Performance and degradation evaluation of a combined cycle power plant

Abstract

Elektrik Santrallerinin performansı enerji sektörü için son yıllarda önemli bir konu haline gelmiştir. Elektrik piyasasının serbestleşmesi, en son çıkan ağır çevre yasaları, fosil yakıtların tükenmesi, devamlı artan pahalı yakıt fiyatları ve sürekli büyüyen enerji talebi bunun ana nedenleridir. Bu nedenler otoriteler üstündeki baskıyı artırarak santral performansları üzerindeki dikkatleri daha da artırmıştır. Güç santrallerinin değişik kurulum kombinasyonları üzerine bir çok termodinamik ve teorik çalışmalar olmasına rağmen gerçek bir santral üzerine yapılmış performans ve yaşlılığa bağlı kayıpların modellenmesi ve ölçülmesine ait çalışma ve yayınlar çok sınırlı sayıdadır. Bu çalışmada gerçek bir kombine çevrim santrali komple modellenmiştir. Çalışmada örnek olarak 20 seneyi aşan bir süre boyunca çalışan ve 1350 MW kurulu gücü olan Ambarlı Kombine Çevrim Santrali performansı ve ekipman yaşlanmasına bağlı performance düşümü analiz edilmiştir. Analizleri yapabilmek için bilgisayar ortamında santralin bütün alt sistemleri ile beraber bütün bir simulasyon modeli oluşturulmuştur. Öncelikle santralin tasarım performans değerleri hesaplanmıştır. Bu model, kabul testi değerleri kullanılarak doğrulanmış ve kalibrasyonu yapılmıştır. Daha sonra mevcut durumdaki yaşlanmış santral performansı da hesaplanarak bulunan tasarım performansı ile karşılaştırılmıştır. Böylece karşılaştırmalı olarak performans düşümü analizi yapılmıştır. Her bir ekipmanın santral performans düşümüne katkısını bulmak için duyarlılık analizi de yapılmıştır. Bu analizler yanında muhtemel rehabilitasyon seçenekleri de hesaplanarak değerlendirilmiştir. Olası performans iyileştirme çalışmalarında değişik seçeneklerin performansı ne ölçüde artırabileceği hesaplanmıştır. Son olarak da en etkili rehabilitasyon seçeneklerini bulmak için bu değişik fayda-maliyet analizleri yapılmıştır.

The performance of the power plants became an important consideration for energy industry in recent years. Many factors such as the deregulation of the energy market, latest strict environmental rules, depletion of the fossil fuels, continuously increasing high fuel prices and growing energy demand increase pressure on authorities to further consider the power plant performance. Although there are many studies concerning thermodynamic cycles and theoretical performance of various combined cycle power plant configurations, publications about actual combined cycle power plant hardware performance and their observed degradation data remain rather limited in the open literature. This study presents a performance and degradation evaluation study of an actual combined cycle power plant. A case study has been carried out to analyze the performance degradation of the 1350 MW Ambarli Combined Cycle Power Plant which is in service more than 20 years. In order to conduct performance analyses a computer based model of the power plant has been developed complete with all subsystems currently in service First, the plant performance has been modeled per design specs. Then the calculated design performance is validated by commissioning test values of the power plant. After this model calibration and validation step, current operating performance of the plant has been calculated. Degradation analysis of the power plant has been carried out by comparing the design and current performance results. A sensitivity analysis has been performed to illustrate the components? and subsystems? contributions to the overall power plant performance. Possible rehabilitation scenarios for the power plant have been analyzed. Through sample analysis it has been demonstrated how the possible performance improvement alternatives can raise the overall performance of the power plant. Finally, cost-benefit analyses of various rehabilitation options have been performed to find out the most effective rehabilitation combinations.