Mikrotürbinlerin güç sistemlerine etkisinin incelenmesi

Abstract

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte ekonomik ve kesintisiz elektrik enerjisine olan duyulan ihtiyaç artmıştır. Enerji talebinin artması buna bağlı olarak yakıt maliyetlerinin artması, fosil yakıt rezervlerinin azalması ile sera gazı emisyonu artışı vb. etkilerden dolayı yeni enerji alternatiflerine verilen önem de artmaya başlamıştır. Dağıtık üretim sistemleri; bahsi geçen endişelere bir çözüm olarak düşük maliyetli enerji sağlama, yenilenebilir enerjinin kullanılmasına olanak verme, elektrik güç sistemlerinin verimliliğini ve performasını arttırma gibi avantajlar sağladığından dolayı giderek dikkat çeken bir konu haline gelmiştir. Dağıtık üretim sistemleri (DÜS), şebeke bağlantısının bulunmadığı kırsal alanlardaki enerji ihtiyacını karşılama veya şebeke bağlantısının mevcut olduğu bölgelerde şebeke ile paralel çalışarak şebekeden sağlanan elektrik enerjisinin kullanım oranını azaltma amacıyla kullanılabilmektedir. DÜS'ler küçük modüler dağıtık üretim teknolojileri, enerji depolama teknolojileri ve enerji yönetim sistemlerinden oluşmaktadır. DÜS'ler rüzgâr türbini ve fotovoltaik paneller gibi yenilenebilir enerji teknolojilerinden oluşabildiği gibi mikro türbin ve yakıt hücreleri gibi yenilenebilir olmayan ancak gelecek vadeden teknolojilerden de oluşabilmektedir. Dağıtık üretim teknolojilerinden biri olan mikrotürbinler nispeten yeni bir teknoloji olup, kullanıcılara birçok avantaj sunmaktadır. Mikrotürbinler küçük ölçeklerde hem elektrik hem de ısı üretebildiklerinden dolayı DÜS'lerde ve CHP uygulamalarında büyük oranda tercih edilen teknolojilerden biridir. Mikrotürbinlerin yapısı ve çalışma prensibi geleneksel gaz türbinleri ile büyük benzerlik göstermektedir. Geleneksel gaz türbinleri gibi başta doğalgaz olmak üzere LPG, dizel, propan ve ek olarak biyoyakıt gibi birçok yakıtla çalışabilmektedir. Jeneratör ve türbinin şaft durumuna bağlı olarak tek şaftlı ve ayrık şaftlı olmak üzere iki tipte mikrotürbin üretim sistemi bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında doğalgazla çalıştığı varsayılan ayrık şaftlı ve tek şaftlı mikrotürbin üretim sistemlerinin farklı senaryolarla ada ve şebekeye bağlı çalışma durumlarında yük takip performansları incelenmiştir. Ayrıca, her iki sistemin de çalışırken tükettikleri yakıt miktarları, buna bağlı olarak yakıt maliyetleri hesaplanıp karşılaştırılmıştır.

The demand for economical and uninterruptible energy has increased with the advancement of technology. The importance of novel alternative electrical power systems has increased due to the increase in electric power demand and the increase in fuel costs, the decrease in fossil fuel reserves and the increase in greenhouse gas emissions etc. Distributed generation systems (DGS) are currently attracting a lot of attention as a solution to these concerns to provide low-cost energy, enable to use the renewable energy and to increase the efficiency and performance of electrical power systems. DGS can be used to meet the energy requirement in rural areas where there is no grid connection or to reduce the use of electricity from the grid by working in parallel with the grid in regions where the grid connection is available. DGSs consist of small modular distributed generation technologies, energy storage technologies, and energy management systems. DGSs can be composed of renewable energy technologies such as wind turbines and photovoltaics, as well as non-renewable but promising technologies such as microturbines and fuel cells. One of the distributed generation technologies, microturbines are a relatively new technology and offer many advantages to the user. Because microturbines can produce both electricity and heat on a small scale, they are one of the technologies that are widely preferred in DGS and CHP applications. The structure and working principle of microturbines are very similar to traditional gas turbines. It can work with different fuels such as natural gas, LPG, diesel, propane, biofuels and industrial gases. Depending on the shaft state of the generator and turbine, there are basically two types of microturbine generation system (MTGS) as the single shaft and split shaft turbines. In this thesis study, models of the single shaft and split shaft MTGSs have been presented which uses natural gas as fuel. Load tracking performance of developed models was analyzed for stand-alone and grid-connected mode under different scenarios. In addition, using the developed models, microturbine output power, fuel consumption and fuel cost could be observed depending on power system dynamics. These values were compared with between two models.