Cykl #Braytona a cykl Rankine’a: jak turbiny gazowe i parowe faktycznie wytwarzają energię elektryczną
Potrzebujesz prądu. Aby go zdobyć, zwykle potrzebujesz obracającej się turbiny. Ale co dokładnie się obraca? Powietrze? Para? Odpowiedź radykalnie zmienia zrozumienie tego, jak działa maszyna, ile kosztuje i gdzie się znajduje.
Większość ludzi wrzuca „turbiny” do jednej kategorii. Nie powinieneś tego robić. Jest tu dwóch głównych graczy: cykl Braytona i cykl Rankine’a. Jeden jeździ na gazie. Drugim jest wrząca woda.
Jak cykl Braytona wykorzystuje sprężone powietrze
Obieg Braytona to silnik będący sercem turbin gazowych. Wyobraźcie sobie silniki odrzutowe. Albo te masywne instalacje, które znajdują się na dachach elektrowni.
Czynnikiem roboczym jest tutaj gaz. Zwykle powietrze.
Proces rozpoczyna się od kompresji. Sprężarka spręża powietrze, zwiększając jego ciśnienie i energię. To nie jest darmowe. Wymagana praca. Ale to powietrze pod wysokim ciśnieniem jest gotowe na następny krok.
Następnie – ogrzewanie.
Zewnętrzne źródło spalania dostarcza energię do tego sprężonego gazu. Temperatura gwałtownie wzrasta. Gaz gwałtownie się rozszerza. Ten wysokoenergetyczny, rozprężający się gaz wpada do turbiny.
Uderza w łopatki. Ostrza obracają się. Ten obrót reprezentuje pracę mechaniczną.
„Następnie do gazu dodaje się ciepło z zewnętrznego źródła spalania, powodując jego rozszerzenie przed przejściem przez turbinę.”
W tym miejscu cykl się rozdziela.
W otwartym cyklu Braytona gazy spalinowe po prostu ulatniają się. Wychodzi przez rurę wydechową. On znika. Zasysasz świeże powietrze do następnego cyklu. Tylko. Wystarczająco skuteczny, aby szybko zacząć.
W zamkniętej pętli Braytona gaz pozostaje uwięziony. Ochładza się, ponownie spręża i wraca do obwodu. Brak wydechu. Tylko zamknięty obieg recyrkulacji gazu.
Dlaczego cykl Rankine’a gotuje wodę?
Cykl Rankine’a jest inny. Działa z płynami. Szczególnie z wodą.
Pary nie można skutecznie pompować. Pompujesz ciecz.
Pompa dostarcza wodę do źródła ciepła. W tradycyjnych elektrowniach tym źródłem ciepła jest kocioł. W bojlerze gotuje się woda. Zamienia się w parę.
Para zajmuje znacznie więcej miejsca niż woda w stanie ciekłym. Rozszerza się.
Ta rozprężająca się para uderza w turbinę. Podobnie jak w cyklu Braytona, para popycha ostrza. Turbina się obraca. Wirnik ten napędza generator. W grę wchodzi indukcja elektromagnetyczna. Otrzymujesz prąd.
Ale poczekaj. Cykl nie jest jeszcze zakończony.
W układzie Rankine’a para ta nie przedostaje się po prostu do atmosfery. Przechodzi przez kondensator. To się ochładza. Zamienia się z powrotem w płynną wodę.
Następnie wraca do pompy.
Gaz czy para: który cykl jest odpowiedni dla Twoich potrzeb?
Którego więc używasz?
To zależy od tego, co próbujesz zrobić.
Turbiny gazowe (Brayton) są szybkie. Szybko się uruchamiają. Świetnie sprawdzają się w przypadku szczytowego zapotrzebowania, kiedy wszyscy włączają klimatyzację o 17:00. i potrzebujesz mocy w tej chwili. Dobrze radzą sobie ze zmiennymi obciążeniami. Ale często są mniej wydajne przy obciążeniu podstawowym niż para.
Turbiny parowe (Rankine’a) są stabilne. Są końmi pociągowymi. Elektrownie jądrowe, elektrownie węglowe i niektóre elektrownie słoneczne wykorzystują cykl Rankine’a. Oni
