DORA-4 jeotermal enerji santralinin performans analizi ve optimum çalışma koşullarının operasyonel ve modifikasyon teknikleri ile incelenmesi
Performance analysis of DORA-4 geothermal power plant and investigation of optimum operating conditions by operational and modification techniques
Yazar: CEYHUN BAYDAR
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN YAĞLI
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerjinin kalitesi ve düzenliliği, enerji talebinde öncelikli tercih nedenleri arasındadır. Bu bağlamda, alternatif enerji kaynaklarından jeotermal enerji de yenilenebilir, sürdürülebilir, temiz ve ucuz olması bakımından son yılarda en çok tercih edilen ve hatta gün geçtikçe de kurulu gücü artan, yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Ancak, enerji kaynaklarının seçimi ya da değerlendirilmesi kadar güç üretim sistemlerinin yapısal ve operasyonel optimizasyonları da gerek sistemden maksimum performansın elde edilebilmesi gerekse işletme ve bakım maliyetleri bakımdan dikkate alınması gereken önemli bir konudur. Bu çalışmada, Aydın'ın Köşk ilçesinde bulunan DORA-4 Jeotermal Enerji Santralinin, mevcut işletme şartlarındaki performans durumunun değerlendirilmesi ve ardından operasyonel ve modifikasyon teknikleri uygulanarak, santralin optimum çalışma koşullarının belirlenmesi hedeflenmiştir. Bununla birlikte, çalışmada kullanılan kapsamlı analiz yöntemleri ve yapılan değerlendirmelerle mevcut bir sistemin eksikliklerinin, yetersizliklerinin ve olası iyileştirmelerinin tespit edilebilmesi kapsamında, üreticilere ve kullanıcılara bir analiz metodolojisinin sunulması amaçlanmıştır. Çalışmada sadece, elektriksel güç üretiminin gerçekleştirildiği, santralin OEC (Ormat enerji dönüştürücüsü) bölümü incelenmiş, jeotermal akışkanın üretildiği BOP (Jeotermal akışkan üretim tesisi) kısmı ise kapsam dışı bırakılmıştır. Santralin performans analizleri, santrale ait gerçek işletme parametreleri üzerinden yapılmış ve hesaplamalarda, temel enerji ve ekserji denklemleri ile CoopProp uygulamasından yararlanılmıştır. Santralin performans iyileştirilmesinin araştırılması kapsamında da performans değerlendirme sonuçları esas alınmış ve çevrimlere entegre edilen kızdırıcılar ile türbin giriş parametrelerinin değiştirilmesi suretiyle tesis, Steag GbmH tarafından geliştirilen EBSILON Professional programından yararlanılarak, hem yapısal ve hem de operasyonel olarak optimize edilmiştir. Yapılan detaylı termodinamik analiz sonucunda, santralin üretim kapasitesinin ılıman mevsimlerde düştüğü, bu durumun da artan hava sıcaklıkları karşısında tesisin soğutma sisteminin yetersizliğinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, tesise entegre edilen kızdırıcıların, mevcut çalışma sıvısının termofiziksel özelliklerinden dolayı sisteme herhangi bir katkısının olmadığı tespit edilmiştir. Yani herhangi bir ilave ekipmana gerek kalmaksızın, sadece parametrik iyileştirmelerle bile % 15,5' lik bir artışla santralin üretim kapasitesinin 1 870 kW daha arttırılabileceği bulunmuştur. Son olarak santral, ekonomik ve çevresel açıdan da değerlendirilmiş, yapılan optimizasyon çalışmasıyla tesisin, ekonomik ve emisyon değerlerinde de iyileştirmeler sağlanmıştır.

Abstract:
The quality and regularity of energy are among the primary reasons for preference in energy demand. In this context, alternative energy resources geothermal energy is also renewable It is a renewable energy source that has been the most preferred in recent years in terms of being sustainable, clean and cheap, and even its installed power is increasing day by day.  However, the structural and operational optimisation of power generation systems is as important as the selection or evaluation of energy sources, both in terms of obtaining maximum performance from the system and in terms of operation and maintenance costs. In this study, it is aimed to evaluate the performance status of DORA-4 Geothermal Power Plant located in Köşk district of Aydın in the current operating conditions and then to determine the optimum operating conditions of the plant by applying operation and modification techniques. In addition, it is aimed to provide an analysis methodology to producers and users within the scope of identifying the deficiencies, inadequacies and possible improvements of an existing system with the comprehensive analysis methods used in the study and the evaluations made. In the study, only the electrical power generation OEC (Ormat Energy Converter) section of the power plant, where the electrical power generation is realised, is examined, while the BOP (Balance of Plant) section, where the geothermal fluid is produced, is excluded. The performance analyses of the power plant are based on the actual operating parameters of the power plant and the basic energy and exergy equations and CoopProp application are used in the calculations. In the scope of investigating the performance improvement of the power plant, the results of the performance evaluation were taken as a basis and the plant was optimised both structurally and operationally by changing the turbine inlet parameters with the superheaters integrated into the cycles, using the EBSILON Professional programme developed by Steag GbmH. As a result of the detailed thermodynamic analyses, it was determined that the production capacity of the power plant decreases during the mild seasons, which is due to the inadequacy of the cooling system of the plant in the face of increasing air temperatures. In addition, it has been determined that the superheaters integrated into the plant do not contribute to the system due to the thermophysical properties of the existing working fluid. In other words, it has been found that the generation capacity of the power plant can be increased by 1 870 kW with an increase of 15,5 % even with only parametric improvements, without the need for any additional equipment. Finally, the plant was also evaluated in terms of economic and environmental aspects, and improvements were achieved in the economic and emission values of the plant with the optimisation study.