TR2021014556A2 - Deni̇zde ve/veya karadaki̇ yeni̇lenebi̇li̇r enerji̇ kaynaklarini harmanlayan çoklu üreti̇m si̇stemi̇ - Google Patents

Abstract

Bu buluş, yenilenebilir enerji kaynaklarını tek bir ünitede harmanlayarak üretilen ısı ve gücün depolanması ile kesintisiz, dengeli ve kararlı bir güç, ısı ve hidrojen yakıtı sağlayan, aynı zamanda karadaki uygulamalarında jeotermal enerji ve ısı Pompaları ile desteklenebilen, tarımsal sulamada ve hayvancılıkta, entegre çiftliklerde kullanılabilen melez bir yenilenebilir enerjili çoklu üretim sistemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME DENIZDE VE/VEYA KARADAKI YENILENEBILIR ENERJI KAYNAKLARINI HARMANLAYAN ÇOKLU ÜRETIM SISTEMI Teknik Alan Bu bulus, yenilenebilir enerji kaynaklarini tek bir ünitede harmanlayarak üretilen isi ve gücün depolanmasi ile kesintisiz, dengeli ve kararli bir güç, isi ve hidrojen yakiti saglayan, ayni zamanda karadaki uygulamalarinda jeotermal enerji ve isi pompalari ile desteklenebilen, tarimsal sulamada ve hayvancilikta, entegre çiftliklerde kullanilabilen melez bir yenilenebilir enerjili çoklu üretim sistemi ile Önceki Teknik Rüzgâr, dalga ve günes gibi yenilenebilir enerji kaynaklarinin en büyük sorunu kesintili olmalaridir. Söz konusu kaynaklar ayni zaman dilimi içerisinde birlikte olmayabildikleri gibi genellikle enerji yogunluklari da azdir. Diger taraftan yenilenebilir enerji kaynaklarinin aralarindaki uygulama mesafeleri genellikle uzak olup tasima maliyeti ve verim kayiplari söz konusudur. Daha da önemlisi kesintili kaynaklar ile enerji taleplerinin zaman ve büyüklük itibari ile uyumsuzlugudur. Her ne kadar günümüzde rüzgâr ve dalga gibi kesikli enerji kaynaklarinin zaman içerisindeki güç verimleri ve kapasitelerinin dagilimi belirli bir dogrulukta matematiksel ve istatiksel olarak kestirilebiliyor olsa da tam bir güvenirlik saglanamamaktadir. Yukarida yer alan olumsuzluklar sebebi ile günümüzde yenilebilir enerji kaynaklarinin harrnanlanarak birlikte degerlendirildigi, ayni yapi altinda ve konumda bir araya getirildigi, talep noktalarina en kolay ve verimli bir sekilde ulastirildigi, ayni konumda ve ayni yapi içerisinde depolandigi, tek bir enerji kaynagi ve tasiyicisi olarak hidrojenin de yerinde üretilebildigi güç üretim sistemine ihtiyaç duyulmaktadir. Söz konusu güç üretim sisteminin yüzer bir yapi üzerinde, tercihan bir deniz sondaj gemisinde kullanilmasi ile günes: rüzgâr ve dalga enerjisi hannaninda fosil yakitlardan hidrojen teminine iliskin bir çözüme de ihtiyaç duyulmaktadir. Söz konusu çözümün Karadenizde biriken ve giderek patlayici nitelik kazanan, ayrica deniz yasamini da yok eden HzS (hidrojen sülfür) katmaninin bosaltilmasinda kullanilmasi ile dogalgaz ve ayni zamanda petrolden daha kiymetli hidrojen gazinin ve sanayide siklikla kullanilan sülfür gazinin elde edilmesi saglanacaktir. Karada ise giderek artan küresel isinma, dogal afetler ve kuraklik nedeni ile tarim ve hayvancilik giderek enerjiye dayali hale gelmektea giderek daha derinierden su çekmek, hayvancilikta kullaninak ve traktörlerine enerji saglamak durumundadir. Buna karsilik çiftçi borcunu ödeyememekte, trafolari sökülmekte ve elektrik faturalari giderek kabarmaktadir. Mevcut günes paneli ve rüzgâr türbini saticilari ise yüksek gelir gayesi ile fahis fiyatlar talep etmekte ve bu tekil yani sadece anlik biçimde sadece elektrik üretip depolama hizmetinin de ekonomik biçimde saglayamadigi sistemler özellikle günes tarlalari olmak üzere degerli tarimsal alanlari ve mera alanlarini isgal etmektedirler. Bu nedenle günümüzde rüzgar türbinleri üzerinde hem günes panellerinin tasinabildigi hem de elde edilen enerjinin depolanabildigi sistemlere ihtiyaç duyulmaktadir. Bu sayede günes panelleri ise PVT (Foto-voltaik-isi) seklinde olabileceginden hem elektrik hem de örnegin bir çiftlikte gerekli isiyi saglayabilecektir. Gerektiginde sulama döngüsünün su çemberi içerisinde hidrojen gazi üretebilecek ve traktör gibi yerel mobilite ve zirai mekanizasyonda yakit olarak kullanilabilecek, süt endüstrisi gibi tarim sanayiinde yüksek sicaklikta isi üretebilecek ayrica enerji depolama vazifesi görebilecektir. Bu nedenle günümüzde denizdeki yenilebilir enerji kaynaklarindan enerji üretiminde bir yüzer platformun kullanilacagi karasal uygulamalarda ise kiyi ötesi uygulamalardan farkli olarak dalga enerjisine ve yüzer platforma ihtiyaç duyulmayan bir çoklu üretim sistemine ihtiyaç duyulmaktadir. Misvcut literatürde ve uygulamada bu denli tümlesik düzeyde bir araya getirilmis hem karada hem denizde benzer prensiplerle entegre edilmis bir çoklu enerji ve yakit üretim S istemi bulunmamaktadir. Teknigin bilinen durumunda yer alan USSO97218 sayili Birlesik Devletler patent dokümaninda alternatif enerji kaynaklarini kullanarak elektrik üretiminin gerçeklesmesinde kullanilan bir yüzer platformdan bahsedilmektedir. Söz konusu yüzer platform sert denizlerde bile yeterince saglam ve güvenlidir. US dokümanindaki yüzer platform su üzerinde farkli enerji modülleri içermektedir. Her bir enerji modülü farkli enerji kaynaklarini kullanmakta ve platform üzerinde yer almaktadir. Ayrica her bir enerji modülü üretilen elektrigin sistemde depolanmasina ve dagitilmasina katkida bulunmaktadir. Yüzer platform üzerinde yer alan enerji kaynaklari rüzgârdan elektrik enerjisi üretimi için kullanilan rüzgâr türbinleri, günes enerjisinden elektronik enerjisi üretimi saglayan solar paneller, dalga hareketlerinin kinetik enerjisini kullanarak elektrik enerjisi üreten aparatlar ve yüzer platformun bulundugu su kütlesinden asagi dogru uzanarak suyun sicaklik degisimlerinden kaynakli elektrik enerjisi üreten aparatlar içerrnektedir. Söz konusu bulus ayrica elektroliz yolu ile hidrojen ve oksijen üretimi yapmaktadir. US dokümaninda elektroliz islemi ile suyun hidrojen ve oksijene ayrilmasi ve sonradan kullanilmasi saglanmaktadir. Suyun elektroliz edilmesi ve ortaya çikan gazlarin depolanarak sonradan kullanilmasi teknikte uzman bir kisi için açiktir. Söz konusu US dokümaninda ayrica bir boru yardimi ile yüzer platformun bulundugu konumdan belirli bir derinlikte bulunan suyun çekilerek islenmesinden de bahsedilmektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan RU2224117 sayil Rus patent dokümaninda denizdeki dogal yenilenebilir enerji kaynaklarindan elektrigin elde edildigi ve sonrasinda kullanildigi bir güç elde etme sistemlerinden bahsedilmektedir. Söz konusu sistem ile denizdeki suyun elektrolizi ile enerji elde edildiginden, elektroliz islemi için ise tercihen rüzgâr enerjisi ve foto-voltaik-isi panellerin kullanildigindan bahsedilmektedir. Rus patent dokümaninda yer alan güç elde etme tesisi ile Karadeniz9de bulunan hidrojen sülfurün temizlenerek araçlar için yakit olarak kullanilmasi ile tasarlanan bir sistemden bahsedilmektedir. SÖZ konusu dokümanin amaci olarak da Karadenifdeki hidrojen sülfür toksitesini engellenmesinden bahsedilirken bunun için ise yenilenebilir enerji kaynaklarinin kullanimindan ve çevre dostu yakit ile kristal kükürt, sivi oksijen, deniz tuzu gibi ürünlerin elde edilmesinden bahsedilmektedir. Söz konusu Rus dokümaninda ayrica solar ve rüzgâr türbini üzerinden elde edilen enerjinin yaninda denizdeki hareket ile olusan kinetik enerji üzerinden elektrik enerjisinin elde edilmesinden bahsedilmektedir Bulusun Kisa Açiklamasi Bu bulusun amaci, yenilenebilir enerji kaynaklarini kiyi ötesinde yüzer bir ünitede veya karada harmanlayarak üretilen gücün depolanmasi ile kesintisiz, dengeli ve sabit güç kaynagi olusturulmasini ve ayni zamanda yüzer ünitede kullanildiginda bir boru hatti ile fosil yakitlar ile desteklenerek hidrojen ve sülfür gazini ayristirilmasini saglayan çoklu üretim sistemi gerçeklestirmektir. Bulusun diger amaci, bir deniz sondaj gemisinde birlikte yer alan günes, rüzgâr ve dalga enerjileri harmanini kullanarak Karadeniz`de biriken ve giderek patlayici hale gelen HzS gaz katmanini bosaltarak hidrojen ve Sültür gazinin elde edildigi çoklu üretim sistemi gerçeklestirmektir. Bulusun bir diger amaci, karada rüzgar türbinlerini ayni türbin direginde PVT Sistemleri ile destekleyerek hem elektrik hem de yapili çevrede gerek duyulan isiyi hatta sogutmayi saglayan, ayni zamanda olusturulacak bir su döngüsünde hidrojen gazi üreten ve söz konusu hidrojen gazinin mobilite ve endüstriyel mekanizasyonda yakit olarak kullanilabilmesini saglayan çoklu üretim sistemi gerçeklestirmektir. Böylelikle ayni arazi alaninda çoklu üretim sistemi olusturularak degerli arazi tasarrufu da saglanmis olmaktadir. PVT sistemlerinin türbin direklerinde günesi takip eder biçimde montesi ile yüzeyde fazla gölgelenme olmadan tarim yapilmasina da yeterli bosluk birakilmis olmaktadir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen "Denizde Ve/Veya Karadaki Yenilenebilir Enerji Kaynaklarini Harmanlayan Çoklu Üretim Sistemi" ekli sekillerde gösterilmis olup bu sekiller; Sekil 1. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin kiyi ötesinde kullanimina iliskin sematik görünüsüdür. Sekil 2. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin karasal kullanimina iliskin sematik görünüsüdür. Sekillerde yer alan parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiliklari asagida verilmistir. Üretim sistemi Yüzer platform Hidrolik enerji tanki Rüzgâr türbini O R C türbini Foto-Voltaik-Isi (PVT) panel Hava tanki LOOONCÂU'ILUUNH Dalga enerji sistemi . Hava türbini 11. Seperatör 12. Boru hatti 13. Makine odasi 14. Elektrolizör . Hidrojen tanki 16. Hidrojen hatti 17. Sülfîjr hatti 18. Depo 19. Yakit pili Denizde ve/veya karada mevcut olan yenilenebilir enerji kaynaklarini harmanlayarak üretilen gücü bünyesinde de depolanmasini saglayan bulus konusu çoklu üretim sistemi (1 1, -yukari dogru uzanan, içi bos yapida olan çok amaçli en az bir kule (3), -kulenin (3) iç hacminde yer alan basinçli en az bir hidrolik enerji tanki (4), -kule (3) üzerinde yer alan ve en azindan rüzgâr ile hareket eden kanatlar ile enerji üreten en az bir rüzgâr türbini (5), -kule (3] üzerinde yer alan, rüzgâr türbini (5) makine bölümünden (nacelle) gelen atik isi ile kule (3) içindeki akiskani kullanarak enerji üreten en az bir ORC (organic rankine cycle) türbini (6), -kule (3) üzerinde yer alan ve hareketli yapida olan en az bir fotovoltaik-isi (PVT) panel (7) ve -kule (2) içerisinde yer alan ve basinçli hava ile enerji depolayan en az bir basinçli hava tanki (8) içermektedir. Bulus konusu çoklu üretim sistemi (1), kiyi ötesinde dalga enerjisini kullanarak ve ayni zamanda fosil yakitlar ile hidrojen ve sülfür gazim ayristirarak enerji üretmek istediginde ayrica, -üzerinde en az bir sondaj elemaninin yer aldigi en az bir yüzer platform (2), -yüzer platformun (2) üzerinde yer aldigi su kütlesindeki dalgalarin enerjisi ile basinçli hava tankinda (8) hava depolayan en az bir dalga enerji sistemi (9). -yüzer platform (2) üzerinde yer alan ve dalga enerji sistemi (9) kullanilarak elde edilerek basinçli hava tankinda (8) saklanan basinçli hava ile elektrik üretimini saglayan basinçli en az bir hava türbini (10), -yüzer platform (2) üzerinde yer alan ve deniz tabanindan alinan hidrojen sülfürün ayristirildigi en az bir seperatör (1 1), -bir ucundan seperatöre (1 1) baglanan diger ucundan ise deniz tabanina uzanan en az bir boru hatti (12), -yüzer platform (2) üzerinde yer alan ve iç hacminde seperatörün (11) yer aldigi en az bir makina odasi (13), -yüzer platform (2) üzerinde yer alan ve seperatör (11) tarafindan ayristirilan hidrojen süliürün kullanarak hidrojen elde eden en az bir elektrolizör (14) ve -elektrolizör (14) ile elde edilen hidrojenin bir hidrojen hatti (16) ile anakarada depolandigi en az bir hidrojen tanki (15) içermektedir. Bulus konusu çoklu üretim sistemi (1), karada mevcut jeotermal kaynak ve/veya sudan hidrojen enerjisi üretmek istediginde ise ayrica, - kule (3) üzerindeki hareketli fotovoltaik-isi (PVT) panellerin (7) sogutulmasinda kullanilan sudan elde edilen isinin depolandigi ve içerisinde faz degisimli malzemenin yer aldigi en az bir depo (18), -jeotermal kaynak ve/veya suda HzS mevcutsa hidrojen ve sülfürü gazinin ayristirildigi en az bir seperatör (11), -seperatör (11) ile ayristirilan hidrojen süliürden ve/veya sudan hidrojenin elde edildigi en az bir elektrolizör (14) ve -elektrolizör (14) ile elde edilen hidrojenin elektrige ve/veya isiya dönüstürülebildigi ve enerji kaynagi olarak depolandigi en az bir yakit pili (19) içermektedir. Bulus konusu bir çoklu güç üretim Sisteminin (ll kiyi ötesi kullaniminda, yüzer platform (2 ), üzerinde bir sondaj elemaninin yer aldigi bir sondaj gemisidir. Yüzer platforrndan (2) sondaj ile ulasilan hidrojen sülfür yataklari ile bir ucu seperatörde (11) diger ucu ise söz konusu yataklarda bulunan boru hatti (12) ile baglanti kurulmaktadir. Boru hatti (12) ile yüzer platformdaki (2] seperatöre (11) çekilen sividan hidrojen sülfür ayristirilmaktadir. Bulusta kule (3) içi bos çelik malzemeden mamul olup güç üretimi anakarada ya da kiyi ötesinde yapildiginda iç hacminde hidrolik enerji deposu (4), üzerinde ise temel olarak rüzgâr türbini (5), ORC türbini (6), fotovoltaik-isi panelleri (7) bulundurmaktadir. Kule (3), güç üretimi kiyi ötesinde yapildiginda ise ayrica iç kisminda dalga enerjisi ile elden edilen havanin saklandigi basinçli hava tanklarini (8), dalga enerji sistemini (9) ve bir hava türbinini (10) bulundurmaktadir. Kule (3) kiyi ötesinde yüzer platform (2] üzerinden yukari dogru uzanarak ilgili elemanlari üzerinde bulundurmaktadir. Bulusta hidrolik enerji tanki (4) rüzgâr türbini (5) ile elde edilen rüzgâr enerjisinin depolandigi kisimdir. Rüzgâr türbininin (5) çalismasi ile nacelinden ortaya çikan isi bir fitilli isi boru sistemi ile ORC türbinine (6) iletilmekte ve ORC türbininde (6] elektrik üretimi gerçeklestirilmektedir. Ayrica ORC türbininden (6) çikan artik isi Hz ayristirma ve jet yakiti üretiminde kullanilmaktadir. Fotovoltaik-isi panel (7) kule (3) üzerinde birden fazla sayida olup döner ve günesi takip eder bir yapidadir. Söz konusu fotovoltaik-isi paneller (7) kule (3) etrafinda 360 derece dönebilmekte olup tercihen jaluzi tipidir. Bunun yaninda kule (3) üzerinde ikili veya üçlü kanatlarda monteli, günesi takip edebilen, isi borulu günes enerjisi fotovoltaik-isi panelleri (7) kullanilmaktadir. Bulus konusu bir çoklu güç üretim sisteminin (l) kiyi ötesi kullaniminda, dalga enerji sistemi (9) yüzer platformun (3) denize temas eden yüzeyinde yer almakta olup sahip oldugu pistonlarda dalgalarin kullanilmasi ile üretilen basinçli hava tanklarinda (8) saklanmaktadir. Hava türbini (10) basinçli hava tanklarinda (8) saklanan havayi kullanarak elektrik üretimi gerçeklestirmektedir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminde (1) separatör (11l kiyi ötesinde kullanildiginda yüzey platform (3) üzerinde, makine odasi (13) içerisinde yer almaktadir. Separatör (ll) deniz tabanindan boru hatti (12) ile aldigi hidrojen süliîirü ayristinnakta ve elektrolizöre (14) ileterek hidrojen ve sülfürün ayristirilmasini saglamaktadir. Elektrolizörün (14) çalismasi için gerekli olan enerji rüzgâr türbini (5), ORC türbini (6), isi borulu fotovoltaik-isi paneller (7) ya da dalga enerji sistemi (9) ile üretilen enerjiden en az biri ile ayristirma islemini gerçeklestirmektedir. Bu sayede hidrojen sülfürden Hz gazi ayristirilmaktadir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminde (1) seperatör (11) anakarada kullanildiginda jeotermal kaynaktan hidrojen gazinin, anakarada jeotermal kaynak olmadigi durumda ise bir su kaynagindan hidrojenin ayristirilmasini saglamaktadir. Seperatör (ll) ayristirilan hidrojeni elektrik ve isi üretilmesi ve depolanmasi için yakit piline (19) iletmektedir. Bulus konusu sistemin (1) kiyi ötesi kullaniminda ayristirilan hidrojen gazi bir hidrojen hatti (16) ile hidrojen tankina (15) iletilerek isi ve/veya güç kaynagi olarak kullanilacak sekilde yakit hücrelerine dönüstürülmektedir. Hidrojen tanki (15l tercih edilen uygulamada yüzey platformda (3) ayristirilan ve bir hidrojen hatti ile separatörden (11) anakarada bulunan hidrojen tankina (15] iletilmektedir. Hidrojen (Hz) ayrica yakalanan COz ile ya da sera gazlar ile yine anakarada karistirilmakta ve jet yakitina dönüstürülebilen sentez gazi olusturulmaktadir. Seperatör (l 1) ile hidrojen sülfürden ayristirilan sülfür bir sülfür hatti (17) ile anakaraya tasinmakta ve fabrikalarda kullanilmak üzere polimer ve resin üretiminde kullanilabilmektedir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin (1) kiyi ötesinde kullanimi ile rüzgâr türbininden (Sl enerji elde edildigi gibi, rüzgâr türbinin (5) üzerinde yer aldigi kule (3) içindeki boslukta dalga enerjisi kullanilmasi ile basinçli hava depolanmasini saglamaktadir. Bunun yani sira kule (3) üzerinde tam tur dönebilen, günesi takip edebilen fotovoltaik isi paneller (7) ile de enerji üretimi gerçeklestirilmektedir. Ayrica rüzgâr türbinin (5) çalismasi ile ortaya çikan atik isiyi bir boru yardimi ile ORC türbininde (6) elektrige dönüstürülebilmektedir. Söz konusu yapilarin yer aldigi güç üretim sistemi (1) anakarada kullanilarak enerji harmanlamasi yapilabildigi gibi, söz konusu güç üretim sistemi (1) bir yüzer platform (2) ile kullanilarak hem dalga enerji sistemi (9) hem de deniz tabanindaki hidrojen sülfür yataklarindan enerji elde edebilmektedir. Bunun için bir boru hatti (12) ile deniz tabanindan Öncelikle seperatörde (11) hidrojen sülfür, ardindan elektrolizörde (14) Hz ve sülfür ayristirilmaktadir. Ayristinna islemleri öncelikle yüzer platformda (2) gerçeklestirilmekte ardindan hidrojen hatti (16) ve süliî'ir hatti (17) ile anakaraya tasinmaktadir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin (1) anakarada kullanimi ile rüzgâr türbininden (5) enerji elde edildigi gibi, jeotermal ve/veya SU kaynaklari kullanilarak yakit pilinde (19) elektrik ve isi depolanabilmektedir. Rüzgâr türbinin (5) çalismasi ile ortaya çikan atik isiyi bir boru yardimi ile ORC türbininde (6) elektrige dönüstürülebilmektedir. Söz konusu yapilarin yer aldigi çoklu üretim Sistemi (1) anakarada kullanilarak enerji harmanlamasi yapilabilmektedir. Bunun yani sira kule (3) üzerinde tam tur dönebilen, günesi takip edebilen fotovoltaik isi paneller (7) ile de enerji üretimi gerçeklestirilmektedir. Elektrik gücü, hem rüzgâr türbinlerinden (5) hem de fotovoltaik isi panellerinden (7) üretilmekte ve bu asamada isi borulari ile fotovoltaik isi panelleri (7) sogutulmaktadir. Bu sayede verim özellikle sicak havalarda ve iklimlerde düsmemektedir. Bulus konusu çoklu üretiin sisteminin (1) anakarada kullaniminda çekilen suyun hidrojen üretiminin olusturdugu su döngüsü kapali devredir. Bu sayede su herhangi bir isleme tabi tutulmadan sulamada veya kentsel tüketimde kullanilmaktadir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin (1) anakarada kullanimi ile elde edilen isi, faz degisimli malzemeli depoda (18] saklanmakta ve gerektiginde adsorbsyonlu bir yapida soguga dönüstürülebilmektedir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin (1) karada kullaniminda jeotermal kaynakta HzS gazi mevcut ise seperatör (11) yardimi ile hidrojen ve sülfür ayristirilarak hidrojenden, HzS gazi mevut olmadigi durum ise suyun elektrolizi ile hidrojenin hem enerji depolamasi hem de enerji kaynagi olarak kullanimi saglanmaktadir. Bunun için hidrojen yakit pillerinde (19) hem elektrige hem de isiya dönüsebilmekte tek atik olarak çikan saf su ise su kaynagina geri verilerek kapali su döngüsü tamamlanmaktadir. Bulus konusu çoklu üretim sisteminin (l) anakarada kullanimi ile elde edilen hidrojen, mevcut altyapilarin kullanimina imkân vermek üzere dogal gaz hatlarina en fazla %20 oraninda karistirilmak üzere dogalgazdan en fazla %60 tasarrufu da saglamaktadir. Bulus konusu, denizde ve/veya karadaki yenilenebilir enerji kaynaklarini kullanarak harmanlayan çoklu üretim sisteminin (1) çok çesitli uygulamalarinin gelistirilmesi mümkün olup, bulus burada açiklanan örneklerle sinirlandirilamaz, esas olarak istemlerde belirtildigi gibidir. TR TR TR