An Integrated Framework for Modeling CO₂ Emissions in Libyan Combined Cycle Power Plants to Enhance Operational Efficiency and Support Environmental Power Dispatch Strategies
Researcher(s):
Nordeen Atyala Elfaza
Abdulsalam Salem Abdullah
Jmal Abdel kader Saed
Institution:
Higher Institute of Science and Technology, Tarhuna , Libya
Field:
Environment, waste, industrial and biological emissions
Published in:
38th volume - January 2026
الملخص
الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تقدير انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) الناتجة عن وحدات التوربينات الغازية ذات الدورة المركبة (CCGT) العاملة بالغاز الطبيعي في ليبيا، ودمج هذه التقديرات ضمن نموذج الجدولة البيئية لتوليد الكهرباء الذي يأخذ في الاعتبار عدة محطات كهربائية. تبدأ الدراسة بتصميم أولي يهدف إلى معايرة النموذج باستخدام البيانات المحدودة المقدمة من الشركات المصنعة، كما يتم التحقيق في نقاط التشغيل خارج التصميم من أجل تقدير الانبعاثات عبر كامل نطاق تشغيل الوحدات. وقد أظهرت النتائج توافقًا جيدًا مع معاملات الانبعاثات الواردة في الأدبيات لهذا النوع من الوحدات. بعد ذلك، تم استخدام تكاليف الكربون كمدخلات في مسألة الالتزام الوحدوي (Unit Commitment - UC)، حيث تم تطبيق صياغة برمجة خطية عددية صحيحة مختلطة (MILP) بهدف تقليل الانبعاثات الكلية لمجموعة من الوحدات داخل الشبكة الكهربائية الليبية. وأظهرت عوامل الانبعاث التي تم الحصول عليها من الشبكة المحاكاة قيماً قريبة من البيانات الميدانية المسجلة، مما يؤكد صلاحية النموذج المطور. وأخيرًا، تم تقديم صياغة أكثر إحكامًا لمسألة الجدولة من أجل تقليل الزمن الحسابي مع ضمان جودة عالية في أداء الحلول المسترجعة. وتشير النتائج إلى أن إعطاء الأولوية للمحطات الأحدث والأكثر كفاءة يساهم في خفض الانبعاثات الوطنية بنسبة تتراوح بين %10– %15...............
الكلمات المفتاحية:............. الدورة المركبة للتوربينات الغازية، التصميم، انبعاثات، الالتزام الوحدوي البيئي، جدولة القدرة، التحسين.(CO₂)
Abstract
The main objective of this work is to estimate the carbon dioxide (CO₂) emissions from natural gas-fired combined cycle gas turbine (CCGT) units in Libya and to integrate these estimations within an environmental power dispatch model that considers several power plants. The study begins with a preliminary design aimed at calibrating the model using the limited data provided by manufacturers. Off-design operating points are also investigated in order to estimate emissions across the full operating range of the units. The results show good consistency with emission coefficients reported in the literature for this type of units. Subsequently, carbon costs are used as input parameters in a Unit Commitment (UC) problem, where a Mixed Integer Linear Programming (MILP) formulation is applied to minimize the total emissions of a set of units within the Libyan power grid. The emission factors obtained for the simulated network display values close to the recorded field data, validating the developed model. Finally, a tightened formulation of the dispatch problem is introduced, aiming to reduce computational time while ensuring high-quality performance of the returned solutions. and Results show that prioritizing newer and more efficient plants reduces national emissions by 10–15%.................
Keywords: ................Combined Cycle Gas Turbine, Design, CO₂ Emissions, Environmental Unit Commitment, Power Dispatch, Optimization.