INVESTIGATION OF COMBINED POWER PLANT CYCLE PERFORMANCE BY CO2 CAPTURING
KOMBİNE GÜÇ SANTRAL ÇEVRİMİ PERFORMANSININ CO2 GİDERİMİ İLE ARAŞTIRILMASI
- Tez No: 1019115
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ CAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Makine mühendisliği, Mechanical engineering
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doğalgaz kombine çevrimli enerji santralleri (NGCC), günümüzde yüksek verimli elektrik üretimi için öncü bir teknoloji olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, yanma sonrası CO₂ yakalama (PCC) sistemlerinin entegrasyonu, geleneksel MEA çözücüleri kullanıldığında termal verimliliği %56.2'den, %48'e düşürerek önemli bir enerji kaybına yol açmaktadır; bu durum sürdürülebilir enerjiye geçiş için önemli bir teknolojik engel oluşturmaktadır. Yanma Sonrası yakalama (PCC) ünitesine sahip, 2×2×1 konfigürasyonunda yapılandırılmış, endüstriyel bir doğal gaz kombine çevrim (NGCC) santralinin termal ve çevresel performansını değerlendirilmiş ve gelişmiş çözücüler monoetanolamin (MEA) ve metildietanolamin ile piperazin (MDEA+PZ) kombinasyonu gibi gelişmiş çözücüler ile değişken rejenerasyon ve baca gazı geri dönüşümü verimlilik artırma tekniklerinin kullanılarak, enerji kaybının en aza indirilebileceği sonucuna varılmıştır. Gaz/buhar çevrimleri için Thermoflow ve PCC ünitesi için Aspen HYSYS V14 kullanılarak kapsamlı bir termodinamik model oluşturulmuştur. Bu modelde, iki adet entegre GE7F 05 gaz türbini, iki adet ısı geri kazanımlı buhar jeneratörü, bir buhar türbini, emme/rejenerasyon kuleleri ve 152 bar basınçta çalışacak şekilde tasarlanmış bir CO₂ sıkıştırma sistemi yer almaktadır. Basit bir çevrimden optimum sistem konfigürasyonuna kadar yedi gelişmiş durum detaylı incelenmiştir. Temel gaz türbini %37.99 verimlilikle çalışarak 416.4 MW net güç üretmekte ve MWh başına 519 kg CO₂ emisyonu yaymaktadır. Buna karşılık, NGCC temel modeli %56.2 verimlilikle 616.32 MW/MWh güç ve 340 kg CO₂/MWh emisyonu salmaktadır. Monoetanolamin (MEA) ile entegrasyon verimliliği %48'e düşürerek 528 MW güç ve 3970 kJ/kg CO₂ rejenerasyon enerjisi elde etmek mümkündür. Aşamalı optimizasyon yoluyla aşağıdaki verimlilikler ve karşılık gelen rejenerasyon enerjileri gözlemlenmiştir: • MEA buhar geri kazanımı (VR) kombinasyonu: %48.88 verimlilik (3250 kJ/kg CO₂) • Metildietanolamin (MDEA) ile piperazin (PZ) kombinasyonu: %49.65 verimlilik (2550 kJ/kg CO₂) • MDEA'nın PZ ve VR ile kombinasyonu: %50.06 verimlilik (2200 kJ/kg CO₂) En iyi senaryo olan MI (MEA/PZ/VR/FGR), kademeli sistem olarak adlandırılan konfigürasyon, %50.88 verimlilikle 565.8 MW net güç ve 2000 kJ/kg CO₂ üretirken, CO₂ emisyonu da 34.09 kg/MWh olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma, çevrim tasarımı, çözücü seçimi ve enerji geri kazanım teknolojilerini tanımlayan birleşik bir modelleme yaklaşımı geliştirirken; NGCC+PCC tesisleri için, yeni nesil düşük karbonlu enerji santrallerinin kodlanmasına yönelik bir referans veritabanı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Natural gas combined-cycle power plants (NGCC) are currently the leading technology for high-efficiency electricity production. However, the addition of post-combustion CO2 capture (PCC) systems significantly decreases thermal efficiency, reducing it from 56.2% to 48% when using conventional MEA solvents. This reduction represents a significant technological challenge in the transition to sustainable energy. The thermal and environmental performance of a natural gas combined cycle (NGCC) plant configured as 2×2×1, which includes a post-combustion capture (PCC) unit, is evaluated. This study concludes that the energy penalty can be minimized by using advanced solvents, such as monoethanolamine (MEA) and a combination of methyldiethanolamine with piperazine (MDEA+PZ), along with efficiency improvement techniques like variable regeneration and flue gas recycling. A comprehensive thermodynamic model was created using Thermoflow for gas/steam cycles and Aspen HYSYS V14 for the PCC unit. This model includes two integrated GE7F 05 gas turbines, two heat recovery steam generators, a steam turbine, absorption and regeneration towers, and a CO₂ compression system designed to operate at 152 bars. Seven advanced cases were studied, ranging from a simple cycle to the optimal system configuration. The basic gas turbine operates at an efficiency of 37.99%, producing 416.4 MW of net power and emitting 519 kg of CO₂ per MWh. In comparison, the NGCC baseline achieves an efficiency of 56.2%, delivering 616.32 MW per MWh and 340 kg of CO₂ per MWh. Integrating with monoethanolamine (MEA) decreases efficiency to 48%, resulting in 528 MW of power and 3970 kJ/kg CO₂ of regeneration energy. Through progressive optimization, the following efficiencies and corresponding regeneration energies were observed: MEA combined with vapor recovery (VR): 48.88% efficiency (3250 kJ/kg CO₂) Methyldiethanolamine (MDEA) combined with (PZ): 49.65% efficiency (2550 kJ/kg CO₂) MDEA combined with PZ and VR: 50.06% efficiency (2200 kJ/kg CO₂) The best-case configuration, a cascade system referred to as MI (MEA/PZ/VR/FGR), achieves an efficiency of 50.88%, producing 565.8 MW of net power and 2000 kJ/kg CO₂, along with an emissions profile of 34.09 kg/MWh of CO₂ production. The study presents a unified modeling approach that defines cycle design, solvent selection, and energy recovery technologies. It also establishes a reference database for NGCC+PCC plant architects to create codes for next-generation low-carbon power stations.
Benzer Tezler
- The investigation of the economical aspect of clean hydrogen production with small modular reactors
Nükleer enerji kullanımıyla temiz hidrojen üretiminin ekonomik olarak incelenmesi
EMRE SÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENEM ŞENTÜRK LÜLE
- Cam lifleri ile güçlendirilmiş alçı (CLGA) panellerden oluşan yarı-prefabrike yapısal bileşenlerin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of semi-prefabricated structural components made of glass fiber reinforced gypsum (GFRG) panels
BEYZA KAPUCU GÜZELBULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
- Hibrit araçların bileşenlerinin tasarımı, modellenmesi ve güç yönetim stratejisinin belirlenmesi
Design, modeling and determination of power management strategy of hybrid vehicle components
MURAT FERHAT DOĞDU
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER ATİLLA REYHANCAN
- Malkara linyitinin ve yer altı gazlaştırma katı kalıntılarının polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH) içeriğinin araştırılması
Investigations on PAHs in Malkara lignite and its ex-situ gasification char residues
YUNUS EMRE ÜTNÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ALPER AYDIN
- Performance investigation of dual miller cycle – organic rankine cycle combined plant for marine applications
Denizcilik uygulamaları için dual miller çevrimi – organik rankine çevrimi kombine tesisinin performans incelemesi
MERHAWI SAMUEL ZEROM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜVEN GONCA