الملخص

الأداء الديناميكي الحراري لوحدة التربين الغازي يعتمد أساسا على حالة المحيط الجوي والحمل الواقع على التربين والفرق بين القدرة الحقيقية المنتجة منها والقدرة التصميمية ويظهر هذا الاعتماد عندما تعمل الوحدة في أماكن تكون حالة المحيط الجوي تختلف عن حالة المحيط المشترطة من منظمة المعايير العالمية، أو في حالة التشغيل الجزئي حيث تكون القدرة المنتجة الحقيقية والكفاءة الحرارية مختلفة كثيرا عن القيم التصميمية. تهدف هذه الورقة إلى دراسة تأثير تغير حالة المحيط الجوي من درجة الحرارة والرطوبة النسبية على الأداء الديناميكي الحراري لوحدة التربين الغازي عند أحمال مختلفة. من خلال دراسة أداء وحدة تربين غازي بقدرة مركبة MW 285 واستخدامه. معادلات اتزان الكتلة والطاقة مع مواصفات وحدة التربين الغازي استخدمت لبناء النموذج الديناميكي الحراري الذي تم على أساسه تصميم برنامج حاسوب واستخدامه للتحقق من الأداء للوحدة تحت حالات تشغيل متغيرة للمحيط الجوي والحمل. حيت تم تغير درجة حرارة المحيط من صفر إلى °C 50 والرطوبة النسبية من صفر إلى 100% وحمل وحدة التربين من 25 % إلى 100% مع ثبوت درجة حرارة الغازات الداخلة للتربين عند °C 1242. ومن بين النتائج المتحصل عليها أتضح أنه عند زيادة درجة حرارة المحيط الجوي درجة مئوية واحدة (1°C) تؤدي إلى انخفاض 0.53 % في القدرة المنتجة و 0.18 % في الكفاءة الحرارية وزيادة بنسبة 0.195 % في استهلاك الوقود النوعي. أما فيما يتعلق بتأثير الرطوبة النسبية فأتضح أن لها تأثير مهم على القدرة المنتجة ولكن ليس لها تأثير مهم على الكفاءة الحرارية. حيث استنتج انه في درجة حرارة المحيط الجوي °C 40 كانت الزيادة 4.15 % في القدرة المنتجة عندما ترتفع قيمة الرطوبة النسبية من صفر إلى 100%. أخيرا، تم التحقق من دقة الحسابات وذلك بمقارنتها بنتائج المصنع. أستنتج من هذه الدراسة بان درجة حرارة المحيط لها تأثير مهم على الأداء الديناميكي الحراري لوحدة التربين الغازي عند الحمل الجزئي والكامل ولهذا دعم وحدة التربين الغازي بتركيب منظومة تبريد لهواء الدخول يجب أن يؤخذ في الاعتبار.

ABSTRACT

The thermodynamic performance of a gas turbine unit mainly depends on the ambient and loading conditions. The difference between the actual power generated by a gas turbine and the design rated power is observed whenever it operates at site ambient conditions that vary from the stipulated ISO conditions or at part-loading operation. Consequently, its actual power output and thermal efficiency are different from its rated design values.
This paper is devoted to study the effects of ambient conditions variations, such as ambient temperature and relative humidity on gas turbine unit performance at different loads. For this work, the power plant chosen is a gas turbine unit of 285 MW installed capacity. Mass and energy balance equations with typical specifications of the selected gas turbine unit have been used to develop the thermodynamic model. Based on this model, a computer program has been established and used to investigate the performance of the unit under varying ambient and loading conditions. These include ambient temperature, ranging from zero to 50 °C, relative humidity, ranging from zero to 100%, gas turbine load ranging from 25% to 100% with turbine inlet temperature fixed at 1242°C.
The results obtained showed that a degree (1°C) increase in ambient temperature, leads to 0.53% decrease in the net power output, 0.18 % decrease in the thermal efficiency and 0.195 % increase in specific fuel consumption. The relative humidity has a remarkable influence on net power output but almost none on thermal efficiency. At 40°C ambient temperature, the effect of relative humidity produces an increase of 4.15% in the net power output when the RH increases from zero to 100%. Finally, the calculated results were validated against the actual gas turbine unit data provided by the manufacturer. In conclusion, the effect of ambient temperature on the thermodynamic performance of gas turbine power plants will be significant at full and part loads. Therefore, the incorporation of the existing gas turbine plant with inlet air cooling technologies should be considered seriously.