgül entrpiyi ve T ıcklığı götermektedir Alt indi lrk belirtilen, refern çevre kşullrını belirtmektedir Çevre, frklı itemlerin belirlenen en yükek iş ptniyeli (ekerji) için dğl-refern bir rtm luşturur Ekerji, ürekli lrk refern rtm kşullrı ile krşılştırılrk değerlendirilir Refern rtm, krrlı hldedenge durumunddır Durğn bir itemin, çevre ile ııl ve meknik lrk dengede lduğu durumu belirten refern rtm, nuz bir item gibi dvrnır Refern rtm, ıcklık (T), bınç (P) ve kimyl ptniyel (μ j ) gibi belirli özellikler ile tnımlnır [1] III GÜNEŞ RADYASYONUNUN EKSERJİ ANALİZİ Güneş rdyynunun ekerjiinin değerlendirilmei için üç frklı yklşım Denklem (4) ile () rınd verilmiştir Denklem (4), Jeter [14] trfındn geliştirilen güneş ıcklığınd ıı kışı lrk kbul edilen güneş enerjiinin ekerjiini değerlendirmek için kullnıln en bit yklşımı götermektedir Denklem (5) de Petel [] trfındn geliştirilen diğer bir yklşım verilmiştir Bu yklşımd güneş rdyynunun ekerjii güneş ıcklığınd terml rdyyn lrk değerlendirilmiştir Direkt ( I be) ve difüz I ( dif ) bileşenleri ile güneş rdyynunun ekerjii Denklem () ile verilmiştir [1] T lr 1 xi T (4) lr 1 T 1 T 4 4 T T xi (5) E x E x E x E x E x (2) kn pt fz km 2

3 M Öztürk, A Elbir, N Özek 4T x 1 T I 4T 1 T () lr I be dif Merin burd (5777 K) T güneş rdyynunun ıcklığını götermektedir T ie şğıd verilmiştir f 0 f T T ln burd f difüz rdyynun eyreltme fktörüdür [17] IV AKDENİZ BÖLGESİ GÜNEŞ RADYASYONUNUN EKSERJİ ANALİZİ Bu çlışmd Akdeniz Bölgeine gelen güneş enerjiinin ekerji nlizinin belirlenmei için bölgede bulunn 10 ilin (Adn, Antky, Antly, Burdur, Iprt, Khrmnmrş, Krmn, Kili, Kny ve Merin) meterlji itynlrındn lınn yıllrı rındki tplm güneş rdyynu ve dış rtm ıcklıklrı kullnılmıştır Jeter [14], Petel [] ve Onyegegbu ve Mrhenne [1] trfındn verilen ve ırıyl Denklem (4), (5) ve () d göterilen güneş rdyynunun ekerji miktrını belirleyen eşitlikler kullnılrk incelemei ypıln iller için güneş rdyynunun ylr göre tplm güneş rdyynu ve ekerji değişimleri Şekil 1 de verilmiştir İncelemei ypıln illere göre en yükek ve en düşük güneş rdyynu değeri,2 ve 1, rınd, ırıyl Denklem (4), (5) ve () y göre heplnn en yükek ve en düşük güneş rdyynu ekerji değerleri 25, ve,1 rınd değiştiği görülmüştür Kili Adn Antky

4 Akdeniz Bölgeine Gelen Güneş Rdyynunun Ekerji Anlizi 25 Khrmnmrş Iprt Krmn Burdur Kny Antly Şekil 1 Akdeniz Bölgeinde bulunn illerin ylr göre güneş rdyynunun tplm güneş rdyynu ve ekerji değişimleri 1

5 M Öztürk, A Elbir, N Özek Akdeniz Bölgeinin geneli için yıllık rtlm güneş rdyynunun ekerjiinin dh net belirlenebilmei için tplm güneş rdyynu ve ekerji değişimlerinin rtlm değerleri Şekil 2 de verilmiştir Verilen şekilden görülebileceği gibi en yükek güneş ekerjii değerine hip ln ilk üç il ırıyl Kny, Burdur ve Krmn dır Ekerji nlizi ynı zmnd güneş enerjii, meknik enerji, ıı, elektrik ve fil ykıtlr gibi frklı enerji türlerinin direk krşılştırm ypılbilmeinede imkn vermektedir Güneş rdyynunun ekerjetikel çıdn değerlendirilmei ynı zmnd güneş enerjii detekli itemlerin verimliliklerinin krşılştırılmınd imkn vermektedir [5] YA Çengel, M A, Ble, Mühendilik Yklşımıyl Termdinmik Çeviren Derbentli, T, McGrw-Hill Litertür, İtnbul, 1 [] A Hepbşlı, Endütriyel işletmelerde ekerji yönetim iteminin kurulmı gerekli mi?, Termdinmik Dergii, Syı:10, 2008 [7] G Ttrni, Interntinl Jurnl f ergy, vl 5, pp 48 4, 2008 [8] I Dinçer, The rle f exergy in energy plicy mking, Energy Plicy, vl 0, pp 17-14, 2002 [] A Bejn, Advnced Engineering Thermdynmic, rd editin, Wiley, 200 [10] J Szrgut, ergy Anlyi:Technicl nd Eclgicl Applictin Suthmptn (UK): WIT Pre, 2005 [11] JE Ahem, The ergy Methd f Energy Sytem Jhn Willey nd Sn, Inc Trnt, 180 [] Z Rnt, ergy nd energy Wi Z Tech Univ Dreden Vl 1(4), pp , 14 [1] I Dinçer, M Huin, I Al-Zhrnh, Energy nd ergy Ue in Agriculturl Sectr f Sudi Arbi Energy Plicy, vl, pp , 2004 [14] SM Jeter, Mximum cnverin efficiency fr the utiliztin f direct lr rditin, Slr Energy, vl 2, pp 2, 181 [] P Petel, ergy f undiluted therml rditin, Slr Energy, vl 74, pp 4 488, 200 [1] SO Onyegegbu, J Mrhenne, Trnient multidimeninl ecnd lw nlyi f lr cllectr ubjected t time-vrying inultin with diffue cmpnent, Slr Energy, vl 50(1), pp 85-5, 1 [17] PT Lndberg, G Tnge, Thermdynmic f the cnverin f diluted rditin, J Phy A: Mth Gen, vl, pp , Adn Merin Kili Antky Kmrş Krmn Kny Iprt Burdur Antly Ortlm tplm güneş rdyynu Ortlm Ortlm Ortlm Şekil 2 Akdeniz Bölgeinde bulunn illerin ylr göre rtlm güneş rdyynu ve ekerji değişimleri V SONUÇ İklim değişikliğine neden ln çevreel runlrın en temel nedeni, ekitem ile dt lmyn enerji kullnımının lduğu bilim dmlrı trfındn kbul görmüş bir gerçektir Bu nedenle, endütri, kentel ve ulşım ektörlerinde ekitemi bzmyn, lterntif enerji itemlerinin kullnımının önemi her geçen gün rtmktdır Alterntif enerji kynklrının içinde de en önemlii güneş enerjiidir Yeryüzüne ulşn güneş rdyynunun yrrlı işe dönüşütürülebilir kımının ekerji nlizi yrdımı ile belirlenerek hritlndırılmı, bu lnd ytırım ypmk iteyen girişimciler için fydlı bilgiler uncktır KAYNAKLAR [1] Elektrik İdrei Etüt İşleri Direi (EİEİ) Avilble: wwweiegvtr [2] R Petel, ergy f rditin f perfect gry bdy, Zez Nuk Pl Sl, Energetyk vl 5, pp 45, 11 [] DC Spnner, Intrductin t Thermdynmic Acdemic Pre, Lndn, 14 [4] SM Jeter, Mximum cnverin efficiency fr the utiliztin f direct lr rditin, Slr Energy, vl 2(), pp 2, 181 2