makale Dzamanda iþletmeye alma gibi avantajlarýndan dolayý doðalgaz yakýtlý

Transkript

1 BÝR KOMBÝNE ÇEVRÝM GÜÇ SANTRALÝNÝN TERMODÝNAMÝK ANALÝZÝ makale Ümit ÜNVER, Msin KILIÇ * B alýþmada dðal az yakýtlý bir kmbine evrim ü santralinin perfrmans parametrelerinin deðiþimi ve deðiþim miktarlarý yük drmna ve evre kþllarýna baðlý larak termdinamiðin birinci ve ikinci kannlarý kllanýlarak analiz edilmiþtir. Çalýþmada sistemi lþtran er bir ünitedeki faydalý ü, tersinir ü ve tersinmezlik miktarlarý tespit edilmiþ ve sistemin enel verimleri esaplanmýþtýr. Sistemin birinci kann verimi ve ikinci kann verimi evre sýcaklýðýnýn 42ºC lik artýþýnda sýrasýyla %4 ve %5 ranýnda azaldýðý esaplanmýþtýr. Atmsferik ava sýcaklýðýndaki artýþýn sistemin enel verimini lmsz larak etkilediði sýcaklýðýn 42ºC artmasý santral net ü ýkýþýný %22 ranýnda azalttýðý ve özül yakýt sarfiyatýný %8 ranýnda arttýrdýðý örülmüþtür. Özül yakýt sarfiyatý ise artan yük drmyla azalmaktadýr, %50 yük drmna öre %100 yükte %12 lik bir azalma meydana elmektedir. Anatar sözcükler : Kmbine evrim, termdinamik analiz, enerji, ekserji In tis stdy, an analysis based n te first and secnd laws f termdynamics, cnsiderin different envirnmental cnditins and lads, are perfrmed fr a natral as fired cmbined cycle pwer plant. Te variatins f te perfrmance parameters and teir manitdes are stdied. Te sefl pwer, reversible pwer and irreversibility are btained fr eac cmpnent wic cnstittes te plant, and verall efficiencies f te plant are als calclated. Wit a rise f 42 C in te envirnmental temperatre, te verall first and te secnd law efficiencies f te plant decreases abt 4% and 5%, respectively. By te increase f envirnmental temperatre frm 0 C t abt 42 C, te reslts indicated tat bt te reversible wrk and pwer tpt f te system decrease abt 22%, wereas specific fel cnsmptin increases abt 8%. Hwever, specific fel cnsmptin decreases wit increasin lad, 100% lad sitatins reslts 12% redctin cmpare t te 50% lad sitatin. Keywrds : Cmbined cycle, termdynamic analysis, enery, availability, exery * Uldað Üniversitesi, Müendislik Mimarlýk Fakültesi, Makina Müendisliði Bölümü GÝRÝÞ Dzamanda iþletmeye alma ibi avantajlarýndan dlayý dðalaz yakýtlý iðer enerji kaynaklarýna öre temini klay ve evreye etkisi daa az lan dðalazýn ülkemizde birincil enerji kaynaðý larak kllanýmý iderek artmaktadýr. Yüksek verim ve kýsa kmbine evrim santralleri ülkemizde elektrik enerjisi üretiminde sn yýllarda iderek artan bir randa kllanýlmaktadýr. Dðalaz yakýtlý kmbine evrim termik santralleri diðer fsil kaynaklý yakýt kllanan termik, nükleer ve idrelektrik santrallerine öre daa düþük krlm maliyeti ile daa kýsa sürede iþletmeye alýnabilmektedirler. Kmbine evrim santrallerinde az türbinleri ve bar türbinleri birlikte kllanýlmaktadýr. Yakýt larak dðal az kllanýlan az türbinlerinden elde edilen elektrik enerjisinin yaný sýra türbin ezzndan yüksek sýcaklýða saip ezz azlarýnýn atýk ýsýsýnýn kazana verilmesiyle elde edilen bar ile bar türbinlerinden de ek elektrik üretimi saðlanmaktadýr. B santrallerde az türbinli evrimlerin üst sýcaklýðýnýn yüksek lmasý ve bar türbinli evrimlerin alt sýcaklýklarýnýn düþük lmasý avantajlarý birleþtirilerek tasarým kþllarýnda alýþmak üzere kmbine evrim verimi %50-60 civarýnda erekleþtirilebilmektedir. Mevct santrallerin iyileþtirilmesinde ve yeni yapýlacaklarýn tasarýmýnda enerjinin yalnýzca dönüþümünün deðil, kllanýlabilirliðinin de araþtýrýlmasý erekir. Yapýlan eþitli alýþmalarda, enerji-kllaným analizleri iin enerji ve ekserji etkinliðinin esaplanmasýnýn faydalý bir yöntem ldð örülmüþtür [1, 8, 10]. Kmbine evrim perfrmanslarý üzerine literatürde ldka fazla alýþma mevcttr. Brada sadece b alýþmalardan birkaý sýralanacaktýr. Kmbine evrimli santraller yüksek verim ve ü snmanýn yanýnda esnek iþletme kþllarýna yn, abk devreye alýnabilen, tam yük ve deðiþken yük drmlarýna klay adapte labilen, atta deðiþken yük drmlarýnda da yüksek verimle alýþma özelliklerine saiptirler [5]. Barava ve ark.[2] mevct bir az türbini ünitesinin mdifiye edilmesi drmnda az türbininden elde edilebilecek verimin, Braytn evrimi ilaveli bir kmbine evrimden elde Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý:

2 edilebilecek verim deðerine kadar yükseltilebileceði ve az türbininin termdinamik perfrmansý ile üretilen ücün artacaðýný saptamýþlardýr. Ayrýca yapýlacak bir iyileþtirmenin eknmik bytnn da cazip ldð belirtilmiþtir. Fiasci ve Manfrida [7] yarý kapalý kmbine az türbini evriminin ekserji tabanlý larak analizini erekleþtirmiþlerdir. Deðiþik iþletme þartlarýnda er bir eleman iin ekserji kaybý esaplanmýþ ve evrimin kritik üniteleri belirlenmiþtir. Çalýþmada yanma, atýk ýsý kazaný, s püskürtme/karýþtýrma ve s eri kazaným sistemleri kayýplarýn lþtð temel birimler larak belirlenmiþ ve tplam ekserji kaybýnýn %80'den fazlasýný lþtrdð belirlenmiþtir. Elde edilen deðerlerin standart aýk evrimlere ldka yakýn ldð ancak kmbine evrimlerin ani yüklenmelerde daa kllanýþlý ldð ifade edilmiþtir. Erdem ve ark.[6] evre sýcaklýðýnýn perfrmansa etkilerini incelemiþ ve iklim bölelerine öre az türbinindeki perfrmans kayýplarýnýn azaltýlmasý ya da kazanlarýn arttýrýlmasý iin tasarým parametrelerinin lasý büyüklük aralýklarýný belirlemiþlerdir. Barava ve Meer-Hmji [3] deðiþik az türbinlerinde barlaþtýrma ve spreyleme mettlarýyla iriþ avasý nemlendirilmesinin, az türbini perfrmans parametreleri üzerine etkilerini araþtýrmýþlardýr. Çalýþmada nemlendirme iþleminin az türbini verimini lml etkilediði belirtilmiþ, ancak atmsferik baðýl nemin %0-100 arasýnda deðiþtiði drmlarda türbin parametrelerindeki deðiþimin %1'in altýnda kaldýðý ifade edilmiþtir. Nixdrf ve ark.[9] az türbininden elde edilen faydalý iþ miktarýný arttýrmaya yönelik larak, þartlandýrýlmýþ farklý türbin iriþ avasý sýcaklýklarý iin elde edilen faydalý iþ miktarýnýn ne þekilde deðiþtiðini, atmsfer sýcaklýðý deðiþimlerinin kmpresör iriþ avasý sýcaklýðý ve deðiþik sðtma ünitelerinin ýsý yükleri üzerine etkilerini incelemiþlerdir. Ayrýca önerilen sistemlerin term-eknmik analizleri de maliyet ptimizasyn tabanlý larak erekleþtirilmiþtir. Gü santrallerinin tasarýmýnda perfrmans kriterleri evrim perfrmansýný en üst düzeyde ttacak þekilde seilir. Çevrim maksimm sýcaklýðý az türbini sisteminde kllanýlan malzemeye baðlý larak seilir. Perfrmansa etki eden diðer bir etken ise evre kþllarýdýr. Santral elemanlarýnýn tasarýmýnda santralin tam yükte alýþtýðý ve (a) Þekil 1. Kmbine Çevrimin (a) Þematik Gösterimi ve (b) T-s Diyaramý (b) 48 Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý: 545

3 evre kþllarý larak da enellikle 15ºC evre sýcaklýðý, %60 baðýl nem ve kpa atmsfer basýncý (ISO kþllarý) baz alýnýr. Santralin iþletmesi esnasýnda evre kþllarýný santralinin blndð yerdeki rtam basýncý, sýcaklýðý ve baðýl nem lþtrr, b parametreler ise tasarým kþllarýndan baðýmsýzdýr. Dlayýsýyla evre kþllarýnýn tasarým kþllarýndan farklý lmasýna baðlý larak santralin perfrmansý artar veya azalýr. Basýn ve baðýl nemin deðiþiminin santral perfrmansý üzerindeki etkisi enel larak sýcaklýðýn etkisi yanýnda imal edilebilecek düzeydedir [11, 12]. B alýþmada, evre kþllarýndaki deðiþimin sistemin perfrmansýný farklý yük drmlarýnda ani ranlarda etkilediði alýþan bir santralden alýnan veriler kllanýlarak analiz edilmiþtir. Uylama merkezi larak 1999 yýlýnda krlan Brsa / Ovaaka Dðalaz Kmbine Çevrim Santrali seilmiþtir. Termdinamiðin birinci ve ikinci yasalarý ylanarak yapýlan analizlerde, sistem-evre ve üretim-yakýt iliþkileri, kllanýlabilir enerji miktarýnýn tespiti, tersinmezliklerin tespiti, enerji kalitesi, bar kalitesi, kayýplar ve ürünün maliyeti ibi parametreler birlikte incelenmiþtir. TEORÝ Kmbine ü evrimleri az ve bar türbinlerinin birlikte kllanýldýðý evrimlerdir. Kmbine evrim fikri basit Braytn evriminin verimini, yüksek sýcaklýklarda alýþmasýnýn saðladýðý kazanlardan yararlanmak ve ezz azlarýyla atýlan ýsý enerjisini eri kazanarak b enerjiyi barlý ü evrimi ibi bir alt evrimde ýsý kaynaðý larak deðerlendirmek fikrinden areketle rtaya ýkmýþtýr. Kmbine ü evrimleri een yüzyýlýn baþýndan beri tasarlanan sistemler lmasýna raðmen ilk kmbine evrim santralinin 1950'de krldðn, daa snra ýzla artan ylamalarý ile ünden üne eliþim östermektedir. Þekil 1'de kmbine evrimin þematik österimi ve Þekil 2'de T-s diyaramlarý örülmektedir. B evrimde ezz azlarýndan enerjisinden, bir ýsý deðiþtiricisi yardýmýyla, alt evrimde bar üretiminde faydalanýlýr. Alt evrimde ara ýsýtma ve ara bar alma iþlemleri de yapýlabilir [4]. Enerji analizi, termdinamiðin birinci kann lan, enerjinin krnm prensibine dayanýr. Enerjinin krnm denklemleri, sistem ile evre arasýnda erekleþen iþ ve ýsý etkileþimlerinin net etkisinden türetilir. Birinci yasa, birden k iriþ ve ýkýþý lan sürekli akýþlý bir kntrl acmi iin þ þekilde yazýlýr; Q& k ( V ( V z ) 2 + z ) Denklem (1)'de ýsý transferi terimi yk edilir, ptansiyel ve kinetik enerji farklarý imal edilirse adyabatik bir sürete üretilen ü aþaðýdaki denklemle blnabilir. k Çevresel parametreler referans drm larak kabl edildiðinde, belirlenen drmdan evresiyle denede ldð drma elinceye kadar, bir sistemden tersinir bir sürete elde edilebilecek maksimm ü, sistemin faydalý ü ptansiyelidir ve fiziksel ekserji larak adlandýrýlýr. Ekserji analizi, termdinamiðin ikinci yasasýna dayanmaktadýr. Birden k iriþ ve ýkýþý lan sürekli akýþlý bir süre, P sabit basýn ve T sabit sýcaklýðýnda bir ýsý kaynaðý ibi davranan evreyle ýsý alýþveriþinde blnabilir. B tür süre iin ikinci yasa yazýlacak lrsa; Q& S& üretim + Brada (1) (2) ev s s (3) T S & üretim birim zamandaki entrpi üretimidir. Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý:

4 s ve s sýrayla birim zamanda kntrl acmine iren ve kntrl acminden ýkan madde akýþý ile birlikte erekleþen entrpi transferleridir. Q& ev Q& anlýk evre sýcaklýðýnýn T ldð drmda sistem sýnýrlarýndan lan zamana baðlý ýsý transferi miktarýdýr ve sn larak Q & ev / T ýsý transferi ylyla erekleþen entrpi transferinin tplamýdýr. (1) ve (3) nl denklemlerden ýsý transferi terimi yk edilir, ptansiyel ve kinetik enerji farklarý imal edilirse aþaðýdaki denklem elde edilir. k ( T s ) T S& ( T s ) üretim B ifade, süre esnasýnda erekleþen iþi vermektedir. Ayný zamanda sürekli akýþlý ünitelerin sýnýrlarýnýn sabit ldð, evreye iþ yapýlmadýðý drm iin faydalý ücü veren ifadedir. Denklem (4)'de entrpi üretimi sýfýr alýnýrsa, b takdirde denklem birim zamandaki maksimm faydalý ücü (tersinir ü) verir. ( Ts ) ( tr,maks Ts ) Akýþ ekserjisi, ptansiyel ve kinetik ekserji farklarýnýn imal edilebilir lmasý alinde þ þekilde yazýlýr: Ψ [( ) T (s s )] (6) (5) ve (6) nmaralý denklemler birlikte ele alýndýðýnda prses iin birim zamandaki tersinir iþ, birim zamanda birime iren ve ýkan ekserji akýþ miktarlarýnýn farklarýna eþittir. tr Ψ Ψ (7) Diðer yandan, birim zamandaki tersinmezlik aþaðýdaki ibi yazýlabilir: (4) (5) I & GT Ψ Ψ (8) Gaz türbini evrimi; Þekil 1'deki az türbini evrimindeki elemanlarý adyabatik kabl ederek ayrý ayrý ele alýrsak: Kmpresöre verilen ü;,k,k,k,k,k (9) Yanma dasýnda yanma snc aýða ýkan ýsý ücü;,y,y,y,y yh (10) Q & y Brada yanma dasýnda tam yanma ldð ve kaybýn blnmadýðý kabl edilerek yanma snc aýða ýkan ýsý ücü y yakýtýn kütlesel debisi ve H alt ýsýl deðerin arpýmýna eþit larak alýnmýþtýr. Türbinden alýnan ü;,t,t,t Gaz türbini evriminin net ücü;,gt,k,t,k,k,k,t,k,t,t,t larak blnr, b ifade yeniden düzenlenirse,gt,t,t,k,k,k,k,t,t +,t,t (11) (12) (13) 50 Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý: 545

5 Brada,y,t,y,t,y,k,y,k Q& y (14) Pmpalarda basýnlandýrma iþlemi; Birinci yasa ylamasýyla adyabatik sýkýþtýrma iþi iin pmpa ücü þ þekilde esaplanabilir; (21) p Oldð öz önüne alýnýrsa,gt + m,k,k m,t,t Q& & & y (15) blnr. Böylece az türbini evrimi bütün larak ele alýnarak elde edilen net ü (15) eþitliðinden esaplanabilir. Brada Denklem (10) ve (14)'de verilen yanma snc sisteme verilen ýsý ücünün tamamý iþ yapma ptansiyeline saip ldðndan ekserji larak alýnabilir. Gaz türbini evrimi iin tersinir ü aþaðýdaki ifadeden blnr. tr,gt Ψ,k Ψ,t + Q& y (16) Diðer yandan, az türbini evrimi iin birim zamandaki tersinmezlik þ þekilde yazýlabilir. I & GT (17) tr,gt,gt Bar türbininde eniþleme iþlemi; Birinci yasa ylamasýndan adyabatik bar türbininde üretilen ü; BT,BT (18) Diðer yandan, türbindeki eniþleme iþlemindeki tersinmezlik þ þekilde yazýlabilir. I & BT Ψ Ψ BT (19) B prsesteki tersinir iþ, türbine iren ve ýkan ekserjilerin farklarýna eþittir. tr,bt Ψ Ψ (20) Pmpada erekleþen basýnlandýrma iþleminde birim zamanda meydana elen tersinmezlik; I & p Ψ Ψ P (22) Bar Kazaný ve Yðþtrcdaki Isý Transferi ; B ünitelerde birim zamanda meydana elen tersinmezlikler, az ve bar türbinlerinde ldð ibi ýsý transferi sýrasýnda ü üretimi lmadýðýndan, tersinir üce eþittir; I & i tr,i,i tr,i Ψ Ψ (23) Verimlerin Hesaplanmasý Bir blk iin termdinamiðin birinci ve ikinci yasalarý esas alýnarak verimler þ þekilde esaplanabilir. η η t II Q& tr Brada Q & sisteme iren enerjiler tplamýdýr. Santralin özül yakýt sarfiyatý ÖYS 3600 (24) (25) y [k / kw] (26) denklemiyle esaplanabilir. Brada debisidir. y yakýtýn kütlesel Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý:

6 SANTRALÝN TANITIMI B alýþmada Brsa/Ovaaka bölesinde blnan ISO kþllarýnda yaklaþýk 1400 MW ücündeki dðal az kmbine evrim santralinin, termdinamiðin birinci ve ikinci yasa analizleri erekleþtirilmiþtir. Santralde er biri 700 MW ücünde iki kmbine evrim blk, er blkta iki adet az türbin-jeneratör ünitesi ile bir adet bar türbin-jeneratör ünitesi blnmaktadýr. Kndenserde sðtma sy kapalý evrimde, kr tip, dðal ekiþli, iperblik sðtma kleleri vasýtasýyla sðtlmaktadýr. Ayrýca santralde az türbinlerine baðlý dört adet bar üreten ilave yanmasýz (HRSG: Heat recvery steam eneratr) ýsý eri kazaným bar üretim ünitesi (alýþmanýn bndan snraki kýsýmlarýnda "bar kazaný" larak anýlacaktýr) ile diðer yardýmcý tesisler blnmaktadýr. Santralin þematik österimi Þekil 3'de verilmiþtir. Santral aþaðýda belirtilen ünite ve sistemlerden lþmaktadýr. Gaz türbin - jeneratör üniteleri Bar kazaný Bar türbin - jeneratör üniteleri Sðtma sy ve bar yðþma sistemi S arýtma (demineralizasyn) sistemi Þalt ve elektrik sistemleri Kntrl ve kmanda sistemleri. ARAÞTIRMA SONUÇLARI VE BULGULAR Teri bölümünde tanýtýlan analiz yönteminin Brsa/ Ovaaka dðal az kmbine evrim santraline ylanmasý ile elde edilen bllar b bölümde snlacaktýr. Þekil 4'de 15 C atmsfer sýcaklýðý iin santralin basitleþtirilmiþ enerji ve ekserji denesi diyaramlarý örülmektedir. Þekillerdeki sayýsal veriler santraldeki ikiz iki blktan birine ait analiz deðerlerini yansýtmaktadýr. Þekil 3. Santralin Þematik Gösterimi 52 Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý: 545

7 (a) (b) Þekil C Atmsfer Sýcaklýðý Ýin Sistemin Basitleþtirilmiþ (a) Enerji Denesi, (b) Ekserji Denesi Diyaramý.[11] Tabl 1. 0 C, 15 C ve 42 C Atmsfer Sýcaklýðý Ýin Bir Blkta Hesaplanan Birim Zamandaki Tersinmezlik, Faydalý Gü ve Tersinir Gü. Ünite Gaz Türbini Çevrimi I& [MW] [MW] tr [MW] 0 C 15 C 42 C 0 C 15 C 42 C 0 C 15 C 42 C Bar Türbini Bar Kazaný Kndenser Pmpalar Genel Tplam Tabl 1. %100 yük drm ve 0 C, 15 C ve 42 C evre sýcaklýklarý iin sistemdeki er bir ünite iin tersinmezlik, tersinir ü ve faydalý ücü östermektedir. Tabl santraldeki ikiz iki blktan birinin analiz deðerlerini yansýtmaktadýr. Tabl 1'de evre sýcaklýðýndaki 42 C'lik artýþla santralin enel tersinmezliðinin 0 C'deki deðerlerine öre %5, faydalý ücün %22 ve tersinir ücün %14 civarýnda azaldýðý örülmektedir. Dlayýsýyla sýcaklýðýn artmasý, tersinmezliði ran larak arttýrmakta ve faydalý ü azalmaktadýr. Sýcaklýðýn en fazla faydalý ü üzerinde etki ettiði brada aýka örülmektedir. Gaz türbin rbnda sýcaklýðýn artmasýyla üteki azalmanýn sebebi kmpresöre iren avanýn özül acminin artmasýdýr. B drmda artan sýcaklýk ile az türbini evrimine iren avanýn kütlesel debisi dlayýsýyla türbinden alýnabilecek ü miktarý azalmaktadýr. Ayrýca, kmpresör kýsmýnda sýkýþtýrma iþi iin ereken ü de artmaktadýr. Dlayýsýyla az türbini evriminden üretilen net elektrik ücü azalmaktadýr. Havanýn kütlesel debisindeki azalma ezz azlarýnýn da kütlesel debisinde bir azalmaya neden lmakta ve bnn snc larak bar kazanýna daa az ü verildiðinden bar türbininden alýnan ü azalmaktadýr. Tabl 2'de 15 C evre sýcaklýðýnda %50, %75 ve %100 yük drmlarý iin tersinmezlik, tersinir ü ve faydalý ücü verilmektedir. Tabl 2'de santraldeki ikiz iki blktan birine Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý:

8 ait analiz deðerlerini yansýtmaktadýr. Tabl 2'de örüldüðü ibi yük artýþý ile bütün istasynlardaki ü ve birim zamandaki tersinmezlik miktarýnýn arttýðý örülmektedir. Ancak b artýþlar yükteki artýþ raný ile rantýlý deðildir. Diðer yandan az türbini ve bar türbini iin birim zamandaki tersinmezlik ve iþ deðerleri, yük deðiþim raný ile rantýlýdýr. Ancak bar kazaný iin b rantý eerli deðildir. erekleþmektedir. Ancak pmpalarda sýkýþtýrma iþlemi iin birim zamanda arcanan ü k küük ldðndan imal edilebilir seviyededir. Þekil 5'e öre bir blkta en fazla elektrik ücü, az türbini evrimlerinde üretilmektedir. Bir blkta, bir bar türbin jeneratör rb ve iki az türbini jeneratör rb ldðndan, az türbini evrimlerinin birinde üretilen ü aslýnda bir bar türbin jeneratör rbnda üretilenle emen emen Tabl C Atmsfer Sýcaklýðýnda %50, %75 ve %100 Yük Drmlarý Ýin Hesaplanan Birim Zamandaki Tersinmezlik, Faydalý Gü ve Tersinir Gü. I& [MW] [MW] tr [MW] Ünite %50 %75 %100 %50 %75 %100 %50 %75 %100 Gaz Türbini Çevrimi Bar Türbini Bar Kazaný Kndenser Pmpalar Genel Tplam aynýdýr. Ancak sistemi bir bütün larak analiz edebilmek iin az türbini evrimine ait esaplamalarda iki az türbin jeneratör rbnn tplamý kllanýlmýþtýr. Þekil 6'da ü farklý atmsfer sýcaklýðýnda Denklem (16), (20) ve (23) yardýmýyla esaplanan tersinir ücün ünitelere öre daðýlýmý verilmiþtir. Görüldüðü ibi tersinir Þekil 5. Ünitelere Göre Üretilen Net Elektrik Gücü Daðýlýmý Þekil 5'de ü farklý atmsfer sýcaklýðý iin, üretilen net elektrik ücü daðýlýmý ünitelere öre verilmiþtir. Sistemdeki iki ünite elektrik ücü üretebilmektedir. Bnlar az türbin jeneratör rb ve bar türbin jeneratör rb üniteleridir. Diðer ünitelerde ise sýrasýyla, bar kazanýnda ýsý transferi, kndenserde ýsý ve kütle transferi, pmpalarda ise ü tüketerek basýnlandýrma iþlemleri Þekil 6. Ünitelere Göre Tersinir Gücün Daðýlýmý 54 Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý: 545

9 ücün en yüksek ldð ünite az türbini ünitesidir. Daa snra sýrasýyla bar türbini, kndenser ve pmpalar elmektedir. Diðer yandan bar kazaný dýþýnda bütün ünitelerde tersinir ü azalmaktadýr. Ancak bar kazaný ünitesinde özel bir drm söz knsdr. B ünitede atmsfer sýcaklýðýnýn artmasýyla tersinir ü artmaktadýr. Ayrýca 0 ve 15 C'lerde bar kazaný iin esaplanan tersinir ü bar türbini iin esaplanan tersinir üten azken 42 C'de daa fazla lmaktadýr. tersinmezlik miktarý kadar fazla lmasýdýr. B nktada yanma ürünü azlarýnýn bacayý terk etme sýcaklýklarýnýn, yðþma lmamasý iin, 100 C'nin altýna inmemesi erektiði öz önüne alýnmalýdýr. Yani atmsfer sýcaklýðý ile 100 C arasýndaki sýcaklýklarda b ünitedeki akýþýn kllanýlabilir enerjisi aslýnda ünitenin yapýsý ereði kllanýlamamaktadýr. B drmda ünitedeki tersinir ücün, dlayýsýyla tersinmezliðin miktarý fazla lmaktadýr. Tabl 3. Verimler ve Özül Yakýt Sarfiyatý Çevre Sýcaklýðý ( C) Yük ( %) η ý ( % ) η ýý ( % ) ÖYS (k/mw) Þekil 7. Ünitelere Göre Meydana Gelen Tersinmezliðin Daðýlýmý Þekil 7'de Denklem (17), (19), (22) ve (23) yardýmýyla esaplanan tersinmezliðin daðýlýmý verilmiþtir. Þekilde örüldüðü ibi bir blkta meydana elen tersinmezliklerin en k ldð ünite bar kazaný ünitesidir. Bar kazanýndan snra bar türbini az türbini kndenser ve pmpalar elmektedir. Bar kazanýnda meydana elen tersinmezliðin, kendisine en yakýn lan, bar türbini ünitesinde meydana elen tersinmezliðin yaklaþýk iki katý kadardýr. Bar kazanýnda iþ üretimi lmadýðýndan meydana elen tersinmezliðin ayný zamanda tersinir iþe eþittir. Tersinir iþ de ünitenin iriþ ve ýkýþ nktalarýndaki ekserji akýþ miktarlarý arasýndaki farktan esaplanýr. Dlayýsýyla, b ünitede meydana elen tersinmezliklerin fazla lmasýnýn sebebi, az tarafýnda yanma ürünü azlarýn bar kazanýnýn iriþ ve ýkýþ nktalarýndaki ekserji akýþ miktarlarý arasýndaki farkýn, bar tarafý iriþ ve ýkýþ nktalarýndaki ekserji akýþ miktarlarý arasýndaki farktan Tabl 3'de ü farklý atmsfer sýcaklýðýnda bir blk iin Denklem (24) ve (25) yardýmýyla esaplanan verimler ve Denklem (26) ile esaplanan özül yakýt sarfiyatý (ÖYS) verilmiþtir. Santral iin ele alýnan sýcaklýk deðerleri iinde en yüksek verim deðerleri 0 C atmsfer sýcaklýðýnda ve %100 yük drmnda esaplanmýþtýr, b sýcaklýk ve yük deðerinde birinci kann verimi % 56, ikinci yasa verimi ise % 54 larak blnmþtr. Ayrýca atmsfer sýcaklýðýnýn 42 C artmasýyla birinci yasa veriminin %4 ikinci yasa veriminin ise % 3 ranýnda azaldýðý tespit edilmiþtir. B azalmanýn sebebi bar kazaný ari bütün ünitelerde tersinmezliðin atmsfer sýcaklýðýnýn artmasý ile azalmasýdýr. Böylece esaplanan tplam faydalý ü ile tersinir iþ arasýndaki fark azalmakta, dlayýsýyla ikinci yasa verimi azalmaktadýr. Santralde özül yakýt sarfiyatýnýn ise artan sýcaklýk ile arttýðý örülmektedir. Atmsfer sýcaklýðýnda 42 C artýþ özül yakýt sarfiyatýný yaklaþýk larak %8 arttýrmýþtýr. Tabl 3 yük drmnda artýþýn santralin perfrmansýný lml yönde etkilediðini östermektedir, %50 yük ile %100 yük drm karþýlaþtýrýldýðýnda birinci ve ikinci yasa verimleri sýrasýyla Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý:

10 %5 ve %7 ranýnda artmaktadýr. Özül yakýt sarfiyatý ise artan yük drmyla azalmaktadýr. Öyle ki %50 yük drmna öre %100 yükte %12 lik bir azalma söz knsdr. SONUÇLAR VE ÖNERÝLER Brsa/Ovaaka bölesinde blnan dðal az kmbine evrim santralinin termdinamik analizi sncnda aþaðýdaki snlara laþýlmýþtýr. Yük artýþý santralin bütününde enerji ve ekserji akýþ miktarlarýný arttýrmaktadýr. Gaz türbini ve bar türbininde yükün artýþ raný ile tersinmezlik ve iþ akýþlarý rantýlý deðiþmektedir. Santralin tam yükte alýþtýrýlmasý drmnda birinci ve ikinci yasa verimleri maksimm verilen evre kþllarýnda maksimm deðerlerini almakta ve özül yakýt sarfiyatý da minimm deðerini almaktadýr. Çevre sýcaklýðýnýn artmasýyla az türbini evrimine iren avanýn kütlesel debisindeki azalmaya baðlý larak sistemi lþtran er bir ünitenin iriþ ve ýkýþ nktalarýnda enerji ve ekserji akýþ miktarlarý azalmaktadýr. Bna baðlý larak santral elemanlarýnýn tümünde tersinir ü, faydalý ü ve tersinmezlikler de azalmaktadýr. Çevre sýcaklýðýnýn artmasý santralden elde edilen net ücün düþmesine neden lmaktadýr. Bir blkta en yüksek tersinmezlik bar kazanýnda meydana elmekte ve bn sýrasýyla bar türbini, az türbini evrimi ve kndenser takip etmektedir. Ele alýnan drmlarda birinci ve ikinci yasa verimleri rantýlýdýr. Sistemin bütününün ýsýl verimi ve ikinci yasa verimi atmsfer sýcaklýðýnýn artmasýyla azalmaktadýr. Sn larak evre kþllarýnýn santral perfrmansýna önemli etkisi blnmaktadýr, b nedenle lan perfrmans düþümüne karþý erekli tedbirler alýnarak ve yeni teknljiler eliþtirilerek kmbine evrim santralleri iyileþtirilebilir. KAYNAKÇA 1. Bejan, A., Advanced Enineerin Termdynamics. Wiley, New Yrk. 758 s. 2. Barava, R., M. Bianci, A. Perett and P.R. Spina, A Fisibility Stdy f Existin Gas Trbines Fr Recperated Ýntercled and Reeat Cycle. ASME TURBO EXPO 2002, Amsterdam, Jne Barava, R. and C.B. Meer-Hmji, Parametric Analysis f Existin Gas Trbine Wit Ýnlet Evaprative and Over Spray Fin. ASME TURBO EXPO 2002, Amsterdam, Jne Çenel,Y. and M.A. Bles, Termdynamics An Enineerin Apprac. Mc Graw Hill, 4t Editin, Bstn. 930 s. 5. El-Wakil, M.M., Pwer plant Tecnly. Mc Graw Hill, Internatinal Editin, New Yrk. 861 s. 6. Erdem, H.H., S.H. Sevilen, A.V. Akkaya ve A. Daðdaþ, 2003 Gaz Türbinli Sistemlerde Çevre Sýcaklýðýnýn Perfrmansa Etkisi. 14. Ulsal Isý Bilimi ve Tekniði Knresi. Isparta, 3-5 Eylül. 7. Fiasci, D. and G. Manfrida, Exery Analysis f Semi-Clsed Gas Trbine Cmbined Cycle (SCGT/CC). Enery Cnversin and Manaement, Vl.39, N.16-18, pp Ktas,T.J., Te Exery Metd f Termal Plant Analysis. Krieer. Malabar, Flrida.328p. 9. Nixdrf, M., A. Prelipcean and D.Hein, Term Ecnmic Analysis f Inlet Air Cnditinin Metds. ASME TURBO EXPO 2002, Amsterdam, Jne Rsen, M.A. and I. Dincer, Enery and Eksery Analysis f Sectral Enery Utilisatin An Applicatin fr Trkey. Te Fist Trabzn Internatinal Enery and Envirnment Sympsim, KTU, Trabzn, Jly. 11. Ünver, Ü., Dðalaz Çevrim Santralinin Meterljik Þartlara Baðlý Olarak Termdinamik Analizi. Dktra Tezi, Brsa.165 s. 12. Ünver, Ü., Kýlý, M., Çevre Sýcaklýðýnýn Bir Kmbine Çevrim Gü Santralinin Perfrmansýna Etkisi. Uldað Üniversitesi Müendislik Mimarlýk Fakültesi Derisi, Cilt 10, Sayý 1, s Müendis ve Makina - Cilt: 46 Sayý: 545