Genleşme Türbini Uygulamasıyla Doğalgazdan Elektrik Üretimi

Doğalgaz iletim sistemlerinde basınç düşürme işlemleri genellikle regülatörler ile yapılır ve bu esnada ortaya çıkan potansiyel enerji çoğunlukla boşa gider. Oysa genleşme türbinleri ile bu enerjiden elektrik üretmek mümkündür. Bu yazımızda, örnek bir istasyonun 2024 yılı ortalama verileri baz alınarak bu potansiyelin ne kadar olduğu teknik olarak hesaplanmaktadır.

1. İşletme Verileri

2. Türbin Çıkış Sıcaklığı Hesabı
Hammerschmidt korelasyonu kullanılarak türbin çıkışındaki sıcaklık hesaplanır:

T(°F) = 8,9 × P^0,285

Burada P, psi cinsinden çıkış basıncıdır:

P = 16 bar = 16 × 14,5 = 232 psi
T = 8,9 × (232)^0,285 = 42 °F
T = (42 − 32)/1,8 = 5,57 °C ≈ 6 °C

3. Türbin Giriş Sıcaklığı
RMS/A-2 istasyonunda ön ısıtma yapılması gerekmektedir. Türbinin verimli çalışabilmesi için giriş sıcaklığı 70°C olarak belirlenmiştir.

4. Birim Kütlede Üretilen İş

cp = 2,2537 kJ/kg°C
w = cp × (Tg − Tc) = 2,2537 × (70 − 6) = 144,24 kJ/kg

5. Kütlesel Debi Hesabı

d = 0,79 kg/m³
V̇ = 124.170,3 m³/h
ṁ = V̇ × d = 124.170,3 × 0,79 = 98.094,54 kg/h

6. Toplam Güç Hesabı

Ẇ = ṁ × w = 98.094,54 × 144,24 = 14.149.156 kJ/h
Ẇ = 14.149.156 / 3600 = 3.930,32 kW = 3,93 MW

7. Sistem Verimi ve Net Güç

η = 0,95
P = 3,93 × 0,95 = 3,73 MW

8. Türbin ve Regülatör Durumunda Ön Isıtma İhtiyacı

Türbin Durumu:

Qt = ṁ × cp × (Tg − Tmevcut)
Qt = 98.094,5 × 2,2537 × (70 − 15,5) = 12.048.623 kJ/h
Qkcal = 12.048.623 / 4,1867 = 2.877.833 kcal/h
Qgaz = 2.877.833 / 8.250 = 348,8 Sm³/h

Regülatör Durumu:

Qk = 98.094,5 × 2,2537 × (27 − 15,5) = 2.542.370 kJ/h
Qkcal = 2.542.370 / 4,1867 = 607.249 kcal/h
Qgaz = 607.249 / 8.250 = 73,61 Sm³/h

9. Ekonomik Analiz
Yıllık Elektrik Geliri

Ee = P × Δt × ee = 3,73 × 8.322 × 0,075 = 2.328.080 $/yıl

Yatırım Geri Ödeme (Yıllık Sermaye Gideri)

Ck = 5.500.000 × 0,08 × (1+0,08)^20 / ((1+0,08)^20 − 1) = 560.187 $/yıl

Ön Isıtma Gideri (Net)

CQ,türbin = 348,8 × 8.322 × 0,56 = 1.625.520 $/yıl
CQ,reg = 73,61 × 8.322 × 0,56 = 343.046 $/yıl
CQ = 1.282.474 $/yıl

Yardımcı Üniteler Enerji Tüketimi

Cp = 0,02 × 3,73 × 8.322 × 0,075 = 46.561 $/yıl

Bakım Gideri

Co = 0,05 × 3,73 × 8.322 × 0,075 = 116.403 $/yıl

10. Yıllık Kar Hesabı

Ctoplam = Ck + CQ + Cp + Co = 2.005.627 $/yıl
G = Ee − Ctoplam = 2.328.080 − 2.005.627 = 322.453 $/yıl

Yapılan teknik ve ekonomik analiz göstermiştir ki, örnek istasyonda genleşme türbini kullanımı teknik olarak uygulanabilir olup, yıllık yaklaşık 3,73 MW net elektrik gücü üretimi sağlanabilmektedir. Bu sistem, her yıl yaklaşık 322.000 $ ekonomik kazanç sağlamaktadır. Ancak geri ödeme süresi oldukça uzun çıkmakta olup, yatırım kararının verilmesi tavsiye edilmemektedir. 

Yaklaşık Geri Ödeme Süresi = Yatırım Tutarı / Yıllık Net Kazanç= 5.500.000 USD / 322.453 USD ≈ Yaklaşık Geri Ödeme Süresi = 17 yıl