Yeniden tam güçlendirme yöntemi ile doğal gaz kombine çevrim santraline dönüştürülen bir termik santralin modellenmesi ve performans değerlendirmesi
Modeling and performance evaluation of a thermal power plant converted to a natural gas combined cycle power plant by full repowering method
Yazar: ANIL KURBANOĞLU
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Atık ısı = Waste heat ; Buhar türbini = Steam turbine ; Gaz türbini = Gas turbine ; Kombine çevrim santralleri = Combine cycle plants ; Performans değerlendirme = Performance evaluation ; Rehabilitasyon = Rehabilitation

Özet:
Endüstriyel gelişmenin bir sonucu olarak sürekli artan elektrik talebi, daha büyük kurulu güç ve üretim kapasitesine duyulan ihtiyacı da beraberinde getirmektedir. Bununla birlikte, mevcut yasal düzenlemeler, yeni ekipmanların sermaye maliyetleri, zamana bağlı kısıtlamalar ve enerji santrallerinin inşa edilmesine karşı toplumsal tepkiler, yeni enerji üretim projeleri için zorluklar oluşturmaktadır. Bu zorlayıcı faktörler son yıllarda "yeniden tam güçlendirme" kavramının tekrar önem kazanmasına neden olmuştur. "Ambarlı Yeniden Güçlendirme Projesi" Türkiye'de ilk defa yürütülen, dünyada ise boyutu, kapsamı ve niteliği açısından sınırlı sayıda örneği olan bir "Doğal Gaz Kombine Çevrim Santraline Dönüştürerek Yeniden Tam Güçlendirme" projesidir. Söz konusu projede mevcut fuel-oil yakıtlı buhar santrali, doğal gaz yakıtlı kombine çevrim santraline dönüştürülerek yeniden tam güçlendirilmiştir. Bu tez kapsamında, mevcut buhar türbininin ilk performans hesaplamaları ve rehabilitasyon sonrası elde edilebilir güç çıkışı detaylı olarak değerlendirilmiştir. Türbin giriş sıcaklığı, basınç ve buhar debisi gibi parametreler, kombine çevrim santralin performansının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanıyan simülasyon modeli için sınır koşulları olarak tanımlanmıştır. Geliştirilen modelin çıktılarının resmi performans test sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanması amacıyla detaylı bir validasyon çalışması yürütülmüştür. Sonuçlar, kondenserden ısı deşarjında sadece %25 bir artış ile santralin toplam kapasitesinin %203 oranında artırılabileceğini göstermektedir. Ayrıca yeniden güçlendirmenin, ekonomik faydalara ek olarak, NOx, SOx ve CO2 emisyonlarının azaltılması gibi önemli olumlu çevresel etkilere sahip olduğu da bulunmuştur. Resmi performans testleri ile doğrulanan bu özgün çalışmanın, gelecekte yapılacak benzer projelere ışık tutması beklenmektedir.

Abstract:
Increasing electricity demand as a result of industrial development brings with it the need for larger installed power generation capacity. However, existing regulations, capital costs of new equipment, time-dependent constraints, and public opposition against construction of new power plants pose a strong challenge for greenfield power generation projects. These compelling factors have caused the "full repowering" concept to gain importance again in recent years. "Ambarlı Repowering Project" is a "Full Repowering by Conversion to Combined Cycle Power Plant" project that is the first of its kind in Turkey and is equaled in magnitude and complexity by only a handful of worldwide examples. In this context the existing heavy fuel-oil fired steam power plant was repowered by conversion to natural gas fired combined cycle power plant. Here, in this thesis, initial performance calculations of the existing steam turbine and achievable power output after rehabilitation are evaluated in detail. Parameters such as inlet temperature, pressure, and steam mass flow are defined as boundary conditions for the simulation model of the repowered Ambarlı Power Plant that allows a comprehensive evaluation of the performance of the combined cycle power plant. An in-depth validation study is conducted to verify the outputs of the developed model by comparing them with the official performance test results. The results show that with only a 25% increase in heat rejection from the condenser, the total capacity of a conventional steam power plant can be increased by 203%. Moreover, it is found that repowering has significant positive environmental effects such as reduction of NOx, SOx, and CO2 emissions in addition to economic benefits. Therefore, it is expected that this novel thesis study, which has been validated with official performance tests, will shed light on similar projects to be made in the future.