EXERGOECONOMIC ANALYSIS AND LIFE CYCLE ASSESSMENT OF A COMBINED CYCLE POWER PLANT
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AHMED EMİN KILIÇ
Danışman: Erol Arcaklıoğlu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Nükleer, biyoyakıtlar ve yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji üretimindeki kullanımları gün geçtikçe artsa da enerji üretiminde fosil yakıt kullanımı yaygın olarak devam etmektedir. Fosil yakıtların daha verimli bir şekilde kullanılmasını sağlayan en iyi seçeneklerin başında kombine çevrim santralleri gelmektedir. Brayton ve Rankine çevrimlerinin birleştirilmesinden oluşan bu santraller bir taraftan fosil yakıtları daha verimli kullanırken, diğer yandan çevreye daha az zarar vermektedir. Kombine çevrim santralini yalnızca ekserji ve enerji ya da sadece ekonomik veya sadece çevresel açıdan incelemek santralin bütünsel olarak değerlendirilmesini sağlamayacaktır. Bu nedenle santralin enerji, ekserji ve ekonomik analizleri gerçekleştirilip çevresel değerlendirmesi yapılırsa, santralden hem en uygun ısıl verim alınarak tesisin maliyeti optimum seviyede tutulur hem de santralin çevreye zararlı etkisinin tespiti ile iyileştirme seçenekleri belirlenebilir. Bu çalışmada doğalgazla çalışan bir kombine çevrim santralinin enerji, ekserji ve termoekonomik analizleri ile yaşam döngüsü değerlendirmesi, santralin gerçek operasyon verileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Enerji ve ekserji analizi için santrali oluşturan her bir bileşenin denge denklemleri oluşturulup EES paket programı ile analiz tamamlanmıştır. Ortam sıcaklığının ve basıncının sırasıyla 25,4°C ve 98,1 kPa olduğu şartlarda gerçekleştirilen analizler sonucunda, santralin ekserji verimi %61,2 olarak bulunurken, en yüksek ekserji kaybına sahip olan bileşen 89 MW ile yanma odası olmuştur. Ekserji verimi en yüksek santral bileşeni ise %96,4 ile yoğuşturucu olarak tespit edilmiştir. Santralden elde edilen toplam güç 205 MW olarak hesaplanırken Brayton çevriminin gücü 134 MW, Rankine çevriminin gücü 71 MW olarak hesaplanmıştır. hesaplanırken Brayton çevriminin gücü 134 MW, Rankine çevriminin gücü 71 MW olarak hesaplanmıştır. Termoekonomik analiz için öncelikle her bir bileşenin giriş ve çıkışlarındaki boruların birim ekserji maliyet değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler enerji ve ekserji analizinde yine her bir boru için elde edilen ekserji değerlerine atanarak, borulardaki toplam ekserji maliyet değerleri hesaplanmıştır. Tüm bu hesaplamalarda kullanılan ana maliyet denge denklemleri ve yardımcı denklikler her bir bileşen için ayrı olarak geliştirilmiştir. Gerçekleştirilen termoekonomik analiz sonucunda birim ekserji maliyeti en yüksek olan değer kompresörün çıkışında yer alan 2 numaralı boruda tespit edilmiştir. Birim maliyeti sıfır olan atmosferik hava ile su dışında, en düşük birim ekserji maliyet değerine sahip olan boru ise HRSG'den ayrılıp besleme suyu tankına gelen 22 numaralı boruda hesaplanmıştır. Borulardaki ekserji değerleri ile birim ekserji değerlerinin birlikte kullanılmasıyla hesaplanan ekserji maliyet değerlerine bakıldığında ise, en yüksek ekserji maliyet değeri yanma odası çıkışında bulunan 3 numaralı boruda, en düşük ekserji maliyetine sahip olan boru ise düşük basınç buhar türbini çıkışından ısı değiştiricisine bağlanan 12 numaralı bulunmuştur. Ortalama birim ürün maliyeti ile ortalama birim yakıt maliyeti arasındaki izafi maliyet farkı incelendiğinde en yüksek fark HRSG'de, en düşük fark ise yoğuşturucuda meydana gelmiştir. Eksergoekonomik faktör değerlerine bakıldığında en yüksek değere sahip olan bileşen besleme suyu tankı olurken en düşük eksergoekonomik faktör değerine sahip olan bileşen ise yoğuşturucu olmuştur. Santralin yaşam döngüsü değerlendirmesi için her bir bileşenin üretiminden, işletme ve bakımından ve hurda olarak bertaraf edilmesinden kaynaklanan çevresel etkileri hesaplanarak toplam çevresel etki değerleri bulunmuştur. Santrali oluşturan bileşenlerin üretildiği malzeme çeşitleri ile bu malzemelere karşılık gelen çevresel Eko-indikatör 99 puanları hesaplanmış, ardından bileşenlerin ağırlık değerleri ile üretimden kaynaklanan çevresel etki değerleri bulunmuştur. Hesaplanan sonuçlara göre çevresel etki değeri en yüksek olan bileşen ısı değiştiricisi olurken, en düşük değere sahip olan bileşen ana su pompası olmuştur.