Doğalgaz Yakıtlı Kombine Çevrim Santralinde Enerji ve Ekserji Analizi

Abstract

Bu çalışmada, İstanbul’da faaliyet gösteren 410.8 MW net elektrik güç çıkışı olan doğalgaz yakıtlı kombine çevrim güç santralinde enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Santralde kullanılan yakıt-hava oranının bilinmesi neticesinde yanma eşitliği oluşturulmuş ve yanma ürünlerinin mol miktarları belirlenmiştir. Kütle-akış emasının çıkarılmasının ardından her bir düğüm noktasına ait termodinamik özellikler belirlenmiştir. Sistem elemanlarına termodinamiğin birinci ve ikinci yasa eşitlikleri uygulanarak her bir sistem elemanında kaybedilen birim zamanda enerji miktarı ve tersinmezlik değeri hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler enerji ve ekserji bilançoları yardımıyla özetlenmiştir. Bunların ardından da kombine çevrim santrali termodinamiğin birinci ve ikinci yasa verimleri hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalar neticesinde kombine çevrim santralinin termodinamiğin birinci yasa verimi %55.88, ikinci yasa verimi ise %53.06 olarak belirlenmiştir. En fazla enerji kaybının kondenserde gerçekleştiği bunu baca gazı ile kaybedilen enerjinin takip ettiği, en fazla tersinmezliğin ise yanma odasında olduğu, bunu gaz türbininin izlediği tespit edilmiştir. Bu çalışma gaz çevrimi üzerine yapılacak çalışmaların santral verimini önemli ölçüde etkileyeceğini göstermiştir. Kompresörde harcanan gücün azaltılmasına yönelik politropik sıkıştırma yapılması durumu incelenmiştir.

Keywords

• Enerji
• ekserji
• doğalgaz kombine çevrim güç santrali
• tersinmezlik

Energy and Exergy Analysis of Natural Gas Fired Combined Cycle Power Plant

Abstract

In this study, energy and exergy analysis were performed in natural gas combined cycle power plant with 410.8 MW net electricity power output in İstanbul. As a result of the knowledge of the fuel-air ratio used in the plant, the burning equation was formed and the molar amounts of the combustion products were determined. After removal of the mass-flow diagram, the thermodynamic properties of each node were determined. Applying first and second laws of thermodynamics equation system components and the amount of heat that is lost as irreversibility’s value was calculated for each system element. The calculated values are summarized with the help of energy and exergy balance sheets. Then, the first and second law efficiency of the combined cycle power plant were calculated. As a result of the calculations, the first law efficiency of the combined cycle power plant is 55.88% and the second law efficiency is 53.06%. The most energy loss occurred in the condenser. The second largest energy loss was found to be the energy thrown into the atmosphere with the stack gas, the most irreversible in the combustion chamber, followed by the gas turbine. This study showed that the studies on the gas cycle would significantly affect the plant efficiency. In order to reduce work on the compressor, the situation of the polytrophic compressing was investigated.

Keywords

• Energy
• exergy
• natural gas combined cycle power plant
• irreversibility

References

1. Abuelnuor AAA, Saqr KM, Mohieldein SAA, Dafallah KA, Abdullah MM, Nogoud YAM, 2017. Exergy analysis of Garri-2 180 MW Combined Cycle Power Plant. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79: 960-969.
2. Almutairi A, Pilidis P, Al-Mutawa N, 2015. Energetic and Exergetic Analysis of Combined Cycle Power Plant Part-1 Operation and Performance. Energies, 8(12): 14118-14135.
3. Ameri M, Ahmadi P, Khanmohammadi S, 2008. Exergy Analysis of a 420 MW Combined Cycle Power Plant, International Journal of Energy Research. 32: 175-183.
4. Boonnasa S, and Namprakai P, 2004. Exergy Evaluation of the EGAT Block Combined Cycle Power Plant. International Joint Conference, Hua Hin, Thailand, December 15-19, 2004, pp:1-3.
5. Çengel Y, Boles MA, 1996. Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik, Literatür Yayıncılık (2. Baskı), pp:190-217, İstanbul-Türkiye.
6. Ehsana A, Yılmazoğlu Z, 2010. Design and Exergy Analysis of A Thermal Power Plant Using Different Types of Turkish Lignite. International Journal of Thermodynamics, 14 (3): 125-133.
7. Ersayin E, Özgener L, 2015. Performance Analysis of Combined Cycle Power Plants: A Case Study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43: 832-842.
8. Fellah G, Noba KB, 2016. Thermodynamic Analysis of Zawia Combined Cycle Power Plant. International Journal of Engineering, 1: 74-81.

9. Gibbs JW, 1878. On The Equilibrium of Heterogeneous Substances. American Journal of Science, 96: 441-458. Idrissa AM, Boulama KG, 2019. Advanced Exergy Analysis of A Combined Brayton/Brayton Power Cycle. Energy, 166: 724-737.
10. Karaağaç MO, 2018. Doğalgaz Yakıtlı Bir Kombine Çevrim Analizi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış).
11. Kopac M, Hilalci A, 2007. Effect of Ambient Temperature on The Efficiency of The Regenerative and Reheat Çatalağzı Power Plant in Turkey. Applied Thermal Engineering, 27(8-9): 1377-1385.
12. Kumar R, 2017. A Critical Review On Energy, Exergy, Exergoeconomic and Economic (4-E) Analysis of Thermal Power Plants. Engineering Science and Technology an International Journal, 20(1): 283-292.
13. Rahim MA, 2011. Gaz Türbinli Kombine Çevrim Santral Performansının Yükseltilmesi. Türk Bilim Araştırma Vakfı Bilim Dergisi, 4(3): 188-198.
14. Reddy VS, Kaushik SC, Tyagi SK, Panwar N, 2010. An Approach to Analyse Energy and Exergy Analysis of Thermal Power Plants. Smart Grid and Renewable Energy, 1(3): 143-151.
15. Sahin AZ, Al-Sharafi A, Yilbas BS, Khaliq A, 2016. Overall Performance Assessment of a Combined Cycle Power Plant: an Exergo-Economic Analysis. Energy Conversion and Management, 116: 91-100.
16. Silveira JL, 2007. Energetic and Exergetic Analysis of A Gas Turbine Combined Cycle Power Plant. 19th International Congress of Mechanical Engineering, Brazil, November 5-9, 2007, pp:1-9.
17. Ünver Ü, Kılıç M, 2005. Bir Kombine Çevrim Güç Santralinin Termodinamik Analizi. Mühendis ve Makina, 545: 47-56.
18. Yaylacı Ç, 2015. Konvansiyonel ve Atık Isı Kazanlarda Buhar Üretimi Sürecinin Enerji ve Ekserji Analizleri, Gebze Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış).