Giriş

General Electric, değişen endüstri ihtiyaçlarına cevap vermek üzere F-sınıfı gaz türbinlerinde ve kombine çevrim santrallerinde çeşitli geliştirmeler yapmış ve bunları başarıyla kanıtlamıştır. Bu iyileştirmeler sadece gaz türbinini, jeneratörü ve buhar türbinini değil aynı zamanda gaz türbini ve kombine çevrim operasyonunu destekleyen yardımcı sistemleri de kapsamaktadır. Kendine özgü yanma teknolojisi, santral kısma özelliklerini ve santralin kısmi yük operasyonlarını geliştirmektedir.

 

GE’nin gelecek nesil 50Hz kombine çevrim ürünü, FlexEfficiency* 50 santrali, tüm esnek santral performans hedeflerini desteklemek üzere ekipman ve kontrol sistemi tasarımında bütünsel sistem dizaynı perspektifini benimsemiştir. (Şekil 1)

  

Operasyon Esnekliğinde Yeni Bir Standart

Yukarıdaki pazar ihtiyaçlarını göz önüne alarak FlexEfficiency* 50 Kombine Çevrim Santrali aşağıdaki anahtar operasyonel olanakları sağlar: 

 

Yukarıda sıralanan üstün operasyonel özelliklerin kombinasyonu, %61’den fazla baz yük ve yüksek kısmi yük verimliliği (baz yük civarında düşük sapma oranı) FlexEfficiency değerlendirmesine yansıtılmaktadır. FlexEfficiency, yıl boyunca tüm operasyon spektrumunda karlı MWh’lerin yakıt maliyetine oranı olarak tanımlanır. Tipik olarak dur-kalklı operasyon görevinde çalışan kombine çevrim santrallerinden yıllık çalışma profili olarak 200’den fazla kalkış ile birlikte baz yük, kısmi yük ve minimum yük operasyonu karışımı beklenmektedir. Mevsimsel değişimler ve diğer faktörler hesaba katılarak yıllık ortalama alındığında etkin yük faktörü %70 - %80’e denk gelir. FlexEfficiency 50 santralindeki daha iyi kısmi yük ve daha hızlı kalkış özellikleri sayesinde etkin santral verimliliğindeki artış, örn. FlexEfficiency, Şekil 2’de yaklaşım olarak görülebilir. Gerçek sonuçlar saha ortamına ve yükleme karakteristiklerine bağlı olarak değişse de sıcak günlerdeki güç artışı ve diğer faktörler gibi müşteri özelinde yapılan değişiklerle FlexEfficiency’de dört puanlık iyileşme beklenmektedir.

 

%61’lik fevkalade baz yük verimliliğine ek olarak FlexEfficiency 50 santrali, kısmi yüklerde daha iyi verim ve daha hızlı kalkış kabiliyetiyle (daha yüksek yük faktörü ve azaltılmış yakıt tüketimi) tüm çalışma sınırlarında ortalama (etkin) verimliliği artırır.

 

FlexEfficiency*50 Kombine Çevrim Santrali, rekabetçi bir üretim aktifi için tüm önemli özellikleri bir araya getirir; ayrıca çevrim süresini iyileştirmek ve atıl zamanı azaltmak için müşteri servis kolaylığı, montaj ve bakım ihtiyaçlarını göz önüne alır.

 

FlexEfficiency* 50 Güç Aktarma Organı

FlexEfficiency* 50 kombine çevrim santrali 14 kademeli kompresörlü (20 basınç oranı) ve kısmi yük operasyonlarında arttırılmış kompresör esnekliği için değişken statör kanatlı, hava soğutmalı bir 9FB gaz türbinine dayanır. Yakıt esnekliğine sahip DLN 2.6+ çift-yakıtlı yanma odası ve ileri malzemeye sahip (dört kademeli güç türbini) sıcak gaz yolu özelliklerine sahiptir. 

 

Gaz türbini egzozu ileri buhar koşullarında (165 bar/600°C/600°C’ye kadar kapasiteli) üç basınç ve yeniden ısıtma (3PRH) buhar çevrimi için termal ısı sağlar. HRSG, HEAT™ teknolojisiyle birleşmiş düşük basınç bölümü çift akışlı ve yandan egzozlu,  180 MW olarak sınıflandırılmış üç kabuklu bir D14-buhar türbini tasarımı için buhar üretir.

 

Su soğutmalı bir W28 jeneratörü gaz türbininin ve buhar türbininin ortasına yerleştirilmiştir, 550 MW’de elektrik enerjisi gücündedir. Bu turbo makine, buhar türbinini jeneratörden ayırarak senkronize şekilde kendi kendine ayarlayan SSS kavramalı tek şaftlı bir yapıda düzenlenmiştir. Bağımsız gaz türbini ve buhar türbini dönen yatakları ile birlite bu kavrama, santral kapanmasından gaz türbini muayene ve bakımına kadar mümkün olan en kısa süreyi sağlar. Senkronize kavrama bu tipte ve boyuttaki uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır ve başarısı kanıtlanmıştır.

 

Bu şaft hattı düzenlemesiyle, tekli şaft tasarımı, kontrol ve operasyon anlamında basitlik, düşük maliyet ve yüksek güvenilirlik nedeniyle tercih edilen konfigürasyon olarak kabul edilmiştir.

 

FlexEfficiency* 50’nin sistem kombine çevrim platformu ön taşıyıcı ve drum-tipi ısı kazanım buhar jeneratörü (HRSG) kombinasyonu ile en iyi haline getirilmiştir ve ISO şartlarında 510 MW elektrik enerjisi ve %61’den fazla net termal verimlilik verebilmektedir. 

Yenilikçi santral tasarımı çalışma alanı için daha net bölümleme sağlar ve bakım gereksinimlerine yardımcı olmak için enerji aktarım organına erişimini önemli ölçüde kolaylaştırır. 5,5 metrelik şaft ekseni yüksekliğiyle birlikte (mevcut 109FB Kombine Çevrim Enerji Santrali ile aynı) temelde, çevrelemede ve binalarda maliyet tasarrufu sağlar.

 

Mark VIe santral kontrol sistemi dijital haberleşme tabanlıdır ve yüksek interaktifliğe sahip gelişmiş yazılım uygulamaları sağlar. İletişim protokolleri dijital olduğundan ve bağlantılar kolaylıkla dağıtıldığından alan kablolaması %50’den fazla oranda azalır. Bu aynı zamanda çoğu motor kontrol dolaplarının ve işlem kontrol panellerinin ön saha montajını mümkün kılar. Gelişmiş uygulama katmanı model tabanlı ve öngörücü model kontrol uygulamaları üzerine kurulur ve tek tuşla başlatma, ayrıca grup kontrolü içerir.

 

Modele dayalı kontrol (Model Based Control, MBC) metodolojisi türbinleri ve santral etkileşimlerini kontrol etme yöntemimizi önemli ölçüde geliştirir. Gerçek çalışma koşullarını gerçek zamanlı GE mühendislik modellerinden ve var olan sensörlerden ‘kopyaladığı ve modellediği’ için, model ekipman bozulmasını ve kısa süreli aksaklıkları düzeltir. MBC aynı zamanda daha akıllıca fiyat teklifi ve tevzi kararı vermek için ekipman kapasitesi tahminini de mümkün kılar, böylece daha doğru bakım planlaması ve kullanım ömrü maliyetini belirlenir.

 

Yeni 9FB Gaz Türbini

Şekil 4’te gösterilen yeni yüksek verimli, hava soğutmalı 9FB Gaz Türbini, 14 kademeli, gelişmiş 3 boyutlu aerodinamik tasarıma sahip kompresörden faydalanır. Giriş kılavuz kanatçıklarına ek olarak ters akış yanma bölümündeki statik basınç kayıplarını engellemek için çoklu değişken statör kanatçıklarına ve hibrid radyal difüzöre sahiptir. Kompresör, GE’nin yeni Gaz Türbini serileri için inşa edilen tam yük test tesisinde onaylanmış en son 7FA Gaz Türbininin (sürüm .05) ölçeklendirilmiş tasarımıdır. Şekil 5a ve 5b’de gösterilen kompresör tasarımı, diğer çeşitli endüstriyel GE gaz türbinlerine de uygulanan, yerinde değiştirilebilir rotor kanatlarının (tipik bir uçak motor özelliği) avantajından yararlanır. 

 

Yanma sistemi, mevcut başarılı düşük kuru NOx (DLN) 2.6+ yanma sisteminin gelişmiş şeklidir, yüksek çalışma koşullarında iyileştirilmiş emisyon profilleri sağlayan yakıt kademelendirme devresi de eklenmiştir. Bu özellik baz yük üretimde gelişmiş NOx kontrolü sağlar ve CO2 emisyonu uyumu içinde %30 yüke kadar gaz türbini yükünün kısılmasını mümkün kılar.

 

Güç türbini dört aşamalı genişleme hattı içerir, H System* gaz türbini ile benzerdir, fakat bütünleşik buhar ya da hibrid soğutma teknolojisi kullanılmamıştır. H System*’e benzer olarak türbin bölümü ısı değişim ölçüsü yönetimini geliştiren iç ve dış kabuğa sahiptir. İç türbin kabuğu, pasif boşluk denetimi görevi yaparak daha dar hareketli türbin kanatçığı ve conta aralığını destekler. 

 

Gelişmiş ısı iletimi, soğutma ve sızdırmazlık teknolojileri de kullanılır. Mevcut F sınıfı teknolojiyle uyumlu olarak birinci kademe kepçesi için patentli tek kristal malzeme kullanılır. Diğer türbin bölümleri daha önceden hareketli türbin kanatçıkları ve sabit türbin kanatçıkları için uygulanan yönlü katılaşmış ve eş eksenli güçlendirilmiş malzeme kullanır. Isı geçirmez kaplamalar birinci ve ikinci bölümlere uygulanır, bu tasarım özelliği hibrit ya da buharlı soğutmaya gerek kalmadan yüksek yanma ısısına olanak sağlar.

Kombine çevrimlerin gelecekteki operasyonlarının daha fazla çevrimli çalışma gerektireceği tahmin edilerek tüm santral bileşenleri bu operasyon konseptini desteklemek için özel olarak tasarlanmışlardır. Yeni 9FB Gaz Türbini için bakım aralıkları bugün kullanılan F sınıfı Gaz Türbinleriyle karşılaştırıldığında daha fazla kalkma/durma ihtiyacını karşılayacak şekilde uyarlanmıştır.  Süper-alaşımlı malzemelerin kullanılması sonucunda dur-kalklı operasyon görevinde tipik endüstri değerleriyle karşılaştırıldığında %50 daha fazla rotor ömrü sağlanır.

 

Yukarıda bahsedilen tüm teknolojik yenilikler, 2015’te faaliyete geçmesi öngörülen ilk ticari projelerde sahada onaylama zamanını azaltmak için test amacıyla GE’nin fabrikasında kurulmuş standta onaylanmıştır.

 

*General Electric Şirketi’nin ticari markasıdır.