Performance evaluation of solar-assisted combined cycle power plants in Iraq
Güneş enerjisiyle çalışan kombine çevrim santrallerinin performans değerlendirmesi. Irak'ta vaka çalışması
- Tez No: 930278
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Bu çalışma, Irak'taki Kerkük Gaz Santrali'ni odak alan bir vaka çalışması ile güneş destekli kombine çevrim enerji santrallerinin performans optimizasyonunu incelemektedir. Çalışma, geleneksel gaz türbini sistemlerinin verimsizlikleri, artan enerji talepleri ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için sürdürülebilir çözümlere duyulan acil ihtiyaç gibi kritik sorunları ele almaktadır. Irak'ın yüksek güneş ışınım potansiyelinin sunduğu benzersiz coğrafi avantajdan faydalanan bu araştırma, enerji santrali için üç gelişmiş yapılandırma önermektedir: (1) temel bir kombine çevrim (Model 1), (2) parabolik oluk kollektörü (PTC) içeren entegre bir sistem (Model 2) ve (3) parabolik oluk kollektörü ile absorpsiyonlu soğutma sistemi (ARS) kombinasyonunu içeren hibrit bir sistem (Model 3). Model 1, sınırlı atık ısı geri kazanım yetenekleri nedeniyle kısıtlı olmasına rağmen, geleneksel bir yapılandırmayı temsil etmekte ve %51,26 termal verimlilik ile %49,49 ekserji verimliliğine ulaşmaktadır. Buna karşılık, Model 2, güneş enerjisini bir parabolik oluk kollektörü (PTC) aracılığıyla entegre ederek sistem performansını önemli ölçüde artırmaktadır. Bu yapılandırma, termal ve ekserji verimliliklerini sırasıyla %59,97 ve %57,91'e çıkarırken, net güç üretimini 211,7 MW'dan 232,4 MW'a yükseltmektedir. Ancak, Model 2'nin ekonomik analizi, güneş entegrasyonuna bağlı olarak artan işletme maliyetlerini ortaya koymakta ve maliyet optimizasyonu ihtiyacını vurgulamaktadır. Model 3, en gelişmiş yapılandırma olarak, düşük dereceli atık ısının etkin şekilde geri kazanılması için PTC'yi absorpsiyonlu soğutma sistemi (ARS) ile birleştirmektedir. Bu yenilikçi tasarım, maksimum %61,19 termal verimlilik ve %59,08 ekserji verimliliğine ulaşırken, 240,2 MW net güç üretimi sağlamaktadır. ARS, özellikle yüksek basınç oranı (PR) ve gaz türbini giriş sıcaklığı (GTIT) koşullarında, termodinamik performansı artırarak tersinmezlikleri ve soğutma taleplerini azaltmaktadır. Bu yapılandırma, sabit işletme maliyetleri ve temel modele kıyasla önemli ölçüde azalmış sera gazı emisyonları ile üstün ekonomik uygulanabilirlik sergilemektedir. Araştırma, PR, GTIT ve yüksek basınçlı buhar türbini giriş sıcaklığı gibi kritik parametrelerin sistem performansını optimize etmedeki rolünü de vurgulamaktadır. Termoekonomik analiz, Model 3'ün, 71 $/MWh ile 74,7 $/MWh arasında değişen en düşük elektrik maliyetlerini sağladığını ortaya koymakta ve maliyet etkinliğini ön plana çıkarmaktadır. Çevresel analiz, karbondioksit emisyonlarında önemli bir azalma olduğunu göstererek Model 3'ün en sürdürülebilir yapılandırma olduğunu kanıtlamaktadır. Bu çalışma, yüksek güneş potansiyeline sahip bölgelerde güneş enerjisi ve ileri atık ısı geri kazanım teknolojilerinin entegrasyonunun stratejik önemini vurgulamaktadır. Küresel enerji sürdürülebilirliği hedefleriyle uyumlu hibrit enerji üretim sistemlerinin tasarımı ve optimizasyonu için sağlam bir çerçeve sunmaktadır. Bulgular, Model 3'ün Kerkük Gaz Santrali'nde uygulanmasının enerji verimliliğini önemli ölçüde artırabileceğini, çevresel etkileri azaltabileceğini ve Irak'ın daha temiz enerji üretimine geçişine destek sağlayabileceğini göstermektedir. Araştırma, benzer yüksek ışınım potansiyeline sahip bölgelerde benzer çözümlerin uygulanmasına yönelik politika yapıcılar, enerji planlayıcıları ve sektör liderleri için değerli bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study investigates the performance optimization of solar-assisted combined cycle power plants, with a case study focused on the Kirkuk Gas Power Plant in Iraq. The study addresses critical challenges such as the inefficiencies of conventional gas turbine systems, increasing energy demands, and the pressing need for sustainable solutions to reduce greenhouse gas emissions. Leveraging the unique geographical advantage of Iraq's high solar irradiation, this research proposes three advanced configurations for the power plant: (1) a baseline combined cycle (Model 1), (2) an integrated system with a parabolic trough collector (Model 2), and (3) a hybrid system combining a parabolic trough collector with an absorption refrigeration system (Model 3). Model 1 represents the traditional configuration, achieving a peak thermal efficiency of 51.26% and an exergy efficiency of 49.49%, constrained by limited waste heat recovery capabilities. In contrast, Model 2 integrates solar energy through a parabolic trough collector (PTC), significantly enhancing system performance. This configuration improves thermal and exergy efficiencies to 59.97% and 57.91%, respectively, while increasing the net power output from 211.7 MW to 232.4 MW. However, the economic analysis of Model 2 reveals higher operational costs due to the solar integration, highlighting the need for further cost optimization. Model 3, the most advanced configuration, combines the PTC with an absorption refrigeration system (ARS) to recover low-grade waste heat effectively. This innovative design achieves maximum thermal and exergy efficiencies of 61.19% and 59.08%, respectively, with a net power output of 240.2 MW. The ARS contributes to enhanced thermodynamic performance by reducing irreversibilities and cooling demands, particularly under high-pressure ratio (PR) and gas turbine inlet temperature (GTIT) conditions. This configuration demonstrates superior economic feasibility, with stabilized operational costs and significantly reduced greenhouse gas emissions compared to the baseline. The research also emphasizes the role of critical parameters such as PR, GTIT, and high-pressure steam turbine inlet temperature in optimizing system performance. The thermoeconomic analysis underscores the cost-effectiveness of Model 3, which achieves the lowest electricity costs across varying operational conditions, ranging from 71 $/MWh to 74.7 $/MWh, depending on the PR. The environmental analysis reveals substantial reductions in carbon dioxide emissions, solidifying Model 3 as the most sustainable configuration. This work highlights the strategic importance of integrating solar energy and advanced waste heat recovery technologies in regions with high solar potential. It provides a robust framework for designing and optimizing hybrid power generation systems that align with global energy sustainability goals. The findings demonstrate that adopting Model 3 at the Kirkuk Gas Power Plant can significantly enhance energy efficiency, reduce environmental impact, and support Iraq's transition toward cleaner energy production. This research offers valuable insights for policymakers, energy planners, and industry leaders aiming to implement similar solutions in comparable high-irradiation regions.
Benzer Tezler
- Experimental investigation of performance of solar assisted heat pump space heating system with an energy storage
Güneş enerjisi depolamalı ve ısı pompalı mahal ısıtma sisteminin deneysel incelenmesi
ÖNDER KAŞKA
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. RECEP YUMRUTAŞ
- Güneş enerjisi destekli ısı toprak kaynaklı (jeotermal) ısı pompalı bir kurutucunun enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of a solar-assisted ground-source(geotermal) heat pump dryer
EBRU HANCIOĞLU
- Güneş enerjisi, organik Rankine çevrimi ve absorpsiyon etkisi destekli özgün bir kojenerasyon sistemin tasarımı , simülasyonu ve performans değerlendirmesi
Design , simulation and performance evaluation of a novel cogeneration system assisted with solar energy, organic Rankine cycle and absorption effect
ASLI TİKTAŞ
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN GÜNERHAN
PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
- Sera ısıtması için güneş enerjisi destekli toprak kaynaklı bir ısı pompası sisteminin tasarımı ile enerji, ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemleri kullanarak performansının değerlendirilmesi
Design of a solar assisted ground source heat pump system for greenhouse heating and its performance evaluation using energy, exergy and exergoeconomic analysis methods
ÖNDER ÖZGENER
- Güneş enerjisi destekli yarı olimpik yüzme havuzunun ısıtma sisteminin termo-ekonomik analizi
Thermo-economic analysis of solar energy assisted semi olimpik swimming pool heating system
MUHAMMED ENES YELKOVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
EnerjiBalıkesir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEDRİ YÜKSEL