THERMOECONOMIC ANALYSIS OF A BRAYTON AND RECOMPRESSION OF A SUPERCRITICAL CO2 COMBINED POWER CYCLE IN HILLA

Abstract

ABSTRACT

In this study, the thermoeconomic analysis of a combined power cycle consisting of Bryton power cycle and sCO2 cycle was examined. Brayton cycle was used as the topping cycle and sCO2 cycle was used as the bottoming cycle. At the Hilla gas station, the waste heat resulting from power generation is transferred to the supercritical CO2 cycle, which operates as a closed loop, through a Bryton cycle that uses methane as fuel. The 1st and 2nd law analyzes of thermodynamics were applied to this study and the energy exergy, economy and environment analyzes of the combined cycle were carried out. As a result of the study, the total energy production of the system, the cost of the electricity produced, the investment costs of the system and its environmental effects in 6 different operating regimes during the year were obtained. According to the results obtained, it was observed that the highest total electricity production was 42.9 MW, 26.83 MW from the Brayton cycle and 16.11 MW from the sCO2 cycle. The lowest electricity production values were observed to be 19.9 MW in total, 11.5 MW from the Brayton cycle and 8.4 MW from the sCO2 cycle. Total combined energy efficiency was between 40% and 43.3%. Exergy efficiency was between 47.6% and 55.53%. The electricity production cost was found to be 0.0145 $/kWh and 0.0162 $/kWh, which is well below the market values. Finally, when the environmental impacts were examined, it was observed that CO2 emissions were reduced by 2 to 4.81 tons/day.

ÖZET

Bu çalışmada Bryton güç çevrimi ve sCO2 çevriminden oluşan bir bişleşik güç çevriminin termoekonomik analizi incelenmiştir. Üst çevrim olarak Brayton çevrimi ve alt çevrim olarak sCO2 çevrimi kullanılmıştır. Hilla gaz istanyonunda yakıt olarak metan kullanan bir Bryton çevirimi ile güç üretiminden ortaya çıkan atık ısı kapalı çevrim olarak çalışan süperkritik CO2 çevrimine aktarılmaktadır. Termodinamiğin 1. ve 2. yasa analizleri bu çalışmaya uygulanmış ve birleşik çevrimin enerji ekserji ve ekonomi ve çevre analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda yıl içerisinde meydana gelen 6 farklı çalışma rejimlerinde sistemin toplam enerji üretimi, üretilen elektriğin maliyeti, sistemin yatırım maliyetleri ve çevresel etkileri eldedilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre en yüksek toplam elektrik üretiminin 26.83 MW'ı Brayton çevriminden, 16.11 MW'ı sCO2 çevriminden olmak üzere toplam 42.9 MW olduğu gözlemlenmiştir. En düşük elektrik üretim değerleri ise 11.5 MW'ı Brayton çevriminden 8.4 MW'ı sCO2 çevriminden olmak üzere toplam 19.9 MW olduğu gözlemlenmiştir. Toplam birleşik energy verimliliği ise 40% ile 43.3% aralığında gerçekleşmiştir. Ekserji verimi ise 47.6% ile 55.53% aralığında meydana gelmiştir. Elektrik üretim maliyeti ise piyasa değerlerinin çok altında bir değer olan 0.0145 $/kwh ile 0.0162 $/kWh aralığında bulunmuştur. Son olarak çevresel etkiler incelendiğinde 2 ile 4.81 ton/gün CO2 salınımı azaltıldığı gözlemlenmiştir.