LNG NİN KRİYOJENİK ENERJİSİNİ KULLANAN GÜÇ ÇEVRİMİNİN ANALİZİ

Benzer belgeler
HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (22/05/2017) Adı ve Soyadı: No: İmza:

TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ. Dr. Nezaket PARLAK. Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D Esentepe Kampüsü Serdivan-SAKARYA

GEMĐLERDE KULLANILAN VAKUM EVAPORATÖRLERĐNDE OPTĐMUM ISI TRANSFER ALANININ BELĐRLENMESĐ

BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ ÇEVRİMLERİ

4. ÇEVRİMLER (Ref. e_makaleleri)

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ 1

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

Doç. Dr. Serhan Küçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

Buhar çevrimlerinde akışkan olarak ucuzluğu, her yerde kolaylıkla bulunabilmesi ve buharlaşma entalpisinin yüksek olması nedeniyle su alınmaktadır.

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

VR4+ DC Inverter Heat Recovery Dış Üniteler

VR4+ DC Inverter Heat Recovery Dış Üniteler

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ

DOĞAL GAZIN SIVILAŞTIRILMASINDA KULLANILAN KLASİK KASKAD SOĞUTMA SİSTEMİNİN MATEMATİKSEL ANALİZİ

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No :

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR LABORATUVARI BUHAR TÜRBİNİ DENEYİ FÖYÜ

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri, pistonlu motolar

ÖZGEÇMİŞ. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Osmaniye/Türkiye Telefon : /3688 Faks :

Şekil 2.1 İki kademeli soğutma sistemine ait şematik diyagram

Elektrik Üretiminde Enerji Verimliliği için KOJENERASYON VE TRİJENERASYON

SU SOĞUTMA GRUPLARINDA ISININ GERİ KAZANIMI

Enervis H o ş g e l d i n i z Ocak 2015

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

3. TERMODİNAMİK KANUNLAR. (Ref. e_makaleleri) Termodinamiğin Birinci Kanunu ÖRNEK

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

HASTANE & OTEL & ALIŞVERİŞ MERKEZİ VE ÜNİVERSİTE KAMPÜSLERİNDE KOJENERASYON UYGULAMALARI / KAPASİTE SEÇİMİNDE OPTİMİZASYON

ÇİFT KADEMELİ SOĞUTMA ÇEVRİMLERİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl. Teknik Eğitim Fakültesi, Makina Eğitimi. Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Eğitimi A.B.

SOĞUTMA SİSTEMLERİ VE ÇALIŞMA İLKELERİ (Devamı)

TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4

Sürdürülebilir Binalarda Isıl Depolama. Dr. İbrahim Çakmanus

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (15/06/2015) Adı ve Soyadı: No: İmza:

Abs tract: Key Words: Fatih ÜNAL Derya Burcu ÖZKAN

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ K-215 HAVA-SU KAYNAKLI ISI POMPASI EĞİTİM SETİ

ÇİMENTO TESİSLERİNDE ATIK ISI GERİ KAZANIMINDAN ELEKTRİK ÜRETİMİ. Hasan Çebi. Nuh Çimento 2015

KLİMA NEDİR? NASIL ÇALIŞIR? NE YAPAR?

Buhar Sistemlerinde Enerji Tasarrufu ve Enerji Geri Kazanımı Eğitimi _ Atölye Çalışması

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR LABORATUVARI BUHAR TÜRBİNİ DENEYİ FÖYÜ

1, 2, 3 ve 4 hallerindeki entalpi değerlen soğutucu akışkan-12 tablolarından elde edilebilir

BİR DOĞAL GAZ KOMBİNE ÇEVRİM SANTRALİNDE EKSERJİ UYGULAMASI

Türkiye nin Elektrik Üretimi ve Tüketimi

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

BİR OTELİN SICAK SU İHTİYACININ SUDAN SUYA ISI POMPASIYLA DESTEKLENMESİ VE SİSTEMİN TERMOEKONOMİK ANALİZİ

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

ENERJİ TASARRUFUNDA KOMBİNE ÇEVRİM VE KOJENERASYONUN YERİ VE ÖNEMİ. Yavuz Aydın 10 Ocak 2014

AYNI SOĞUTMA YÜKÜ İÇİN CO 2 Lİ ISI POMPALARININ ENERJİ SARFİYATLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

SANTRALLERİ SICAK SULU ISITMA DENGELENMESİ. üçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Müh. M

Abs tract: Key Words: Battal DOĞAN Fatih TÜRKOĞLU

HASRET ŞAHİN ISI EKONOMİSİ

EJEKTÖRLÜ TRANSKRĠTĠK CO 2 SOĞUTMA SĠSTEMĠNĠN ENERJĠ VE EKSERJĠ ANALĠZĠ

The Power to Save Energy.

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE KOJENERASYON ÇEVRİMİ İLE GÜÇ ÜRETİLMESİNİN UYGULANABİLİRLİĞİ -BALÇOVA ÖRNEĞİ-

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik I Bütünleme Sınavı (02/02/2012) Adı ve Soyadı: No: İmza:

SABANCI CENTER SOĞUTMA SĐSTEMĐ

ENERJİ VERİMLİLİĞİNDE LİDER ATLAS COPCO

MDF pres hattı kızgın yağ pompalarında enerji YHULPOLOLĎL. Ağaç sektörü LoLQ HQHUML YHULPOLOLĎL o ] POHUL VLHPHQV FRP WU

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli)

ENERJİ YÖNETİMİ VE POLİTİKALARI

Diğer yandan Aquatherm kataloglarında bu konuda aşağıdaki diyagramlar bulunmaktadır.

ÇALIŞMA PRENSİBİ SICAK SU EVAPORATÖR KONDENSER SOĞUK SU (KONDENSER) 2 GENLEŞME VANASI FAN (EVAPORATÖR) RECIEVER FAN KOMPRESÖR

DÜNYADAKİ ATIK SU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ UYGULAMALARI. Doç.Dr.Hüseyin GÜNERHAN Yük.Müh.Oğuzhan ÇULHA

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

2. Teori Hesaplamalarla ilgili prensipler ve kanunlar Isı Transfer ve Termodinamik derslerinde verilmiştir. İlgili konular gözden geçirilmelidir.

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Yatırımsız Enerji Verimliliği: Enerji Performans Sözleşmeleri

EVHRAC 3 YIL. Avantajları. Fonksiyonu. Modeller

Yoğuşma Teknolojisi. Teknolojisi. Nedir?

ICCI 2018 TÜRKOTED Özel Oturumu. Yenilenebilir Yakıtlarla Kojenerasyon 3 Mayıs 10:00-12:00

Organik Rankine Çevrimi (ORC) ile Birlikte Çalışan Buhar Sıkıştırmalı Bir Soğutma Çevriminin Ekserji Analizi

EĞİTİM NOTLARI 16 BASINÇLI HAVA HATLARI BASINÇLI HAVA HATLARI

DEN 322. Pompa Sistemleri Hesapları

KOMPLE ÇÖZÜM ÇEVRE DOSTU ESNEK ÇÖZÜM. Tekli Uygulama. İkili Uygulama. Montaj Kolaylığı

Dr. Murat Çakan. İTÜ Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü BUSİAD Enerji Uzmanlık Grubu 17 Nisan 2018, BURSA

METAN TEKNOLOJİ MÜHENDİSLİK SAN. VE. TİC. LTD. ŞTİ.

Yarı Hermetik Pistonlu Kompresörün Soğutma Performansının Farklı Soğutucu Akışkanlar İle Ekserji Analizi

Bölüm 7 ENTROPİ. Prof. Dr. Hakan F. ÖZTOP

SOĞUTMA SİSTEMLERİNDE SOĞUTUCU AKIŞKANIN AŞIRI SOĞUTULMASININ İNCELENMESİ

BÜYÜK KAPASİTELİ SOĞUTMA SİSTEMLERİNDE KOJENERASYON KULLANIMININ DEĞERLENDİRİLMESİ

SOĞUTMA EĞİTİM SETİ ŞEMASI

KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI YOLUYLA ELDE EDİLEN SENTEZ GAZINDAN METANOL ÜRETİMİ

R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ

TERMİK SANTRALLERDEKİ ATIK ENERJİNİN KULLANILABİLİRLİĞİ: ÇAN ONSEKİZ MART TERMİK SANTRALİ. Celal KAMACI. Dr. Zeki KARACA.

Bölüm 6 TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI

haberleri sektör MEMBRANLI TANKLAR ÇALIŞMA PRENSİPLERİ MONTAJ VE KULLANIMDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKENLER isimlendirme

ATIK ISIDAN ELEKTRİK ÜRETİMİ

Bölüm 5 KONTROL HACİMLERİ İÇİN KÜTLE VE ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ

Bölüm 10 BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ ÇEVRİMLERİ. Bölüm 10: Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri

R22 Gazlı Sipiit Sistem Soğutma Devrelerinin Dizaynı

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

Home Station. Isı İstasyonu Çözümleri

PI System ile Santral İçeriğinde Arıza Tespiti, Kestirimci Bakım ve Operasyon Raporlamaları.

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli)

YENİLENEBİLİR ENERJİ İLE M A SERA ISI POMPALARI

Yatırımsız Enerji Verimliliği: Enerji Performans Sözleşmeleri

Transkript:

_ 133 LNG NİN KRİYOJENİK ENERJİSİNİ KULLANAN GÜÇ ÇEVRİMİNİN ANALİZİ H. Kürşad ERSOY S. Orkun DEMİRPOLAT ÖZET Bu çalışmada, LNG alım terminallerinde, LNG nin doğalgaza dönüştürülmesi esnasında, açık-kapalı bileşik Rankine çevrimiyle güç üretimi araştırılmıştır. Kapalı Rankine çevriminde propan, açık Rankine çevriminde ise metan, aracı akışkan olarak düşünülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, Türbin giriş basınçlarının ve evaporatör çıkış sıcaklığının artmasıyla, kondenser çıkış sıcaklığının ise azalmasıyla, LNG nin kriyojenik enerjisini kullanan kapalı Rankine ve açık-kapalı bileşik Rankine çevriminden elde edilecek iş miktarının arttığı tespit edilmiştir. Marmara Ereğlisi LNG Alım Terminali nden (LNGMAT) temin edilen veriler kullanılarak, LNG nin kriyojenik enerjisini kullanan bileşik çevrim ile terminalde üretilebilecek güç miktarı da belirlenmiştir. Buna göre aracı akışkan olarak propanın kullanıldığı kapalı Rankine çevriminde türbin giriş basıncı 4.74 bar, kondenser çıkış sıcaklığı 193 K, evaporatör çıkış sıcaklığı 273 K alındığında ve açık Rankine çevriminde LNG nin türbin giriş basıncı ise 150 bar seçildiğinde bileşik çevrimin, LNGMAT da, toplam 12.43 MW lık güç üretebileceği bulunmuştur 1. GİRİŞ Türkiye, tükettiği enerjinin % 23 ünü doğal gazdan karşılamakta ve bunun % 20 sini ise halen LNG olarak ithal etmektedir. 1994 yılında işletmeye alınan Tekirdağ Marmara Ereğlisi nde bulunan Botaş LNG Alım Terminali 2006 yılında ~ 4.4 milyar Nm³ doğal gazı tüketim hattına göndermiştir [1]. Ülkemizde ikinci LNG alım terminali ise bu yıl hizmete giren 10 milyar Nm 3 /yıl kapasiteye sahip İzmir Aliağa LNG Alım Terminali dir [2]. Doğalgazı sıvılaştırmak için 850 kwh/tonlng enerji tüketilirken, terminallerde LNG nin tekrar gazlaştırılması esnasında, LNG nin kriyojenik enerjisinden faydalanılarak 240 kwh/tonlng elektrik enerjisi üretilebilir [3]. Son yıllarda LNG alım terminallerinde güç üretimi üzerine çalışmaların yoğunlaşması ve bu konunun iki adet (toplam ~16 milyar Nm 3 /yıl kapasiteli) LNG alım terminallerine sahip olan Türkiye yi de yakından ilgilendirmesi, bu çalışmanın çıkış noktasıdır. 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR LNG nin kriyojenik ekserjisinin kullanımı için Liu ve You [3], düşük(5 bar), orta(20 bar) ve yüksek basınçlı(70 bar) üç ayrı karma çevrim önerdiler. Yüksek basınçlı karma çevrimde; LNG nin önce propan kullanan Rankine güç çevriminin kondenserinden atılan ısı ile daha sonra deniz suyu ile gazlaştırılacağını ifade ettiler. Tekrar gaz durumuna gelen LNG nin bir bölümü tüketim hattına verilirken diğer bölümü bir türbinden geçirilerek tekrar LNG nin ön ısıtılmasında kullanılmak üzere LNG hattına gönderildi. 450 MW gücündeki bir çevrimin ~150 t/h LNG tükettiğini, orta basınçlı karma çevrim kullanıldığında ise 11.7 MW gücünde bir enerji geri kazanımı olacağını belirttiler.

_ 134 Bisio ve Tagliafico [4] ise, güç çevriminde ısıl verimin, maksimum ve minimum sıcaklıklara (Yüksek sıcaklıktaki ısı kaynağı ile düşük sıcaklıktaki ısı kaynağı sıcaklıklarına) bağlı olduğunu, LNG gazlaştırma tesislerinde -160 o C civarındaki ortamı düşük sıcaklıktaki ısı kaynağı olarak kullanmanın güç çevriminin verimini teorik olarak yaklaşık %13 artıracağını ifade ettiler. Qiang ve ark. da [5], güç üretimi esnasında düşük sıcaklıktaki ısı kaynağının sıcaklığının ısıl verime etkisini araştırdılar. LNG gazlaştırma tesislerinde Rankine çevrimi ile güç üretimini incelemek için, 60 o C ile -60 o C arasında çalışan Rankine güç çevriminde akışkan olarak propan kullanıldığını düşündüler. LNG önce Rankine çevriminin kondenserinden atılan ısı ile sonra deniz suyu ile gazlaştırıldıktan sonra bir türbinden geçirilerek tüketim hattına gönderildi( açık- kapalı bileşik Rankine çevrimi). Böylece hem Rankine çevriminin verimi arttı hem de gazlaştırma için gerekli enerji karşılanmış oldu. Türbin giriş basıncının yükseltilmesi ve yoğuşma sıcaklığının düşürülmesi ile ısıl ve ekserji verimini % 30-40 oranında arttırılabileceğini de vurguladılar. Cho ve ark. [6], LNG alım terminallerinde LNG nin buharlaştırılması için ısıya ihtiyaç varken, bir güç çevriminin ise çevreye ısı atması gerektiğini vurguladılar. Bu durumda LNG alım terminali ve güç üretim tesisinin dikkatli bir entegrasyonunun bir sinerji oluşturabileceğini belirttiler. Bu birleşmenin güç üretimini artıracağını, bakım ve işletme maliyetini ise %20-25 civarında düşüreceğini ifade ettiler. Demirpolat ve Ersoy [7], LNG alım terminallerinde, açık Rankine çevrimi uygulaması ile terminalin sıvı pompalarında halen tüketilen enerjinin %91 inin karşılanabileceğini, bunun da LNGMAT daki ikinci kademe sıvı pompaları için gerekli güce eşdeğer olduğunu belirlemiştir. Bu çalışmada ise, LNG alım terminalinde, doğalgazı tüketmeden, sadece soğuk enerjisinden faydalanarak güç üretim metotlarından olan açık-kapalı bileşik Rankine çevrimi türbin giriş basınçlarının, buharlaştırıcı ve kondenser sıcaklıklarına bağlı olarak araştırılacaktır. Ayrıca elde edilen neticeler LNGMAT dan temin edilen veriler kullanılarak, bu terminalde üretilebilecek güç miktarı da belirlenecektir. 3. LNG ALIM TERMİNALLERİNDE, AÇIK-KAPALI BİLEŞİK RANKİNE ÇEVRİMİ İLE GÜÇ ÜRETİMİ Yakın bir gelecekte muhtemelen LNG tüketiminin artması nedeniyle, çevre sıcaklığından daha düşük sıcaklıkta ve sıvı fazda bulunan LNG nin fiziksel ekserjisinin kullanımı daha önemli hale gelecektir [4]. Açık-kapalı bileşik Rankine çevrimi tesisat şeması Şekil 1 de ve P-h diyagramı ise Şekil 2 de sunulmuştur. Şekil 1 de tesisat şemasının alt tarafında LNG gazlaştırma prosesi, sol üstte kapalı Rankine çevrimi, sağ üstte ise açık Rankine çevrimi gösterilmiştir. Kapalı Rankine çevriminde propan, açık Rankine çevriminde ise doğal gaz (metan) dolaşmaktadır. Kriyojenik sıcaklığa sahip olan LNG düşük sıcaklıktaki enerji kaynağı, deniz suyu ise yüksek sıcaklıktaki enerji kaynağı olarak düşünülerek, bu iki sıcaklık(kaynak) arasında çalışan bir Kapalı Rankine çevrimi (a-b-c-d) öngörülebilir. LNG, tüketim hattı için gerekli basınç değerinin üzerinde bir basınca, ilave bir sıvı pompası (P 3 ) ile çıkarılır. Yüksek basınçlı LNG gazlaştırıldıktan sonra bir türbinden (Türbin-2) geçirilerek güç üretilirken, basıncı, doğal gaz tüketim hattı basıncına kadar düşürülür, yani açık Rankine çevrimi (3-4-6-7) gerçekleştirilir. LNG hattında gazlaştırma işlemi için kullanılan Buharlaştırıcı 1, kapalı Rankine çevrimi için kondenser görevini yapmaktadır. Tesise enerjinin korunumu kanunu uygulanırsa: Tesisten elde edilecek net güç W net, W net = (W T1 -W P4 )+(W T2 (W P1 +W P2 +W P3 )). (kw) (1) W net =m propan ((h b -h c )-(h a -h d ))+ m LNG ((h 6 -h 7 ) (h 4 -h 1 )). (kw) (2) Bileşik sisteme dışarıdan verilen toplam ısı miktarı Q top ve ısıl verimi η sist, Q top = Q 2 +Q 3 + Q 4 (kw) (3) Q top = m LNG ((h 6 -h 5 )+ (h 8 -h 7 ))+ m propan (h b -h a ) (kw) (4) sist.= W net /Q top (5)

_ 135 1 P1 LNG TANKI 2 3 P2 P3 P4 4 BUHARLAŞTIRICI-4 BUHARLAŞTIRICI-3 a b d c G TÜRBİN-1 BUHARLAŞTIRICI-1(LNG) KONDENSER (PROPAN) BUHARLAŞTIRICI-2 5 TÜRBİN-2 G P : Pompa G: Jenaratör DG : Doğalgaz 6 7 E B F 8 Şekil 1. Terminalde açık-kapalı bileşik Rankine metodu için tesisat şeması [8]. Şekil 2. Terminalde açık-kapalı bileşik Rankine metodu için P-h diyagramı [8]. 4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA LNG alım terminallerinde LNG nin kriyojenik enerjisini kullanan açık ve kapalı bileşik Rankine çevriminin parametreleri Tablo 1 de verilmiştir. Bu parametrelere bağlı olarak LNG tesisinde kg başına üretilecek net iş miktarı ve ısıl verim araştırılmıştır. Bileşik Rankine çevrimlerinde kullanılan, türbin basınç, evaporatör ve kondenser sıcaklık değerleri Tablo 1 de belirtildiği gibi sabit kalmak koşulu ile bileşik Rankine çevriminde kondenser sıcaklığının (T d ) net iş üretimine ve ısıl verime etkisi Şekil 3 de gösterilmiştir.

_ 136 Açık-kapalı bileşik Rankine çevriminden, kg başına elde edilecek net iş, kondenser sıcaklık değeri -40 o C den -80 o C ye düşürüldüğünde ~13 kj/kg dan ~107 kj/kg değerine ulaşmaktadır. Kondenser sıcaklığı 40 o C azalırken, işteki artışa benzer şekilde sistemin ısıl verimi de artmaktadır. Aynı tesiste, kapalı Rankine çevrimindeki evaporatör (Buharlaştırıcı 4) çıkış sıcaklığının artırılması ile net işin ve ısıl verimin değişimi araştırılmıştır. Tablo 1 de verilen LNG hattı değerleri değişmezken, kapalı Rankine çevriminde evaporatör çıkış sıcaklık değerleri (T b ) 0 o C ile 90 o C aralığında değiştirilmiştir. Söz konusu sıcaklık aralığında, LNG tesisinin kg başına net iş ile ısıl verimin değişim grafiği Şekil 4 te verilmiştir. Şekil 1 de tesisat şemasında görülen Buharlaştırıcı-4 ün çıkış sıcaklığının (T b ), 0 o C den 90 o C ye arttırılması ile tesiste ~ % 48 oranında net iş artışı olmaktadır. Aynı sıcaklık artışı için, LNG tesisinin ısıl verimi ~ % 27 oranında artmıştır. Tablo 1. Açık ve kapalı bileşik Rankine çevriminin parametreleri. Çevrim Akışkan Kapalı Rankine Çevrimi Propan Türbinin adyabatik verimi 0.8 Pompanın adyabatik verimi 0.8 Evaporatör çıkış sıcaklığı (K), T b 273-363 Kondenser çıkış sıcaklığı (K), T d 193-233 Türbin giriş basıncı (bar), P b 2.43 4.74 Açık Rankine Çevrimi CH 4 (LNG - Doğal gaz) Türbinin adyabatik verimi 0.8 Pompa adyabatik verimi 0.8 LNG tank basıncı (bar), P 1 1.05 Doğalgaz sevk basıncı (bar), P 8 82 Türbin giriş basıncı (bar), P 6 100-250 Net iş, Wnet (kj/kg) 120 100 80 60 40 20 Net iş Isıl Verim Tb= 273 K Pb= 4.74 bar P6= 150 bar 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Isıl verim, η (%). 0-80 -70-60 -50-40 -30 Kondenser sıcaklığı,td(ºc) Şekil 3. Bileşik Rankine çevriminde kondenser çıkış sıcaklığının, LNG tesisinin net işine ve ısıl verimine etkisi. 0

_ 137 Net iş, Wnet (kj/kg) 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 Net iş Td= 193 K Isıl Verim Pb= 4.74 bar P6= 150 bar 0 30 60 90 120 Evaporatör çıkış sıcaklığı, Tb (ºC) 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 Isıl verim, η (%) Şekil 4. Bileşik Rankine çevriminde evaporatör çıkış sıcaklığının, LNG tesisinin net işine ve ısıl verimine etkisi. Net iş, Wnet (kj/kg) 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 Tb= 273 K, Td= 193 K, P6= 150 bar Net iş Isıl Verim 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Türbin giriş basıncı, Pb (bar) 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 Isıl verim, η (%) Şekil 5. Bileşik Rankine çevriminde Türbin-1 giriş basıncının, net iş ve ısıl verime etkisi. Tesisin veriminin arttırılması yönünde yapılan bir diğer çalışma da kapalı Rankine çevrimindeki türbin giriş basıncının arttırılması yöntemidir. Tesise bu yöntemin uygulanması ile kg başına net iş ve ısıl verimin değişimi araştırılmıştır. Kapalı Rankine çevrimi için diğer parametreler sabit tutularak sadece türbin giriş basıncı (P b ), 2.43 bar dan 4.74 bar a kadar arttırıldığında sistemin net iş ve ısıl verim değişimi Şekil 5 de verilmiştir. Şekil 5 e göre, türbin giriş basıncının 2.43 bar dan 4.74 bar a arttırılması sonucu tesisin net işinin ~ % 20 oranında arttığı görülmektedir. LNG tesisinin ısıl verimi de net işin artışına paralel olarak ~ % 20 oranında artmaktadır.

_ 138 Türbin-2 giriş basıncının arttırılması analizinde Tablo 1 de verilen diğer parametreler sabit kalırken, Şekil 1 de verilen açık Rankine çevrimindeki Türbin-2 giriş basıncı (P 6 ) 100-250 bar arasında değiştirilerek elde edilen sonuçlar Şekil 6 da sunulmuştur. Buna göre türbin giriş basıncı arttıkça türbinden elde edilen iş miktarı; Türbin-2 giriş basıncı 150 bar oluncaya kadar hızla artmakta, 150-200 bar aralığında oldukça az miktarda artmakta ve 200 bar dan sonra ise hemen hemen sabit kalmaktadır. Bu nedenle 200 bar dan sonra basıncı yükseltmek gereksizdir. 4.1. Örnek Çalışma: Marmara LNG Alım Terminalinde (LNGMAT) Güç Üretimi Tesis; Kuzey Marmara kıyısında, Tekirdağ ili Marmara Ereğlisi nde, ana doğal gaz boru hattına 23 km uzaklıkta yer almaktadır ve 1994 yılında işletmeye alınmıştır. Terminalin iki ana fonksiyonu vardır. Gelen LNG yi boşaltmak ve depolamak, depolanan LNG yi istenilen miktarlarda gazlaştırarak sevk etmektir. Terminalde 3 adet 85000 m 3 LNG tankı mevcuttur. Terminal, saatte maksimum 685000 Nm 3 gaz sevkıyatı yapacak şekilde dizayn edilmiş olup, yıllık sevkıyat kapasitesi maksimum 6 Milyar Nm 3 dür. Tesisin dizayn akış diyagramına göre, LNG debisi 160.28 kg/s, LNG tank basıncı ve sıcaklığı 1.05 bar 112 K, doğal gaz sevk basınç ve sıcaklığı ise 82 bar 273 K dir. Tesisteki LNG nin hacimsel olarak % 90.98 i metandır [9]. Bu nedenle LNG, Bisio ve Taliafico [10] ile Zhang ve Lior un [11] yaptığı gibi saf metan olarak kabul edilebilir. Botaş dan elde edilen LNGMAT ın 2006 yılı faaliyet raporunda, 2006 yılı içinde 4.4 Milyar Nm 3 doğal gazı tüketim hattına enjekte ettiği bildirilmiştir [1]. Buna göre tesisin dizayn akış diyagramındaki gibi kütle debisi 160.28 kg/s alındığında yaklaşık olarak 2006 yılı içinde hatta sevk edilen doğal gaz 4.35 Milyar Nm 3 olmaktadır. Yani bu çalışmada kullanılan LNG kütle debisi değerinin 2006 yılı faaliyet raporuna göre de doğrulandığı görülmüştür. Bu çalışmada LNGMAT a uygulanması öngörülen açık-kapalı bileşik Rankine çevrimindeki aracı akışkanların termodinamik özellikleri Tablo 2 de verilmiştir. Mevcut durumdaki tesiste halen, P 1 ve P 2 pompaları için toplam 3.96 MW enerji tüketimi söz konusu iken, terminale Şekil 1 de sunulduğu gibi bileşik çevrim uygulanırsa halen kullanılan P 1 ve P 2 pompalarının tükettiği güç karşılanacak ve üstelik 8.47 MW lık enerji üretimi de yapılabilecektir. Buna göre tesisin yılda 350 gün çalıştığı düşünüldüğünde, 33 GWh/yıl enerji tasarrufu yanında ~71 GWh/yıl güç üretmek te mümkün olabilecektir. Yaklaşık bu kapasitede güç üreten çevrim örnekleri dünyada özellikle Japonya da (örneğin Senboku LNG terminali), halen işletilmektedir. 140 15.0 130 14.0 120 13.0 Net iş, Wnet (kj/kg) 110 100 90 80 70 60 Pb= 4.74 bar, Tb= 273 K, Td= 193 K Net İş Isıl Verim 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 Isıl verim, η (%) 50 5.0 75 100 125 150 175 200 225 250 275 Türbin giriş basıncı, P6(bar) Şekil 6. Bileşik Rankine çevriminde Türbin-2 giriş basıncının, net iş ve ısıl verime etkisi.

_ 139 Tablo 2. Şekil 1 de verilen ve LNGMAT a, uygulanması düşünülen açık-kapalı bileşik Rankine çevriminde akışkanların termodinamik özellikleri. Çevrim Akışkan Kapalı Rankine Çevrimi Propan Türbinin adyabatik verimi 0.8 Pompanın adyabatik verimi 0.8 Evaporatör çıkış sıcaklığı (K), T b 273 Kondenser çıkış sıcaklığı (K), T d 193 Türbin giriş basıncı (bar), P b 4.74 Açık Rankine Çevrimi CH 4 (LNG - Doğal gaz) Türbinin adyabatik verimi 0.8 Pompa adyabatik verimi 0.8 LNG tank basıncı (bar), P 1 1.05 Doğalgaz sevk basıncı (bar), P 8 82 Türbin giriş basıncı (bar), P 6 150 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Liu ve You [3], doğalgazın LNG ye dönüştürülmesi esnasında 850 kwh/ton LNG enerji tüketildiğini belirtmektedir. LNG alım terminallerinde ise bu işin tersi (LNG den doğal gaza dönüşüm) yapılırken enerji üretmek yani sıvılaştırırken harcanan enerjinin en azından bir kısmını gazlaştırırken geri kazanmak mümkündür. LNG alım terminaline açık-kapalı bileşik Rankine çevrimi uygulandığında üretilebilecek enerji miktarı; türbin giriş basınçlarına, evaporatör ve kondenser sıcaklıklarına bağlı olarak belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar şöyle özetlenebilir: 1 LNG alım terminaline açık-kapalı bileşik Rankine çevrimi uygulanırken, açık Rankine çevrimi türbin giriş basıncı 200 bar olduğunda, bileşik çevrimin kg başına maksimum miktarda enerji üreteceği bulunmuştur. 2 Kapalı türbin giriş basıncının ve evaporatör çıkış sıcaklığının artmasıyla, kondenser çıkış sıcaklığının ise azalmasıyla, LNG nin kriyojenik enerjisini kullanan bileşik çevrimin üreteceği iş miktarının ve ısıl veriminin de yükseldiği belirlenmiştir. 3 Aracı akışkan olarak propanın kullanıldığı kapalı Rankine çevriminde türbin giriş basıncı 4.74 bar, kondenser çıkış sıcaklığı 193 K, evaporatör çıkış sıcaklığı 273 K alındığında ve açık Rankine çevriminde LNG nin türbin giriş basıncı ise 150 bar seçildiğinde bileşik çevrimin toplam 12.43 MW lık güç üretebileceği bulunmuştur. Terminalin sıvı pompaları için gerekli güç (3.96 MW) çıkarıldığında ise tesise uygulanması düşünülen bileşik çevrimin net gücünün 8.47 MW olabileceği tespit edilmiştir. 4 Tesisin yılda 350 gün çalıştığı varsayılırsa; açık- kapalı bileşik Rankine çevrimi ile terminalde, 33 GWh/yıl enerji tasarrufuna ilaveten 71 GWh/yıl enerji de üretilebileceği söylenebilir. Açık-kapalı bileşik Rankine çevrimi ile terminalde, önemli miktarda enerji üretimi yapılabileceği görülmektedir. Bundan sonra yapılacak çalışmada ilk yatırım maliyeti, geri ödeme süresi, işletim ve bakım maliyeti gibi faktörler de göz önünde bulundurularak bileşik çevrimin ekonomik analizi yapılabilir.

_ 140 KAYNAKLAR [1] BOTAŞ LNG Terminal İşletme Müdürlüğü Yılık Faaliyet Raporu, 2006. [2] http://www.alto.org.tr [3] LIU, H., YOU, L. Characteristics and applications of the cold heat exergy of liquefied natural gas. Energy Conversion & Management 40,1515-1525, 1999. [4] BISIO, G., TAGLIAFICO, L. On the recovery of lng physical exergy. Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit(IECEC) 1, 309-317, 2000. [5] QIANG, W., YANZHONG, L., JIANG, W., Analysis of power cycle based on cold energy of liquefied natural gas and low-grade heat source. Applied Thermal Engineering 24,539-548, 2004. [6] CHO, J. H., EBBERN, D., KOTZOT. H., DURR. C. Marrying LNG and power generation. Energy Markets 10,8,28-35, 2005. [7] DEMİRPOLAT. S.O., ERSOY. H. K. LNG alım terminallerinde direkt genleşme metodu ile enerji geri kazanımı. Enerji Verimliliği Kongresi Bildiriler Kitabı 113-119, 2007. [8] ERSOY. H. K., DEMİRPOLAT. S.O. LNG nin kriyojenik enerjisini kullanarak güç üretiminin araştırılması. ICCI Bildiriler Kitabı., 235, 2007. [9] BOTAŞ LNG terminali proses akış diyagramı, 1986. [10] BISIO G., TAGLIAFICO. L. On the recovery of LNG physical exergy by means of a simple cycle or a complex system. Exergy, an International Journal 2,34-50, 2002. [11] ZHANG, N., LIOR, N. A novel near-zero CO 2 emission thermal cycle with lng cryogenic exergy utilization. Energy 31,1666-1679, 2006. ÖZGEÇMİŞLER H. Kürşad ERSOY 1965 yılı K.Maraş doğumludur. 1987 yılında S.Ü. Müh. Mim Fakültesi Makine Bölümü nü bitirmiştir. Aynı üniversiteden 1991 yılında Yüksek Mühendis ve 1999 yılında Doktor ünvanını almıştır. 2001 yılından beri S.Ü. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Makine Bölümü Termodinamik Anabilim Dalı nda Yrd. Doç. Dr. olarak görev yapmaktadır. Soğutma, ekserji ve LNG konularında çalışmaktadır. S.Orkun DEMİRPOLAT 1976 Konya doğumludur. 2001 yılında S.Ü. Müh. Mim. Fakültesi Makine Bölümü nü bitirmiştir. Aynı üniversitenin İşletme Anabilim Dalı nda 2003 yılında, yüksek lisansını tamamlamıştır. Halen S.Ü. Fen Bilimleri Enst. Makine Müh. de ikinci yüksek lisansını sürdürmekte ve S.Ü. Kadınhanı Faik İçil MYO Doğalgaz Isıtma ve Sıhhi Tes. Tek. Programı nda Öğr. Gör. olarak görev yapmaktadır. Doğalgaz ve LNG konularında çalışmaktadır.