Вам потрібна електроенергія. Щоб отримати її, вам зазвичай потрібна турбіна, що обертається. Але що саме обертається? Повітря? Пара? Відповідь кардинально змінює уявлення про те, як працює машина, скільки вона коштує та де розташовується.
Більшість людей поєднують «турбіни» в одну категорію. Не слід цього робити. Тут є два основні гравці: цикл Брейтона та цикл Ренкіна. Один працює на газі. Інший – на кип’ятінні води.
Як цикл Брейтона використовує стиснене повітря
Цикл Брейтона – це двигун, що лежить в основі газових турбін. Уявіть собі реактивні двигуни. Або ті потужні установки, які стоять на дахах електростанцій.
Робочим тілом є газ. Зазвичай повітря.
Процес починається зі стискування. Компресор стискає повітря, підвищуючи його тиск та енергію. Це не безплатно. Потрібна витрата роботи. Але це повітря під високим тиском готове до наступного етапу.
Потім – нагрівання.
Джерело зовнішнього згоряння подає енергію у цей стислий газ. Температура різко зростає. Газ насильно розширюється. Цей газ, що розширюється, з високою енергією спрямовується в турбіну.
Він ударяє по лопатках. Лопатки обертаються. Це обертання є механічною роботою.
«Тім тепло від зовнішнього джерела згоряння додається до газу, змушуючи його розширюватися перед проходженням через турбіну».
Саме тут цикл поділяється.
У відкритому циклі Брейтона цей відпрацьований газ просто йде. Він виходить через вихлопну трубу. Він зникає. Ви засмоктує свіже повітря для наступного циклу. Просто. Достатньо ефективно для швидкого запуску.
У замкненому циклі Брейтона газ залишається у пастці. Він охолоджується, знову стискається та повертається в контур. Нема вихлопу. Лише замкнутий цикл рециркуляції газу.
Чому цикл Ренкіна кип’ятить воду
Цикл Ренкіна відрізняється. Він працює із рідинами. Зокрема, із водою.
Не можна ефективно перекачувати пару. Ви перекачуєте рідину.
Насос подає воду до джерела тепла. У традиційних електростанціях цим джерелом тепла є казан. Котел кип’ятить воду. Вона перетворюється на пару.
Пара займає набагато більше місця, ніж рідка вода. Він розширюється.
Ця пар, що розширюється, ударяє по турбіні. Як і в циклі Брейтона, пара штовхає лопатки. Турбіна обертається. Цей ротор приводить у дію генератор. Набуває чинності електромагнітна індукція. Ви отримуєте електроенергію.
Але зачекайте. Цикл ще не завершено.
У системі Ренкіна ця пара не просто вилітає в атмосферу. Він проходить крізь конденсатор. Він охолоджується. Він знову перетворюється на рідку воду.
Потім повертається до насоса.
Газ проти пари: який цикл підходить для ваших потреб?
Отже, який із них ви використовуєте?
Це залежить від того, що ви намагаєтеся зробити.
Газові турбіни (Брейтон) швидкі. Вони швидко запускаються. Вони відмінно підходять для пікових навантажень – коли всі включають кондиціонери о 17:00, і вам потрібна енергія прямо зараз. Вони добре справляються зі змінними навантаженнями. Але часто менш ефективні на базовому навантаженні проти паровими.
Парові турбіни (Ренкін) стабільні. Вони – робочі конячки. Атомні станції, вугільні станції, і навіть деякі сонячні теплові станції використовують цикл Ренкина. Вони
