LNG' nin soğuk enerjisini kullanan bir güç sisteminin ileri ekserji ve eksergo-ekonomik analizleri

Bu çalışma, jeotermal enerjiyi ısı kaynağı ve sıvılaştırılmış doğal gazın (LNG) soğuk enerjisini ısı giderici olarak kullanan bir yeniden sıkıştırmalı süperkritik CO₂ (S-CO₂) çevriminin tasarımını sunmaktadır. Sistem performansı, ileri ekserji tabanlı analiz teknikleri kullanılarak değerlendirilmiş ve NSGA-II yöntemi ile çok amaçlı optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, doğal gaz türbini (T-2), ısı değiştirici-2 (ID-2), ısı değiştirici-3 (ID-3) ve sıvılaştırılmış doğal gaz pompasının (P-1), ekserji yıkımı açısından en yüksek iyileştirme potansiyeline sahip bileşenler olduğunu göstermektedir. Sistem için toplam ekserji yıkım iyileştirme potansiyeli %14 olarak hesaplanmıştır. Ekserji yıkım maliyeti açısından sistemin iyileştirme potansiyeli %46’dır ve doğal gaz türbini (T-2), sıvılaştırılmış doğal gaz pompası (P-1) ve jeotermal türbin (T-3), maliyet azaltımı için kilit bileşenler olarak belirlenmiştir. İleri eksergo-çevresel analiz, ekserji yıkımına bağlı en yüksek çevresel iyileştirme potansiyelinin doğal gaz türbini (T-2), jeotermal türbin (T3) ve sıvılaştırılmış doğal gaz pompasında (P-1) olduğunu ve toplam çevresel iyileştirmenin %22 seviyesinde gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, çok amaçlı optimizasyon; enerji verimliliği, ekserji verimliliği, maliyet ve çevresel etki faktörleri dahil tüm performans kriterlerinde iyileşmelere yol açmış, sistem genelinde %7.15’e kadar iyileştirme sağlanmıştır. Bu bulgular, S-CO₂ çevrim sisteminin ekserji, maliyet ve çevresel etki açısından optimize edilmesi için önemli bir potansiyel sunduğunu göstermektedir.

This study presents the design of a recompression supercritical CO₂ (S-CO₂) cycle, utilizing geothermal energy as the heat source and liquefied natural gas (LNG) cold energy as the heat sink. The system's performance was evaluated using advanced exergy-based analysis techniques, and multi-objective optimization was carried out using the NSGA-II method. The results show that the natural gas turbine (T2), heat exchanger-2 (ID-2), heat exchanger-3 (ID-3), and the liquefied natural gas pump (P-1) have the highest improvement potential in terms of exergy destruction. The total exergy destruction improvement potential for the system is calculated as 14%. In terms of exergy destruction cost, the system's improvement potential is 46%, with the natural gas turbine (T-2), liquefied natural gas pump (P-1), and geothermal turbine (T-3) identified as key components for cost reduction. The advanced exergo-environmental analysis reveals that the highest environmental improvement potential due to exergy destruction is found in the natural gas turbine (T-2), geothermal turbine (T-3), and liquefied natural gas pump (P-1), with a total environmental improvement of 22%. Additionally, multi-objective optimization led to improvements in all performance criteria, including energy efficiency, exergy efficiency, cost, and environmental impact factors, with overall system improvements of up to 7.15%. These findings demonstrate the significant potential for optimizing the S-CO₂ cycle system in terms of exergy, cost, and environmental impact.