Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 25, No 3, 495-503, 200 Vol 25, No 3, 495-503, 200 GAZ TÜRBİNLİ SANTRALLERDE ÇEVRE SICAKLIĞI VE BASINCININ SANTRAL PERFORMANSINA ETKİLERİ M.Zei YILMAZOĞLU, Murad A. RAHİM Maina Mühendisliği Bölümü, Mühendisli Mimarlı Faültesi, Gazi Üniversitesi, Maltee 06570, Anara zeiyilmazoglu@gazi.edu.tr, mrahim@gazi.edu.tr (Geliş/Received: 3.07.2009 ; Kabul/Acceted: 03..200) ÖZET Gaz türbinli santraller, diğer eletri üretim tesislerine göre, düşü il yatırım maliyetleri, hızlı yü değiştirme özelliği, il urulum süresinin ısa oluşu ve ömürlü santrallere göre daha az zararlı emisyon salınımı gibi üstünlüleri ile ülemizde, özellile özel setör desteği ile birço yerde urulmuş ve halen işletilmetedir. 2030 yılı eletri tüetimi rojesiyonlarına göre eletri tüetimimiz 2008 yılı tüetimimizin yalaşı ii atı olacatır. Buna arşın, gaz türbinli santrallerde erformans arrtırıcı bazı önlemler alınara ve uygun santral urulum yeri belirleyere santral erformansı arttırılabilir. Çevre sıcalığı, basıncı ve havadai bağıl nem oranının santral erformansına etisi büyütür. Bu nedenlerle gaz türbinli santallerin urulum yerlerinin, en verimli enerji dönüşümünün gerçeleştirebileceği ve geri ödeme süresinin en az olacağı yerlerde seçilmesi geremetedir. Bu çalışmada, Adana ya da Anara illerinde çalışması düşünülen, gaz türbinli bir santralde, çevre sıcalığı, basıncı ve bağıl nem oranının santral erformansına (santral, eletri ve yaıt tüetimi) etileri incelenmiştir. Bununla birlite, omresör giriş havasının nemlendirilere soğutulmasının sistem erformansına olan etileri de incelenmiş ve geri ödeme süresi yöntemi ullanılara, seçim yaılmıştır. Eonomi analizler sonucunda nemlendirme ile giriş havası soğutmanın geri ödeme süresi Anara şartlarında 257 gün ve Adana şartlarında 8 gün olara bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Gaz türbinli santraller, santral urulum yeri, omresör giriş havası soğutma, santral otimizasyonu. THE EFFECTS OF AMBIENT TEMPERATURE AND PRESSURE ON GAS TURBINE POWER PLANTS PERFORMANCE ABSTRACT Gas turbine oer lants, hen comared to other oer lants, due to their lo investment cost, fast load change characteristic, lo installation time and releasing lo harmful emissions ith resect to coal fired oer lants, in our country, esecially ith the suort of rivate sector, ere established and currently oerate. According to 2030 electricity consumtion rojections, it is aroximately tice of 2008 consumed electricity. On the other hand, oer lants erformance can be increased by taing some erformance augmenter recautions and determine the best installation lace for ne ones. Ambient temerature, ressure and relative humidity in the air have a great effect on a lant erformance. Therefore, the installation lace of the gas turbine oer lants should be chosen the most efficient energy conversion and the minimum aybac time. In this study, in a gas turbine oer lant, hich is thought to be installed in Adana or Anara, the effects of the environmental temerature, ressure and relative humidity is examined. Also, the effects of inlet air cooling on system erformance are examined and by using aybac eriod the aroriate installation lace is determined. As a result of economical analysis on the base of aybac time evaorative inlet air cooling alication taes 257 days for Anara conditions and 8 days for Adana conditions. Keyords: Gas turbine oer lants, installation lace of oer lants, inlet air cooling, oer lant otimization.
M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri. GİRİŞ (INTRODUCTION) Gaz türbini (GT) basit sistem yaısı, düşü yatırım maliyeti, hızlı yü değişim özelliği, çevrim sıcalığının arttırılması sonucunda anat soğutma uygulaması ile azandığı yüse eserji düzeyi, hafifliği ve az yer alaması nedeniyle, Bileşi Isı Güç (BIG) ve Kombine Çevrim (KÇ) uygulamaları ile de tüm eonomi setörlerde eonomi ve çevresel yönden uygun biçimde ullanılabilen bir enerji dönüşüm sistemi haline gelmiştir. Son yıllarda, mevcut endüstriyel gaz türbinlerinin erformanslarının ve eletri üretim verimlerinin arttırılmasına yöneli rehabilitasyon ve modernizasyon çalışmalarına büyü önem verilmetedir. Bunların başında, yama havasının soğutulmasıyla omresör işinin, yama havasının türbin esoz gazları ile ön ısıtılmasıyla da yaıt tüetiminin azaltılması, anat soğutulması ile gaz türbini eserji düzeyinin arttırılması, ullanılamayan yüse eserjili esoz gazlarının uygun atı ısı azanlarından geçirilere sanayi bölgelerinde endüstriyel buhar veya bölgesel ısıtma ve soğutma uygulamaları için gereli ısı gibi onular gelmetedir. Gaz türbinlerinde yaıt olara doğalgaz ve sıvı yaıtlar ullanılmatadır. Önümüzdei 30 40 yıl içersinde etrol ve doğalgaz fiyatlarının, rezervlerde öngörülen hızlı azalma nedeniyle, aşırı biçimde artması belenmetedir. Bu dönemde ömür gazlaştırması ile çalışan yüse eserjili gaz türbinli bileşi ısı güç çevrim santrallerinin, tercih edilen enerji dönüşüm sistemi olara öne çıması belenmetedir. Söz onusu bu gelişmeler ve rojesiyonlar göz önünde tutulara, basit çevrim gaz yaıtlı bir gaz türbini çevriminin analizi, otimizasyonu ve sistem yaısının oluşturulması ve tasarımındai mühendisli yalaşımının irdelenmesi enerji mühendisliği faaliyetleri yönünden büyü önem taşımatadır. Gaz türbinlerinde yama hava debisi ve gaz türbini giriş sıcalığının yıllara göre değişimi Şeil de verilmiştir. İl yıllarda türbin giriş sıcalıları, alaşımlı anat malzemesi dayanım sıcalılarında (650 800 ) tutulmuştur. Bu durumda türbinde üretilen gücün tamamına yaını omresör tarafından ullanıldığından, geriye eletri için fazla bir net iş almamatadır. Bu nedenle eletri nde sadece acil durum sistemi veya üçü aasiteli i yü güç üretim sistemi olara ullanılmıştır. 970 lerden itibaren geliştirilen yüse erformanslı omresörler ve türbin anat soğutma tenolojileri, gaz türbini aasitesi ve giriş eserji düzeyini arttırma olanağını doğurmuştur. Şeil de 973 tei birinci enerji rizinin ve 979 dai iinci enerji rizinin gaz türbini tenolojisindei etisini göreceli bir biçimde ortaya oymatadır. Günümüzde te bir gaz türbini ünitesinin eletri üretim aasitesinin 250 MW lara, bir gaz türbini ve atı ısı azanından oluşan bir ombine çevrim santralinin eletri üretim aasitesinin ise 350 MW ın üzerine çıtığı, ombine çevrim santral verimlerinin ise %60 lara yalaştığı görülmetedir. Günümüz termi santral verimlerinin % 30 44 arasında tutulursa, gaz türbini temelli ombine çevrim santrallerinin geldiği düzey ve eletri ndei önemi açıca görülmetedir []. Şeil. Gaz türbinlerinde türbin giriş sıcalığının yıllara göre değişimi [] (Variation of turbine inlet temerature in gas turbines according to years) 496 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200
Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim Bu nedenlerle doğal gazlı ombine çevrim santralleri, eletri üretim yü eğrilerinin, temel yü bölgesinde, özellile ülemizde süreli çalıştırılır hale gelmiştir. Türiye dei ombine çevrim santralleri uygulamalarında genelde sistem erformansları olması gereenlerin altındadır. Bu nedenle bu santrallerde erformans arttırıcı rehabiltasyon ve modernizasyon çalışmalarının yaılması zorunludur. Alhazmy ve Najjar [2], çalışmalarında omresör girişinden önce su sreyi ile soğutma bataryalarının erformanslarını arşılaştırmıştır. Su sreyinin uru ve sıca ilimlerde daha etilli sonuçlar verdiğini ve daha ucuz olduğunu, soğutma bataryalarının ise daha ahalı olmasına arşın, yaş termometre sıcalığına bağımlı olmadan, daha düşü sıcalılara havanın soğutulara daha fazla güç elde edilebildiğini göstermişlerdir. Ünver ve Kılıç [3], çalışmalarında doğalgaz yaıtlı bir ombine güç santralinin çevre sıcalığına bağlı olara erformans arametrelerinin değişimini ve değişim arametrelerinin birinci ve iinci anun asamında analizlerini yamışlardır. Kaaras ve aradaşları [4], çalışmalarında gaz türbinli santrallerde giriş havası soğutma metotlarını incelemişlerdir. Bhargava ve Meher-Homji [5], gaz türbinlerinde evaoratif soğutma ve sislendirme ile oversray çalışmalarının arametri analizini yamışlardır. Aeroderivative gaz türbinlerinde heavyduty gaz türbinlerine göre sislendirme de daha iyi erformans artışı olduğunu belirtmişlerdir. Alhazmy ve aradaşları [6], sıca ve nemli ilimlerde giriş havasının soğutulmasının santral erformansına etilerini incelemişlerdir ve sonuç olara farlı soğutma uygulamaları ile santral erformansının değişimlerini belirtmişlerdir. Jones ve Jacobs [7], çalışmalarında ombine çevrim santrali erformansının arttırılmasında eonomi ve teni süreçleri ele almışlardır. Kim ve Blanco [8], rejeneratörlü gaz türbinlerinde sislendirme uygulanmasını incelemişlerdir. Zadoor ve Golshan [9], çalışmalarında evaoratif soğutma sisteminden önce urutucu yerleştirmişler ve çevre şartlarının değişimi ile NO x emisyonlarındai değişim ve santral erformansının değişimini incelemişlerdir. Kaaras, Douelis ve Karaellas [0] çalışmalarında absorsiyonlu soğutma sistemi ile giriş havasının soğutulmasını incelemişler ve soğutma yaılmayan bir durumla arşılaştırmışlardır. Daaud, Zurigat ve Bortmany [], çalışmalarında gaz türbini giriş havasının soğutulmasının santral erformansına etilerini Umman da üç farlı bölge için evaoratif soğutma, sislendirme, absorsiyonlu soğutma ve buhar sııştırmalı soğutma sistemleri için incelemişleridir. Gaz türbinli santrallerde omresör giriş havasının soğutulmasının santral erformansına etileri birço çalışma ile incelenmiştir. Buna arşın, çevre şartlarına göre santral urulum yerinin belirlenmesi de büyü önem taşımatadır. Bu çalışmada, Anara ve Adana ve illeri için uygun santral yeri belirlemesi göz önüne alınmıştır. Bu ii ilin seçimindei amaç, raım ve sıcalı değişiminin santral ne, eletri ne ve yaıt tüetimine olan etilerinin incelenmesidir. Çalışmada, belirlenen dış ortam şartlarına göre santral erformansı değişimi ve omresör giriş havasının nemlendirme ile soğutulmasının santral erformansına etileri incelenmiştir. Komresör giriş havasının soğutulmasının eonomi analizi geri ödeme süresi yöntemi ile belirlenmiştir. 2. ISIL GÜÇ SANTRALİNİN SİSTEM VE ÇEVRİM YAPISI (SYSTEM AND CYCLE STRUCTURE OF THE POWERPLANT) Basit çevrim gaz türbinli bir ısıl güç santrali; omresör, yanma odası, gaz türbini, eletri jeneratörü ve varsa yama havası ön ısıtıcısından oluşur (Şeil 2). Komresör tarafından belli bir sııştırma oranına adar basınçlandırılan yama havası, yanma odasına gönderilir. Gaz veya sıvı yaıt, yanma odası üzerindei bir basınçla, yanma odasına üsürtülür. Yanma odası sıcalığı; çeşitli yalaşımlarla (fazla hava, ademeli yama, su veya buhar üsürtme vb.) türbin giriş sıcalığı, türbin eserji otansiyeli, emisyon oluşumu oşulları vb. için uygun düzeylerde tutulur. Güç aışanı işlevi Şeil 2. (a) Basit bir gaz türbini çevriminin sistem yaısı (b) Basit bir Brayton çevrimin T-s diyagramı ((a)system structure of a simle gas turbine cycle (b) T-s diagram of simle Brayton cycle) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200 497
M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri gören yanma ürünleri, türbinde atmosfer basıncına adar genleşere, enerjisinin bir bölümü meani enerjiye dönüşür. Eletri jeneratörünü çalıştıran meani enerji, jeneratör sisteminde gerçeleştirilen eletro meani çevrimi ile eletri enerjisine dönüşür. Üretilen eletri enerjisi, trafo yardımı ile istenen gerilim düzeylerine getirilere, eletri iletim, dağıtım veya ullanım şebeelerine beslenir. Basit bir gaz türbini ünitesinin sistem yaısı Şeil 3a da, ilgili gaz ısıl güç çevriminin T s diyagramı ise Şeil 3b de gösterilmiştir. Gaz ısıl güç çevrimi; omresördei hava sııştırma sürecinden (Şeil 3b, 2s), yanma odasında iş (güç) aışanına ısı ilavesi (Şeil 3b, 2s 3), türbindei genleşme (Şeil 3b, 3 4s) ve atı ısının çevreye atılması veya atı ısı azanında ullanımı (Şeil 3b, 4s ) süreçlerinden oluşur. Çevrimsel özgül iş ve ısı atarım eşitlileri aşağıda verilmiştir [5]. Komresör özgül izentroi (teori) sııştırma işi, 2, s = c. T[( ) ] () Komresör özgül gerçe sııştırma işi, =, s =. c. T[( 2 ) ] Yanma odasında iş aışanına özgül ısı atarımı, q yo (2) = C ( T ) 2 (3) 2 3 3 T Türbin özgül izentroi (teori) genleşme işi, t, s 4s = c. T3[ ( ) ] (4) 3 Türbinin özgül gerçe genleşme işi, t 3 4s = t, s. t = t. c.[ ( ) ] (5) 3 Isıl güç çevriminde üretilen özgül net iş, = (6) net Çevrim, t net = (7) q yo Yuarıda verilen özgül iş ve ısı transferiyle ilgili eşitlilerin birimleri [J/g] dır. İlgili sıcalılardai ortalama özgül ısı, C [J/g.K], ilgili gaz hacimsel arışım oranları, sıcalı aralığı, gaz türleri vb. diate alınara termodinami gaz arışım eşitlileri yardımı ile hesalanabilir. İlgili özgül iş ve ısı 3 atarımları ile verimler ullanılara enerji ullanımı tolam yaıt ısısının net eletriğe dönüşen veya net gaz türbin aşağıdai gibi yazılabilir. = net GT net yo m j it tr (8) q yo Genel yaıdai bir gaz türbin sisteminin net eletri aşağıdai gibi yazılabilir. i GT. q net i= =. j m. j. it tr (9) j= yo Burada, GT ; gaz türbin net ni (yaıtın imyasal enerjisinin, trafo çıışındai eletriğe dönüşüm ni), yo ; yanma ni, m ; meani, j ; jeneratör ni, it ; iç eletri tüetimi nedeniyle tanımlanan, tr ; trafo ni göstermetedir. Eşt.5 e baıldığında omresör özgül sııştırma işi T sıcalığına (çevre sıcalığına) bağlılı göstermetedir. Çevre havası sıcalığının arttığı yaz aylarında omresör işi de artacağından elde edilen net işte bir düşme meydana gelmetedir. Bu ise çevrim nin azalmasına neden olmatadır. Komresör giriş havasının evaoratif yollarla, sislendirme uygulaması ile, buhar sııştırmalı soğutma sistemleri ile, absorsiyonlu soğutma sistemleri ya da LNG (Liquified Natural Gas) ullanan tesislerde iş aışanı havanın LNG buharlaşma ızgarası üzerinden geçirilmesi ile soğutulması sonucu omresör giriş havası sıcalığı düşürülür ve omresör özgül işi bu şeilde azaltılabilir. Bu ise, Eşt. 6 dan da görüldüğü gibi net eletri ni arttıracatır. 3. GAZ TÜRBİNİ ÇEVRİM YAPISI, TASARIMI VE OPTİMİZASYONU (CYCLE STRUCTURE, DESIGN AND OPTIMIZATION OF A GAS TURBINE) Gaz türbinlerinde çevrim yaısının tasarım ve otimizasyonunla ilgili başlıca tasarım ve işletme arametreleri, yama havası omresör giriş sıcalığı (T ), omresör ( K ), yanma ( YO ), türbin giriş sıcalığı (T 3 ), yama havası ön ısıtma atı ısı değiştirgeci verimleri ve iş aışanı debilerdir. Bu çalışmada, ISO oşullarında (5ºC ortam sıcalığı ve %65 bağıl nem) 80 MW el net güçte eletri üreten, basit çevrimli bir gaz türbini ele alınmıştır. Çevrim sistem yaısının oluşturulması, tasarımı ve ilgili otimizasyonu için havanın omresör girişinde sıcalığı, nemi ve basıncı, gaz debileri, omresör ( K ), yanma ( YO ), gaz türbinine giriş sıcalığı (T 3 ), türbin ( t ), türbin jeneratör 498 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200
Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim çifti meani ( m ), iç tüetim ( it ), trafo ( tr ) vb. verilerin belirlenmesi geremetedir. Türbin giriş sıcalığı, günümüz anat soğutma tenolojisi diate alınara, 370, santralin urulacağı bölgedei hava sıcalığı, basıncı ve nemi ise Anara ili için sırasıyla 5, 0.904 bar ve %60 olara alınmıştır. Komresör, yanma ve çevrim ısıl verimleri sırasıyla K =%86, YO =%99, =%37 olara seçilmiştir. Otimum omresör sııştırma oranının belirlenebilmesi için, izentroi omresör sııştırma ve türbin genleşme işleri, omresör ve türbin giriş sıcalıları üzerinden omresör sııştırma oranının fonsiyonu olara belirleni, bunların çevrim eşitliğine (Eşt. 7) onulmasıyla, çevrim ni masimum düzeye çıaraca sııştırma oranının (r - ot) hesalanması gereir [2-4]. Bunun için T, T 3 ve r ye bağlı olara belirlenen çevrim verim olerasyonunun (Eşt. 4) r ye göre türevi alını, bunun sıfıra eşit olduğu (masimum verim, otimum sııştırma oranı) oşulundan, otimum sııştırma oranı eşitliği aşağıdai gibi elde edilir [4]. Bu çalışmada sııştırma oranı 8 olara alınmıştır. r P, ot = C C P, g me, h T h P, h ( + β) tt3 ( 2 ) β g g g g 2 g + g h (0) Tasarlanaca sistemin Anara ve Adana ilim oşullarındai dinamileri belirlenece ve aynı zamanda tasarlanan sistemin Anara ilim oşullarında ve Adana toografisi varsayımı ile arşılaştırılması yaılacatır. Komresör girişinde nemlendirme uygulaması ile çevre sıcalığı yaş termometre sıcalığına düşürülere, santralin tolam ne etisi incelenecetir. Sistemin urulmasının ön görüldüğü Anara ve Adana yöreleri ile ilgili, metroloji ve toografi oşullar Tablo de verilmiştir. Sistem tasarımında ullanılaca olan yanma gazı türbin sıcalığı, omresör adyabati, türbin adyabati ve meani verimler Tablo 2 de verilmiştir. Tolam yaıt tüetimi, çevrimin net nin ve net eletri nin bulunması ile Eşt. ullanılara hesalanabilir. Burada m y [g/s] birimiyle yaıtın ütlesel debisini, Hu[J/g], yaıtın alt ısıl değerini ve P el-net [W] birimiyle net eletri ni ifade etmetedir. P el-net = m& y. H u. GT () Tablo. Anara ve Adana bölgeleri için ortalama çevre sıcalığı ve basınç değerleri (Average ambient temerature and ressure values for Anara and Adana regions) Veriler Sembol Birim Değer Anara da omresör hava T Anara O C 5 giriş sıcalığı Anara da omresör hava P Anara bar 0.9044 giriş basıncı Adana da omresör hava T Adana O C 30 giriş sıcalığı Adana da omresör hava giriş basıncı P Adana bar.005 Kurulması düşünülen santralin, omresör girişine su üsürtülere nemlendirilme sistemi uygulanmaması durumunda, her ii bölge için ısıl erformans hesaları (ısıl verim, eletri üretim aasitesi, yaıt tüetimi vb.) yuarıdai eşitliler ullanılara yaılmış ve yü fatörünün, F y = 0.8 olması durumu için aşağıdai sonuçlar elde edilmiştir. Tablo 2. Sistem yaısı ve ilgili diğer veriler (System structure and other related inuts) Veriler Sembol Birim Değer Yanma gazı türbin giriş sıcalığı T 3 O C 370 Komresör adyabati - 0,86 Türbin adyabati t - 0,89 Komresör türbin iilisi meani me, - 0,99 Tablo 3 te Anara da urulaca sistem için nemlendirici uygulanması ve uygulanmaması durumlarında verim, yıllı eletri ve yıllı yaıt tüetimi değerleri gösterilmiştir. Nemlendirici uygulamasıyla eletri ndei net artış 4.72 GWh/yıl, yaıt tüetimindei net artış ise 3689.7 t/yıl olara bulunmuştur. Tablo 4 te ise, Anara meteoroloji oşullarında ve Adana toografisi varsayımı ile nemlendirici ve nemlendiricisiz uygulamaların sonuçları gösterilmiştir. Buna göre, nemlendirici uygulaması ile net eletri ndei artış 6.2 GWh/yıl ve yaıt tüetimindei net artış ise 3973.5 t/yıl olara bulunmuştur. Tablo 5 te ise tasarlanan sistemin Adana da uygulanması ile elde edilen sonuçlar gösterilmiştir. Buna göre, eletri ndei net artış 30.84 GWh/yıl ve yaıt tüetimindei net artış, 5763.2 t/yıl olara bulunmuştur. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200 499
M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri Tablo 3. Tasarlanan sistemin Anara da uygulanması (Alication of the designed system in Anara) Nemlendiricisiz Veri Sembol Birim Değer Veri Sembol Birim Değer Net gaz türbini GT-net % 36.49 Net gaz türbini GT-net % 36.5 Net yıllı eletri Yıllı yaıt tüetimi P el-net GWh/yıl 47.9 YYT t/yıl 275309.2 Net yıllı eletri Yıllı yaıt tüetimi P el-net GWh/yıl 33.9 YYT t/yıl 2769.5 Tablo 4. Tasarlanan sistemin Anara meteoroloji oşullarında ve Adana toografisi varsayımı ile uygulanması (Alication of the designed system ith the meteorologic conditions of Anara and assumtion of the toograhic conditions of Adana) Nemlendiricisiz Veri Sembol Birim Değer Veri Sembol Birim Değer Net gaz GT-net % 36.56 Net gaz GT-net % 36.57 türbini Net yıllı eletri Yıllı yaıt tüetimi P el-net GWh/yıl 278.96 YYT t/yıl 306246 türbini Net yıllı eletri Yıllı yaıt tüetimi P el-net GWh/yıl 262.84 YYT t/yıl 302272.5 Komresör girişinde yama havasına su üsürtülmüştür. Püsürtülen su ile yama havasının sıcalığı, yaş termometre sıcalığına adar soğutulmuş, diğer taraftan ise ilave olan su buharı ile iş aışanı havanın ütlesel debisi artmıştır (Tablo 6,7). Komresör hava giriş sıcalığının azalması ile özgül omresör işi (J/g) azalmata (Eşt.2), diğer taraftan artan debi nedeni ile tolam omresör işi ise artmatadır. Ortam sıcalığı ve basıncının değiştiği üç duruma göre nemlendiricisiz ve nemlendiricili uygulama sonuçları Tablo 6 ve 7 de verilmiştir. Şeil 4 te nemlendiricisiz uygulamanın Adana, varsayılan Anara ve Anara da uygulanması ile elde edilen sonuçların grafisel gösterimi verilmiştir. Şeil 5 te nemlendiricili uygulamanın Adana, varsayılan Anara ve Anara da uygulanması ile elde edilen sonuçların grafisel gösterimi verilmiştir. Aynı gaz çevrim ısıl güç santralinin Anara oşullarında, Anara metroloji oşulları ve varsayılan Adana tografi oşullarında ve Adana oşullarında urulu işletilmesi durumunda eletri nde, santral nde ve yaıt tüetimindei artışlar, yıllı eletri üretimleri ve yaıt tüetimleri ayrı ayrı hesalanmış ve sonuçlar Tablo 8 de gösterilmiştir. Birim eletri satış fiyatı 0.228 [TL/Wh], birim doğalgaz alım fiyatı ise 0.7 [TL/g - DG] alınmıştır. Nemlendirme sisteminin il yatırım maliyeti 0.9x0 6 TL olara hesalanmıştır. Sistemin geri ödeme süresinin ço ısa çıacağı öngörüsü ile nemlendirme sistemine ait işletme ve baım giderleri bu asamda ele alınmamıştır. Geri ödeme süresi, bir yatırımın değerlendirilmesinde en basit yol olu aranın zaman değerini göz önüne almayan eonomi analiz yöntemidir. Buna arşın bu çalışmada sadece geri ödeme süresinin bulunması ile yatırımın genel durumu haında bilgi edinilecetir. Geri ödeme süresi, GÖS = yatırım maliyeti / yıllı fayda (2) eşitliği ile hesalanabilir. Yatırım maliyeti TL olara yaılaca sistem maliyetini, yıllı fayda ise TL/yıl olara bu yatırım ile yılda yaılaca faydayı göstermetedir. Nemlendirici uygulaması ile illere göre eletri ve yaıt tüetiminde artış Tablo 5. Tasarlanan sistemin Adana da uygulanması (Alication of the designed system in Adana) Nemlendiricisiz Veri Sembol Birim Değer Veri Sembol Birim Değer Net gaz türbini Net gaz türbini GT-net % 35.92 GT-net % 35.7 Net yıllı eletri Net yıllı eletri P el-net GWh/yıl 68.23 P el-net GWh/yıl 37.39 Yıllı yaıt Yıllı yaıt YYT t/yıl 284675.4 tüetimi tüetimi YYT t/yıl 27892,2 500 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200
Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim Tablo 6. Nemlendiricisiz gaz türbininin Anara ve Adana oşullarındai erformansı (The erformance of the gas turbine in the conditions of Anara and Adana ithout fogging) Nemlendiricisiz Seçilen Yer Raım [m] Dış hava sıcalığı [ C] Hava Bağıl Nem [%] Hava basıncı [bar] Kom. Giriş Sıcalığı P el-net [GWh/yıl [ ] GT-net [%] ] M Y [g/h] Anara 949 5 60 0.904 5 36.5 33.9 34452 Varsayılan Anara 66 5 60.005 5 36.57 262.84 38340 Adana 66 30 75.005 30 35.7 37.39 35377 Tablo 7. gaz türbini sisteminin Anara ve Adana oşullarındai erformansı (The erformance of the gas turbine in the conditions of Anara and Adana ith fogging) Seçilen Yer Raım [m] Dış hava sıcalığ ı [ C] Hava Bağıl Nem [%] Hava basıncı [bar] Doyma oranı [%] Kom Giriş Sıcalığı [ ] GT-net [%] P el-net [GWh/yı l] M Y [g/h] Anara 949 5 60 0.904 95 36.49 48.33 34920 Varsayıl an Anara 66 5 60.005 95 36.56 278.96 38844 Adana 66 30 75.005 95 26.5 35.92 68.79 3608 olmuştur (Tablo 6-7.). Eletri ndei artış gelir, yaıt tüetimindei artış ise gider olara alınara ve yü fatörü de hesaba atılara illere göre yıllı faydalar Tablo 8 de gösterilmiştir. Tablo 8 den de görüleceği gibi nemlendirici uygulamasıyla elde edilece en büyü azanç Adana ilinde olmatadır. Anara için geri ödeme süresi 257 gün ien Varsayılan Anara ve Adana için geri ödeme süreleri sırasıyla 248 gün ve 8 gün olara bulunmuştur. 4. SONUÇLAR (RESULTS) Bu çalışmada 80 MW el, net eletri üreten bir gaz çevrim santralının otimum çevrim ve sistem yaısının oluşturulması ve çevrim tasarım analizleri incelenmiştir. Söz onusu santralin Anara metroloji ve toografi oşullarında, Anara metroloji ve Adana toografi oşullarında işletmesi varsayımı ve Adana metroloji ve toografi oşullarda, omresör girişinde nemlendirici uygulamasız ve uygulamalı işletme senaryoları analiz edilmiş hesalanan teni ve eonomi veriler Şeil 4. Nemlendiricisiz gaz türbininin Anara ve Adana oşullarındai erformansı (The erformance of the gas turbine in the conditions of Anara and Adana ithout fogging) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200 50
M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri Şeil 5. gaz türbini sisteminin Anara ve Adana oşullarındai erformansı (The erformance of the gas turbine in the conditions of Anara and Adana ith fogging) arşılaştırılmıştır. Santrale nemlendirici uygulamasıyla elde edilece en büyü azanç Adana ilinde olmatadır. Anara için geri ödeme süresi 257 gün ien Varsayılan Anara ve Adana için geri ödeme süreleri sırasıyla 248 gün ve 8 gün olara bulunmuştur. Bu sonuçlara göre, omresör havası giriş neminin daha yüse olduğu işletme oşullarında nemlendirici uygulamanın daha eonomi olduğunu görülmetedir. Yalaşı olara giriş havasındai her 0 ºC li artış %8 li ve raımda her 300 m li artış % 3.5 güç aybına neden olmatayen, Adana ve Anara illerinin sadece bu ii fatörle eşit güç üretebileceği öngörülebilir. Buna arşın, nemlendirme sistemi santral iç tüetimine büyü eti yamatadır ve Anara da düşü olan bağıl nem oranı, hava doyma notasına gelinceye adar sistem çalışacatır. Adana da nemlendirme sisteminden oluşan iç tüetimin az çıması ile ve eletri nin yaıt sarfiyatına oranının Anaraya göre daha fazla çıması ile sistemin geri ödeme süresi Adana şartlarında daha az bulunmuştur. Tablo 8. Aynı ısıl güç santralinin Anara ve Adana da urulu işletilmesi durumunda sağlanan erformans iyileşmeleri ve geri ödeme süreleri (GÖS) (Performance enhancement of installation of same gas turbine oerlant in Adana and Anara and aybac eriods) Anara Varsayılan Anara Adana Kazanç [TL/yıl] Geri Ödeme Süresi [gün].2x0 6 257.6x0 6 248 3.52x0 6 8 SEMBOLLER VE KISALTMALAR ( SYMBOLS AND ABBREVIATIONS) GT Gaz türbini BIG Bileşi-ısı güç KÇ Kombine çevrim K Komresör T Türbin YO Yanma odası HÖI Hava ön ısıtıcı YYT Yıllı yaıt tüetimi GGO Gelir-gider arşılaştırma oranı YEÜ Yıllı Eletri Üretimi,s Komresör özgül işi, [J/g] Komresör işi t,s Türbin özgül işi t Türbin işi q yo Yanma odası özgül ısı atarımı [J/g] Komresöt t Türbin Çevrim net Net iş GT-net Gaz türbin net j Jeneratör yo Yanma odası it İç tüetim tr Trafo m Meani r Sııştırma oranı r -ot Otimum sııştırma oranı İncelenen gaz türbini sistemi için ısıl değer oranı Hu Yaıtın alt ısı değeri [cal/g] m& y Yaıt debisi [g/s] Net eletri P el-net 502 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200
Gaz Türbinli Santrallerde Çevre Sıcalığı ve Basıncının Santral Performansına Etileri M. Z. Yılmazoğlu ve M. A. Rahim 5. KAYNAKLAR (REFERENCES). Kehlhofer, R., Combined-Cycle Gas & Steam Poer Plants, Penn Well Publishing Comany (997). 2. Alhazmy, M.M., Najjar, Y.S.H., Augmentation of Gas Turbine Performance Using Air Coolers, Alied Thermal Engineering, 24:45-429 (2004). 3. Ünver, Ü., Kılıç, M., Çevre Sıcalığının Bir Kombine Çevrim Güç Santralinin Performansına Etisi, Uludağ Üniversitesi Mühendisli- Mimarlı Faültesi Dergisi, Cilt 0, Sayı (2005). 4. Kaaras, E., Douelis, A., Karellas, S., Comressor Intae-Air Cooling in Gas Turbine Plants, Energy, 29:2347-2358 (2004). 5. Bhargava, R., Meher-Homji, C.B., Parametric Analysis of Existing Gas Turbines With Inlet Evaorative and Oversray Fogging, Journal of Engineering for Gas Turbines and Poer, Vol. 27 / 57 (2005). 6. Alhazmy, M.M., Jassim, R.K., Zai, G.M., Performance Enhancement of Gas Turbine by Inlet Air-cooling in Hot and Humid Climates, International Journal of Energy Research, 30:777-797 (2006). 7. Jones, C., Jacobs, J.A., Economic and Technical Considerations for Combined Cycle Performance-Enhancement Otions, GE Poer Systems, GER-4200 (2006). 8. Kim, K.H., Perez-Blanco, H., Potential of Regenerative Gas- turbine Systems ith High Fogging Comression, Alied Energy, 84:6-28 (2007). 9. Zadoor, A.A., Golshan, A.H., Performance Imrovement of a Gas Turbine Cycle by Using a Desiccant-Based Evaorative Cooling System, Energy, 3:2652-2664 (2006). 0. Kaaras, E., Douelis, A., Inlet Air Cooling Methods for Gas Turbine Based Poer Plants, Journal of Engineering for Gas Turbines and Poer, Vol. 28 / 37 (2006).. Daoud, B., Zurigat, Y.H., E., Bortmany, J., Thermodynamic Assessment of Poer Requirments and Imact of Different Gas-Turbine Inlet Air Cooling Techniques at To Different Locations in Oman, Alied Thermal Engineering, 25:579-598 (2005). 2. Durmaz A., Türiye de Enerji ve Ar-Ge Çalışmaları,.gecer.gazi.edu.tr, 2008. 3. Rahim, M., Durmaz, A., Doğalgaz ile Çalışan Bir Kombine Çevrim Santralinin Tasarımı, Otimizasyonu ve Enerji Verimliliği, Yüse Lisans Tezi, Anara (2008) 4. Ayşegül A., Durmaz, A., Hidrojen Yaıtlı, Ço Amaçlı bir Bileşi ısı-güç Santralı Tasarımı Teni ve Eonomi Analizleri, Yüse Lisans Tezi, Anara (2006). 5. Çengel, A.Y., Boles, M.A., Thermodynamics: An Engineering Aroach, Mc GraHill, 2006. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Der. Cilt 25, No 3, 200 503