EFFECTS OF AMBIENT CONDITIONS ON PERFORMANCE OF GAS TURBINE COGENERATION CYCLES

Bu çalışmada ekserji analizi metodu kullanılarak çevre şartlarının kojenerasyon çevrimlerinin performansı üzerine etkisi analiz edilmiştir. Bu kojenerasyon çevrimleri basit, hava ön ısıtmalı, hava-yakıt ön ısıtmalı ve giriş havası soğutmalı çevrimlerdir. Ayrıca bu çevrimler değişik hava yakıt kütle oranları için termodinamik açıdan incelenmiş ve performansları birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Kompresor giriş havasının 25 0C'den 0 0C'ye soğutulması elektrik güç üretimini 10-15 % civarında artırmaktadır. Ancak ısı gücü giriş havasının soğutulmasından dolayı 10 % civarında düşmektedir. Kompresör giriş havasına su püskürtülerek yaz sezonunda elektrik gücü kolayca 2-7 % civarında artırılabilir. Kompresör giriş havasının basıncı 101.3 kPa'dan 70.18 kPa'ya düşürüldüğünde çevrimlerin ekserji verimleri 11-13 % civarında düşmektedir. Ancak bu basınç düşüşü elektrik gücü üretiminde 25 % civarında düşüşe yol açmaktadır. En yüksek ekserji verimi hava-yakıt ön ısıtmalı çevrimde elde edilmiştir. Dört çevrim arasında en iyi ısı oranı ve ısı ekserjisi basit çevrimde elde edilmektedir. Bu çalışmada tüm çevre şartlarının bu çevrimler üzerindeki etkisi aynı anda göz önüne alınarak analiz edilmiş ve birbiri ile karşılaştırılmıştır.

ÇEVRE ŞARTLARININ GAZ TURBİNLİ KOJENERASYON ÇEVRİMLERİNİN PERFORMANSI ÜZERİNE ETKİLERİ

In this paper, effects of the ambient conditions on performance of cogeneration cycles are analyzed by using exergy analysis method. These cogeneration cycles are the simple cycle, the air preheating cycle, the air-fuel preheating cycle and the inlet air cooling cycle. Also, these cycles are evaluated thermodynamically for different air and fuel mass ratio and the performance of these cycles are compared. The electrical power generation increases about 10-15 % by decreasing the inlet air temperature of the compressor from 25 0C to 0 0C. However, the thermal power decreases about 10 % with decreasing inlet air temperature. During the summer, the electric power can be easily increased 2-7 % by injecting water into the inlet air of the compressor. The exergetic efficiency of cycles is decreased 11-13 %, by decreasing the compressor inlet air pressure from 101.3 kPa to 70.18 kPa. But this change decreases the electric power generation about 25 %. The highest exergy efficiency is obtained for the air-fuel preheated cycle. The simple cycle is the best among the four cycles to obtain high heat rate and heat exergy. The effects of all ambient conditions on these cycles are considered simultaneously, analyzed and compared with each other in this study

PDF

___

Al-Fahed, S.F., Alasfour, F.N., Abdulrahim, H.K., 2009, The Effect of Elevated Inlet Air Temperature and Relative Humidity on Cogeneration Systems, International Journal of Energy Research 33, 1384- 1394.
Amel, A.A., and Cadavid, F.J., 2002 Influence of the Relative Humidity on The Air Cooling Thermal Load in Gas Turbine Power Plant, Applied Thermal Engineering, 22, 1529-1533.
ASHRAE, 2000 Cogeneration systems and engine and turbine drives, ASHRAE Systems and Equipment Handbook (SI), Chapter 7, New York.
Ashraf, M.B., 2001, Effects of Evaporative Inlet and Aftercooling on The Recuperated Gas Turbine cycle, Applied Thermal Engineering, 21, 1875-1890.
Bejan, A., Tsatsaronis, G., Moran, M., 1996, Thermal Design and Optimization. Wiley Pub.
Boyce, M.P., 2002, Handbook for Cogeneration and Combined Cycle Power Plants, ASME Press New York.
Caresana, F., Pelagalli, L., Comodi, G., Renzi, M., 2014, Microturbogas Cogeneration Systems for Distributed Generation: Effects of Ambient Temperature on Global Performance and Components’ Behavior, Applied Energy, 124, 17-27.
Horlock, J.H., 1997, Cogeneration-combined Heat and Power (CHP), CRİEGER Pub. Florida.
Jaluria, Yogesh, 2008, Design and optimization of thermal systems, CRC Press.
Karaali, R., 2010, Thermoeconomic Optimization of Cogeneration Power Plants, PhD Thesis, Kocaeli Univ., Turkey.
Karaali, R., and Ozturk, I.T., 2015, Thermoeconomic Optimization of Gas Turbine Cogeneration Plants, Energy, 80, 474-485.
Karaali, Rabi, and Öztürk, İlhan Tekin, 2015, Thermoeconomic Analyses of Steam Injected Gas Turbine Cogeneration Cycles, ACTA Physica Polonica A 128, No:2B, B279-B281
Kehlhofet, R., Bachmann, R., Nielsen, H., Warner, J., 1999, Combined Cycle Gas Steam Turbine Power Plants, Penwell P.C.
Khaliq, A., Kaushik, S.C., 2004, Thermodynamic Performance Evaluation of Combustion Gas Turbine Cogeneration System With Reheat, Applied Thermal Engineering, 24, 1785-1795.
Kim, T.S., Song, C.H., Ro, S.T., Kauh, S.K., 2000, Influence of ambient condition on thermodynamic performance of the humid air turbine cycle. Energy, 25, 313-324.
Mohapatra, A.K. and Sanjay, 2014, Thermodynamic Assessment of Impact of Inlet Air Cooling Techniques on Gas Turbine and Combined Cycle Performance, Energy, 68, 191-203.
Moran, J.M., and Tsatsaronis, G., 2000, The CRC Handbook of Thermal Engineering, CRC Press LLC, 15-109.
Najjar, Y.S.H., 2001, Efficient Use of Energy by Utilizing Gas Turbine Combined Systems, Applied Thermal Engineering, 21, 407-438.
Pilavachi, P.A., 2000, Power Generation with Gas Turbine Systems and Combined Heat and Power, Applied Thermal Engineering, 20, 1421-1429.
Santo, D.B.E., Gallo, W.L.R., 2000, Predicting Performance of a Gas Turbine Cogeneration System with Inlet Air Cooling, Ecos2000 Proceedings, Universiteit Twente, Nederland.
Sue, D.C., Chuang, C.C., 2004, Engineering Design and Exergy Analyses for Combustion Gas Turbine Based Power Generation System, Energy, 29, 1183-1205.
Wang, F.J., Chiou, JS., 2002, Performance Improvement for a Simple Cycle Gas Turbine GENSET- a Retrofitting Example, Applied Thermal Engineering, 22, 1105-1115.