THERMODYNAMIC AND EXERGO-ECONOMIC ANALYSIS OF A COMBINED POWER PLANT ON GAS TURBINE CYCLE AND ORGANIC RANKINE CYCLE

Abstract

ABSTRACT

Organic Rankine cycles (ORCs) are a suitable approach to transform low-quality thermal energy into electricity. Additionally, the release of waste heat to the atmosphere from the exhaust gases produced during the top cycle of the energy conversion systems is avoided. The main objective of this work is to integrate the Taji gas station, which is in Baghdad, with the Rankine cycle and organic Rankine cycle to verify waste heat recovery to produce extra electricity and reduce emissions into the environment. Thermodynamic and exergo-economic assessment of the combined Brayton cycle-Rankine cycle/Organic Rankin cycle (GSO CC) system, considering the three objective functions of First and Second Law efficiencies and the total cost rates of the system, were applied. According to the findings, 258.2 MW of power is produced from the GSO CC system, whereas 167.3 MW of power is created for the Brayton cycle (BC) at the optimum operating condition. It was demonstrated that the overall energy and exergy efficiencies respectively are 44.37% and 42.87% for the GSO CC system, while they are 28.74% and 27.75% respectively for the Brayton cycle. Moreover, the GSO CC system is $9.03/MWh, whereas it is $8.24/MWh for BC. The results also indicate that the network of the GSO CC system decreases as the pressure ratio increases. Nonetheless, the GSO CC system’s efficiencies and costs increase with a rise in the pressure ratio until they reach a maximum and then decrease with further pressure ratio increases. The increase in the gas turbine inlet temperature and isentropic efficiency of the air compressor and gas turbine enhances the thermodynamic performance of the system; however, a further increase in these parameters increases the overall cost rates.

ÖZET

Organik Rankine çevrimleri (ORC'ler), düşük kaliteli termal enerjiyi elektriğe dönüştürmek için uygun bir yaklaşımdır. Ayrıca, enerji dönüşüm sistemlerinin en üst çevrimi sırasında oluşan egzoz gazlarının atık ısısının atmosfere salınması engellenir. Bu çalışmanın temel amacı, fazladan elektrik üretmek ve çevresel emisyonları azaltmak için atık ısı geri kazanımını doğrulamak için Bağdat'ta bulunan Taji benzin istasyonunu Rankine çevrimi ve organik Rankine çevrimi ile entegre etmektir. Kombine Brayton çevrimi-Rankine çevrimi / Organik Rankin çevrimi (GSO CC) sisteminin termodinamiği ve eksergo-ekonomik değerlendirmesi, birinci ve ikinci yasa verimliliklerinin üç amaç fonksiyonu ve sistemin toplam maliyet oranları dikkate alınarak uygulanmıştır. Elde edilen bulgulara göre GSO CC sisteminden 258,2 MW güç üretilirken optimum çalışma koşulunda Brayton çevrimi (BC) için 167,3 MW güç üretiliyor. Toplam enerji ve ekserji verimlerinin GSO CC sistemi için %44,37 ve %42,87 olduğu, Brayton çevrimi için ise %28,74 ve %27,75 olduğu gösterilmiştir. Ayrıca GSO CC sistemi 9,03 $/MWh iken BC için 8,24 USD/MWh'dir. Sonuçlar ayrıca GSO CC sisteminin iş ağının basınç oranı arttıkça azaldığını da göstermektedir. Bununla birlikte, GSO CC sisteminin verimlilikleri ve maliyetleri, maksimuma ulaşana kadar basınç oranındaki artışla artar ve daha sonra basınç oranı arttıkça azalır. Hava kompresörü ve gaz türbininin gaz türbini giriş sıcaklığındaki ve izantropik verimliliğindeki artış, sistemin termodinamik performansını artırır; bununla birlikte, bu parametrelerdeki daha fazla artış, toplam maliyet oranlarını artırır.