Journals / Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi / 2019 / Cilt: 4 - Sayı: 1
Thermodynamic Optimization of a Biogas Engine Powered Cogeneration System with Using Genetic Algorithm
- Pages
- 109–116
- DOI
- —
Abstract
In this study a genetic algorithm based thermodynamic optimization of biogas engine powered cogeneration system that is active in GASKİ WWTP and produce electricity from biogas which is produced in plant will be presented. In this purpose, we will develop our own code that is suitable to characteristics of system, by using MATLAB software. Biogas engine powered cogeneration system produces 1000 kW electricity and supplies heat for anaerobic digestion. The focus of optimization will be on exergetic efficiencies of heat exchangers and overall system. Optimization variables are selected as output temperature of water that flow from digestion throught engine-side heat exchanger, its mass flow rate and temperature of water that transfer heat from engine to heat exchanger. Optimization is applied with using elitism and roulette wheel methods seperately, also single point mutation is applied. By using elitism and roulette wheel, exergetic efficiency of heat exchanger-1 found respectively 32,2 % and 39,1 %. Exergetic efficiency of heat exchanger-2 for both two methods found 59,5%. By using elitism and roulette wheel, exergetic efficiency of exhaust gas heat exchanger found respectively 47,7 % and 41%. Exergetic efficiency of overall cogeneration system obtained 26,4 % by using elitism and 26,1 % by using roulette wheel. These results discussed according to effects of variables by using graphs.
Özet
Bu çalışmada Gaziantep Atık Su Arıtma Tesisine bağlı olarak çalışan ve tesiste atık su çamurundan üretilen biyogazı kullanarak elektrik üreten biyogaz motorlu bir kojenerasyon sisteminin genetik algoritma temelli termodinamik optimizasyonu yapılmaktadır. Bu amaçla MATLAB programı kullanılarak kojenerasyon sistemi karakteristiğine uygun sistem kodları geliştirilmiştir. Kojenerasyon sistemi 1000 kW elektrik üretmekte ve havasız çürütme tankına gerekli ısıyı sağlamaktadır. Sistem ısı değiştiricilerinin ekserji verimi optimizasyonu ile birlikte bütün sistemin ekserji verim optimizasyonu hedef alınmıştır. Optimizasyon değişkeni olarak, çürütme tankına ısı aktarımı sağlayan suyun ısı değiştiricisinden çıkış sıcaklığı ve kütle akış debisi, ayrıca biyogaz motoru soğutma suyunun ısı değiştiricisine giriş sıcaklığı seçilmiştir. Elitlik ve rulet çarkı yöntemleri ile ayrı ayrı optimizasyon yapılmış olup, tek nokta mutasyon yöntemi uygulanmıştır. Elitlik yöntemi ile optimizasyonda 1 numaralı ısı değiştiricinin ekserji verimi %32,5, rulet çarkı yönteminde ise %40 olarak bulunmuştur. Her iki yöntem için 2 numaralı ısı değiştiricinin ekserji verimi %59,5 olarak hesaplanmıştır. Egzoz gazı ısı değiştiricisinin ekserji verimi ise elitlik ve rulet çarkı yöntemlerine göre sırasıyla %44,7 ve %41,1 olarak bulunmuştur. Kojenerasyon sisteminin toplam ekserji verimi ise elitlik yöntemi ile %26,5 ve rulet çarkı yöntemiyle %26,1 olarak bulunmuştur. Yapılan analiz neticesinde değişkenlerin etkileri grafikler halinde sunulmuş ve tartışılmıştır.