Kombine çevrim santralinde ikinci çevrim neden bulunur?
Bir gaz türbininin çıkışından hâlâ sıcak bir akışın ayrılması, sisteme giren enerjinin tamamının ilk aşamada elektriğe dönüştürülmediğini gösterir. Kombine çevrim tasarımı, bu sıcak akıştan ikinci bir çevrimde yararlanma fikrine dayanır. Aynı yakıttan daha fazla elektrik elde etme yaklaşımını anlamak için iki üretim basamağını ayrı izlemek gerekir.
Temsili görsel: Kombine çevrim santralinden bir görünüm; temsili görsel. Kaynak: A view from a natural gas combined cycle power plant.jpg; üretici: Harald the Bard; lisans: CC BY-SA 4.0.
İlk basamakta gaz türbini çalışır
Gaz türbini sisteminde sıkıştırılan hava, yakıtın yanmasıyla oluşan sıcak gaz akışının bir parçası olur. Bu gazlar türbin boyunca genişlerken mekanik güç sağlar. Türbinin hareketi jeneratöre aktarılır ve elektrik üretilir. Çıkıştaki gaz ise hâlâ başka bir ısı aktarım sürecinde değerlendirilebilecek enerji taşıyabilir.
Yalnızca bu basamağın kullanıldığı bir düzen ile kombine çevrim aynı tesis yapısı değildir. Tek çevrimli işletmede elektrik üretim zinciri gaz türbini çevresinde kurulur. Kombine çevrimde bunun arkasına eklenen sistem, ilk makinenin elektriksel çıkışını yeniden kullanmaz; çıkış akışının ısısını değerlendirir.
İkinci basamak için buhar hazırlanır
Sıcak egzoz akışı bir ısı geri kazanım düzeninden geçirilerek suya ısı aktarabilir. Hazırlanan buhar, buhar türbininde mekanik güç üretir. Böylece ilk çevrimden çıkan ısı, ikinci bir türbin-jeneratör yoluna katkı verir. İki çevrimin bağlantısı esas olarak bu ısı aktarımı üzerinden kurulur.
Bu nedenle sistemdeki “ikinci” sözcüğü iki ayrı yakıtın zorunlu olduğunu anlatmaz. Temel kombine çevrim fikri, bir çevrimin çıkışındaki kullanılabilir ısının başka bir çevrime girdi olmasıdır. Bazı tesislerin ek donanımları veya işletme seçenekleri bulunabilir; bunları bütün kombine çevrimlerin değişmez özelliği saymamak gerekir.
Jeneratör sayısı tek bir düzenle sınırlı değildir
Gaz ve buhar türbinlerinin ayrı jeneratörleri bulunabilir. Başka düzenlerde türbinler ortak bir mil sistemiyle tek jeneratöre bağlanabilir. Bu yüzden bir şemadaki jeneratör sayısına bakarak çevrim sayısını doğrudan çıkarmak güvenilir değildir. Akışkan yolları ve mekanik bağlantılar birlikte okunmalıdır.
Bir şema incelenirken gaz türbininin çıkışından sonra hangi ekipmanın geldiği özellikle açıklayıcıdır. Eğer bu akış buhar hazırlama sistemine yöneliyorsa, ikinci çevrimin ısı kaynağı görünür hâle gelir. Buharın türbinden sonraki yoğuşma ve yeniden besleme yolu da çevrimin tamamlanmasını sağlar.
Yararlanma artışı, kayıpların yok olması değildir
İkinci çevrim eklemek, termodinamik dönüşümlerdeki bütün kayıpları ortadan kaldırmaz. Çevreye verilmesi gereken ısı, ekipman kayıpları ve tesisin kendi elektrik tüketimi yine bulunur. Bu yüzden verim iddiası okunurken brüt elektrik üretimi ile yardımcı tüketimler çıkarıldıktan sonraki net üretimin ayrılması önemlidir.
Ayrıca tasarım noktasındaki bir performans değeri, her yükte aynı sonucun alınacağını garanti etmez. Hava koşulları, işletme yükü ve ekipman durumu değerlendirmeyi etkileyebilir. Belirli bir tesis için rakam vermek, o tesisin doğrulanmış teknik verilerini ve ölçüm koşullarını gerektirir.
Kojenerasyonla aynı soruyu yanıtlamaz
Kombine çevrim, ikinci çevrim üzerinden elektrik üretmeye odaklanır. Kojenerasyon değerlendirmesinde ise elektrikle birlikte kullanıcıya yararlı ısı sağlanması merkezde bulunur. Bir tesiste bu yaklaşımlar birlikte görülebilse de kavramlar eş anlamlı değildir; çıkıştaki enerjinin nereye gittiği belirleyicidir.
Bir teknoloji açıklamasını okurken “geri kazanılan ısıdan elektrik mi üretiliyor, yoksa bir ısı ihtiyacı mı karşılanıyor?” sorusu bu ayrımı açar. Kombine çevrimin temel özelliği, ilk çevrimin çıkış akışını ikinci bir elektrik üretim çevrimiyle ilişkilendirmesidir. Böylece tesisin adı, görünüşünden çok dönüşüm düzenini anlatır.
Buradaki bağlantıyı bir enerji akışı olarak çizmek özellikle öğreticidir: Yakıt ilk basamağa girer, elektrik bir çıkış olarak ayrılır, sıcak gaz ikinci basamağa ilerler. İkinci elektrik çıkışı bu kalan ısıdan elde edilir. Aynı girdi ikinci kez yeni bir enerji kaynağıymış gibi sayılmaz. Bir bilançoda iki elektrik çıkışının toplanması ile iki ayrı yakıt girdisinin bulunduğunun varsayılması bu nedenle farklı işlemlerdir.