Performance assessment of a binary cycle geothermal power plant

Abstract

Gerçek bir jeotermal elektrik santralının tasarım parametreleri kullanılarak hava soğutmalı çift akışkanlı bir jeotermal elektrik santralı tasarlanmış ve tasarım parametrelerinin teorik santral performansına etkisi incelenmiştir. Teorik santral 157.9°C deki 542.65 ton/saat jeotermal akışkan, 22.45 ton/saat buhar ve %33.4 oranda yoğuşmayan gazlar ile 17.1 °C dış ortam sıcaklığında 6514 kWe elektrik üretebilmektedir. Teorik santral modelinin ısıl verimi %11.32 bulunmuştur. Termodinamik model kullanılarak santralın performans denklemleri ve net güç üretimi düzeltme faktörleri bulunmuştur. Bu modele göre net güç üretimi jeotermal akışkan sıcaklığı, debisi ve buhar debisinin artması ile artmakta; dış hava sıcaklığı ve yoğuşmayan gazlar oranının artması ile düşmektedir.Ayrıca, santral performansının durumunu değerlendirebilmek için DORA-1 jeotermal elektrik santralının gerçek verileri kullanılarak regresyon analizi yapılmıştır. Dış hava sıcaklığı, jeotermal akışkan debisi ve sıcaklığı gibi ölçülebilen üç bağımsız değişken kullanılarak, 2006 yılından 2012 yılına kadar yıllık çoklu doğrusal regresyon modelleri geliştirilmiştir. Bu modeller klasik doğrusal regresyonun kabulleri kullanılarak test edilmiş ve tüm modellerin hataları arasında pozitif bağımlılık bulunmuştur. Hatalar arasında pozitif bağımlılık Orcutt-Cochran metodu kullanılarak giderilmiştir. Her ne kadar 2006 yılından 2008 yılına kadarki performans modelleri birbirine yakın olsa da, genel olarak yıldan yıla değişmektedir. Çok yıllık performans modellerine göre 2009 yılından sonra 270 kWe`lık santral performansında düşüş başlamıştır. Santral performansındaki toplam düşüş 2012 yılı itibariyle 760 kWe'a ulaşmıştır. Bunlara ek olarak, 2008 yılının regresyon modeli kullanılarak DORA-1 jeotermal elektrik santralının istatistiksel net güç düzeltme faktörleri hesaplanmıştır.Sonuç olarak termodinamik ve regresyon modelin net güç düzeltme faktörleri DORA-1 jeotermal elektrik santralı için santral üreticisi Ormat tarafından verilen düzeltme faktörleri ile karşılaştırılmıştır. Bazı küçük farklılıklar olmasına karşın, tüm net güç düzeltme faktörleri aynı eğilimi göstermektedir. Net güç düzeltme faktörleri karşılaştırmasından anlaşılmaktadır ki, Ormat'ın düzeltme faktörleri DORA-1 jeotermal elektrik santralı performansını tam olarak ifade etmemektedir.

An air cooled binary cycle GPP is thermodynamically modeled by using the design data of an actual plant. Effects of design parameters are investigated to plant performance. The modeling binary cycle power plant is produced 6514 kWe by using 542.65 ton/hour brine, 22.45 ton/hour steam and 33.4% NCGs content of steam at 157.9 °C geothermal resource temperature and 17.1 °C average ambient air conditions. The thermal efficiency of the model plant is found 11.32 %. The performance equations and the theoretical net power correction factors of the plant are created by using the thermodynamic model. According to this model, the net power generation of the plant increases with an increase in brine temperature, and mass flow rates of brine and steam; decreases with an increase of ambient air temperature and NCGs content of the steam.Furthermore, regression analysis of DORA-1 GPP is conducted using actual plant data to assess the plant performance. The annual multiple linear regression models are developed from 2006 to 2012 to estimate the performance of a geothermal power plant by using three measured dependent variables: the ambient air temperature, the brine flow rate and temperature. These models are tested by using classical assumptions of linear regressions, positive serial autocorrelation is found in all models. Autocorrelations are eliminated by using Orcutt-Cochran method. Although the performance model trends from 2006 to 2008 are found to be close, the performance status of the plant is generally variable from year to year. According to perennial regression models, the plant performance has started to decline with 270 kWe electricity generation capacity since 2009. The total degradation of the plant performance reached to 760 kWe capacity by 2012. Additionally, the statistical net power correction factors are calculated using regression model of 2008.Consequently, the net power correction factors for thermodynamic model and regression analysis are compared with DORA-1's manufacturer, Ormat, correction factors. Although there are some minor differences, all of the net power correction factors have similar trends. The comparison shows that Ormat's correction factors don?t exactly express the performance status of the DORA-1 GPP.