Gaz türbinlerinde performans arttırmak için uygulanan buhar enjeksiyonunun türbin kanatlarına etkisi ve maliyet analizi

Abstract

Gelişmekte olan ülkelerdeki güçlü ekonomik büyüme ile birlikte elektriğe olan talep her geçen gün artmaktadır; ancak serbestleşen elektrik piyasaları, yüksek değişkenlik gösteren gaz fiyatları nedeniyle enerji üreticileri, enerji verimliliğini artırmak, üretim maliyetlerini azaltmak ve piyasa koşullarındaki değişime daha hızlı cevap verebilmek için uygun maliyetli yollar bulmaya çalışmaktadırlar. Güç üretimi için yaygın olarak kullanılan kombine çevrim santrallerinde, özellikle gaz türbinleri pik yüklerin karşılanması için sıklıkla kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada, bilgisayar destekli analiz programı ile tasarlanan bir kombine çevrim santralinde buhar türbininden alınan bir miktar buharın, gaz türbini yanma odasına enjeksiyon yapılması sonucu hem türbinlerde hem de santral genelinde güç çıkışı ve performansta meydana gelen değişimler incelenmiştir. Performans programından alınan veriler ışığında buhar enjeksiyonunun gaz türbini birinci sıra hareketli kanatların metal sıcaklığında meydana getirdiği değişim hesaplanmış, sıcaklık değişiminin kanatların servis ömrüne olan etkisi incelenmiştir. Son bölümünde; buhar enjeksiyonu nedeniyle oluşan ilave maliyetler ile fazladan üretilen elektrik enerjisinden elde edilen gelirler kıyaslanarak çalışmaya ekonomik bir boyut kazandırılmıştır. Bu kapsamda yapılan hesaplamalarda enjeksiyon sisteminin ilk yatırım maliyeti, yakıt ve su gibi operasyonel maliyetler, bakım maliyetleri ile serbest piyasa elektrik satış fiyatlarının ortalamaları dikkate alınmıştır. Bu çalışma ile; sabit yanma sıcaklığında çalışacak şekilde modellenen bir gaz türbininde ilgili kısıtlar çerçevesinde elektrik enerjisi üretimini maksimum yapacak buhar enjeksiyonu miktarı belirlenmiş; bu oranda yapılacak enjeksiyonun hem türbinde sağladığı ek enerji üretimi hem de gaz türbini birinci sıra hareketli kanatlarının servis ömrüne olan etkisi hesaplanmıştır. Böylece enjeksiyon sonucu santral genelinde oluşan gelirler ile giderler analiz edilerek tesisten elde edilebilecek net kâr/zarar gösterilmiştir. Bundaki amaç gaz türbini yanma odasına yapılacak olan bir buhar enjeksiyonu projesinin enerji üreticileri tarafında karşılık bulup bulamayacağının incelenmesidir.