Sıkıştırılmış hava ile enerji depolama

Abstract

Son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji üretimindeki payının artması ile enerji depolama sistemlerinin de önemi artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının tahmin edilemeyen karakteristiklerinden kaynaklı dezavantajlarını ortadan kaldırmanın yollarından biri enerji depolama sistemi kullanmaktır. Günümüzde çok çeşitli enerji depolama sistemleri bulunmakta ve bu sistemlerin daha da geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, mekanik depolama sistemlerinden biri olan sıkıştırılmış hava ile enerji depolama sistemleri ile ilgili bilgi verilmiş ve küçük ölçekli bir enerji depolama sisteminin tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımda sıvı pistonlar kullanılarak havanın sıkıştırılması ve genişlemesi süreçlerinin izotermal koşullarda gerçekleşmesi amaçlanmıştır. Tasarımı yapılan sistemin matematiksel modeli oluşturularak sistemin çalışması hakkında bilgi edinilmiştir. Sıvı pistonlar içerisindeki havanın basıncı ve diğer özelliklerinin sıkıştırma sürecinde nasıl değiştiğini belirleyebilmek için sayısal çözüm yapılmıştır. Sayısal çözüm için sonlu hacimler metodunu kullanan paket yazılımlardan faydalanılmıştır. Tasarımı yapılan sistemin imalatı gerçekleştirilmiş ve laboratuvar koşullarında testler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki, bu tarz bir sistemde performansı etkileyen en önemli parametre sıkıştırma ve genişleme süreçlerindeki sıvı pistonun hızıdır. Değişken hızlar kullanılarak sistemin performansı iyileştirilebilmektedir. Sıkıştırma ve genişleme süreçlerinin veriminin, sıvı pistonların geometrisinin değiştirilmesi ile de geliştirilebileceği görülmüştür. Deney sistemi ile enerji depolama sisteminin farklı şartlarda sıkıştırma performansı incelenmiştir. Tasarımı ve imalatı yapılan sistemin, yenilenebilir enerji kaynakları ve diğer depolama uygulamalarında da kullanılabileceği görülmüştür.

In recent years, energy storage systems rise in importance associated with increase market share of renewable energy sources in energy production. One of the best option to remove disadvantages of renewable energy sources, originating from it characteristics is to use energy storage systems. Nowadays, there are various storage systems and needed to be developed further. In this study, compressed air storage systems which are mechanical storage system were introduced and a small scale compressed air storage system was designed. In this design, it is aimed to compress and expand air isothermally using liquid pistons. Information about designed system performance was obtained by a mathematical model. Numerical analyses were applied in order to determine the air pressure and other air properties during the compression process in liquid pistons. For numerical analyses, commercial packaged software which is based on finite volume method was used. The system was designed, manufactured and tested under laboratory conditions. It is found that, the most important parameter that effect the performance during compression and expansion processes in the system is the liquid piston speed. System performance can be improved by using variable piston speeds. It is seen that, compression and expansion efficiencies can be enhanced by changing the liquid piston geometry. The compression performance of the energy storage system for different conditions was investigated experimentally. It is seen that designed and manufactured system can be operated with renewable energy sources and other storage applications.