Gazlaştırıcılı kombine çevrim santralleri ve yerli termik santrallerde performans güçlendirilmesi
Integrated gasification combined cycles and repowering of local thermal power plants
Yazar: MUSTAFA ZEKİ YILMAZOĞLU
Danışman: PROF. DR. ALİ DURMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji = Energy ; Enerji analizi = Energy analysis ; Enerji benzetimi = Energy simulation ; Enerji ekonomisi = Energy economy ; Gazlaştırma = Gasification ; Gazlaştırma yöntemleri = Gasification method ; Karbon giderimi = Carbon removal ; Termal verimlilik = Thermal efficiency ; Termik santraller = Thermal power plants

Özet:
Bu çalışmada, kömürün gazlaştırılması ile güç üretimi, santrallerin yeniden elektriksel ve çevresel performanslarının güçlendirilmesi ve gazlaştırma teknolojilerinin yeniden güçlendirme uygulamalarında kullanılmasının teknoekonomik analizleri yapılmıştır. Bu amaçla, 2010 yılında devre dışı bırakılan ve Soma A termik santrali incelenmiştir. Soma A termik santralinde yerinde incelemeler yapılarak santralin mevcut durumu gözlemlenmiştir. Santralden edinilen tasarım verilerine göre, santralin bir modeli THERMOFLEX paket programında oluşturulmuştur. Soma A termik santralinin yeniden performans güçlendirme alternatiflerinin karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Yeniden performans güçlendirme alternatifleri olarak; besleme suyu ön ısıtma, yakma havası ön ısıtma, paralel yeniden güçlendirme, gazlaştırma ile yeniden güçlendirme teknik ve ekonomik yönlerden farklı gaz türbini gücü oranlarına göre karşılaştırılmıştır. Güneş enerjisi destekli hibrit bir santral yapısı oluşturularak besleme suyu ön ısıtması ve direkt buhar üretiminin santral performansına etkileri incelenmiştir. Güneş enerjisi parabolik oluk tipi güneş kolektörleri ile değerlendirilmiş olup enerji depolama ilk yatırım maliyetini artırdığı için ihmal edilmiştir. Gazlaştırma teknolojilerinin uygulanması durumunda hava ve oksijenli ortamda gazlaştırmanın santral performansına olan etkileri incelenmiştir. Oksijen ile gazlaştırma sonucu daha yüksek alt ısıl değerde sentez gaz elde edilirken oksijen üretimininden dolayı santralin ilk yatırım ve işletme maliyetleri artmaktadır. Temiz kömür teknolojileri kapsamında gazlaştırma ile CO2 tutma ve depolama sistemleri hava ile gazlaştırma durumunda incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, gazlaştırma uygulamaları kurulu gücü artırırken santralin artan iç tüketimi nedeni ile santral verimini azaltmaktadır. Santral veriminin mevcut durumunda yüksek olduğu tek uygulama sürüklenmeli tip bir gazlaştırıcı kullanılması durumunda bulunmuştur. Özgül yeniden güçlendirme maliyetinin en az olduğu durum paralel yeniden güçlendirme olarak bulunmuştur. Buna karşın, birim elektrik üretim maliyeti göz önüne alındığında yakma havası ön ısıtma uygulaması en düşük maliyete sahip uygulama olarak bulunmuştur. CO2 maliyetlerinin de hesaba katılması durumunda çok yüksek ilk yatırıma sahip olan yanma sonrası CO2 tutma uygulamasının diğer uygulamalarla ve mevcut durumla rekabet edebilir bir düzeye geldiği hesaplanmıştır.Tüm bu hesaplamaların sonucunda hem kurulu güç artışının sağlanması hem de birim güç başına CO2 salınımının kısa vadede azaltılması mevcut kömürlü termik santrallerin gaz türbinleri ile yeniden güçlendirilmesi ile sağlanabilir. Gazlaştırma teknolojilerinin ve CO2 tutma sistemlerinin ileriye dönük 10 yıllık enerji projeksiyonunda yerini alması ve bu çalışmaların bir pilot santralde yürütülmesi ülkemizin yerli kaynaklarının değerlendirilmesi ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılması adına büyük önem taşımaktadır.Anahtar Kelimeler :Yeniden güçlendirme, Gazla?tırıcılı kombine çevrim santrali, gazla?tırma, Temiz kömür teknolojileri, CO2 tutma

Abstract:
In this study, technoeconomic analysis of power generation via gasification of coal, repowering electrical and environmental performances of thermal power plants and applying gasification technologies to the repowering applications are performed. For this purpose, Soma A thermal power plant, deactivated on 2010, was examined. Onsite examinations performed to observe the current status in Soma A thermal power plant. According to the design parameters obtained from power plant a model was constituted in THERMOFLEX software. Comparison of performance repowering alternatives of Soma A thermal power plant were carried out. As alternatives for performance repowering; feedwater heating, hot windbox, parallel repowering and gasification technologies are compared with in terms of technically and economically different gas turbine power ratios. A hybrid solar assisted power plant formed to investigate the effects of feed water preheating and direct steam production on the performance of thermal power plant. Solar energy is utilized by parabolic trough type solar collectors and thermal energy storage is ignored because of increasing first investment cost. In the case of implementing gasification technologies the effects of gasification with air and oxygen to the performance of power plant is investigated. In the case of gasification with oxygen lower heating value of syngas is higher than the gasification in the air. However, in this case first investment and operational costs of power plant increases. Within the scope of clean coal technologies CO2 capture and storage systems are examined in case of gasification by air. According to the results, implementation of gasification technologies increase the installed capacity of the power plant while due to the increased auxiliary consumption of the plant the net electric efficiency is decreased. In the case of entrained gasifier application the net electric efficiency of the power plant calculated more than current situation. The cheapest specific repowering cost is found in parallel repowering application. In contrast, in the case of the unit electricity price hot windbox repowering application has the lowest cost. When considering CO2 prices, post combustion CO2 capture application with the highest first investment cost is able to compete with other alternatives.As a general result, installed capacity increment and CO2 emission per installed capacity decrement in short term is obtained by repowering with gas turbines in current coal fired thermal power plants. It has a vital importance that gasification technologies and CO2 capture systems take part in future 10 years energy projects and implementation of these technologies to a pilot plant in the terms of utilizing local energy sources and decrement in foreign-source dependency.Keywords :Repowering, Integrated gasification combined cycle, gasification, clean coal technologies, CO2 capture