Evaluation the impact of using different cooling technologies on power boosting of the gas turbine unit in Duhok Power Station–Iraq

Abstract

Irak'ta elektrik enerjisine olan talep yaz günleri dışında bir birim ise yaz günlerinde hemen hemen bunun iki katı olmaktadır. Türbinlerin enerji çıktısı arttırılıp hava girişi azaldığında gaz türbinlerinin performans profilleri bozulmaktadır. Irakta üretilen yıllık enerjinin %55'i gaz türbinleriyle yapılmaktadır. Ancak bölgesel hava sıcaklık değerlerinin 50°C'ye ulaşmasından ötürü yaz boyunca türbinler kapasitelerinin % 46'sını kaybederler. Türbinler sabit hızda ve sabit hacim akışlı kombüsyon makinalarıdır. Havanın spesifik hacmi doğrudan sıcaklıkla doğru orantılı olduğundan volumetrik artış sabitken hava yoğunluğundaki artış hava akış debisinin artışına yol açmaktadır. Bu da gaz türbinlerinde enerji üretimini arttırmaktadır. Böyle bir durumda gaz türbin girişinin hava soğutma tekniği enerji verimliliği açısından önemlidir. Kompresör giriş sıcaklığının düşmesiyle birlikte hava soğutma girişi gaz türbininin daha yüksek hava akış debisine ulaşmasını sağlayarak enerji üretimi arttırmaktadır. Kompresör giriş hava sıcaklığını düşürmek için farklı metotlar kullanılır. Bu çalışmada iki soğutma tekniğinin entegre etkisi incelenecektir. İlk olarak gaz türbin kanal sıcaklığını düşürmek için su kullanılmasıdır. Diğer teknik ise kanalda oluşan ısıyı azaltmak için giriş kanalına yerleştirilen ısı eşanjörü aracılığıyla kompresör hava girişini soğutmaktır. Bu da sistem içinde tüketilmiş sıcak gazların kullanımıyla soğutma emme sistemiyle mümkündür. Erbil Irak, Duhok Gaz Enerji İstasyonu bu sisteme örneklik teşkil etmektedir. Gaz türbini uygulamasının termodinamik incelenmesiyle enerji üretimi, kanal hava akış derecesi ve ağırlık oranı koşullarının hesaplanması amaçlanmaktadır. Bu modellerle elde edilen veriler ile temel durum olarak adlandırılan soğutmasız koşul tahminleri karşılaştırılmaktadır. Elde edilen veriler buharlaştırıcı soğutucu sistemin enerjiyi yükseltebilmesini ve emici soğutucu bobin sisteminden daha ucuz bir yolla gaz türbinlerinin verimliliğinin arttığı ortaya çıkmaktadır ancak buna bağlı olarak ıslak cıva haznesi sıcaklığının soğutma potansiyeliyle ilişkisinin sınırlı olduğu gözlenmiştir. Diğer taraftan emici soğutucu sistemin daha maliyetli olduğu ve bunun enerji fiyatlarına yansıyarak yıllık enerji maliyetlerinde yüksek artışa sebep olacağı açıktır.

Peak demand for electric power in Iraq occurs almost during all the days of Summer and is almost double the off-peak demand. The demand profile is ill-matched to the performance profile of combustion turbines as their power output decreases with increased inlet-air temperature. Approximately 55%of the annual energy generated in Iraq is done by combustion turbines, in the meanwhile turbines loss a 46%from their capacity during the Summer due to ambient air temperatures up to 50C°. Industrial gas turbines that operate at constant speed are constant-volume-flow combustion machines. As the specific volume of air is directly proportional to the temperature, the increase in the air density lead to higher air mass flow rate, once the volumetric rate is constant. Consequently, the gas turbine power output enhances. A gas turbine inlet air cooling technique is a useful option for increasing output. Inlet air cooling increases the power output by taking advantage of the gas turbine's feature of higher mass flow rate, due the compressor inlet temperature decays. Different methods are available for reducing compressor intake air temperature. In this work, the influence of integration two type of cooling system, the first is evaporative cooling, which make utilization of the dissipation of water to decrease the gas turbine bay air temperature and the second one is absorption cooling system, which make use of exhausted hot gases to cool the compressor air intake through a warmth exchanger situated in the duct inlet to expel the warmth from thechannel air, at Duhok Gas Power Station, Erbil, Iraq is presented. A thermodynamic examination of gas turbine execution is completed to compute power yield and warm proficiency at various channel air temperature and weight proportion conditions. The outcomes got with this model are contrasted and the estimations of the condition without cooling in this named of Base-Case. The obtained results showed that the evaporative cooling system is capable of boosting the power and enhancing the efficiency of the studied gas turbine unit in a way much cheaper than absorption cooling coil system but associated with a limited cooling potential by wet bulb temperature. On the other hand, the absorption chiller provides the highest increment in annual energy generation with higher unit energy costs.