1

BİNARY JEOTERMAL SANTRALLAR

Tuğrul Başaran, 11521305

2

Giriş Dizayn Parametreleri Binary Çevrimin Termodinamik İncelenmesi İş Akışkanları Gelişmiş Binary Çevrimleri

İçindekiler

3

Düşük sıcaklıklı sıvı yada buhar ısıtma kaynağı (85 °C -170 °C )

Konvansiyonel Santrallara en yakın Jeotermal Çevrimi (Rankine Çevrimi)

Küçük Ölçekli (3 MW’a kadar) Düşük Verim (%2.8 - %5.5 arası) Düşük Sıcaklıklı Kaynaklarda diğer

çevrimlere göre daha ekonomik ve verimli Flaş santrallerinde alt çevrim olmak için

uygun

Binary Santrallar

4

Kullanılan İş akışkanları düşük kaynama noktalarına sahiptir.

Jeotermal akışkan, iş akışkanını buharlaştırmak için kullanılır.

Jeotermal akışkan çevre ile temasa geçmiyor. İki akışkan kullanıldığı için “Binary” (İkili, Çift)

ismini alır İş akışkanı türbine kızgın buhar olarak girer. Çevreye atık olarak sadece ısı veriyor. Kurulum maliyeti yüksek, işletme ve bakım

maliyeti düşük. Kapasite faktörü ve kullanılabilirlik yüksek

5

Jeotermal akışkan sıvı halinde kuyu içi pompalarla, flaşlama olmaması için basınçlandırılır. (Kabuk oluşumununda önüne geçilir.)

Termodinamik kayıplar flaşlama yerine eşanjörde oluşur. Bunlarda uygun dizayn ile minimize edilebilir.

Çevresel açıdan diğer çevrimlere göre daha temizdir. Türbin korozif etkilere daha az maruz kalır.

Soğutma hava ile ya da su ile yapılabilir. Hava ile soğutmaya daha uygun. (İş akışkanlarının

buhar yoğunluğu fazla) İş akışkanları donmadığı için düşük sıcaklıklı

bölgelere uygun. Endüstriyel Atık Isı

6

PWR (Basınçlı Su Reaktörü)

7

1904 , İtalya, Larderello Bir çeşit binary (Jeotermal Buhar ile saf su

buhara çevrildi.) Malzemeler korozyona dayanıklı değildi.

İlk Üretim

8

İlk Santral 1967 yılında Rusya’da (670 kW) Dünya’da 17 Ülke de 162 Ünite-373 MW

(2007): Dünya’da en çok kullanılan jeotermal santral tipi Toplam santrallarin % 32’si, toplam gücün % 4’üOrtalama 2.4 MW/ünite.Yeni gelişmiş çevrimlerle 7-10 MWSon dönemde mevcut flaşlı santrallare ekleniyor.

Dünya’da Binary

9

ABD İzlanda Yeni Zelanda Filipinler

Başlıca Ülkeler

10

ORMAT (İsrail) ENEX (İzlanda) Fuji Electric (Japonya) Mannvit (İzlanda) Gradient Resources (ABD)

Üretici Firmalar

11

DORA-1 JES DORA-2 JES BEREKET JES TUZLA JES

Türkiye’de Binary Santrallar

12

Binary Çevriminin İncelenmesi

13

Rankine Çevrimi Önemli olan düşük kaynama noktalı iş

akışkanını seçmek (Performans, Sağlık, Güvenlik, Çevre)

İş akışkanı seçildikten sonra konvansiyonel ısı çevrim hesapları yapılır.

Sızıntının önlenmesi Ekonomik ve verimli olmalı Süper-kritik çevrimler avantajlı

Çevrim Dizaynı

14

Binary Çevrim

15

Doyma Eğrisi

16

İş akışkanlarının karşıt (retrograde) davranış gösterirler. Akışkan türbinde kuru buhar olarak iş görür

17

18

Wilson Çizgisi

19

Türbin Üretimi:

Kondenserden Atılan Isı:

)()( 21

.

21

..

stwfwft hhmhhmW

)( 32

..

hhmQ wfc

20

Soğutma Suyu:

)()( 32

..

hhmTTcm wfxycw

)()( 32

..

hhmhhm wfxycw

21

Besleme Pompası:

p

swfwfp

hhmhhmW

)(

)( 34

.

34

..

22

)()( 41

..

hhmTTcm wfcabb

)()( 41

..

hhmhhm wfcab

Preheater ve Evaporator:

23

)(

41..

cab

wfb

TTc

hhmm

24

Preheater:

)()( 45

...

hhmTTcmQ wfcbbbPH

)()( 51

...

hhmTTcmQ wfbabbE

Evaporator:

25

5

1

51

lnTTTT

TTTTLMTD

b

a

baE

EEE LMTDAUQ

.

Evaporator Yüzey Alanı:

26

4

5

45

lnTT

TT

TTTTLMTD

c

b

cbPH

PHPHPH LMTDAUQ

.

Preheater Yüzey Alanı:

27

Termik Verim:

41

32

/

.

.

/

.

.

11hh

hh

Q

Q

Q

W

EPH

c

EPH

net

th

000

.

.

.

.

ssThhm

W

E

W

resresb

net

res

net

u

Yararlanma (Utilization) Verimi:

28

Binary Santralin Performansı üzerinde çok etkili

Bir çok seçenek var Her bir seçeneğin termodinamik, sağlık,

güvenlik ve çevre açısından sınırları var.

İş Akışkanı Seçimi

29

Düşük Buharlaşma Sıcaklığı İlk yıllarda iş akışkanı Hidrokloroflorokarbon gazı Bütan Pentan Kalina çevrimi: %82 Amonyak + Su (Güç diğer

organik rankine çevrimlerine göre %25-30 daha fazla)

Jeotermal akışkanın sıcaklığı ile iş akışkanının kritik sıcaklığına göre optimum yararlanma oranı elde edilecek şekilde seçilir.

Evlerde Soğutma çevrimlerinde kullanılıyor Yanıcı Atmosfer Şartlarında kondense oluyor

İş Akışkanları

30

Kritik Basınç ve kritik sıcaklıkları suyun çok altında

Hidrokarbonlar için super kritik olması uygun (Eşanjördeki ısı kayıpları azalıyor.)

İki akışkanın karışımı da kullanılabilir. (%90 i-C4H10 ,% 10 i-C5H12 )

İki akışkan karışımında subkritik daha uygun.(Kaynama ve kondens olma sıcaklıkları farklı)

31

Akışkan Formül Tc (°C) Pc (MPa) Ps (MPa) 300 K(MPa)

Ps (MPa) 400 K(MPa)

Propan C3H8 96.95 4.236 0.9935 n.a.

i-Bütan i-C4H10 135.92 3.685 0.3727 3.204

n-Bütan C4H10 150.8 3.718 0.2559 2.488

i-Pentan i-C5H12 187.8 3.409 0.09759 1.238

n-Pentan C5H12 193.9 3.240 0.07376 1.036

Amonyak NH3 133.65 11.627 1.061 10.3

Su H2O 374.14 22.089 0.003536

0.2456

32

Türbin Çıkış Alanı Türbin Boyutu&Maliyeti

21

...

hh

W

w

Wm

t

t

t

2

2

21

.

Ka

v

hh

WA

t

Buhar Debisi:

Çıkış Alanı:

AVm .

Akışkana Göre Türbin Boyutları

33

2

1

sabitsdp

dPa

Ses Hızı:

2

1

2

1

1sabitssabits

v

P

d

dPa

34

Akışkan Formül Mol Kütlesi (kg)

Relatif çıkış alanı

Amonyak NH3 17.03 1.0 (1.0)

Propan C3H8 44.09 2.3 (1.9)

i-Bütan i-C4H10 58.12 4.1 (4.9)

n-Bütan C4H10 58.12 5.5 (6.3)

i-Pentan i-C5H12 72.15 12.2 (n.a.)

n-Pentan C5H12 72.15 14.6 (n.a.)

Türbin Giriş Sıcaklığı: 400 K, (Amonyak ve Propan kızgın buhar, diğerleri doymuş buhar) ; Kondenser: 320 K

35

Yanıcılık Toksik Ozon Küresel Isınma

Sağlık, Emniyet ve Çevre Faktörleri

36

Akışkan Formül Toksiklik Yanıcılık Ozon Tabakasına Etkisi

Küresel Isınmaya Etkisi

R-12 CCl2F2 Toksik değil Yanıcı değil 1.0 4.5

R-114 C2Cl2F4 Toksik değil Yanıcı değil 0.7 5.85

Propan C3H8 Düşük Yanıcı 0 3

i-Bütan i-C4H10 Düşük Yanıcı 0 3

n-Bütan C4H10 Düşük Yanıcı 0 3

i-Pentan i-C5H12 Düşük Yanıcı 0 3

n-Pentan C5H12 Düşük Yanıcı 0 3

Amonyak NH3 Toksik Düşük 0 0

Su H2O Toksik değil Yanıcı değil 0 0

37

Aday İş Akışkanları Performans Parametleri

Akışkan Formül Jeoakışkan Sıcaklığı

Termal Verim (%) Kullanım Verimi (%)

Basit İkili Basınç

Basit İkili Basınç

i-Bütan i-C4H10 93°C 5.5 4.6 31.9 39.7

i-Pentan i-C5H12 93°C 5.2 4.2 30.5 37.0

i-Bütan i-C4H10 149°C 10.3 9.8 48.8 56.9

i-Pentan i-C5H12 149°C 9.8 8.8 44.6 51.5

i-Pentan i-C5H12 204°C 13.7 13.1 57.7 61.2

38

Ideal Binary Çevrimi

LH

LHTRI TT

TT

26%

40;150

Carnot

LH CTCT

15%

40;150

TRI

LH CTCT

39

Eşanjördeki Termodinamik kayıplar azaltılır Isıtıcı akışkan ile iş akışkanı arasındaki

sıcaklık farkı düşürülür.

Çift Basınçlı Binary Çevrimi

40

41

42

43

Çift Akışkanlı Binary Çevrimi

44

45

46

47

11%:)(0.3

3.12%:)(0.4

th

th

lSubcriticaMPa

calSupercritiMPa

• İzobutan• Turbin giriş: 420 K• Kondense Sıcaklığı: 320 K• Turbin İzantropik Verimi: %85• Besleme Pompası İzantropik Verimi: %80

SÜPER KRİTİK - SUB KRİTİK

48

Karışım (H20 + NH3) Evaporasyon ve Kondensasyon değişken

sıcaklıkta gerçekleşir. Organik Rankine çevrimine göre daha

verimli Çevrimin değişik safhalarında karışım oranı

değişebilir.

Kalina Çevrimi

49

Buharlaşma

JEOAKIŞKAN

KALINA

ORGANIK RANKINE

50

Kondensasyon

SOĞUTMA SUYU

KALINAORGANIK RANKINE

51

Basit Kalina Çevrimi

52

Tekrar Kızdırıcılı Kalina Çevrimi

53

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER!!

SORULARINIZ ????

BINARY JEOTERMAL SANTRALLAR