Kömürle çalışan bir termik santralin eksergoekonomik analizi ve uygulaması
Exergoeconomic analysis and application of a coal-fired thermal power plant
Yazar: FATİH KARATAŞ
Danışman: DOÇ. DR. BURHANETTİN ÇETİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Modern hayatın önemli bir ihtiyacı olan enerji, sağlık, gıda, otomotiv gibi birçok sektör için vazgeçilmezdir. Enerjiye duyulan ihtiyaç teknolojinin gelişmesi ile günden güne artarken üretilen enerji bu artan talebi karşılayamamaktadır. Buna ek olarak enerji üretimi sırasında çevreye salınan atıklar doğayı ve canlı yaşamı tehdit etmektedir. Bu nedenlerle dünya çapında enerji santrallerinde verimlilik arttırılması üzerine çalışmalar yapılmaktadır.
Enerji üretim verimliliğini açıkça gözler önüne seren ve hesaplanmasını kolaylaştıran kullanılabilirlik olarak da bilinen ekserji kavramı sayesinde enerji üretim sistemlerinde yapılan verimlilik analizleri daha somut hale getirilmekte ve sistem bileşenlerinin her biri için açık ve net analizler yapılarak sistem optimizasyonu gerçekleştirilebilmektedir.
Çevre faktörleri dikkate alındığında enerji üretim sisteminde çalışan makinelerin ve sistemlerin verimi göz önüne alınarak yakıttan elde edilebilecek maksimum enerji bellidir. Bu sınırlar dahilinde yapılan analiz de ekserji analizidir. Bu analize ekonomi dahil edildiğinde eksergoekonomik analiz olmaktadır. 
Bu çalışmada Çan Termik Santrali üzerine çalışılmıştır. 18 Mart Çan Termik Santrali Çanakkale ili Çan ilçesinde bu bölgenin sahip olduğu zengin linyit kömürünü kullanmak ve enerji elde etmek için Kulfa ve Yaya köyleri arasındaki 1600 dönümlük arazi üzerine 2004 yılında kurulmuştur. Kamuya ait olan Elektrik Üretim A.Ş. (EÜAŞ) tarafından işletilmektedir. Tesis Türkiye'nin 14. büyük Linyit Termik Santrali'dir. 
Çalışma kapsamında hesaplamalar, akış noktalarındaki (akımlardaki) sıcaklık ve basınç değerleri kullanılarak bunlara ait entalpi ve entropi değerlerinin bulunması ile başlamıştır. Elde edilen bu değerler ve yakıt, yakma havası ve baca gazı enerji değerleri kullanılarak ekipmanların enerji kayıpları elde edilmiştir. Bunun ardından akımlar ile baca gazı, yakma havası ve yakıtın fiziksel ve kimyasal ekserjileri hesaplanarak burada elde edilen bilgiler ekipmanların ekserji kayıplarının hesaplanmasında kullanılmıştır. Ekserji kayıplarının hesaplanması ile en büyük kaybın hangi ekipmanda gerçekleştiği tespit edilmiştir. Ekserji analizinin ardından ekonomik analize geçilmiştir. Ekonomik analiz sırasında ilk olarak ekipmanlar ve santralin ilk yatırım maliyeti ile bakım ve işletme masrafları gibi harcamalar dikkate alınmıştır. Bu maliyetlerin bazıları sadece bir defaya mahsus oluşurken bazıları senelik olarak oluşabilmektedir. Farklı sıklıkta oluşan maliyetler seviyelendirilerek, bu maliyetlerin saatlik karşılıklarına ulaşılmıştır. Eksergoekonomik analiz için ihtiyaç duyulan diğer değerler sırasıyla yakıt, baca gazı ve yakma havası birim ekserji maliyetleridir. Yakma havasının maliyeti sıfır alınırken yakıt ve baca gazı maliyetleri hesaplanmıştır. Bu aşamaya kadar hesaplanan değerler kullanılarak akımların birim ekserji maliyeti hesaplamalarına geçilmiştir. Akımların birim ekserji maliyetlerine kazan maliyet denge denklemleri ile ulaşılmıştır. Kazan maliyet denge denklemlerinden elde edilen akımların birim ekserji maliyetleri, sistemde dolaşan buhar ve su aynı hattın ürünü olması nedeniyle bütün ekipmanlar için aynı olmuştur. Akımların birim ekserji maliyetleri hesaplanmasının ardından ekipmanlar için ayrı ayrı kayıp ekserji maliyetleri hesaplanmıştır. Eksergoekonomik analizin tamamlanması sonucunda en büyük ekserji kaybının ve en büyük kayıp ekserji maliyetinin hangi ekipmanlarda olduğu tespit edilerek bu ekipmanlar ile ilgili akımlarda farklı sıcaklık ve basınç değerleri denenerek ekserji kaybı ve maliyette oluşan değişim gözlemlenmiştir. 
Yukarıda bahsedilen hesaplamalar EES – Engineering Equation Solver – programı kullanılarak yapılmıştır.

Abstract:
Energy, which is one of the first requirements of modern life, is indispensable for sectors like health, food, automotive. While the need for energy is increasing day by day with the development of technology, the energy produced cannot meet this increasing demand. In addition, wastes released into the environment during energy production threaten nature and living life. For these reasons, studies on increasing efficiency in power plants are carried out around the world.
Thanks to the concept of exergy, also known as usability, which clearly reveals energy production efficiency and facilitates its calculation, efficiency analyzes in energy generation systems are made more concrete and system optimization can be achieved by making clear and clear analyzes for each of the system components.
Considering the environmental factors, the maximum energy that can be obtained from the fuel is determined by considering the efficiency of the machines and systems operating in the energy production system. The analysis made within these limits is also the exergy analysis. When economics is included in this analysis, it becomes exergoeconomic analysis.
In this study, the Can Thermal Power Plant has been studied. 18 Mart Can Thermal Power Plant was established in Can district of Canakkale province in 2004, on a 1600 decare land between Kulfa and Yaya villages to use the rich lignite coal that this region has and to generate energy. It is operated by publicly owned Elektrik Üretim A.S. It is 14th largest Lignite Thermal Power Plant of Turkey. 
The calculations within the scope of the study started with the determination of the enthalpy and entropy values of the flows by using the temperature and pressure values. The energy losses of the equipments were obtained by using these values and the energy values of fuel, combustion air and stack gas. After that, the flows and the physical and chemical exergy of the stack gas, combustion air and fuel were calculated and the information obtained here was used to calculate the exergy losses of the equipment. With the calculation of exergy losses, it was determined in which equipment the biggest loss occurred. After the exergy analysis, economic analysis was started. During the economic analysis, firstly, expenses such as equipment and the initial investment cost of the power plant and maintenance and operating costs were taken into account. Some of these costs are only incurred once, while some occurs annually. The hourly equivalents of these costs have been obtained by leveling the costs incurred at different frequencies. The next value needed for exegeconomic analysis is the unit exergy costs of fuel, stack gas and combustion air. While the cost of combustion air was taken as zero, fuel and stack gas costs were calculated. By using the values calculated up to this stage, flow cost calculation has been started. Flow cost is obtained by the boiler cost balance equation. The flow cost value obtained from the boiler cost balance equation has been the same for all equipment since the steam and water circulating in the system are the products of the same line. After the flow cost calculation, the lost exergy costs were calculated separately for each equipment. As a result of the completion of the exergoeconomic analysis, it was determined in which equipment the biggest exergy loss and the biggest loss exergy cost were, and different temperature and pressure values were tested in the flows related to these equipments, and the exergy loss and change in cost was observed. 
The above mentioned calculations were made using the EES - Engineering Equation Solver - program.