Vuoi l’elettricità. Per ottenerlo, di solito è necessaria una turbina rotante. Ma cosa gira? È aria? È vapore? La risposta cambia tutto su come funziona la macchina, quanto costa e dove vive.
La maggior parte delle persone raggruppa le “turbine” in un unico secchio. Non dovrebbero. Ci sono due attori dominanti qui: il ciclo Brayton e il ciclo Rankine. Si respira gas. L’altro fa bollire l’acqua.
Come il ciclo Brayton utilizza l’aria compressa
Il ciclo Brayton è il motore delle turbine a gas. Pensa ai motori a reazione. Pensa a quelle enormi unità sedute sui tetti delle centrali elettriche.
Il fluido di lavoro qui è un gas. Di solito aria.
Il processo inizia con la compressione. Un compressore comprime l’aria, aumentandone la pressione e l’energia. Questo non è gratuito. Ci vuole lavoro. Ma quell’aria ad alta pressione è pronta per ciò che verrà dopo.
Quindi, riscalda.
Una fonte di combustione esterna scarica energia in quel gas compresso. Picchi di temperatura. Il gas si espande violentemente. Questo gas in espansione e ad alta energia si precipita in una turbina.
Colpisce le lame. Le lame girano. Quella rotazione è un lavoro meccanico.
“Il calore proveniente da una fonte di combustione esterna viene quindi aggiunto al gas, facendolo espandere prima che passi attraverso una turbina.”
Qui è dove il ciclo si divide.
In un ciclo Brayton aperto, il gas esaurito se ne va. Esce attraverso un camino di scarico. Non c’è più. Prendi aria fresca per il turno successivo. Semplice. Abbastanza efficiente per avviamenti rapidi.
In un ciclo Brayton chiuso, il gas rimane intrappolato. Viene raffreddato, ricompresso e reinserito nel circuito. Niente scarico. Solo un circuito chiuso di riciclo del gas.
Perché il ciclo Rankine fa bollire l’acqua
Il ciclo Rankine è diverso. Funziona sui liquidi. Nello specifico, l’acqua.
Non puoi semplicemente pompare il vapore in modo efficiente. Pompi il liquido.
Una pompa spinge l’acqua verso una fonte di calore. Nelle centrali elettriche convenzionali, la fonte di calore è una caldaia. La caldaia fa bollire l’acqua. Si trasforma in vapore.
Il vapore occupa molto più spazio dell’acqua liquida. Si espande.
Quel vapore in espansione colpisce una turbina. Proprio come nel ciclo Brayton, il vapore spinge le pale. La turbina gira. Quel rotore aziona un generatore. Entra in azione l’induzione elettromagnetica. Ottieni l’elettricità.
Ma aspetta. Il ciclo non è finito.
Nel sistema Rankine, quel vapore non si limita a volare nell’atmosfera. Passa attraverso un condensatore. Si raffredda. Si trasforma nuovamente in acqua liquida.
Quindi ritorna alla pompa.
Gas o vapore: quale ciclo si adatta alle tue esigenze?
Allora, quale usi?
Dipende da cosa stai cercando di fare.
Le turbine a gas (Brayton) sono veloci. Si avviano rapidamente. Sono ottimi per l’alimentazione di picco, quando tutti accendono l’aria condizionata alle 17:00 e hai bisogno di energia adesso. Gestiscono bene carichi variabili. Ma spesso sono meno efficienti al carico base rispetto al vapore.
Le turbine a vapore (Rankine) sono stabili. Sono i cavalli da lavoro. Le centrali nucleari, le centrali a carbone e persino alcuni impianti solari termici utilizzano il ciclo Rankine. Sono
