Katı yakıtlı kombine çevrimlerin performans ve ekserji analizi

Dünyada enerji ihtiyacı uluslararası düzeyde önemli bir yer kaplamaktadır. Artan sanayileşme, teknolojinin hızla gelişmesi enerji ihtiyacınıda her geçen gün arttırmaktadır. Dünya üzerindeki enerji kaynaklarının tükenebilir olması yüksek verimlilikle kaynakların kullanımını ön plana çıkartmaktadır. Yapılan bu çalışmada yüksek ısıl enerjiye sahip GT-MHR tip nükleer santralin performans ve ekserji analizi NIST Kimya kitabında modellenerek yapılmıştır. GT-MHR, bir yandan Brayton çevrimi ile helyum gazını kullanarak elektrik üretirken, diğer yandan sistemin atık ısısını Rankine çevrimi ile değerlendiren bir yapı sunmuştur. Brayton çevrimi, helyum gazının reaktör çekirdeğinde yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasını, ardından bir gaz türbini yardımıyla mekanik enerjiye dönüştürülmesini sağlar. GT-MHR'nin tasarımında yer alan bu hibrit yapı, nükleer ve yenilenebilir enerji kaynaklarının bir arada kullanımına olanak tanır. Yaklaşık 14.000 - 16.000 kPa aralığında ekserji veriminin maksimum seviyeye ulaştığı belirlenmiştir. Bu noktada sistemin ekserji kayıpları en düşük seviyeye yaklaşmakta ve bileşenler en ideal çalışma koşullarına erişmektedir. Eğer sistem bu aralığın altında veya üstünde çalıştırılırsa, toplam ekserji verimi azalacaktır. Dolayısıyla, optimum çalışma koşullarını sağlamak için kompresör basıncının dikkatli bir şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Kompresör basıncı 12.000 kPa basınç seviyesinde iken 570.000 kW civarında olan net iş üretimi, 22.000 kPa seviyesinde yaklaşık 535.000 kW'a kadar düşmektedir. Bu eğilim, kompresör basıncının artırılmasının sistemin toplam iş üretimi üzerinde olumsuz bir etkisi olduğunu göstermektedir. Başlangıçta pompa basıncı 500 kPa'da yaklaşık 0,745 (%74,5) seviyesinde olan ekserji verimi, 1000 kPa basınç seviyesinde %75,1'e kadar yükselmektedir. 500 kPa seviyesindeki pompa basıncı yaklaşık 532.000 kW olan net iş üretirken, 1000 kPa seviyesinde 560.000 kW'a kadar çıkmaktadır. Böylece, GT-MHR hem yüksek verimliliği hem de çevresel sürdürülebilirliği bir araya getirerek geleceğin enerji teknolojilerine öncülük etmektedir.