Hamitabat kombine çevrim santralinin enerji-ekserji analizi ve iyileştirme önerileri

Ülkelerin artan enerji talepleri ve 2021 yılı sonunda ortaya çıkan enerji krizi ile enerji üretiminde kaynak çeşitliliği büyük önem kazanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarına yapılan yatırımlar her geçen yıl artmasına rağmen enerji talebinin karşılanmasında yetersiz kalmaktadır. Avrupa ülkelerinin çevre politikaları gereği yenilebilir enerjiye hızla geçişi, kömür ve doğalgaz yakıtlı santrallere olan yatırımları azaltmıştır. Bu durum enerji arzındaki yetersizlik sebebiyle enerji krizine sebep olmuştur. Birçok ülke kömür ve doğalgaz gibi baz yük santrallerini devreye alarak enerji taleplerini karşılamıştır. Bu kapsamda, doğalgaz ve kömür yakıtlı termik santraller güç üretimde önemli rol oynamaktadır. Bu sebeple özellikle doğalgaz çevrim santrallerinde emre amadelik ve rehabilitasyon çalışmaları büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada Kırklareli'nin Lüleburgaz ilçesinde bulunan Hamitabat Doğalgaz Kombine Çevrim Santrali (DKÇS) incelenmiştir. Hamitabat KÇS Türkiye'nin ilk doğalgaz kombine çevrim santralidir ve 2017 yılında 520 milyon €'luk bir proje ile yenilenerek kurulu gücü 1220 MW'a yükseltilmiştir. Çalışma kapsamında Hamitabat DKÇS'nin enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Söz konusu analizler ile santralin bileşen bazında incelemesi gerçekleştirilerek tesis performansının geliştirilmesi için alternative yaklaşımlar belirlenebilecektir. Çalışmada Engineering Equation Solver (EES) programı kullanılmıştır ve santralin işletme verilerinden yararlanılmıştır. Hamitabat DKÇS'nin kompresör, yanma odası, gaz türbini, atık ısı geri kazanım kazanı, buhar türbinleri, kondenser, pompalar ve yardımcı ekipmanları detaylı olarak incelenmiştir. Sonuçlar ekserji yıkımının en fazla olduğu santral bileşeninin, toplam ekserji yıkımının %77,607'lik kısmını oluşturan, yanma odası olduğunu göstermiştir. Yanma odasını sırasıyla; atık ısı geri kazanım kazanı, kompresör, gaz türbini ve alçak basınç türbini takip etmektedir. Ekserji verimleri en yüksek olan ekipmanlar sırasıyla; gaz türbini, yüksek basınç türbini, kompresör, orta basınç türbini ve hidrolik türbin olarak tespit edilmiştir. En düşük ekserji verimliğine sahip ekipmanların yanma odası ve kondenser pompası olduğu bulunmuştur. Ekserji yıkımları ve ekserji verimlerine bağlı olarak en yüksek geliştirme potansiyeline sahip ekipmanlar sırasıyla; yanma odası, kompresör ve atık ısı geri kazanım kazanı olarak belirlenmiştir. Santralin enerji verimi %59,70, ekserji verimi ise %58,52 olarak hesaplanmıştır. Toplam ekserji yıkımı 396,084 MW ve toplam geliştirme potansiyeli 72,567 MW olarak bulunmuştur. Hamitabat KÇS'nin enerji ve ekserji analizine ilaveten sıcaklık ve basınç değerlerine bağlı olarak parametrik analizler yapılmıştır. Parametrik analizler kapsamında; kondenser basıncının alçak basınç türbinine ve santralin enerji ve ekserji verimine etkileri, yüksek basınç buhar türbini giriş sıcaklığının ve basıncının türbinin ekserji yıkımına ve toplam buhar türbini güç üretimine etkisi, orta basınç buhar türbini giriş sıcaklığının orta basınçlı buhar türbinin ekserji yıkımına ve toplam buhar türbini güç üretimine etkisi incelenmiştir. Kondenser basıncındaki 1,2 kPa'lık bir artışın alçak basınç türbinindeki güç üretimini 3,2 MW azalttığı tespit edilmiştir. Kondenser basıncının türbin gücündeki bu olumsuz etkisi santralin enerji ve ekserji verimlerini sırasıyla %0,312 ve %0,306 azaltmıştır. Yüksek basınç buhar türbini giriş sıcaklığının 592oC'den %5,1'lik artışla 622oC'ye çıkarılmasının buhar türbinlerinden üretilen toplam enerjiyi 8,6 MW arttırdığı ve yüksek basınç buhar türbininde meydana gelen ekserji yıkımını 2,8 MW azalttığı tespit edilmiştir. Yüksek basınç buhar türbini basıncının 16,8 MPa'dan 19,5 MPa'a çıkarılmasının buhar türbinlerinden elde edilen gücü 2,3 MW azalttığı, yüksek basınç buhar türbini ekserji yıkımını ise 2,7 MW arttırdığı tespit edilmiştir. Orta basınç buhar türbini giriş sıcaklığının 30oC arttırılması, buhar türbinlerindeki toplam güç üretimini 8,1 MW arttırdığı ve orta basınç buhar türbini ekserji yıkımını da 2,8 MW azalttığı görülmüştür. Sıcaklık artışının neden olduğu bu olumlu etki santralin enerji ve ekserji verimlerini sırasıyla %0,79 ve %0,77 iyileştirme potansiyeline sahiptir.