ÇEVRE SICAKLIĞININ BİR KOMBİNE ÇEVRİM GÜÇ SANTRALİNİN PERFORMANSINA ETKİSİ

Uldağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Derisi, Cilt 10, Sayı 1, 2005 ÇEVRE SICAKLIĞININ BİR KOMBİNE ÇEVRİM GÜÇ SANTRALİNİN PERFORMANSINA ETKİSİ Ümit ÜNVER Mhsin KILIÇ Özet: B alışmada doğal az yakıtlı bir kombine evrim ü santralinin evre sıcaklığına bağlı olarak performans parametrelerinin değişimi ve değişim miktarları termodinamiğin birinci ve ikinci kannları kllanılarak analiz edilmiştir. Çalışmada sistemi olştran her bir ünitedeki faydalı ü, tersinir ü ve tersinmezlik miktarları tespit edilmiş ve sistemin enel verimleri hesaplanmıştır. Sistemin birinci kann verimi ve ikinci kann verimi evre sıcaklığının 42ºC lik artışında sırasıyla %4 ve %5 oranında azaldığı hesaplanmıştır. Atmosferik hava sıcaklığındaki artışın sistemin enel verimini olmsz olarak etkilediği sıcaklığın 42ºC artması santral net ü ıkışını %22 oranında azalttığı ve özül yakıt sarfiyatını %9 oranında arttırdığı örülmüştür. Anahtar Kelimeler: Kombine Çevrim, Termodinamik Analiz, Enerji, Kllanılabilirlik, Ekserji. Effect of the Ambient Temperatre on the Performance of a Combined Cycle Power Plant In this stdy, an analysis based on the first and second laws of thermodynamics, considerin different environmental temperatre, are performed for a natral as fired combined cycle power plant. The variations of the performance parameters and their manitdes are stdied. The sefl power, reversible power and irreversibility are obtained for each component which constittes the plant, and overall efficiencies of the plant are also calclated. With a rise of 42 o C in the environmental temperatre, the overall first and the second law efficiencies of the plant decreases abot 4% and 5%, respectively. By the increase of environmental temperatre from 0 o C to abot 42 o C, the reslts indicated that both the reversible work and power ot pt of the system decrease abot 22%, whereas specific fel consmption increases abot 9%. Key Words: Combined Cycle, Thermodynamic Analysis, Enery, Availability, Exery. SİMGELER h : Entalpi, kj/k I & : Birim zamandaki tersinmezlik, kw Q & : Isıl ü, kw S & : Birim zamanda erekleşen entropi transferi, kw/k s, S : Birim kütle başına entropi, kj/kk; Entropi, kj/k T : Sıcaklık, o C W & : Birim zamanda üretilen/tüketilen iş, Kw ALT SİMGELER o : Ölü hal, Atmosferik şartlarda II : Termodinamiğin İkinci Kann BK : Bhar kazanı BT : Bhar türbini : Çıkan akışkana ait Uldağ Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Görükle, Brsa. 49

ev : Çevre : Giren akışkana ait ALT SİMGELER (devam) GT : Gaz türbini evrimi kh : Kontrol hacmi i : i ünitesi p : Pompa t : Isıl tr : Tersinir : Faydalı : Yakıt y YUNAN HARFLERİ Ψ : Birim zamandaki ekserji miktarı, kw η : Verim Σ : Toplam KISALTMALAR BT : Bhar türbini, Bhar türbin jeneratör ünitesi BK : Bhar kazanı, (Heat Recovery Steam Generator) Isı eri kazanımlı bhar üreticisi GT : Gaz türbini evrimi 1. GİRİŞ Enerji üretim ve tüketiminde, ekonomik ve sosyal elişimi destekleyecek, evreyi en az düzeyde kirletecek, minimm maliyette enerji arzı hedef alınmak drmndadır. B aıdan, birincil enerji kaynaklarının mümkün olan en verimli şekilde kllanılabilmesi iin, enerjinin yalnızca dönüşümünün değil, kllanılabilirliğinin de araştırılması erekir. Rosen ve Diner (1996) Türkiye nin değişik sektörleri iin enerji ve ekserji etkinliğinin ıkarılması ve sektörel enerji kllanımı iin bir model eliştirilmesi konsn ele almışlar ve b sektörlere enerji ve ekserji analizi ylamışlardır. Isıtma, iş üretimi, elektrik üretimi ve kinetik enerji üretimi iin verim ifadeleri ıkarılmış, yapılan analizlerin enerji-kllanım analizleri iin faydalı bir yöntem oldğ belirtilmiştir. Termik santrallerde ekserji analiz metotları detaylı olarak Kotas (1995) tarafından verilmiştir. Enerji sektöründe temel ama, artan nüfsn ve elişen ekonominin enerji ihtiyalarının sürekli, kesintisiz bir şekilde ve mümkün olan en düşük maliyetlerle, üvenli bir arz sistemi iinde karşılanabilmesidir. B kapsamda, diğer enerji kaynaklarına öre kolay temin edilebilen ve evreye etkisi daha az olan doğalazın ülkemizde birincil enerji kaynağı olarak kllanımı iderek artmaktadır. Yüksek verim ve kısa zamanda işletmeye alma ibi avantajlarından dolayı doğalaz yakıtlı kombine evrim santralleri ülkemizde elektrik enerjisi üretiminde son yıllarda iderek artan bir oranda kllanılmaktadır. Kombine evrim santrallerinde az türbinleri ve bhar türbinleri birlikte kllanılmaktadır. Yakıt olarak doğal az kllanılan az türbinlerinden elde edilen elektrik enerjisinin yanı sıra türbin ezozndan yüksek sıcaklığa sahip ezoz azlarının atık ısısının kazana verilmesiyle elde edilen bhar ile bhar türbinlerinden de ek elektrik üretimi sağlanmaktadır. B santrallerde az türbinli evrimlerin üst sıcaklığının yüksek olması ve bhar türbinli evrimlerin alt sıcaklıklarının düşük olması avantajları birleştirilerek kombine evrim verimi %60 civarında erekleştirilebilmektedir. Doğalaz yakıtlı kombine evrim termik santralleri diğer fosil kaynaklı yakıt kllanan termik, nükleer ve hidroelektrik santrallerine öre daha düşük krlm maliyeti ile daha kısa sürede işletmeye alınabilmektedirler. Yüksek verim ve ü elde imkanının yanında kombine evrimler esnek işletme koşllarına yn, abk devreye alınabilme, tam yük ve değişken yük drmlarına kolay adapte olabilme, hatta değişken yük drmlarında da yüksek verimle alışma özelliklerine sahiptirler. Kombine evrim türlerinin başlıcaları Ek yanmalı/yanmasız atık ısı eri kazanım bhar üreticili, Rejeneratörlü ve/veya besleme synn ısı- 50

tıldığı bhar üreticili, Çok basın kademeli atık ısı eri kazanım bhar üreticili, Bhar evriminde besleme sy ısıtması ile kapalı evrim az türbin sistemi olarak sıralanabilir. (EL-Wakil 1984) Kombine evrim performansları üzerine literatürde oldka fazla alışma mevcttr. Bharava ve ark. (2002) mevct bir az türbini ünitesine reküperasyon, ara soğtma ve tekrar ısıtma ünitelerinin ylanması iin dizayn metod vermiştir. Çalışmada mevct az türbininin modifiye edilmesi drmnda az türbininden elde edilebilecek verimin, Brayton evrimi ilaveli bir kombine evrimden elde edilebilecek verim değerine kadar yükseltilebileceği ve az türbininin termodinamik performansı ile üretilen ücün artacağı saptanmıştır. Ayrıca yapılacak bir iyileştirmenin ekonomik boytnn da cazip oldğ belirtilmiştir. Fischi ve Manfrida (1998) yarı kapalı kombine az türbini evriminin ekserji tabanlı olarak analizini erekleştirmişlerdir. Değişik işletme şartlarında her bir eleman iin ekserji kaybı hesaplanmış ve evrimin kritik üniteleri tespit edilmiştir. Çalışmada yanma, atık ısı kazanı, s püskürtme/karıştırma ve s eri kazanım sistemleri kayıpların olştğ ana böleler olarak belirtilmiş ve toplam ekserji kaybının %80 den fazlasını teşkil ettiği tespit edilmiştir. Kim ve ark. (2001) ift basın kademeli kombine evrim santrallerinde bhar evriminin eici rejim davranışlarını incelemişlerdir. Sistemin ayrıntılı modelini olştrabilmek iin, her bir ünitedeki tek boytl eici rejim kornm denklemlerini vermişlerdir. Ayrıca simülasyonda s seviyesi ve türbin ücü etkileri de hesaplara yansıtılmıştır. Erdem ve ark. (2001) evre sıcaklığının performansa etkilerini incelemiş ve iklim bölelerine öre az türbinindeki performans kayıplarının azaltılması ya da kazanların arttırılması iin dizayn parametrelerinin olası büyüklük aralıklarını belirlemişlerdir. Bharava ve Meher-Homji. (2002) değişik az türbinlerinde bharlaştırma ve spreyleme metotlarıyla iriş havası nemlendirilmesinin, az türbini performans parametreleri üzerine etkilerini araştırmışlardır. Çalışmada nemlendirme işleminin az türbini verimini olml etkilediği belirtilmiş, ancak atmosferik bağıl nemin %0-100 arasında değiştiği drmlarda türbin parametrelerindeki değişimin %1 in altında kaldığı ifade edilmiştir. Nixdorf ve ark. (2002) az türbininden elde edilen faydalı iş miktarını arttırmaya yönelik olarak, şartlandırılmış farklı türbin iriş havası sıcaklıkları iin elde edilen faydalı iş miktarının ne şekilde değiştiğini, atmosfer sıcaklığı değişimlerinin kompresör iriş havası sıcaklığı ve değişik soğtma ünitelerinin ısı yükleri üzerine etkilerini incelemişlerdir. Ayrıca önerilen sistemlerin termo-ekonomik analizleri de maliyet optimizasyon tabanlı olarak erekleştirilmiştir. Gü santrallerinin dizaynında performans kriterleri evrim performansını en üst düzeyde ttacak şekilde seilir. Çevrim maksimm sıcaklığı az türbini sisteminde kllanılan malzemeye bağlı olarak seilir. Performansa etki eden diğer bir etken ise evre koşllarıdır. Santral elemanlarının dizaynında santralin tam yükte alıştığı ve evre koşlları olarak da enellikle deniz seviyesinde, %60 bağıl nem ve 101kPa atmosfer basıncı (ISO koşlları) baz alınır. Santralin işletmesi esnasında evre koşllarını santralinin blndğ yerdeki ortam basıncı, sıcaklığı ve bağıl nem olştrr, b parametreler ise dizayn koşllarından bağımsızdır. Dolayısıyla evre koşllarının dizayn koşllarından farklı olmasına bağlı olarak santralin performansı artar yada azalır. Basın ve bağıl nemin değişiminin santral performansı üzerindeki etkisi enel olarak sıcaklığın etkisi yanında ihmal edilebilecek düzeydedir (Ünver, 2004). Çevre sıcaklığının dizayn sıcaklığından yüksek oldğ drmlarda santralin enel performansı olmsz etkilenmekte santralin net ücü azalırken, ısıl verimi düşmekte ve özül yakıt sarfiyatı artmaktadır. Bna karşılık dizayn sıcaklığının altındaki evre sıcaklığında performans değerleri iyileşmektedir. Eğer santral evre sıcaklığının dizayn sıcaklığından yüksek oldğ saatlerde pik yük talebi ile kllanılıyorsa net ü, dolayısıyla elektrik üretimi, azalacağından evre sıcaklığı parametresi ayrıca önem kazanır. B saatlerde üretim maliyeti artacaktır. B alışmada, evre sıcaklığındaki değişimin sistemin performansını hani oranlarda etkilediği alışan bir santralin verileri kllanılarak analiz edilmiştir. Uylama merkezi olarak 1999 yılında krlan Brsa / Ovaaka Doğalaz Kombine Çevrim Santrali tercih edilmiştir. Analizlerde, sistem evre ve üretimyakıt ilişkileri, kllanılabilir enerji miktarının tespiti, tersinmezliklerin tespiti, enerji kalitesi, bhar kalitesi, kayıplar ve ürünün maliyeti ibi bir ok parametreyi birlikte inceleme olanağı verdiğinden, termodinamiğin birinci ve ikinci kannları birlikte ylanmıştır. 2. TEORİ Kombine ü evrimleri, az ve bhar türbinlerinin birlikte kllanıldığı evrimlerdir. Kombine evrim fikri basit Brayton evriminin verimini, yüksek sıcaklıklarda alışmasının sağladığı kazanlardan yararlanmak ve ezoz azlarıyla atılan ısı enerjisini eri kazanarak b enerjiyi bharlı ü evrimi ibi bir alt evrimde ısı kaynağı olarak değerlendirmek fikrinden hareketle ortaya ıkmıştır. Kombine ü evrimleri een yüzyılın başından beri tasarlanan sistemler olmasına rağmen ilk kombine evrim santralinin 51

1950 de krlmş olp, daha sonra hızla artan ylamaları ile ünden üne elişim östermektedir. Şekil 1 de kombine evrimlerin şematik österimi ve Şekil 2 de T-s diyaramları örülmektedir. B evrimde ezoz azlarının enerjisinden, bir ısı değiştiricisi yardımıyla, alt evrimde bhar üretiminde faydalanılır. Alt evrimde ara ısıtma ve ara bhar alma işlemleri de yapılabilir (Çenel ve Boles 2002). Gaz türbini evrimi; Gü santrallerinin enerji analizi, termodinamiğin birinci kann olan, enerjinin kornm prensibine dayanır. Enerjinin kornm denklemleri, sistem ile evre arasında erekleşen iş ve ısı etkileşimlerinin net etkisinden türetilir. Birinci kann, enerji denesi şeklinde birden ok iriş ve ıkışı olan sürekli akışlı bir kontrol hacmi iin ş şekilde yazılır; 2 V V Q & W& = m& ( h + + z ) m& ( h + + z ) (1) 2 2 (1) nol denklemde ısı transferi terimi yok edilir, potansiyel ve kinetik enerji farkları ihmal edilirse adyabatik bir az türbini evriminde üretilen ü aşağıdaki denklemle blnabilir. 2 Şekil 1. Kombine evrimin şematik österimi Şekil 2. Kombine evrim iin T-s diyaramı 52

W & = (W& ) m& h (2) GT GT = m& h B ifade aynı zamanda az türbini evriminde birim zamanda yapılan erek işe eşittir. Çevresel parametreler referans drm olarak kabl edildiğinde, belirlenen drmdan evresiyle denede oldğ drma elinceye kadar, bir sistemden tersinir bir proseste elde edilebilecek maksimm ü, sistemin faydalı ü potansiyelidir ve ekserji diye adlandırılır. Ekserji analizi, termodinamiğin ikinci kannna dayanmaktadır. Birden ok iriş ve ıkışı olan sürekli akışlı bir proses, P o sabit basın ve T o sabit sıcaklığında bir ısı kaynağı ibi davranan evreyle ısı alışverişinde blnabilir. B tür bir proses iin ikinci kann yazılacak olrsa; Q& ev S& üretim = m& s m& s + (3) T Brada S & üretim o birim zamandaki entropi üretimidir. kontrol hacminin iine ve dışına erekleşen entropi transferleridir. m& s ve m& s sırayla birim zamanda & = Q& anlık evre sıcaklığının T o Q & / T ısı Q ev oldğ drmda sistem sınırlarından olan zamana bağlı ısı transferi miktarıdır ve son olarak ev o transferi yolyla erekleşen entropi transferinin toplamıdır. (1) ve (3) nol denklemlerden ısı transferi terimi yok edilir, potansiyel ve kinetik enerji farkları ihmal edilirse aşağıdaki denklem elde edilir. W & = W& m& h T s m& h T s T S& ( ) ( ) (4) kh o B ifade, proses esnasında erekleşen işi vermektedir. Aynı zamanda sürekli akışlı ünitelerin sınırlarının sabit oldğ, evreye iş yapılmadığı drm iin faydalı ücü veren ifadedir. (4) denkleminde entropi üretimi sıfır olrsa, b takdirde denklem birim zamandaki maksimm faydalı ücü (tersinir ü) verir. W & = W& = m& ( h T s ) m ( h T s ) (5) tr o &, maks Bir akışın ekserji akışı, potansiyel ve kinetik ekserji farklarının olmaması halinde ş şekilde yazılır; Ψ m& [( h ho ) To ( s so )] (6) (5) ve (6) nmaralı denklemler birlikte ele alındığında az türbini evrimi iin birim zamandaki tersinir iş, birim zamanda az türbini evrimine iren ve ıkan ekserji akış miktarlarının farklarına eşittir. & = Ψ Ψ (7) W tr, GT o Diğer yandan, az türbini evrimindeki birim zamandaki tersinmezlik ş şekilde yazılabilir. I & GT = Ψ Ψ W& GT (8) Bhar türbininde enişleme işlemi; Birinci kann ylamasından adyabatik bhar türbininde üretilen ü; W & BT = W&, BT m& h m& h (9) = B ifade aynı zamanda enişleme işleminde elde edilen net üce eşittir. Diğer yandan, türbindeki enişleme işlemindeki tersinmezlik ş şekilde yazılabilir. I & BT = Ψ Ψ W& BT (10) B prosesteki tersinir iş, türbine iren ve ıkan ekserjilerin farklarına eşittir. & = Ψ Ψ (11) W tr, BT o o üretim 53

Pompalarda basınlandırma işlemi; Birinci kann ylamasıyla izantropik sıkıştırma işi iin pompa ücü ş şekilde hesaplanabilir; W & = m& h m& h (12) p Pompada erekleşen basınlandırma işleminde birim zamanda meydana elen tersinmezlik; p = Ψ. I & Ψ W (13) p Bhar Kazanı ve Kondenserdeki Isı Transferi İşlemi; B ünitelerde birim zamanda meydana elen tersinmezlikler, az ve bhar türbinlerinde oldğ ibi ısı transferi sırasında ü üretimi olmadığından, tersinir üce eşittir; I & = W& W& = W& = Ψ Ψ (14) i tr,i,i tr,i Bir Blok İin Verimlerin Hesaplanması Bir blok iin termodinamiğin birinci ve ikinci kannları esas alınarak verimler ş şekilde hesaplanabilir. W & η t = (15) Q & ve W & η II = (16) W& tr Brada Q & sisteme iren enerjiler toplamıdır. Santralin özül yakıt sarfiyatı 3600m& y ÖYS = (17) W& denklemiyle hesaplanabilir. 3. SANTRALİN TANITIMI B alışmada Brsa/Ovaaka bölesinde blnan 1400 MW ücündeki doğal az kombine evrim santralinin, termodinamiğin birinci ve ikinci kannları esaslı analizleri erekleştirilmiştir. Santralde her biri 700 MW ücünde iki kombine evrim bloğ, her blokta iki adet az türbin-jeneratör ünitesi ile bir adet bhar türbin jeneratör ünitesi blnmaktadır. Kondenserde soğtma sy kapalı evrimde, kr tip, doğal ekişli, hiperbolik soğtma kleleri vasıtasıyla soğtlmaktadır. Ayrıca santralde az türbinlerine bağlı dört adet bhar üreten ilave yanmasız (HRSG: Heat recovery steam enerator) ısı eri kazanım bhar üretim ünitesi (alışmanın bndan sonraki kısımlarında bhar kazanı olarak anılacaktır) ile diğer yardımcı tesisler blnmaktadır. Santralin şematik bir österimi Şekil 3 de verilmiştir. Santral aşağıda belirtilen ünite ve sistemlerden olşmaktadır. Gaz türbin jeneratör üniteleri Bhar kazanı Bhar türbin jeneratör üniteleri Soğtma sy ve bhar yoğşma sistemi S arıtma (demineralizasyon) sistemi Şalt ve elektrik sistemleri Kontrol ve kmanda sistemleri 54

4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE BULGULAR Metot bölümünde tanıtılan analiz yönteminin Brsa/Ovaaka doğal az kombine evrim santraline ylanması ile elde edilen bllar b bölümde snlacaktır. Tablo 1. %100 yük drm ve 0 o C, 15 o C ve 42 o C evre sıcaklıkları iin sistemdeki her bir ünite iin tersinmezlik, tersinir ü ve faydalı ücü östermektedir. Tablo santraldeki ikiz iki bloktan birine ait analiz değerlerini yansıtmaktadır. Tablo 1. de evre sıcaklığındaki 42 o C lik artışla santralin enel tersinmezliğinin 0 o C deki değerlerine öre %5, faydalı ücün %22 ve tersinir ücün %14 civarında azaldığı örülmektedir. Dolayısıyla sıcaklığın artması, tersinmezliği oran olarak arttırmakta ve faydalı ü azalmaktadır. Sıcaklığın en fazla faydalı ü üzerinde etki ettiği brada aıka örülmektedir. Gaz türbin rbnda sıcaklığın artmasıyla üteki azalmanın sebebi kompresöre iren havanın özül hacminin artmasıdır. B drmda artan sıcaklık ile az türbini evrimine iren havanın kütlesel debisi dolayısıyla türbinden alınabilecek ü miktarı azalmaktadır. Ayrıca, kompresör kısmında sıkıştırma işi iin ereken ü de artmaktadır. Dolayısıyla az türbini evriminden üretilen net elektrik ücü azalmaktadır. Havanın kütlesel debisindeki azalma ezoz azlarının da kütlesel debisinde bir azalmaya neden olmakta ve bnn sonc olarak bhar kazanına daha az ü verildiğinden bhar türbininden de alınan net ü azalmaktadır. Tablo 1. 0 o C, 15 o C ve 42 o C atmosfer sıcaklığı iin bir blokta hesaplanan birim zamandaki tersinmezlik, faydalı ü ve tersinir ü. W & tr [MW] I& [MW] W & [MW] Ünite 0 o C 15 o C 42 o C 0 o C 15 o C 42 o C 0 o C 15 o C 42 o C Gaz Türbini Çevrimi 102.1 85.8 83.2 523.0 478.0 400.4 625.1 563.8 483.6 Bhar Türbini 191.7 157.0 129.7 243.4 237.5 196.8 435.1 394.5 326.4 Bhar Kazanı 334.6 354.2 384.5 334.6 354.2 384.5 Kondenser 32.1 31.1 27.4 32.1 31.1 27.4 Pompalar 0.8 0.7 0.8-0.6-0.7-0.7-1.4-1.4-1.5 Genel Top. 661.3 628.8 625.6 765.8 716.2 596.5 1425.5 1342.2 1220.6 Şekil 3. Santralin şematik österimi Şekil 4 de ü farklı atmosfer sıcaklığı iin, üretilen net elektriksel ücün dağılımı ünitelere öre verilmiştir. Sistemdeki iki ünite elektrik ücü üretebilmektedir. Bnlar az türbin jeneratör rb ve bhar türbin jeneratör rb üniteleridir. Diğer ünitelerde ise sırasıyla, bhar kazanında ısı transferi, kondenserde ısı ve kütle transferi, pompalarda ise ü tüketerek basınlandırma işlemleri erekleşmektedir. Ancak 55

pompalarda sıkıştırma işlemi iin birim zamanda harcanan ü ok küük oldğndan ihmal edilebilir seviyededir. Şekil 4 e öre bir blokta en fazla elektrik ücü, az türbini evrimlerinde üretilmektedir. Bir blok, bir bhar türbin jeneratör rb ve iki az türbini jeneratör rbndan olşmaktadır. B yüzden, sistemi bir bütün olarak analiz edebilmek iin az türbini evrimine ait hesaplamalarda iki az türbin jeneratör rbnn toplamı kllanılmıştır. Şekil 4. Ünitelere öre üretilen net elektriksel ücün dağılımı Şekil 5. Ünitelere öre tersinir ücün dağılımı Şekil 5 te ü farklı atmosfer sıcaklığında Denklem (7), (11) ve (14) yardımıyla hesaplanan tersinir ücün ünitelere öre dağılımı verilmiştir. Görüldüğü ibi tersinir ücün en yüksek oldğ ünite az türbini ünitesidir. Daha sonra sırasıyla bhar türbini, kondenser ve pompalar elmektedir. Diğer yandan bhar kazanı haricinde bütün ünitelerde tersinir ü azalmaktadır. Ancak bhar kazanı ünitesinde özel bir drm söz konsdr. B ünitede atmosfer sıcaklığının artmasıyla tersinir ü artmaktadır. Ayrıca 0 ve 15 o C lerde bhar kazanı iin hesaplanan tersinir ü bhar türbini iin hesaplanan tersinir üten azken 42 o C de daha fazla olmaktadır. 56 Şekil 6. Ünitelere öre meydana elen tersinmezliğin dağılımı

Şekil 6 da Denklem (8), (10), (13) ve (14) yardımıyla hesaplanan tersinmezliğin dağılımı verilmiştir. Şekilde örüldüğü ibi bir blokta meydana elen tersinmezliklerin en ok oldğ ünite bhar kazanı ünitesidir. Bhar kazanından sonra bhar türbini az türbini kondenser ve pompalar elmektedir. Bhar kazanında meydana elen tersinmezliğin, kendisine en yakın olan, bhar türbini ünitesinde meydana elen tersinmezliğin yaklaşık iki katı kadardır. Bhar kazanında iş üretimi olmadığından meydana elen tersinmezliğin aynı zamanda tersinir işe eşittir. Tersinir iş de ünitenin iriş ve ıkış noktalarındaki ekserji akış miktarları arasındaki farktan hesaplanır. Dolayısıyla, b ünitede meydana elen tersinmezliklerin fazla olmasının sebebi, az tarafında yanma ürünü azların bhar kazanının iriş ve ıkış noktalarındaki ekserji akış miktarları arasındaki farkın, bhar tarafı iriş ve ıkış noktalarındaki ekserji akış miktarları arasındaki farktan tersinmezlik miktarı kadar fazla olmasıdır. B noktada yanma ürünü azlarının bacayı terk etme sıcaklıklarının, yoğşma olmaması iin, 100 o C nin altına inmemesi erektiği öz önüne alınmalıdır. Yani atmosfer sıcaklığı ile 100 o C arasındaki sıcaklıklarda b ünitedeki akışın kllanılabilir enerjisi aslında ünitenin yapısı ereği kllanılamamaktadır. B drmda ünitedeki tersinir ücün, dolayısıyla tersinmezliğin miktarı fazla olmaktadır. Tablo 2 de ü farklı atmosfer sıcaklığında bir blok iin denklem (15) ve (16) yardımıyla hesaplanan verimler ve denklem (17) ile hesaplanan özül yakıt sarfiyatı (ÖYS) verilmiştir. Santral iin ele alınan sıcaklık değerleri iinde en yüksek verim değerleri 0 o C atmosfer sıcaklığında hesaplanmıştır, b sıcaklık değerinde birinci kann verimi % 56 ikinci kann verimi ise % 54 olarak blnmştr. Ayrıca atmosfer sıcaklığının 42 o C artmasıyla birinci kann veriminin %4 ikinci kann veriminin ise % 3 oranında azaldığı tespit edilmiştir. B azalmanın sebebi bhar kazanı hari bütün ünitelerde tersinmezliğin atmosfer sıcaklığının artması ile azalmasıdır. Böylece hesaplanan toplam faydalı ü ile tersinir iş arasındaki fark azalmakta, dolayısıyla ikinci kann verimi azalmaktadır. Santralde özül yakıt sarfiyatının ise artan sıcaklık ile arttığı örülmektedir. Atmosfer sıcaklığında 42 o C artış özül yakıt sarfiyatını yaklaşık olarak %9 arttırmıştır. Tablo 2. Ü farklı atmosfer sıcaklığında santralin tümü iin hesaplanan verimler ve özül yakıt sarfiyatı Çevre Sıcaklığı 0 o C 15 o C 42 o C η ı 56 56 52 η ıı 54 53 49 ÖYS (k/kwh) 0.222 0.227 0.241 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER B alışmada Brsa/Ovaaka bölesinde blnan doğal az kombine evrim santralinin termodinamik analizi erekleştirilmiş ve faydalı ü, tersinir ü ve tersinmezlikler ibi büyüklüklerin ünitelere öre değişimleri hesaplanmıştır. Hesaplamalar, santralde blnan ikiz bloklardan bir tanesi iin, santralin dizayn değerleri kllanılarak erekleştirilmiştir. Elde edilen bllar rafikler halinde snlarak yormlanmıştır. Atmosfer sıcaklığının artmasıyla, sistemi olştran her bir ünitenin iriş ve ıkış noktalarında enerji ve ekserji akış miktarları azalmaktadır. Bna bağlı olarak tersinir ü, faydalı ü ve tersinmezlikler de azalmaktadır. Bir blokta en yüksek tersinmezlik bhar kazanında meydana elmekte ve bn sırasıyla bhar türbini, az türbini evrimi ve kondenser takip etmektedir. Çevre sıcaklığının artmasıyla az türbini evrimine iren havanın kütlesel debisi azalmakta ve b santral elemanlarının tümünü etkileyerek elde edilen net ücün düşmesine neden olmaktadır. Ele alınan bütün drmlarda birinci ve ikinci kann verimleri orantılıdır. Sistemin bütününün ısıl verimi ve ikinci kann verimi atmosfer sıcaklığının artmasıyla azalmaktadır. Atmosfer sıcaklığının 42 o C artması ile birinci kann veriminin %4 ikinci kann veriminin ise % 3 oranında azaldığı hesaplanmıştır. Çevre sıcaklığındaki 42 o C lik artışla santralin enel tersinmezliğinin 0 o C deki değerlerine öre %5, faydalı ücün %22 ve tersinir ücün %14 civarında azaldığı örülmektedir. B değişimle bağlantılı olarak özül yakıt sarfiyatı 42 o C sıcaklık artışında yaklaşık olarak %9 arttırmıştır. Son olarak evre sıcaklığının artışıyla olşan performans düşümüne karşı erekli tedbirler alınarak yada yeni teknolojiler eliştirilerek kombine evrim santralleri iyileştirilebilir. B konda, bhar püs- 57

kürtmeli az türbini evrimleri, tri-jenerasyon sistemleri yada ilave yanmalı sistemler örnek olarak österilebilir. Ayrıca santralin dizaynında evre havası sıcaklık değeri olarak daha yüksek sıcaklıkların seilmesinin etireceği yararlar da araştırılmalıdır. 6. KAYNAKLAR 1. BHARGAVA,R., M.BIANCHI., A.PERETTO. and P.R.SPINA. 2002. A fisibility stdy of existin as trbines for recperated intercooled and reheat cycle. ASME TURBO EXPO 2002, Amsterdam, Jne 3-6 2002. 2. BHARGAVA,R. and C.B.MEHER-HOMJI. 2002. Parametric analysis of existin as trbine with inlet evaporative and over spray foin. ASME TURBO EXPO 2002, Amsterdam, Jne 3-6 2002. 3. ÇENGEL,Y. and M.A.BOLES, 2002. Thermodynamics An Enineerin Approach. Mc Graw Hill, 4 th Edition, Boston. 930 s. 4. EL-WAKIL,M.M. 1984. Power plant Technoloy. Mc Graw Hill, International Edition, New York.861 p. 5. ERDEM,H.H., S.H.SEVİLGEN., A.V.AKKAYA. ve A.DAĞDAŞ. 2003 Gaz türbinli sistemlerde evre sıcaklığının performansa etkisi. 14. Ulsal Isı Bilimi ve Tekniği Konresi. Isparta, ULIBTK 03, 3-5 Eylül 2003. 6. FISCHI,D. and G.MANFRIDA. 1998. Exery analysis of semi-closed as trbine combined cycle (SCGT/CC). Enery Conv. and Manaement, Vol.39,No.16-18, pp1643-1652. 7. KIM,T.S., H.J.PARK. and S.T.RO 2001. Characteristic of trasient operation of a dal-pressre bottomin system for combined cycle power plant. Enery, 26: 905-918. 8. KOTAS,T.J. 1995. The exery method of thermal plant analysis. Krieer. Malabar, Florida.328p. 9. NIXDORF,M., A.PRELIPCEANU and D.HEIN. 2002. Thermo economic analysis of inlet air conditionni methods. ASME TURBO EXPO 2002, Amsterdam, Jne 3-6 2002. 10. ROSEN,M.A. and I.DINCER. 1996. Enery and Eksery analysis of sectoral enery tilisation an application for Trkey. The Fist Trabzon International Enery and Environment Symposim, KTU Trabzon, 29-31 Jly 1996. 11. ÜNVER.Ü., 2004. Doğalaz evrim santralinin meteorolojik şartlara bağlı olarak termodinamik analizi. Doktora Tezi. Brsa.165s. 58