Binary Jeotermal Santrallar
Transcript of Binary Jeotermal Santrallar
1
BİNARY JEOTERMAL SANTRALLAR
Tuğrul Başaran, 11521305
2
Giriş Dizayn Parametreleri Binary Çevrimin Termodinamik İncelenmesi İş Akışkanları Gelişmiş Binary Çevrimleri
İçindekiler
3
Düşük sıcaklıklı sıvı yada buhar ısıtma kaynağı (85 °C -170 °C )
Konvansiyonel Santrallara en yakın Jeotermal Çevrimi (Rankine Çevrimi)
Küçük Ölçekli (3 MW’a kadar) Düşük Verim (%2.8 - %5.5 arası) Düşük Sıcaklıklı Kaynaklarda diğer
çevrimlere göre daha ekonomik ve verimli Flaş santrallerinde alt çevrim olmak için
uygun
Binary Santrallar
4
Kullanılan İş akışkanları düşük kaynama noktalarına sahiptir.
Jeotermal akışkan, iş akışkanını buharlaştırmak için kullanılır.
Jeotermal akışkan çevre ile temasa geçmiyor. İki akışkan kullanıldığı için “Binary” (İkili, Çift)
ismini alır İş akışkanı türbine kızgın buhar olarak girer. Çevreye atık olarak sadece ısı veriyor. Kurulum maliyeti yüksek, işletme ve bakım
maliyeti düşük. Kapasite faktörü ve kullanılabilirlik yüksek
5
Jeotermal akışkan sıvı halinde kuyu içi pompalarla, flaşlama olmaması için basınçlandırılır. (Kabuk oluşumununda önüne geçilir.)
Termodinamik kayıplar flaşlama yerine eşanjörde oluşur. Bunlarda uygun dizayn ile minimize edilebilir.
Çevresel açıdan diğer çevrimlere göre daha temizdir. Türbin korozif etkilere daha az maruz kalır.
Soğutma hava ile ya da su ile yapılabilir. Hava ile soğutmaya daha uygun. (İş akışkanlarının
buhar yoğunluğu fazla) İş akışkanları donmadığı için düşük sıcaklıklı
bölgelere uygun. Endüstriyel Atık Isı
6
PWR (Basınçlı Su Reaktörü)
7
1904 , İtalya, Larderello Bir çeşit binary (Jeotermal Buhar ile saf su
buhara çevrildi.) Malzemeler korozyona dayanıklı değildi.
İlk Üretim
8
İlk Santral 1967 yılında Rusya’da (670 kW) Dünya’da 17 Ülke de 162 Ünite-373 MW
(2007): Dünya’da en çok kullanılan jeotermal santral tipi Toplam santrallarin % 32’si, toplam gücün % 4’üOrtalama 2.4 MW/ünite.Yeni gelişmiş çevrimlerle 7-10 MWSon dönemde mevcut flaşlı santrallare ekleniyor.
Dünya’da Binary
9
ABD İzlanda Yeni Zelanda Filipinler
Başlıca Ülkeler
10
ORMAT (İsrail) ENEX (İzlanda) Fuji Electric (Japonya) Mannvit (İzlanda) Gradient Resources (ABD)
Üretici Firmalar
11
DORA-1 JES DORA-2 JES BEREKET JES TUZLA JES
Türkiye’de Binary Santrallar
12
Binary Çevriminin İncelenmesi
13
Rankine Çevrimi Önemli olan düşük kaynama noktalı iş
akışkanını seçmek (Performans, Sağlık, Güvenlik, Çevre)
İş akışkanı seçildikten sonra konvansiyonel ısı çevrim hesapları yapılır.
Sızıntının önlenmesi Ekonomik ve verimli olmalı Süper-kritik çevrimler avantajlı
Çevrim Dizaynı
14
Binary Çevrim
15
Doyma Eğrisi
16
İş akışkanlarının karşıt (retrograde) davranış gösterirler. Akışkan türbinde kuru buhar olarak iş görür
17
18
Wilson Çizgisi
19
Türbin Üretimi:
Kondenserden Atılan Isı:
)()( 21
.
21
..
stwfwft hhmhhmW
)( 32
..
hhmQ wfc
20
Soğutma Suyu:
)()( 32
..
hhmTTcm wfxycw
)()( 32
..
hhmhhm wfxycw
21
Besleme Pompası:
p
swfwfp
hhmhhmW
)(
)( 34
.
34
..
22
)()( 41
..
hhmTTcm wfcabb
)()( 41
..
hhmhhm wfcab
Preheater ve Evaporator:
23
)(
41..
cab
wfb
TTc
hhmm
24
Preheater:
)()( 45
...
hhmTTcmQ wfcbbbPH
)()( 51
...
hhmTTcmQ wfbabbE
Evaporator:
25
5
1
51
lnTTTT
TTTTLMTD
b
a
baE
EEE LMTDAUQ
.
Evaporator Yüzey Alanı:
26
4
5
45
lnTT
TT
TTTTLMTD
c
b
cbPH
PHPHPH LMTDAUQ
.
Preheater Yüzey Alanı:
27
Termik Verim:
41
32
/
.
.
/
.
.
11hh
hh
Q
Q
Q
W
EPH
c
EPH
net
th
000
.
.
.
.
ssThhm
W
E
W
resresb
net
res
net
u
Yararlanma (Utilization) Verimi:
28
Binary Santralin Performansı üzerinde çok etkili
Bir çok seçenek var Her bir seçeneğin termodinamik, sağlık,
güvenlik ve çevre açısından sınırları var.
İş Akışkanı Seçimi
29
Düşük Buharlaşma Sıcaklığı İlk yıllarda iş akışkanı Hidrokloroflorokarbon gazı Bütan Pentan Kalina çevrimi: %82 Amonyak + Su (Güç diğer
organik rankine çevrimlerine göre %25-30 daha fazla)
Jeotermal akışkanın sıcaklığı ile iş akışkanının kritik sıcaklığına göre optimum yararlanma oranı elde edilecek şekilde seçilir.
Evlerde Soğutma çevrimlerinde kullanılıyor Yanıcı Atmosfer Şartlarında kondense oluyor
İş Akışkanları
30
Kritik Basınç ve kritik sıcaklıkları suyun çok altında
Hidrokarbonlar için super kritik olması uygun (Eşanjördeki ısı kayıpları azalıyor.)
İki akışkanın karışımı da kullanılabilir. (%90 i-C4H10 ,% 10 i-C5H12 )
İki akışkan karışımında subkritik daha uygun.(Kaynama ve kondens olma sıcaklıkları farklı)
31
Akışkan Formül Tc (°C) Pc (MPa) Ps (MPa) 300 K(MPa)
Ps (MPa) 400 K(MPa)
Propan C3H8 96.95 4.236 0.9935 n.a.
i-Bütan i-C4H10 135.92 3.685 0.3727 3.204
n-Bütan C4H10 150.8 3.718 0.2559 2.488
i-Pentan i-C5H12 187.8 3.409 0.09759 1.238
n-Pentan C5H12 193.9 3.240 0.07376 1.036
Amonyak NH3 133.65 11.627 1.061 10.3
Su H2O 374.14 22.089 0.003536
0.2456
32
Türbin Çıkış Alanı Türbin Boyutu&Maliyeti
21
...
hh
W
w
Wm
t
t
t
2
2
21
.
Ka
v
hh
WA
t
Buhar Debisi:
Çıkış Alanı:
AVm .
Akışkana Göre Türbin Boyutları
33
2
1
sabitsdp
dPa
Ses Hızı:
2
1
2
1
1sabitssabits
v
P
d
dPa
34
Akışkan Formül Mol Kütlesi (kg)
Relatif çıkış alanı
Amonyak NH3 17.03 1.0 (1.0)
Propan C3H8 44.09 2.3 (1.9)
i-Bütan i-C4H10 58.12 4.1 (4.9)
n-Bütan C4H10 58.12 5.5 (6.3)
i-Pentan i-C5H12 72.15 12.2 (n.a.)
n-Pentan C5H12 72.15 14.6 (n.a.)
Türbin Giriş Sıcaklığı: 400 K, (Amonyak ve Propan kızgın buhar, diğerleri doymuş buhar) ; Kondenser: 320 K
35
Yanıcılık Toksik Ozon Küresel Isınma
Sağlık, Emniyet ve Çevre Faktörleri
36
Akışkan Formül Toksiklik Yanıcılık Ozon Tabakasına Etkisi
Küresel Isınmaya Etkisi
R-12 CCl2F2 Toksik değil Yanıcı değil 1.0 4.5
R-114 C2Cl2F4 Toksik değil Yanıcı değil 0.7 5.85
Propan C3H8 Düşük Yanıcı 0 3
i-Bütan i-C4H10 Düşük Yanıcı 0 3
n-Bütan C4H10 Düşük Yanıcı 0 3
i-Pentan i-C5H12 Düşük Yanıcı 0 3
n-Pentan C5H12 Düşük Yanıcı 0 3
Amonyak NH3 Toksik Düşük 0 0
Su H2O Toksik değil Yanıcı değil 0 0
37
Aday İş Akışkanları Performans Parametleri
Akışkan Formül Jeoakışkan Sıcaklığı
Termal Verim (%) Kullanım Verimi (%)
Basit İkili Basınç
Basit İkili Basınç
i-Bütan i-C4H10 93°C 5.5 4.6 31.9 39.7
i-Pentan i-C5H12 93°C 5.2 4.2 30.5 37.0
i-Bütan i-C4H10 149°C 10.3 9.8 48.8 56.9
i-Pentan i-C5H12 149°C 9.8 8.8 44.6 51.5
i-Pentan i-C5H12 204°C 13.7 13.1 57.7 61.2
38
Ideal Binary Çevrimi
LH
LHTRI TT
TT
26%
40;150
Carnot
LH CTCT
15%
40;150
TRI
LH CTCT
39
Eşanjördeki Termodinamik kayıplar azaltılır Isıtıcı akışkan ile iş akışkanı arasındaki
sıcaklık farkı düşürülür.
Çift Basınçlı Binary Çevrimi
40
41
42
43
Çift Akışkanlı Binary Çevrimi
44
45
46
47
11%:)(0.3
3.12%:)(0.4
th
th
lSubcriticaMPa
calSupercritiMPa
• İzobutan• Turbin giriş: 420 K• Kondense Sıcaklığı: 320 K• Turbin İzantropik Verimi: %85• Besleme Pompası İzantropik Verimi: %80
SÜPER KRİTİK - SUB KRİTİK
48
Karışım (H20 + NH3) Evaporasyon ve Kondensasyon değişken
sıcaklıkta gerçekleşir. Organik Rankine çevrimine göre daha
verimli Çevrimin değişik safhalarında karışım oranı
değişebilir.
Kalina Çevrimi
49
Buharlaşma
JEOAKIŞKAN
KALINA
ORGANIK RANKINE
50
Kondensasyon
SOĞUTMA SUYU
KALINAORGANIK RANKINE
51
Basit Kalina Çevrimi
52
Tekrar Kızdırıcılı Kalina Çevrimi
53
DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER!!
SORULARINIZ ????
BINARY JEOTERMAL SANTRALLAR