Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama

Südaş, İbrahim; Kardaş, Gülfeza; Koçak, Burcu; Paksoy, Halime O.

Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama

Burcu KOÇAK, (Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya, Adana, Türkiye)

Gülfeza KARDAŞ, (Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya, Adana, Türkiye)

İbrahim SÜDAŞ, (Barış Teknolojik Tesisat Sistemleri, Adana, Türkiye)

Halime PAKSOY (Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya, Adana, Türkiye)

Tesisat Mühendisliği

16 6

Yıl: 2023 Cilt: Sayı: 198 Sayfa Aralığı: 11 - 22 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 23-10-2023

Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama

Öz:

Endüstride üretim maliyetlerini düşürmek, fosil yakıt tüketimini, CO2 emisyonlarını ve enerji kaynaklarında dış ülkelere bağımlılığı azaltmak için kullanılabilecek en önemli yenilebilir enerji kaynağı güneştir. Güneş enerjisi yüksek sıcaklıktaki endüstriyel prosesler için uygun olmakla birlikte, verimliliğinin günün saatlerine ve mevsimlere göre farklılık göstermesi, sürekli kullanımının önünde bir engel oluşturmaktadır. Yüksek sıcaklıktaki endüstriyel proseslerin, güneş enerjisinden verimli ve sürekli bir şekilde yararlanabilmesi için termal enerji depolama (TED) teknolojileri kullanılmalıdır. Düşük maliyet ve teknik uygulanabilirlik açısından, yüksek sıcaklıktaki endüstriyel uygulamalarda, atık bazlı depolama malzemelerinin kullanıldığı duyulur ısı TED sistemleri ön plana çıkmaktadır. Bu bildiride, Dünya’daki duyulur ısı TED sistemlerinin endüstriyel uygulamaları ve son teknolojiler analiz edilerek, Türkiye’deki fırsatlar ve potansiyel ortaya konmuştur.

Anahtar Kelime: Duyulur Isı Termal Enerji Depolama Endüstride Enerji Verimliliği Güneş Enerjisi Endüstriyel Uygulamaları

High Temperature Thermal Energy Storage for Industrial Solar Applications

Öz:

Solar energy is the most important renewable energy source that can be used in the industry to reduce production costs, fossil fuel use, CO2 emissions and dependence on foreign countries for energy resources. Although solar energy is suitable for high temperature industrial applications, variability in its efficiency according to the time of the day and seasons is the main obstacle for its continuous usage. Thermal energy storage (TES) technologies should be used in high temperature solar heat industrial applications to obtain continuous and higher efficiency from solar energy. In terms of low cost and technical applicability, sensible heat TES systems using waste-based materials as storage materials come forward in high temperature solar heat industrial applications. In this paper, latest technologies on sensible heat TES technologies for solar heat industrial applications are investigated to reveal opportunities in Turkey.

Anahtar Kelime: Sensible Heat Thermal Energy Storage Solar Energy Solar Heat Industrial Ap- plications

Belge Türü: Makale Makale Türü: Derleme Erişim Türü: Erişime Açık

1. CSB, https://cevreselgostergeler.csb.gov.tr/, Erişim Tarihi:23.08.2023.
2. Alva, G., Lin, Y., Fang, G., An Overview of Thermal Energy Storage Systems, Energy, 144, 341-378, 2018.
3. SHIP Plants, http://ship-plants.info/solar-thermal-plants, Erişim Tarihi: 23.08.2023.
4. Farjana S. H., Huda, N., Mahmud, M. A. P., Saidur, R., Solar Process Heat in Industrial Systems – A Global Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82(3), 2270-2286, 2018.
5. http://ship-plants.info/, Erişim Tarihi: 01.06.2023.
6. www.globalsolaratlas.info, Erişim Tarihi: 01.02.2023.
7. Palacios A., Barreneche C., Navarro, M. E., Ding Y., Thermal Energy Storage Technologies for Concentrated Solar Power: A Review From a Materials Perspective, Renewable Energy, 156, 1244-1265, 2020.
8. Tatsidjodoung P., Pierrès, N. L., Luo, L., A Review of Potential Materials for Thermal Energy Storage in Building Applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 18, 327-349, 2013.
9. Koçak B., Paksoy H., Using Demolition Wastes from Urban Regeneration as Sensible Thermal Energy Storage Material, Int J Energy Res., 1-7, 2019.
10. Alonso, M. C., Vera-Agullo, J., Guerreiro, L., Flor-Laguna, V., Sanchez, M., Collares-Pereira, M., Calcium Aluminate Based Cement for Concrete to be Used as Thermal Energy Storage in Solar Thermal Electricity Plants, Cement and Concrete Research 82, 74–86, 2016.
11. Koçak B., Fernandez A. I., Paksoy, H., Review on Sensible Thermal Energy Storage for Industrial Solar Applications and Sustainability Aspects”, Solar Energy, 209, 135-169, 2020.
12. Dinçer I., Rosen M.A., Thermal Energy Storage Systems and Applications, Wiley, West Sussex, 2002.
13. Roubaud E. G., Osorio, D. P., Prieto, C., Review of Commercial Thermal Energy Storage in Concentrated Solar Power Plants: Steam vs. Molten Salts, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 80, 133-148, 2017.
14. Stutz, B., Pierres, N.L., Kuznik, F., Johannes, K., Barrio, E.P.D., B´ed´ecarrats, J.P., Gibout, S., Marty, P., Zalewski, L., Soto, J., Mazet, N., Olives, R., Bezian, J.J., Minh, D.P., Storage of Thermal Solar Energy, C. R. Physique 18, 401-414, 2017.
15. Pinel, P., Cruickshank, C.A., Beausoleil-Morrison, I., Wills, A., A Review of Available Methods for Seasonal Storage of Solar Thermal Energy in Residential Applications, Renew. Sustain. Energy Rev. 15, 3341–3359, 2011.
16. Ataer O. E., Storage of Thermal Energy, in Energy Storage Systems in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed Under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford, 2006.
17. Guelpa E., Verda V., Thermal Energy Storage in District Heating and Cooling Systems: A Review, Appl Energy 252, 113474, 2019.
18. Koçak B., Paksoy H., Performance of Laboratory Scale Packed-Bed Thermal Energy Storage Using New Demolition Waste Based Sensible Heat Materials for Industrial Solar Applications, Solar Energy, 211, 1335-1346, 2020.
19. Ma Z., Neises T., Wagner M., General Performance Metrics and Applications to Evaluate Various Gthermal Energy Storage Technologies, Proceedings of ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability & 9th Fuel Cell Science, 2012.
20. Koçak B., Fernandez A. I., Paksoy, H. Benchmarking Study of Demolition Wastes With Different Waste Materials as Sensible Thermal Energy Storage, Solar Energy Materials and Solar Cells, 219, 110777, 2021.
21. Park, J. W., Park, D., Ryu, D. W., Choi, B. H., Park E.S., Analysis On Heat Transfer and Heat Loss Characteristics of Rock Cavern Thermal Energy Storage, Eng Geol, 181, 142-156, 2014.
22. Crespo A., Barreneche C., Ibarra M., Platzer W., Latent Thermal Energy Storage for Solar Process Heat Applications at Mediumhigh Temperatures - A Review, Solar Energy, 192, 3-34, 2019.
23. Geissbühler L., Kolman M., Zanganeh G., Haselbacher A., Steinfeld A., Analysis of Industrial-Scale High-Temperature Combined Sensible/Latent Thermal Energy Storage, Applied Thermal Engineering, 101, 657-668, 2016.
24. Ndiaye K., Ginestet S., Cyr M., Thermal Energy Storage Based on Cementitious Materials: A Review, AIMS Energy, 6 (1), 97–120, 2018.
25. Emerson, J., Hale, M., Selvam, P., Concrete as a Thermal Energy Storage Medium for Thermocline Solar Energy Storage Systems, Sol. Energy 96, 194–204, 2013.
26. Girardi, F., Giannuzzi, G.M., Mazzei, D., Salomoni, V., Majorana, C., Di Maggio, R., Recycled Additions for Improving the Thermal Conductivity of Concrete in Preparing Energy Storage Systems, Constr. Build. Mater. 135, 565–579, 2017.
27. Salomoni V. A., Majorana C. E., Giannuzzi G. M., Maggio R. D., Girardi F., Mele D., Lucentini M., 2013, Conceptual Study of a Thermal Storage Module for Solar Power Plants with Parabolic Trough Concentrators, https://www.intechopen.com/books/application-of-solar-energy/conceptual-study-of-a-thermal-storage-module-for-solar-power-plants-with-parabolic-trough-concentrat (Erişim Tarihi: 21.02.2023)
28. Ma Z., Glatzmaier G.C., Mehos M., Development of Solid Particle Thermal Energy Storage for Concentrating Solar Power Plants That Use Fluidized Bed Technology, Energy Procedia 49, 898 – 907. 2014.
29. Buck R., Solar Particle Technology for Dispatchable Power and Heat Generation, DLR-Institute of Solar Research, ODAKtr Seminer Notları, 2021.
30. Flamant G., Gauthier D., Benoit H., Sans J. L., Garcia R., Boissière B., Ansart R., Hemati M., Dense Suspension of Solid Particles as a new Heat Transfer Fluid for Concentrated Solar Thermal Plants: On-Sun Proof of Concept, Chemical Engineering Science, 102, 567-576, 2013.
31. Xu, B., Han, J., Kumar, A., Li, P., Yang, Y., Thermal Storage Using Sand Saturated by Thermal-Conductive Fluid and Comparison With the Use of Concrete, J. Storage Mater, 13, 85–95, 2017.
32. Tehrani, S.S.M., Taylor, R.A., Nithyanandam, K., Ghazani, A.S., Annual Comparative Performance and Cost Analysis of High Temperature, Sensible Thermal Energy Storage Systems Integrated With a Concentrated Solar Power Plant, Sol. Energy 153, 153–172. 2017.
33. Gracia, A., Cabeza, L. F., Phase Change Materials and Thermal Energy Storage for Buildings, Energy and Buildings 103, 414–419, 2015.
34. Gil A., Medrano M., Martorell I., Lázaro A., Dolado P., Zalba B., Cabeza L.F., Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 31-55, 2010.
35. Molina S., Haillot, D., Deydier, A., Bedecarrats, J. P., Material Screening and Compatibility for Thermocline Storage Systems Using Thermal Oil, Applied Thermal Engineering, 146, 252–259, 2019.
36. Khare S., Amico M. D., Knight C., Mc Garry S., Selection of Materials for High Temperature Sensible Energy Storage, Solar Energy Materials & Solar Cells, 115, 114–122, 2013.
37. Diago M., Iniesta, A. C., Delclos, T., Shamim, T., Calvet, N., Characterization of Desert Sand for its Feasible Use as Thermal Energy Storage Medium, Energy Procedia 75, 2113-2118, 2015.
38. Martin, C., Bonk, A., Braun, M., Odenthal, C., Bauer, T., Investigation of the Long-Term Stability of Quartzite and Basalt for a Potential Use as Filler Materials for a Molten-Salt Based Thermocline Storage Concept, Solar Energy 171, 827-840, 2018.
39. Bruch, A., Molina, S., Esence, T., Fourmigue, J.F., Couturier R., Experimental Investigation of Cycling Behaviour of Pilot-Scale Thermal Oil Packed-Bed Thermal Storage System, Renewable Energy, 103, 277-285, 2017.
40. Koçak B., Paksoy H., Endüstriyel Uygulamalarda Güneş Enerjisinden Termal Olarak Yararlanma, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35 (3), 769-782, 2020.
41. IEA, Solar Process Heat for Production and Advanced Applications, IEA SHC Task 49, 2014. http://task49.iea-shc.org/Data/Sites/7/150218_iea-task-49_d_b2_integration_guideline-final.pdf, Erişim tarihi: 30.01.2023.
42. Lauterbach C., Schmitt B., Jordon U., Vajen K., The Potential of Solar Heat for Industrial Processes in Germany, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 5121–5130, 2012.
43. Gibb, D., Johnson, M., Romaní, J., Gasia, J., Cabeza, L.F., Seitz, A., Process Integration of Thermal Energy Storage Systems – Evaluation Methodology and Case Studies, Applied Energy, 230, 750-760, 2018.
44. Koçak B., High Temperature Thermal Energy Storage in Paked-Bed-Case Study in Food Industry, Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Türkiye, 2020.
45. Buscemi, A., Panno, D., Ciulla, G., Beccali, M., Lo Brano, V., Concrete Thermal Energy Storage for Linear Fresnel Collectors: Exploiting the South Mediterranean’s Solar Potential for Agri-Food Processes, Energy Convers. Manage. 166, 719–734, 2018.
46. TSKB, https://www.tskb.com.tr/i/assets/document/pdf/enerji-sektor-gorunumu-2019.pdf, Erişim Tarihi: 24.02.2023.
47. Türkiye 2019 Enerji Denge Tablosu, https://www.dunyaenerji.org.tr/turkiye-enerji-denge-tablolari/, Erişim Tarihi: 24.02.2023.

APA	Koçak B, Kardaş G, Südaş İ, Paksoy H (2023). Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. , 11 - 22.
Chicago	Koçak Burcu,Kardaş Gülfeza,Südaş İbrahim,Paksoy Halime O. Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. (2023): 11 - 22.
MLA	Koçak Burcu,Kardaş Gülfeza,Südaş İbrahim,Paksoy Halime O. Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. , 2023, ss.11 - 22.
AMA	Koçak B,Kardaş G,Südaş İ,Paksoy H Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. . 2023; 11 - 22.
Vancouver	Koçak B,Kardaş G,Südaş İ,Paksoy H Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. . 2023; 11 - 22.
IEEE	Koçak B,Kardaş G,Südaş İ,Paksoy H "Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama." , ss.11 - 22, 2023.
ISNAD	Koçak, Burcu vd. "Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama". (2023), 11-22.

APA	Koçak B, Kardaş G, Südaş İ, Paksoy H (2023). Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. Tesisat Mühendisliği, (198), 11 - 22.
Chicago	Koçak Burcu,Kardaş Gülfeza,Südaş İbrahim,Paksoy Halime O. Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. Tesisat Mühendisliği , no.198 (2023): 11 - 22.
MLA	Koçak Burcu,Kardaş Gülfeza,Südaş İbrahim,Paksoy Halime O. Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. Tesisat Mühendisliği, vol., no.198, 2023, ss.11 - 22.
AMA	Koçak B,Kardaş G,Südaş İ,Paksoy H Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. Tesisat Mühendisliği. 2023; (198): 11 - 22.
Vancouver	Koçak B,Kardaş G,Südaş İ,Paksoy H Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama. Tesisat Mühendisliği. 2023; (198): 11 - 22.
IEEE	Koçak B,Kardaş G,Südaş İ,Paksoy H "Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama." Tesisat Mühendisliği, , ss.11 - 22, 2023.
ISNAD	Koçak, Burcu vd. "Endüstride Güneş Enerjisi Uygulamaları İçin Yüksek Sıcaklıkta Termal Enerji Depolama". Tesisat Mühendisliği 198 (2023), 11-22.