Sie wollen Strom. Um es zu bekommen, braucht man normalerweise eine rotierende Turbine. Aber was dreht sich? Ist es Luft? Ist es Dampf? Die Antwort ändert alles daran, wie die Maschine funktioniert, wie viel sie kostet und wo sie steht.
Die meisten Leute werfen „Turbinen“ in einen Topf. Das sollten sie nicht. Hier gibt es zwei dominierende Akteure: den Brayton-Zyklus und den Rankine-Zyklus. Man atmet Gas. Der andere kocht Wasser.
Wie der Brayton-Zyklus Druckluft nutzt
Der Brayton-Zyklus ist der Motor hinter Gasturbinen. Denken Sie an Düsentriebwerke. Denken Sie an die riesigen Einheiten, die auf den Dächern von Kraftwerken sitzen.
Das Arbeitsmedium ist hier ein Gas. Normalerweise Luft.
Der Prozess beginnt mit der Komprimierung. Ein Kompressor komprimiert die Luft und erhöht so ihren Druck und ihre Energie. Das ist nicht kostenlos. Es erfordert Arbeit. Aber diese Hochdruckluft ist auf das vorbereitet, was als Nächstes kommt.
Dann erhitzen.
Eine externe Verbrennungsquelle gibt Energie in dieses komprimierte Gas ab. Temperaturspitzen. Das Gas dehnt sich heftig aus. Dieses expandierende, energiereiche Gas strömt in eine Turbine.
Es trifft die Klingen. Die Klingen drehen sich. Diese Rotation ist mechanische Arbeit.
„Dem Gas wird dann Wärme von einer externen Verbrennungsquelle zugeführt, wodurch es sich ausdehnt, bevor es eine Turbine passiert.“
Hier teilt sich der Kreislauf.
In einem offenen Brayton-Kreislauf verlässt das verbrauchte Gas einfach den Raum. Es tritt durch einen Abgaskamin aus. Es ist weg. Du schnappst frische Luft für die nächste Runde. Einfach. Effizient genug für schnelle Starts.
In einem geschlossenen Brayton-Zyklus bleibt das Gas eingeschlossen. Es wird abgekühlt, erneut komprimiert und zurück in den Kreislauf geschoben. Kein Auspuff. Nur ein geschlossener Kreislauf aus Recyclinggas.
Warum der Rankine-Zyklus Wasser zum Kochen bringt
Der Rankine-Zyklus ist anders. Es funktioniert bei Flüssigkeiten. Konkret: Wasser.
Sie können Dampf nicht einfach effizient pumpen. Sie pumpen Flüssigkeit.
Eine Pumpe fördert Wasser zu einer Wärmequelle. In konventionellen Kraftwerken ist diese Wärmequelle ein Kessel. Der Boiler bringt das Wasser zum Kochen. Es entsteht Dampf.
Dampf nimmt viel mehr Platz ein als flüssiges Wasser. Es dehnt sich aus.
Dieser expandierende Dampf trifft auf eine Turbine. Genau wie im Brayton-Zyklus drückt der Dampf die Rotorblätter. Die Turbine dreht sich. Dieser Rotor treibt einen Generator an. Die elektromagnetische Induktion setzt ein. Sie erhalten Strom.
Aber warte. Der Zyklus ist noch nicht abgeschlossen.
Im Rankine-System strömt dieser Dampf nicht einfach in die Atmosphäre. Es durchläuft einen Kondensator. Es kühlt ab. Es verwandelt sich wieder in flüssiges Wasser.
Dann läuft es zurück zur Pumpe.
Gas vs. Dampf: Welcher Zyklus passt zu Ihren Bedürfnissen?
Also, welches verwendest du?
Es hängt davon ab, was Sie tun möchten.
Gasturbinen (Brayton) sind schnell. Sie starten schnell. Sie eignen sich hervorragend für Spitzenlaststrom – wenn um 17 Uhr alle die Klimaanlage einschalten und Sie jetzt Saft brauchen. Sie bewältigen variable Belastungen gut. Allerdings sind sie im Grundlastbetrieb oft weniger effizient als Dampf.
Dampfturbinen (Rankine) sind stabil. Sie sind die Arbeitstiere. Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke und sogar einige solarthermische Kraftwerke nutzen den Rankine-Zyklus. Sie sind
