PERFORMANCE OPTIMIZATION OF MARIB GAS TURBINES POWER PLANT INTEGRATED WITH ORGANIC RANKINE CYCLE AND ABSORPTION REFRIGERATION SYSTEM

Abstract

ABSTRACT

This thesis investigates the development and performance analysis of an innovative hybrid power system designed for the Marib, Yemen region, incorporating a Brayton cycle (BC), an Organic Rankine Cycle (ORC), and an absorption refrigeration system (ARS). Aimed at optimizing operational standards and efficiency, the system is engineered to leverage waste heat recovery, thereby minimizing thermal losses, enhancing system efficiency, and reducing operational costs. Through a comprehensive 4E analysis—encompassing energy, exergy, economic, and environmental perspectives—this study evaluates the impact of various operational parameters on the system's performance, employing the Engineering Equation Solver (EES) for model creation. Key findings include a significant boost in net power output to approximately 189.6 MW upon ORC integration, alongside a notable refrigeration output of 35.8 MW at a coefficient of performance (COP) of 0.81. The energy and exergetic efficiencies of the newly developed model are recorded at 38.9% and 40.16% respectively, compared to 30.19% and 31.27% for the Marib gas turbine power plant. Exergoeconomic analysis reveals that the unit cost of specific energy for the new model is 54.52 USD/GJ, whereas for the Marib plant, it stands at 63.62 USD/GJ. Environmental assessments indicate a decrease in the carbon footprint from 631 kg/MWh to 485.5 kg/MWh, underscoring the significant emission reduction potential of the newly developed system. Parameters related to the BC, notably the pressure ratio and gas turbine inlet temperature (GTIT), emerged as critical to the system's efficiency. The study confirms that strategic adjustments to these parameters can markedly improve hybrid power systems' economic and environmental performance.

ÖZET

Bu tezde, Yemen'in Marib bölgesi için tasarlanan, Brayton çevrimi (BC), Organik Rankine Çevrimi (ORC) ve absorpsiyonlu soğutma sistemi (ARS) içeren yenilikçi bir hibrit güç sisteminin geliştirilmesini ve performans analizini incelenmiştir. Operasyonel standartları ve verimliliği optimize etmeyi amaçlayan sistem, atık ısı geri kazanımını güçlendirecek, böylece termal kayıpları en aza indirecek, sistem verimliliğini artıracak ve operasyonel maliyetleri azaltacak şekilde tasarlandı. Enerji, ekserji, ekonomik ve çevresel perspektifleri kapsayan kapsamlı bir 4E analizi aracılığıyla bu çalışma, model oluşturmak için Mühendislik Denklem Çözücüsünü (EES) kullanarak çeşitli operasyonel parametrelerin sistem performansı üzerindeki etkisini değerlendirir. Temel bulgular arasında, ORC entegrasyonu sonrasında net güç çıkışında yaklaşık 189,6 MW'a önemli bir artış ve 0,81 performans katsayısında (COP) 35,8 MW'lık dikkate değer bir soğutma çıkışı yer alıyor. Yeni geliştirilen modelin enerji ve enerji verimliliği, Marib gaz türbini santrali için% 30,19 ve% 31,27'ye kıyasla sırasıyla% 38,9 ve% 40,16 olarak kaydedilmiştir. Eksergoekonomik analiz, yeni model için özgül enerjinin birim maliyetinin 54,52 USD / GJ olduğunu, Marib tesisi için ise 63,62 USD / GJ olduğunu ortaya koymaktadır. Çevresel değerlendirmeler, karbon ayak izinin 631 kg / mwh'den 485,5 kg / mwh'ye düştüğünü gösteriyor ve bu da yeni geliştirilen sistemin önemli emisyon azaltma potansiyelinin altını çiziyor. BC ile ilgili parametreler, özellikle basınç oranı ve gaz türbini giriş sıcaklığı (GTIT), sistemin verimliliği için kritik olarak ortaya çıktı. Çalışma, bu parametrelerdeki stratejik ayarlamaların hibrit güç sistemlerinin ekonomik ve çevresel performansını belirgin şekilde iyileştirebileceğini doğrulamaktadır.