Jeotermal bölgesel ısıtma sistemlerinin ekserjik ve ekonomik analizi

Ekserji analizi; ısıl sistemlerin ve proseslerin analizi, tasarımı ve optimizasyonun da kullanılan güçlü bir araç olarak görülmektedir. Göz önüne alınan proseslerin ve sistemlerin termodinamik bakımdan eksiklerinin nedenlerini nicel olarak ortaya çıkarıp, değerlendirmek için kullanılmaktadır. Ekserji analizi, termodinamik iyileştirme potansiyelini göstermesine rağmen, sistemlerin ve proseslerin tamamen optimizasyonu için de bir maliyet analizi gerekli olmaktadır. Son yirmi yıl süresince, sayısız araştırmacı tarafından, değişik isimlerle (termoekonomik, ikinci yasa maliyeti, maliyet muhasebesi ve eksergoekonomik gibi) anılan ekserjiye dayalı maliyet analizlerinin yapılmasına yönelik yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan en yaygın kullanılanlardan birisi de EXCEM (ekserji, maliyet, enerji ve kütle) olup, mühendislik ve diğer disiplinlerde çalışan araştırmacılara yarar sağlamaktadır. Jeotermal bölge ısıtma sistemlerinin teknik yönlerini araştırmak için birçok çalışma yapılmasına rağmen, bazı jeotermal sistemlerin ekserjetik bakımdan analize ilişkin sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Yazarın bugünkü bilgisine göre, jeotermal bölge ısıtma sistemleri (JBISʼleri)nin eksergoekonomik analizinin ve performans değerlendirilmesinin yapıldığı herhangi bir çalışmaya açık literatürde rastlanmamıştır. Bu araştırmanın amacı; performans değerlendirmesi, kıyaslama ve iyileştirme amaçları bakımından, tüm sistem ile önemli bileşenlerinin değerlendirilmesi için JBISʼlerinin geniş kapsamlı olarak ekserjetik ve eksergoekonomik analizini yapmaktır. Mevcut yöntem daha sonra, gerçek sistem işletme verisinin kullanıldığı kıyaslamalı iki durum çalışması olarak sunulan İzmirʼdeki Balçova jeotermal bölgesel ısıtma sistemi (BJBIS) ve Manisaʼdaki Salihli jeotermal bölgesel ısıtma sistemi (SJBIS)ʼne uygulanmaktadır. Her iki sistemin özgül ekserji parametreleri, iki jeotermal sahanın kalitesini belirlemek için hesaplanmaktadır. Sonuçlar, Balçova ve Salihli jeotermal sahalarının, sırasıyla, orta ve düşük kaliteli jeotermal kaynaklar sınıfına girdiğini göstermektedir. Performans değerlendirmesinde, enerji ve ekserji verimlilikleri, özgül ekserji indeksleri, ekserjetik iyileştirme potansiyelleri ile diğer bazı termodinamik parametreler kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra, değişik referans çevre sıcaklıklarının her iki sistemin enerji ve ekserji verimlerini nasıl etkilediğini araştırıp, verimin tahmin edilmesine yönelik pratik korelasyonları elde etmek için parametrik çalışmalar yürütülmektedir. BJBIS ve SJBISʼndeki tüm enerji ve ekserji kayıpları, gerçek durumu yansıtmak amacıyla, çevre sıcaklıklarının ortalama değerlerine dayalı olarak belirlenip, kıyaslama amaçları için enerji ve ekserji akış diyagramlarıyla gösterilmektedir. BJBIS ve SJBISʼnin enerji verim değerleri, sırasıyla, % 37.60 ve % 55.5 olarak belirlenmektedir. Sistemdeki ekserji kayıpları (tersinmezlikler) ise, esas itibariyle, her iki BJBIS ve SJBISʼne giren toplam ekserjinin % 3.2 ve % 2.22ʼsi olarak pompa kayıpları, % 7.24 ve % 17.9ʼsi olarak ısı değiştiricisi kayıpları ve % 24.1 ve % 20.44ʼsi olarak boru hattı kayıplarından (sıcak su dağıtım kayıplarından) oluşmaktadır. Böylece, ekserji verimleri; BJBIS için % 42.94 ve SJBIS için ise, % 59.4 olarak bulunmaktadır. Ayrıca, mevcut çalışmada, BJBIS ve SJBISʼndeki ekipmanlar için termodinamik kayıplar ile maliyet arasındaki ilişkileri veren bazı korelasyonlar geliştirilmektedir. Bu tür korelasyonlar, tüm sistemin ve elemanlarının termodinamik (ekserji esaslı) ve ekonomik karakteristiklerinin uygun şekilde dengelenmesiyle, daha iyi bir analiz, tasarım ve optimizasyonun yapılmasında, bölge ısıtma sistemleri için pratik açıdan büyük önem taşımaktadır