Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi

Avci, Hakan; Cetin, Burhanettin

doi:10.17341/gazimmfd.418417

Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi

Burhanettin ÇETİN, (Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)

Hakan AVCI (Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

3 2

Yıl: 2020 Cilt: 35 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 1027 - 1045 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.418417 İndeks Tarihi: 11-01-2021

Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi

Öz:

Bu çalışmada, mevcut kömür yakıtlı bir termik santrale yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrallerindekullanılan sistemlerden birisi olan Lineer Fresnel Reflektörler entegre edilerek elde edilen hibrit güçsantralinin termodinamik ve ekonomik analizi yapılmıştır. Termodinamik etkiler incelenirken spesifiktarihler, zaman, güneş ışınımı şiddeti, güneş enerjisi santralinin alanı ve yük faktörü parametre olarakalınmıştır. Öncelikle termodinamik optimizasyon yapılarak güneş enerjisi santralinin alanı belirlenmiştir.Daha sonra belirli senaryolar çerçevesinde güneş enerjisinin yıllık elektrik üretimindeki payı ile yakıt veemisyon tasarrufları hesaplanmıştır. Termodinamik analizler sonucunda, güneş alanının yüksek basınç önısıtıcılarına paralel olarak yerleştirilmesinin en uygulanabilir çözüm olduğu bulunmuştur. Ekonomikhesaplarda ise emisyon ve yakıt tasarrufları ile güneş enerjisinin yıllık elektrik üretimindeki payı dikkatealınarak yatırımın geri ödeme süresi bulunmuştur. Emisyon birim fiyatı ve güneş alanı birim fiyatının geriödeme süresi üzerindeki etkisi incelenmiştir. En fazla yıllık yakıt ve emisyon tasarrufu sırasıyla 7003,667t/yıl ve 7748,849 tCO2/yıl olarak Senaryo 7 için bulunmuştur. Güneş alanı birim fiyatının 132 €/m2 veyayenilenebilir enerji için sağlanan destek fiyatının 0,225 €/kWh olması durumunda geri ödeme süresinin 7 yılolabileceği bulunmuştur. Sonuç olarak, Türkiye’de uygulanacak bu hibrit sistemin finansal açıdan gelecekyıllarda çok daha ekonomik olabileceği görülmüştür.

Anahtar Kelime:

Technical and economic analysis of the conversion on an existing coal-fired thermal power plant to solar-aided hybrid power plant

Öz:

In this study, the thermodynamic and economic analysis of the hybrid power plant obtained by integrating Linear Fresnel Reflectors, which is one of the systems used in the concentrating solar power plants, to an existing coal-fired power plant was carried out. When thermodynamic effects were examined, specific dates, time, solar radiation, solar field and load factor were taken as parameters. Firstly, the area of the solar power plant was determined by thermodynamic optimization. Then, solar energy share in annual electricity generation and fuel and emission savings are calculated within the framework of specific scenarios. As a result of thermodynamic analysis, it has been found that placing the solar field parallel to the high pressure preheaters is the most feasible solution. In economic calculations, the investment payback period was found taking into account emissions and fuel savings and the share of solar energy in annual electricity generation. The effect of the solar field unit investment price and emission unit price on the payback period has been examined. The maximum annual fuel and emission savings were found for Scenario 7 as 7003,667 t/year and 7748,849 tCO2/year, respectively. It has been found that the payback period could be 7 years if the unit price of the solar field is 132 €/m2 or the support price for renewable energy is 0,225 €/kWh. As a result, in the coming years financially of this hybrid system to be implemented in Turkey it has been shown to be much more economical.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Çetin B., An economic model for the revamping of a pulverized coal-fired boiler, Energy Sources Part B: Economics, Planning, and Policy, 9 (3), 307-313, 2014.
2. Tefek M.F., Uğuz H., Solution of economic dispatch problem for wind-thermal power systems by a modified hybrid optimization method, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (4), 1871-1895, 2019.
3. Çetin B., Abacıoğlu M., Economic analysis for rebuilding of an aged pulverized coal-fired boiler with a new boiler in an aged thermal power plant, Advances in Mechanical Engineering, 5, 1-6, 2013.
4. Erdem H.H., Dağdaş A., Sevilgen S.H., Çetin B., Akkaya A.V., Şahin B., Teke İ., Güngör C., Ataş S., Thermodynamic analysis of an existing coal-fired power plant for district heating/cooling application, Applied Thermal Engineering, 30 (2), 181-187, 2009.
5. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2015-2019 Stratejik Planı, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Ankara, Aralık 2014.
6. Toptaş M., Turkey’s energy demand, production and policies, International Journal of Energy Economics and Policy (IJEEP), 5 (2), 631-638, 2015.
7. Türkiye Elektrik Üretim A.Ş. Türkiye elektrik üretimiletim 2016 yılı istatistikleri. https://www.teias. gov.tr/tr/ turkiye-elektrik-uretim-iletim-2016-yiliistatistikleri. Yayın tarihi Ekim 5, 2017. Erişim tarihi Nisan 6, 2018.
8. Kömür Sektörü Raporu (Linyit) 2016, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Ankara, Mayıs 2017.
9. Erdem H.H., Sevilgen S.H., Akkaya A.V., Çetin B., Emission assessment for cogeneration systems, Energy Sources Part B: Economics, Planning, and Policy, 2 (3), 267-275, 2007.
10. Energy policies of IEA countries Turkey 2016 review, International Energy Agency, Eylül 2016.
11. Karbon Piyasalarında Ulusal Deneyim ve Geleceğe Bakış, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, Ocak 2011.
12. Jin H.G., Hong H., Hybridization of Concentrating Solar Power (CSP) With Fossil Fuel Power Plants, Concentrating Solar Power Technology Principles, Developments and Applications, Cilt 2, Editörler: Lovegrove K., Stein W., Woodhead Publishing, Cambridge UK, 395-436, 2012.
13. Yang Y., Cuı Y., Hou H., Guo X., Yang Z., Wang N., Research on solar aided coal-fired power generation system and performance analysis, Science China Technological Sciences, 51 (8), 1211-1221, 2008.
14. Gupta M.K., Kaushik S.C., Exergetic utilization of solar energy for feed water preheating in a conventional thermal power plant, International Journal of Energy Research, 33 (6), 593-604, 2009.
15. Hou H., Mao J., Yang Y., Luo N., Solar-coal hybrid thermal power generation-an efficient way to use solar energy in China, International Journal of Energy Engineering, 2 (4), 137-142, 2012.
16. Hong H., Peng S., Zhao Y., Liu Q., Jin H., A typical solar-coal hybrid power plant in China, Energy Procedia, 49, 1777-1783, 2014.
17. Zhao Y., Hong H., Jin H., Economic analysis of a typical solar-coal hybrid power plant, Energy Sources Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 38 (12), 1798-1804, 2016.
18. Suresh M.V.J.J., Reddy K.S., Kolar A.K., 4-E (Energy, exergy, environment, and economic) analysis of solar thermal aided coal-fired power plants, Energy for Sustainable Development, 14 (4), 267-279, 2010.
19. Popov D., An option for solar thermal repowering of fossil fuel fired power plants, Solar Energy, 85 (2), 344- 349, 2011.
20. Zhao H., Bai Y., Thermodynamic performance analysis of the coal-fired power plant with solar thermal utilizations, International Journal of Energy Research, 38 (11), 1446-1456, 2014.
21. Yang Y., Yan Q., Zhai R., Kouzani A., Hu E., An efficient way to use medium-or-low temperature solar heat for power generation-integration into conventional power plant, Applied Thermal Engineering, 31 (2-3), 157-162, 2011.
22. Yan Q., Yang Y., Zhai R., Evaluation of solar aided thermal power generation with various power plants, International Journal of Energy Research, 35 (10), 909- 922, 2011.
23. Zhai R., Zhu Y., Yang Y., Tan K., Hu E., Exergetic and parametric study of a solar aided coal-fired power plant, Entropy, 15 (3), 1014-1034, 2013.
24. Zhao Y., Hong H., Jin H., Evaluation criteria for enhanced solar-coal hybrid power plant performance, Applied Thermal Engineering, 73 (1), 577-587, 2014.
25. Feng L., Chen H., Zhou S., Zhang S., Yang T., An L., The development of a thermo-economic evaluation method for solar aided power generation, Energy Conversion and Management, 116, 112-119, 2016.
26. Hou H., Wang M., Yang Y., Chen S., Hu E., Performance analysis of a solar-aided power generation (SAPG) plant using specific consumption theory, Science China Technological Sciences, 59 (2), 322-329, 2016.
27. Ahmadi G., Toghraie D., Akbari O.A., Solar parallel feed water heating repowering of a steam power plant: A case study in Iran, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 474-485, 2017.
28. Oktay Z., Investigation of coal-fired power plants in Turkey and a case study: Can plant, Applied Thermal Engineering, 29 (2-3), 550-557, 2009.
29. Zhao Y., Hong H., Jin H., Optimization of the solar field size for the solar-coal hybrid system, Applied Energy, 185 (2), 1162-1172, 2017.
30. STEAG Energy Services Gmbh. Ebsilon Professional. https: //www.steag- systemtechnologies .com/en /products /ebsilon-professional, 2017.
31. Erdem H.H., Akkaya A.V., Çetin B., Dağdaş A., Sevilgen S.H., Şahin B., Teke İ., Güngör C., Ataş S., Comparative energetic and exergetic performance analyses for coal-fired thermal power plants in Turkey, International Journal of Thermal Sciences, 48 (11), 2179-2186, 2009.
32. Telli Z.K., Yakıtlar ve Yanma, Palme Yayıncılık, Ankara, Türkiye, 1998.
33. Kaushik S.C., Singh O.K., Estimation of chemical exergy of solid, liquid and gaseous fuels used in thermal power plants, Journal of Thermal Analysis & Calorimetry, 115 (1), 903-908, 2014.
34. Ehsan A., Yılmazoğlu M.Z., Design and exergy analysis of a thermal power plant using different types of Turkish lignite, International Journal of Thermodynamics (IJoT), 14 (3), 125-133, 2011.
35. Mills D.R., Linear Fresnel Reflector (LFR) Technology, Concentrating Solar Power Technology Principles, Developments and Applications, Cilt 2, Editörler: Lovegrove K., Stein W., Woodhead Publishing, Cambridge UK, 153-196, 2012.
36. Breeze P., Solar Power Generation, Academic Press, London, 2016.
37. Ercoşkun G.T., Keskin A., Gürü M., Altıparmak D., Investigation of designing, manufacturing and performance of double- grooved parabolic trough-type solar collector, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28 (4), 855-863, 2013.
38. Şentürk A.E., Bir Entegre Güneş Kombine Çevrim Santrali Fizibilite Çalışması, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, İstanbul, 2013.
39. Şenol R., Üçgül İ., Koyun A., Acar M., 10 mw sdu solar power tower plant design, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 26 (4), 813-821, 2011.
40. Novatec Solar. NOVA-1 technical data. http://www.novatecsolar.com/files/mne1405_broschure_no vatec_solar.pdf. Yayın tarihi Şubat 20, 2013. Erişim tarihi Nisan 6, 2018.
41. European Commission Joint Research Centre Photovoltaic Geographical Information System. Typical Meteorological Year. http://re.jrc. ec.europa.eu /pvg_tools /en/tools.html#TMY. Güncelleme tarihi Eylül 21, 2017. Erişim tarihi Nisan 6, 2018.
42. Schenk H., Hirsch T., Feldhoff J.F., Wittmann M., Energetic comparison of linear fresnel and parabolic trough collector systems, Journal of Solar Energy Engineering, 136 (4), 1-11, 2014.
43. Giostri A., Binotti M., Silva P., Macchi E., Manzolini G., Comparison of two linear collectors in solar thermal plants: Parabolic trough vs fresnel, Proceeding of the ASME 2011 5th International Conference on Energy Sustainability, Washington DC-USA, 621-630, 7-10 Ağustos, 2011.
44. Kalogirou S.A., Solar Energy Engineering Processes and Systems, Academic Press, Waltham, USA, 2014.
45. Morin G., Lerchenmüller H., Mertins M., Ewert M., Fruth M., Bockamp S., Griestop T., Haberle A., Plug-in strategy for market introduction of fresnel-collectors, 12th SolarPACES Conference, Oaxaca-Mexico, Kasım, 2004.
46. European Energy Exchange. Environmental Markets. https://www.eex.com. Güncelleme tarihi Nisan 6, 2018. Erişim tarihi Nisan 6, 2018.
47. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Destekleme Mekanizması (YEKDEM). www.epdk.org.tr/TR/Dokuman/6886. Erişim tarihi Nisan 6, 2018.
48. Solar Thermal Electricity Global Outlook 2016, Greenpeace International, European Solar Thermal Electricity Association, SolarPACES, 2016.

APA	Cetin B, Avci H (2020). Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. , 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
Chicago	Cetin Burhanettin,Avci Hakan Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. (2020): 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
MLA	Cetin Burhanettin,Avci Hakan Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. , 2020, ss.1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
AMA	Cetin B,Avci H Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. . 2020; 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
Vancouver	Cetin B,Avci H Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. . 2020; 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
IEEE	Cetin B,Avci H "Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi." , ss.1027 - 1045, 2020. 10.17341/gazimmfd.418417
ISNAD	Cetin, Burhanettin - Avci, Hakan. "Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi". (2020), 1027-1045. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.418417

APA	Cetin B, Avci H (2020). Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(2), 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
Chicago	Cetin Burhanettin,Avci Hakan Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35, no.2 (2020): 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
MLA	Cetin Burhanettin,Avci Hakan Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.35, no.2, 2020, ss.1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
AMA	Cetin B,Avci H Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(2): 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
Vancouver	Cetin B,Avci H Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(2): 1027 - 1045. 10.17341/gazimmfd.418417
IEEE	Cetin B,Avci H "Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35, ss.1027 - 1045, 2020. 10.17341/gazimmfd.418417
ISNAD	Cetin, Burhanettin - Avci, Hakan. "Mevcut kömürlü bir termik santralin güneş destekli hibrit santrale dönüşümünün teknik ve ekonomik analizi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35/2 (2020), 1027-1045. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.418417