Ultra süper kritik termik santrallerinin termodinamik ve ekonomik analizi

Abstract

ÖZET Küresel ısınma, dünyayı tehdit eden en önemli sorunlardan biridir. Çalışmalar atmosferdeki sera gazı konsantrasyonu ile küresel sıcaklık artışı arasında doğrusal bir orantı bulunduğunu göstermektedir. Birçok ülkede, elektrik üretimi yakıt olarak fosil kullanan buhar güç santrallerinde yapılmaktadır. Son yıllarda, birçok güç üretim şirketi termik santrallerde verimleri arttırmak ve çevresel etkileri azaltmak için çalışmalar yapmaktadır. Diğer taraftan, elektrik enerjisi enerjinin en uygun formudur ve modern hayatın ayrılmaz bir parçasıdır. Ek olarak, enerji tüketim seviyesi, ülkelerin gelişmişlik seviyesini belirlemek için kullanılan kriterdir. Günümüzde elektrik enerjisinin %86’sı fosil yakıt kullanan termik güç santrallerinden ve %14’ü ise hidrolik, nükleer, rüzgar, güneş, jeotermal ve biyogazdan temin edilmektedir. Türkiye’de 2015 yılında, termik santraller kurulu güçte %58’lik paya sahipken, üretimde ise %69’luk bir paya sahip olmuştur. Enerji, ekonomik ve sosyal gelişme için çok önemlidir ve diğer ülkelerde olduğu gibi Türkiye’de de yaşam kalitesini arttırır. Fakat, Türkiye’de termik güç santrallerinde üretilen gücün ortalama %50’si, ithal yakıt kullanan santrallerde üretilmektedir. Özellikle doğalgaz ithalatı gün geçtikçe artmaktadır. Sonuç olarak enerji dönüşümü, enerji güvenliği, çevrenin korunması emisyon ve ithal yakıtın azaltılması için son derece önemlidir. Türkiye’deki güç santrallerinin buhar parametreleri yaklaşık 130 Bar ve 550C civarındadır. Ayrıca termik verimleri %30 ila %35 arasındadır. Bu santraller, yüksek oranda CO2 salınımı yaparlar ve küresel ısınmaya katkıları yüksektir. Güç santrallerinin, enerji ve ekserji verimlerini arttırmak için yüksek buhar şartları altında işletilmelidir. Taze Buhar basıncı 300 bar’a kadar ulaşabilir ve Taze Buhar sıcaklığı 600 C’ye kadar yükseltilebilir. Bu yüzden, Ultra-süperkritik termik santraller, enerji ve ekserji verimlerini arttırmak için Türkiye ve diğer ülkeler için oldukça önemlidir ve dışa bağımlılığı azaltmak için en iyi çözüm yollarından biridir. Bu çalışmada, 5 farklı termik güç santralinin analizi Ebsilon Professional programı kullanılarak analiz edilmiştir. Bir adet kritik-altı, bir adet süper-kritik ve üç adet Ultra-süperkritik termik santral bulunmaktadır. Kritik-altı termik santralin buhar parametreleri, Soma Termik Santrali’nden alınmıştır. Farklı yüklemeler altında, Ultra-süperkritik termik santrallerindeki enerji ve ekserji analizleri incelenmiştir. Kritik-altı olarak işletilen Soma Termik Santrali tek ara kızdırma, bir adet yüksek basınç(YB) türbini, bir adet orta basınç (OB) türbini, bir adet alçak basınç (AB) türbini, iki adet yüksek basınçlı besleme suyu ısıtıcısı (YBI), dört adet alçak basınç besleme suyu ısıtıcısı (ABI) ve bir adet degazörden (DEG) oluşmaktadır. Soma Termik Santrali’nin Taze Buhar basıncı 139,26 Bar ve 540 C’dir. Ultra-süperkritik buhar şartlarında işletilen Uygulama 4 ise çift ara kızdırma, bir adet YB türbini, iki adet OB türbini, bir adet AB türbini, dört adet YBI, altı adet ABI ve bir adet DEG’den oluşmaktadır. Uygulama 4’ün buhar parametreleri 600 C ve 300 Bar olarak alınmıştır. Uygulama 4’ün termik verimi, Soma Termik Santrali ile karşılaştırıldığında, %100 yükleme altında %9,241, %75 yükleme altında %8,217 ve %50 yükleme altında %7,672 artmıştır. Uygulama 4’ün ekserji verimi, Soma Termik Santrali ile karşılaştırıldığında ise, %100 yükleme altında %8,062, %75 yükleme altında %7,198 ve %50 yükleme altında ise %6,692 yükselmiştir. Bu sonuçlar, buhar şartlarının, ara kızdırma ve besleme suyu ısıtıcılarının sayısının enerji ve ekserji verimi üzerinde büyük etkisi olduğunu göstermiştir. Son olarak, çalışmada sistemlerin ekonomik analizleri de farklı şartlar altında incelenmiş ve elektrik üretim maliyeti en yüksek santral kapasitesinin %50, yıllık çalışma saatinin 5900 ve kömür fiyatının 37,14 $/ton olması durumunda, en düşük ise santral kapasitesinin %100, yıllık çalışma saatinin 8760 ve kömür fiyatının 8,57 $/ton olması durumunda gerçekleştiği bulunmuştur. Ayrıca, en kısa amortisman süresi ise santral kapasitesinin %100, yıllık çalışma saati 8760 ve kömür fiyatının 37,14 $/ton olması durumunda gerçekleşir.