Simulation and enhancement of the carbon capturing for combined cycle power plant with concentrated solar power system
Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemine sahip kombine çevrim santrali için karbon yakalama simülasyonu ve iyileştirilmesi
- Tez No: 946255
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Karbon yakalama, Metanol, Doğal Gaz Yanma Döngüsü, Sistem Danışmanı Modeli, Güneş Enerjili Su Ayırıcı, Carbon capture, Methanol, Natural Gas Combustion Cycle, System Advisory Model, Solar Water Splitter
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Bu araştırma, güneş destekli karbon yakalama sonrası teknolojilerinin Irak'ın ağırlıklı olarak gazla çalışan enerji sektörüne entegre edilmesinin uygulanabilirliğini araştırıyor. Karbon yakalama süreçlerini desteklemek için güneş enerjisinden yararlanan bu yenilikçi yaklaşım, sera gazı emisyonlarını azaltırken potansiyel maliyet tasarruflarını açığa çıkarmayı ve enerji verimliliğini artırmayı amaçlıyor. Bu entegrasyonun teknik ve ekonomik boyutlarını kapsamlı bir şekilde inceleyerek, çalışma Irak'taki politika yapıcılar ve endüstri paydaşları için değerli içgörüler sunmayı ve sürdürülebilir bir enerji geleceği teşvik etmek için bilinçli kararlar almalarını sağlamayı amaçlıyor. Doğal gaz kombine çevrim (NGCC) santralleri alanında, çevresel sürdürülebilirliği sağlamak için CO₂ emisyonlarının azaltılmasına öncelik vermek hayati önem taşır. Yanma sonrası karbon yakalama teknolojilerinin entegrasyonu, sera gazı emisyonlarının azaltılmasında önemli bir rol oynar ve karbon ayak izini en aza indirerek NGCC'nin çevresel profilini iyileştirir. Bu araştırma, Irak, Bağdat'ta bulunan Besmaya Doğal Gaz Kombine Çevrim (NGCC) santraline güneş termal enerjisinin entegrasyonuna ilişkin kapsamlı bir inceleme sunmaktadır. Aspen Plus yazılımını kullanan gelişmiş proses simülasyonu ve modelleme tekniklerinden yararlanan çalışma, karbon yakalama sonrası için mevcut NGCC tesisinin güneş enerjisi yardımıyla güçlendirilmesinin performansını ve uygulanabilirliğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Bu araştırmanın temel amacı, Besmaya NGCC santralinin mevcut işletme koşulları altında kapsamlı bir simülasyonunu yürütmek ve böylece sonraki analizler için bir temel oluşturmaktır. Daha sonra, güneş enerjisi destekli bir yanma sonrası yakalama (PCC) santrali simüle edilir ve mevcut güç altyapısına sorunsuz bir şekilde entegre edilir. Bağdat koordinatlarında güneş termal güç potansiyelini doğru bir şekilde tahmin etmek için Sistem Danışmanı Modeli (SAM) kullanılır. Güneş termal enerjisinin NGCC santraline entegrasyonu titizlikle incelenir ve ortaya çıkan hibrit sistemin teknik uygulanabilirliği ve performans ölçütleri titizlikle değerlendirilir. Araştırma, özellikle Bağdat'taki Besmaya NGCC santrali bağlamında, güneş termal enerjisini geleneksel doğal gaz güç üretim altyapısına dahil etmenin teknik uygulanabilirliği ve potansiyel faydaları konusunda değerli içgörüler sağlayarak alana katkıda bulunur. %49,8'lik net santral verimliliği ile karbon yakalama olmadan yapılan temel simülasyon, 751 MW'lık güçlü bir toplam güç üretim kapasitesi gösterdi. Bununla birlikte, yanma sonrası yakalama (PCC) entegrasyonu, verimlilikte %44'lük bir düşüşe ve genel güç kapasitesinde mütevazı bir azalmaya, 682 MW'a neden oldu. Baca gazlarından gelen CO₂'nin yaklaşık %99'unun metanole başarılı bir şekilde dönüştürülmesi, bu yaklaşımın sera gazı emisyonlarını azaltırken aynı zamanda değerli bir kimyasal hammadde üretmedeki uygulanabilirliğini vurgular. Bu kapasiteyle, yıllık CO₂ üretiminin 2.119.318 ton/yıl olduğu tahmin edilirken, MEA emilim sistemiyle 18.064 ton/yıl (%99 azalma) ve CO₂-metanol dönüşüm sistemiyle 16.069 ton/yıl (%99,2) düşürüldü. Bulgular, bölgedeki hem çevresel endişeleri hem de enerji güvenliğini ele alarak sürdürülebilir ve verimli enerji çözümleri arayışında gelecekteki kararları bilgilendirmeyi amaçlamaktadır. Yoğuşma suyundan hidrojen üretmek için güneş enerjisinin kullanılması, sürdürülebilir enerji teknolojisinde önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Güneş ışığının gücünden yararlanarak, su moleküllerini hidrojen ve oksijene verimli bir şekilde ayırabilir, temiz ve yenilenebilir bir yakıt kaynağı sunabiliriz. Bu süreç, yalnızca geleneksel hidrojen üretim yöntemleriyle ilişkili çevresel etkiyi azaltmakla kalmaz, aynı zamanda endüstriyel ortamlarda sıklıkla göz ardı edilen bol miktarda bir kaynak olan su yoğuşmasını da kullanır. Yenilikçi güneş enerjili su ayırma teknolojileri sayesinde, merkezi olmayan hidrojen üretiminin potansiyelini açığa çıkarabilir, toplulukların daha yeşil ve daha kendi kendine yetebilen bir enerji altyapısına geçişini sağlayabiliriz.
Özet (Çeviri)
This study investigates the viability of integrating solar-supported post-carbon capture technology into Iraq's largely gas-based energy matrix. Utilizing solar power to supplement carbon capture schemes, this revolutionary strategy seeks to minimize greenhouse gas emissions while releasing economic potential and improving the efficiency of energy consumption. By extensively analyzing the technical and economic aspects of this integration, this study intends to provide useful information to policymakers and industry players in Iraq in order to enable them to make better-informed decisions towards realizing a sustainable energy future. In the world of Natural Gas Combined Cycle (NGCC) power plants, it is highly important to have the reduction of CO2 emissions as a high priority to allow for environmental sustainability. The coupling of post-combustion carbon capture technologies is instrumental in reducing greenhouse gas emissions, as it improves the NGCC's environmental image through the reduction of its carbon footprint. This study offers an extensive examination of the integration of solar thermal power into the Besmaya Natural Gas Combined Cycle (NGCC) power plant in Baghdad, Iraq. Utilizing sophisticated process simulation and modelling tools using Aspen Plus software, the study seeks to assess the performance and viability of supplementing the current NGCC plant with solar support for post-carbon capture. The main task of this work is to run a complete simulation of the Besmaya NGCC power plant according to its actual operational status and thereby set the stage for subsequent calculations. Afterward, the Post-Combustion Capture (PCC) plant with solar assistance is simulated and effortlessly connected to existing power networks. For proper assessment of solar thermal power potential in the Baghdad location, the System Advisor Model (SAM) tool is utilized. The incorporation of solar thermal energy into the NGCC power plant is carefully analyzed, and the technical feasibility and performance characteristics of the resulting hybrid system are critically assessed. The research contributes to the discipline by including a valuable observation regarding the technical feasibility and potential benefits of using solar thermal energy in conventional natural gas-based power generation facilities, for the instance of the Besmaya NGCC plant in Baghdad with net plant efficiency of 49.8%, the baseline simulation without carbon capture indicated a strong total power generation capacity of 751 MW. Post-combustion capture integration, on the other hand, led to a reduction in efficiency to 44 % and a slight decrease in net power capacity to 682 MW. The efficient conversion of nearly 99% of CO2 from the flue gases into methanol highlights the potential of this methodology in reducing greenhouse gas emissions while at the same time yielding a useful chemical feedstock. With this ability, the CO2 production annually was estimated at 2119318 tons/year which was minimized to 18,064 tons/year (99 % reduction) using MEA absorption system and 16069 tone's/year (99.2%) using CO2-to-Methnol conversion system. The results are meant to guide future actions in the quest for sustainable and efficient energy options, taking into consideration both environmental issues and energy security in the region. The use of solar energy to split hydrogen from condensate water is a major breakthrough in clean energy technology. Through the energy of the sun, we are able to effectively split the molecule of water into hydrogen and oxygen and thus provide a clean and sustainable fuel source. This method not only reduces the environmental footprint involved in traditional methods of hydrogen production but also taps into a widespread resource—water condensate—that is normally underutilized in industrial processes. With emerging solar water splitting technologies, we can realize the potential for decentralized hydrogen production and enable communities to shift towards a cleaner and more autonomous energy infrastructure.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental investigation of liquid cooling of lithium ion batteries in an energy storage system
Bir enerji depolama sisteminde lityum iyon pillerin sıvı soğutulmasının sayısal ve deneysel incelenmesi
OYA KORKMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Türkiye'nin uzun dönemli enerji planlamasında, alternatif enerji senaryolarıyla yenilenebilir enerji sistemlerinin simülasyonu ve analizi
Simulation and analysis of renewable energy systems with alternative energy scenarios in Türkiye's long-term energy planning
EMİNE ERTANE BAŞ
Doktora
Türkçe
2025
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VECİHİ YİĞİT
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEYMA EMEÇ
- Plant-wide process analysis targeting reliable estimation of biogas production from anaerobic sludge digestion
Anaerobik çamur çürütme prosesinden biyogaz üretiminin güvenilir tahminine yönelik tesis geneli proses analizi
GÖKŞİN ÖZYILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- A novel multidisciplinary paradigm for energy demand reduction in building sector: On the relationship between the energy efficiency, aesthetics and marketability of residential buildings
Bina sektöründe enerji talebinin azaltılması için yeni bir multidisipliner paradigma: Konut binalarının enerji verimliliği, estetiği ve pazarlanabilirliği arasındaki ilişki üzerine
YUSUF CİHAT AYDIN
Doktora
İngilizce
2019
MimarlıkThe University of NottinghamMimarlık ve Yapılı Çevre Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PARHAM MİRZAEİ AHRANJANİ
- An agent-based approach to assess the impact of electricity generation on carbon emissions
Bir ajan temelli yaklaşim ile elektrik üretiminin karbon emisyonlari üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi
DENİZHAN GÜVEN
Doktora
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesiİklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR KAYALICA
PROF. DR. ÖMER LÜTFİ ŞEN