Doğal gaz çevrim santralinin meteorolojik şartlara bağlı olarak termodinamik analizi

Abstract

Günümüzde enerji, ülkelerin devamlılığı için hassasiyetle üzerinde durdukları, büyük ölçüde stratejik önem taşıyan bir konu haline gelmiştir. Öyle ki devletler, dış politikalarını enerji kaynaklarına yakın olma çabası içerisinde belirlemektedir. Bu yaklaşımla, enerji üretim ve tüketiminin mümkün olan en verimli şekilde sağlanması için araştırmalar sürmektedir. Doğal gazın diğer enerji kaynaklarına göre kolay temin edilebilmesi, doğal gazlı santrallerin kurulum süresinin kısa olması, verimlerinin yüksek olması nedeniyle doğal gaz kombine çevrim santralleri ülkemizde giderek yaygınlaşmaktadır. Tezde, doğal gaz yakıtlı kombine güç santrallerinde kayıpların nerelerde ve hangi oranlarda oluştuğu, termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarını esas alan analizlerle tespit edilmiştir. Analizlerde, günümüze kadar yapılan çalışmalardan farklı olarak, sistemin bütünü ve sistemi oluşturan her bir ünite için, yeryüzü seviyesindeki atmosferik hava sıcaklıkları, basıncı, bağıl nemi ve yük durumu değişimlerinin sistemdeki enerji / ekserji akış hızları ile elektrik enerjisi, tersinir iş ve tersinmezlikler ve maliyetler üzerindeki etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Uygulama merkezi olarak 1999 yılında kurulan ve ülkemizin elektrik enerjisi ihtiyacının, önemli bir bölümünü karşılama kapasitesine sahip olan Bursa / Ovaakça Doğal Gaz Kombine Çevrim Santrali seçilmiştir. Çalışmada, dizayn verileri, işletme verileri ve ideal çevrim yaklaşımlarıyla üç ayrı analiz gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen bulgular grafikler halinde sunulmuş ve sonuçlar ayrıntılı olarak tartışılmıştır. İdeal çevrim yaklaşımları, dizayn değerleri ve işletme verileriyle yapılan analizler kıyaslanarak yorumlanmıştır. Gerçekleştirilen her üç analizde de incelenen büyüklüklerin eğilimlerinin uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Ancak gaz türbini ve ısı geri kazanım buhar üreticisinde işletme verileriyle hesaplanan tersinir iş ve tersinmezlik değerlerinin dizayn verileriyle hesaplanan değerlerle farklılıklar gösterdiği tespit edilmiş ve bu farklılıkların nedenleri belirlenmiş ve yorumlanmıştır. Atmosferik hava sıcaklığındaki artışın sistemin genel verimini olumsuz, yük durumundaki artışın ise genel verimleri olumlu yönde etkilediği, atmosferik hava nemi ve basıncının sistem verimine etkilerinin ihmal edilebilir seviyede olduğu sonuçlarına ulaşılmıştır.

Today, energy became an extraordinary phenomenon, which countries have great sense on it. Governments spent their efforts on developing strategies, which make them close to energy resources. With this approach, researches focus on the economic way of energy production and energy usage. From this point of view, because to provide natural gas is easier than other resources, short construction period, and having high efficiency, natural gas fired combined cycle power plants become common in Turkey. In this study, where and how much loss take place in combined cycle power plants was investigated, with the analysis based on first and second laws of thermodynamics. The aim of the analysis is to determine the effect of ground level atmospheric temperature, pressure, relative humidity and load variation on energy/exergy flow rates, reversible work, irreversibility, costs of these parameters, also performance. For case study, Bursa / Ovaakça Natural Gas Combined Cycle Power Plant, which was constructed in 1999 and have major capacity, was chosen. In this study, three analyses; with design data, operational data, and ideal cycle approach were performed. The results of all analysis were presented graphically and discussed in details. The ideal cycle approach, design data analysis, and operation data analysis were also compared and discussed. It was seen that, trends of design data, operational data, and ideal cycle approach analysis were in good agreement. However, some differences were investigated between the analyses which calculated by operational data and the design data, at the magnitudes of both reversible work and irreversibility at the gas turbine and heat recovery steam generator units. The causes of that diversity also evaluated and interpreted. The increase in the atmospheric air temperature has a negative effect, and the increase in load has an affirmative effect, however relative humidity and pressure have negligible effect on bom the first law and the second law efficiency of the system. In addition, the net values of these effects were investigated.