Exergoeconomic analysis and life cycle assessment of a combined cycle power plant
Kombine bir çevrim santralinin eksergoekonomik analizi ve yaşam döngüsü değerlendirmesi
- Tez No: 787154
- Danışmanlar: PROF. DR. EROL ARCAKLIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
Nükleer, biyoyakıtlar ve yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji üretimindeki kullanımları gün geçtikçe artsa da enerji üretiminde fosil yakıt kullanımı yaygın olarak devam etmektedir. Fosil yakıtların daha verimli bir şekilde kullanılmasını sağlayan en iyi seçeneklerin başında kombine çevrim santralleri gelmektedir. Brayton ve Rankine çevrimlerinin birleştirilmesinden oluşan bu santraller bir taraftan fosil yakıtları daha verimli kullanırken, diğer yandan çevreye daha az zarar vermektedir. Kombine çevrim santralini yalnızca ekserji ve enerji ya da sadece ekonomik veya sadece çevresel açıdan incelemek santralin bütünsel olarak değerlendirilmesini sağlamayacaktır. Bu nedenle santralin enerji, ekserji ve ekonomik analizleri gerçekleştirilip çevresel değerlendirmesi yapılırsa, santralden hem en uygun ısıl verim alınarak tesisin maliyeti optimum seviyede tutulur hem de santralin çevreye zararlı etkisinin tespiti ile iyileştirme seçenekleri belirlenebilir. Bu çalışmada doğalgazla çalışan bir kombine çevrim santralinin enerji, ekserji ve termoekonomik analizleri ile yaşam döngüsü değerlendirmesi, santralin gerçek operasyon verileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Enerji ve ekserji analizi için santrali oluşturan her bir bileşenin denge denklemleri oluşturulup EES paket programı ile analiz tamamlanmıştır. Ortam sıcaklığının ve basıncının sırasıyla 25,4°C ve 98,1 kPa olduğu şartlarda gerçekleştirilen analizler sonucunda, santralin ekserji verimi %61,2 olarak bulunurken, en yüksek ekserji kaybına sahip olan bileşen 89 MW ile yanma odası olmuştur. Ekserji verimi en yüksek santral bileşeni ise %96,4 ile yoğuşturucu olarak tespit edilmiştir. Santralden elde edilen toplam güç 205 MW olarak hesaplanırken Brayton çevriminin gücü 134 MW, Rankine çevriminin gücü 71 MW olarak hesaplanmıştır. hesaplanırken Brayton çevriminin gücü 134 MW, Rankine çevriminin gücü 71 MW olarak hesaplanmıştır. Termoekonomik analiz için öncelikle her bir bileşenin giriş ve çıkışlarındaki boruların birim ekserji maliyet değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler enerji ve ekserji analizinde yine her bir boru için elde edilen ekserji değerlerine atanarak, borulardaki toplam ekserji maliyet değerleri hesaplanmıştır. Tüm bu hesaplamalarda kullanılan ana maliyet denge denklemleri ve yardımcı denklikler her bir bileşen için ayrı olarak geliştirilmiştir. Gerçekleştirilen termoekonomik analiz sonucunda birim ekserji maliyeti en yüksek olan değer kompresörün çıkışında yer alan 2 numaralı boruda tespit edilmiştir. Birim maliyeti sıfır olan atmosferik hava ile su dışında, en düşük birim ekserji maliyet değerine sahip olan boru ise HRSG'den ayrılıp besleme suyu tankına gelen 22 numaralı boruda hesaplanmıştır. Borulardaki ekserji değerleri ile birim ekserji değerlerinin birlikte kullanılmasıyla hesaplanan ekserji maliyet değerlerine bakıldığında ise, en yüksek ekserji maliyet değeri yanma odası çıkışında bulunan 3 numaralı boruda, en düşük ekserji maliyetine sahip olan boru ise düşük basınç buhar türbini çıkışından ısı değiştiricisine bağlanan 12 numaralı bulunmuştur. Ortalama birim ürün maliyeti ile ortalama birim yakıt maliyeti arasındaki izafi maliyet farkı incelendiğinde en yüksek fark HRSG'de, en düşük fark ise yoğuşturucuda meydana gelmiştir. Eksergoekonomik faktör değerlerine bakıldığında en yüksek değere sahip olan bileşen besleme suyu tankı olurken en düşük eksergoekonomik faktör değerine sahip olan bileşen ise yoğuşturucu olmuştur. Santralin yaşam döngüsü değerlendirmesi için her bir bileşenin üretiminden, işletme ve bakımından ve hurda olarak bertaraf edilmesinden kaynaklanan çevresel etkileri hesaplanarak toplam çevresel etki değerleri bulunmuştur. Santrali oluşturan bileşenlerin üretildiği malzeme çeşitleri ile bu malzemelere karşılık gelen çevresel Eko-indikatör 99 puanları hesaplanmış, ardından bileşenlerin ağırlık değerleri ile üretimden kaynaklanan çevresel etki değerleri bulunmuştur. Hesaplanan sonuçlara göre çevresel etki değeri en yüksek olan bileşen ısı değiştiricisi olurken, en düşük değere sahip olan bileşen ana su pompası olmuştur.
Özet (Çeviri)
Despite the increasing use of nuclear, biofuels, and renewable energy sources in energy production, the use of fossil fuels in energy production continues widely. Combined cycle power plants are among the best options that enable the more efficient use of fossil fuels. These power plants, which use a combination of the Brayton and Rankine cycles, use fossil fuels more efficiently while also causing less environmental damage. Examining the combined cycle power plant only in terms of exergy and energy or only economic or only environmental will not provide a total evaluation of the plant. For this reason, if the energy, exergy and economic analyses of the power plant are carried out and then environmental evaluation is performed, the cost of the plant is kept at the optimum level by obtaining the most appropriate thermal efficiency from the power plant, and improvement options can be obtained by determining the harmful effect of the power plant on the environment. In this study, energy, exergy and thermoeconomic analyses and life cycle assessment of a natural gas-fired combined cycle power plant were carried out by using the actual operational data of the power plant. For the energy and exergy analysis, the balance equations of each component were constituted and the analysis was completed with the EES package program. The exergy efficiency of the power plant was determined to be 61.2 % as a result of the analyses performed under conditions where the ambient temperature and pressure were 25.4°C and 98.1 kPa, respectively, while the component with the highest exergy destruction was the combustion chamber with 89 MW. The condenser was determined to be the most exergy efficient component of the power plant, with a 96.4 % efficiency rating. While the total power obtained from the power plant is 205 MW, the power of the Brayton cycle is 134 MW and the power of the Rankine cycle is 71 MW. For the thermoeconomic analysis, the unit exergy cost values of the pipes at the inlet and outlet of each component were calculated. These values were assigned to the exergy values obtained for each pipe in the energy and exergy analysis, and the total exergy cost values in the pipes were determined. The main cost balance equations and auxiliary equations used in all these calculations have been developed separately for each component. As a result of the thermoeconomic analysis, the value with the highest unit exergy cost was determined in pipe 2 located at the outlet of the compressor. Except for atmospheric air and water, which has no unit cost, the lowest unit exergy cost value is calculated in pipe 22, which leaves the HRSG and goes to the feed water tank. Considering the exergy cost values calculated by using the exergy values in the pipes together with the unit exergy values, it was found that the highest exergy cost value in pipe 3 located at the exit of the combustion chamber, and the lowest exergy cost was found in pipe 12, which is connected to the heat exchanger from the low-pressure steam turbine outlet. The highest relative cost difference occurred in HRSG and the lowest difference occurred in the condenser. According to the exergoeconomic factor values, the component with the highest value was the feed water tank, while the lowest exergoeconomic factor value was determined for the condenser. The environmental impacts resulting from the production, operation and maintenance and disposal of each component as scrap were calculated and total environmental impact values were determined for the life cycle assessment of the power plant. The types of materials from which the components of the power plant are manufactured and the corresponding environmental Eco-indicator 99 scores were calculated, and then the weight values of the components and the environmental impact values resulting from production were determined. According to the results, the component with the highest environmental impact value was the heat exchanger, while the component with the lowest value was the main water pump.
Benzer Tezler
- Biyokütle esaslı hidrojen üretim sistemlerinin eksergoekonomik analizi ve yaşam döngüsü değerlendirilmesi
Exergoeconomic analysis and life cycle assesment of biomass based hydrogen production systems
YILDIZ KALINCI
Doktora
Türkçe
2011
EnerjiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
PROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
- Orhaneli Termik Santralinin eksergoekonomik ve eksergoçevresel analizi
Exergoeconomic and exergoenvironmental analysis of Orhaneli Power Plant
ABDULLAH DÜZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUFALİ KARA
- Buhar çevrimli kojenerasyon sistemlerinin termoekonomik optimizasyonu
Thermoeconomic optimization of steam cycle cogeneration systems
SEHER METE
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TANER DERBENTLİ
- Investigation of novel ammonia production options using photoelectrochemical hydrogen
Başlık çevirisi yok
YUSUF BİÇER
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiUniversity of Ontario Institute of TechnologyPROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
- Şebeke bağlantılı fotovoltaik destekli bir klima sisteminin farklı soğutucu akışkan kullanımı altında ileri termodinamik analizleri
Advanced thermodynamic analysis of a grid connected solar photovoltaic powered air conditioning system utilizing different refrigerants
HÜSEYİN GÜNHAN ÖZCAN
Doktora
Türkçe
2020
EnerjiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN GÜNERHAN
PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI