Je wilt elektriciteit. Om dit te bereiken heb je meestal een draaiende turbine nodig. Maar wat is draaien? Is het lucht? Is het stoom? Het antwoord verandert alles over hoe de machine werkt, hoeveel hij kost en waar hij zich bevindt.
De meeste mensen gooien “turbines” in één emmer. Dat zouden ze niet moeten doen. Er zijn hier twee dominante spelers: de Brayton-cyclus en de Rankine-cyclus. Men ademt gas in. De andere kookt water.
Hoe de Brayton-cyclus perslucht gebruikt
De Brayton-cyclus is de motor achter gasturbines. Denk aan straalmotoren. Denk eens aan die enorme eenheden die op de daken van elektriciteitscentrales staan.
De werkvloeistof hier is een gas. Meestal lucht.
Het proces begint met compressie. Een compressor perst de lucht samen, waardoor de druk en energie toenemen. Dit is niet gratis. Het kost werk. Maar die hogedruklucht is klaar voor wat daarna komt.
Dan, hitte.
Een externe verbrandingsbron dumpt energie in dat gecomprimeerde gas. Temperatuur pieken. Het gas zet krachtig uit. Dit uitdijende, hoogenergetische gas stroomt een turbine binnen.
Het raakt de messen. De messen draaien. Die rotatie is mechanisch werk.
“Warmte van een externe verbrandingsbron wordt vervolgens aan het gas toegevoegd, waardoor het uitzet voordat het door een turbine gaat.”
Hier splitst de cyclus zich.
In een open Brayton-cyclus gaat dat verbruikte gas gewoon weg. Het komt naar buiten via een uitlaatpijp. Het is weg. Je haalt frisse lucht in voor de volgende ronde. Eenvoudig. Efficiënt genoeg voor een snelle start.
In een gesloten Brayton-cyclus blijft het gas gevangen. Het wordt gekoeld, opnieuw gecomprimeerd en terug in de kringloop geduwd. Geen uitlaat. Gewoon een gesloten kringloop van recyclinggas.
Waarom de Rankine-cyclus water kookt
De Rankine-cyclus is anders. Het werkt op vloeistoffen. Meer specifiek, water.
Je kunt damp niet zomaar efficiënt pompen. Je pompt vloeistof.
Een pomp duwt water naar een warmtebron. Bij conventionele elektriciteitscentrales is die warmtebron een ketel. De boiler kookt het water. Het verandert in stoom.
Stoom neemt veel meer ruimte in beslag dan vloeibaar water. Het breidt zich uit.
Die uitzettende damp raakt een turbine. Net als in de Brayton-cyclus duwt de damp de bladen voort. De turbine draait. Die rotor drijft een generator aan. Er treedt elektromagnetische inductie in werking. Je krijgt elektriciteit.
Maar wacht. De cyclus is niet voltooid.
In het Rankine-systeem vliegt die stoom niet zomaar de atmosfeer in. Het gaat door een condensor. Het koelt af. Het verandert weer in vloeibaar water.
Vervolgens gaat het terug naar de pomp.
Gas versus stoom: welke cyclus past bij uw behoeften?
Dus, welke gebruik je?
Het hangt af van wat je probeert te doen.
Gasturbines (Brayton) zijn snel. Ze starten snel op. Ze zijn geweldig voor piekbelasting, wanneer iedereen om 17.00 uur de airco aanzet en je nu sap nodig hebt. Ze kunnen goed omgaan met variabele belastingen. Maar ze zijn vaak minder efficiënt bij basisbelasting vergeleken met stoom.
Stoomturbines (Rankine) zijn stabiel. Zij zijn de werkpaarden. Kerncentrales, kolencentrales en zelfs sommige thermische zonne-energiecentrales gebruiken de Rankine-cyclus. Dat zijn ze
