Doğal gaz basınç düşürme istasyonlarında turbo genleştirici kullanımı ile elektrik ve hidrojen üretim potansiyelinin incelenmesi
Electricity and hydrogen production potential assessment by using turbo expander in natural gas pressure reduction stations
Yazar: MUSA ERMİŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMET ÇELİK
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Doğal gazın boru hatları ile iletilmesi prosesi, gazın üretim tesislerinden başlayarak yüksek basınçta kilometrelerce yol katetmesi ve kullanım yerlerine ulaşmasıyla son bulmasıdır. Doğal gazın iletimi, kompresör istasyonlarının gazın basıncını arttırmasıyla mümkün olabilmektedir ve kompresörler büyük miktarda doğalgaz tüketerek gerekli enerjiyi üretmektedirler. Tüketilen enerjinin bir kısmı, doğal gaz boru hatları üzerinde kurulu olan basınç düşürme istasyonlarında geri kazanılabilir. Turbo Genleştirici (TG) denilen türbin ve jeneratör sisteminden oluşan ekipman, doğal gazın basıncını düşürürken aynı zamanda basınç farkından enerji geri kazanımı ile elektrik enerjisi üretebilmektedir.
Bu çalışmada, uluslararası doğal gaz iletim hattı üzerine kurulu olan bir basınç düşürme istasyonunun (UBDİ) verilerine dayanarak TG kurulumu modellemesi ile enerji dengesi hesapları yapılmıştır. Modellenen sistemin enerji dengesi açısından karlı ve uygulanabilir olup olmadığı araştırılmıştır. İstasyon giriş-çıkışındaki basınç ve sıcaklık değerlerinin enerji geri kazanımını nasıl etkilediği incelenmiştir. Yıllık akış miktarına bağlı olarak elektrik üretim potansiyeli hesaplanmış ve ikinci bir ürün olarak hidrojen üretim potansiyeli de ortaya çıkarılmıştır. Benzer hesaplar ulusal iletim hattı üzerinde kurulu bir şehir giriş istasyonu olan Pendik RMS-A tipi basınç düşürme istasyonu verileri ile de yapılmıştır. Böylece iki istasyonun enerji geri kazanım potansiyelleri ortaya çıkarılmıştır. 
Modellenen sistemde ticari olarak üretilen bir TG özelliklerine dayanarak, UBDİ'nin 11MW elektrik üretim potansiyeli ve PEM elektroliz yöntemiyle de 1200 Nm3/h hidrojen üretim potansiyeli olduğu tespit edilmiştir. Böylelikle, doğal gaz iletim sürecindeki enerji maliyetleri azaltılarak daha sürdürülebilir bir enerji yönetimi sağlanabilir. Ayrıca çalışmada, enerji geri kazanımının önemini vurgulanarak geleceğin yakıtı olarak görülen hidrojenin üretimi için yeni bir bakış açısı sunulmuştur.

Abstract:
The process of transmitting natural gas through pipeline networks starts at production facilities and ends with the gas reaching usage locations after traveling for kilometers at high pressure. The transmission of natural gas is made possible by compressor stations increasing the pressure of the gas and compressors provide their energy by consuming large amounts of natural gas. A portion of the consumed energy can be recovered at pressure reduction stations installed along natural gas pipelines. Equipment consisting of turbines and generators, called turbo expanders, can reduce the pressure of natural gas while simultaneously generating electricity from energy recovery due to pressure differences.
In this study, energy balance calculations were made with turbo expander installation modeling based on the data of a pressure reduction station built on the international natural gas transmission line (UBDI). The effect of pressure and temperature values at station inlet and outlet on energy recovery was examined. The electricity generation potential was calculated based on the annual flow rate, and the potential for hydrogen production as a second product was also evaluated. Similar calculations were made with the data of Pendik RMS-A type pressure reduction station, which is a city entrance station on the national transmission line installed. Thus, the energy recovery potentials of the two stations were revealed.
Based on the characteristics of a commercially available TE system, it was determined that the UBDI has an 11MW electricity generation potential and a potential for hydrogen production of 1200 Nm3/h using PEM electrolysis in the modeled system. This allows for the reduction of energy costs in the natural gas transmission process, enabling a more sustainable energy management. Furthermore, the study emphasizes the importance of energy recovery and offers a new perspective on hydrogen production as the fuel of the future.