Kombinált ciklus
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.
| Termodinamikai körfolyamatok | |
|---|---|
|
|
| szerkeszt | |
A kombinált ciklus olyan termodinamikai körfolyamat, amely több egyszerű körfolyamatból áll. A hőerőgépek a tüzelőanyag elégetéséből származó hőenergiának csak egy részét (általában 50%-nál kevesebbet) tudják hasznosítani. A hőenergia többi része veszteségként a környezetet melegíti. Két vagy több megfelelően választott körfolyamat, például a Brayton-Joule-körfolyamat és a Rankine-körfolyamat együttműködése a rendszer összhatásfokát javítja.
A kombinált ciklusú erőműben egy gázturbina-generátor egység elektromos áramot termel, a gázturbinából távozó még meleg gázzal pedig, amely egyébként veszteséget jelentene, gőzt termelnek, ez gőzturbinát hajt, mely egy másik generátorral áramot termel. Ezzel a megoldással az elektromos energiatermelés összhatásfoka javul. Európában és Észak-Amerikában a legtöbb új gáztüzelésű erőmű ebben a rendszerben épül.
A hőerőművek többségében az elsődleges energiaforrás a tüzelőanyag elégetéséből származó nagyhőmérsékletű hőenergia, ebből egyrészt elektromos energiát termel, másrészt alacsony hőmérsékletű hőenergiát bocsát ki. Szabályként megállapítható, hogy minél nagyobb a hőmérsékletkülönbség a bevezetett és elvezetett hő között, annál jobb lesz az erőmű hatásfoka (lásd Carnot-körfolyamat). Ezt a célt a Rankine-körfolyamat (gőz) és Brayton-körfolyamat (gáz) kombinációjával érik el. Ilyen megoldásokat alkalmaznak hajók hajtására is, ezt kombinált gáz- és gőzturbina hajtásnak, vagy angol rövidítéssel COGAS-nak hívják.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Konstrukciós elvek
Egy gőzturbinás erőműben a munkaközeg vízgőz. A nagynyomású gőz erős, terjedelmes alkatrészeket kíván. A magas hőmérséklet pedig drága ötvözetek, nikkel és króm alkalmazását teszi szükségessé az olcsó acéllal szemben. Ezek az ötvözetek is gyakorlatilag legfeljebb 655 °C gőzhőmérsékletet tesznek lehetővé, a hőleadás hőmérsékletét pedig a környezet hőmérséklete határozza meg. Ez a két hőmérséklet a kizárólag gőzzel működő erőmű hatásfokát 35-42 %-ra korlátozza.
Egy nyitott gázturbina körfolyamat kompresszorból, égőkamrából és turbinából áll. A gázturbinákhoz felhasznált hőálló anyagok mennyisége kevés (mivel a kis nyomás miatt nincs szükség nagy falvastagságra) és ezért drága anyagok is gazdaságosan felhasználhatók. Az ilyen körfolyamatokban a turbinába belépő gáz hőmérséklete (az égési hőmérséklet) viszonylag magas: 900-1350 °C. A turbinából kilépő gázok hőmérséklete szintén magas: 450-650 °C. Ez a hőmérséklet viszont elég magas ahhoz, hogy egy második vízgőzzel működő Rankine-körfolyamat hőforrásául szolgáljon. A kombinált ciklusú erőművekben a gázturbina kilépő gázait egy gőzfejlesztő hőcserélőbe vezetve 420-580 °C hőmérsékletű frissgőzt fejlesztenek. A Rankine-ciklus kondenzátorát általában folyóból, tóból vagy tengerből nyert vízzel hűtik, vagy hűtőtoronyban lehűtött visszakeringetett hűtővízzel hűtik. Ennek hőmérséklete 35 °C körüli.
[szerkesztés] A kombinált erőművek hatásfoka
A gázturbinás és gőzturbinás ciklusok kombinációjával magas hőbevezetési hőmérsékletet és alacsony hőleadási hőmérsékletet lehet elérni. A hasonló hőmérsékletekkel dolgozó Carnot-körfolyamat hatásfoka igen kedvező. A valóságos körfolyamatok hatásfoka természetesen kisebb a Carnot-ciklus idealizált hatásfokánál, de így is nagyobb, mint külön-külön a gázturbinás és gőzturbinás ciklusé. Gyakorlatilag, ha az erőmű csak elektromos energiát szolgáltat, 59 % érhető el, hőszolgáltató erőmű esetén pedig, ahol az elektromos energia mellett az erőmű ipari gőzt vagy fűtési melegvizet is kiad, az összhatásfok elérheti a 85 %-ot is.
[szerkesztés] Kiegészítő tüzelés és lapáthűtés
A kombinált erőművet gyakran ellátják a gázturbina után beépített kiegészítő tüzeléssel is, hogy a fejlesztett frissgőz hőmérsékletét vagy mennyiségét megemeljék. Kiegészítő tüzelés nélkül a kombinált erőmű összhatásfoka jobb, azonban a kiegészítő tüzelés lehetővé teszi, hogy az erőmű gyorsabban reagáljon a villamos terhelés ingadozásaira.
Egyes esetekben a gázturbina kilépő gázaiba porlasztanak további tüzelőanyagot. Ez azért lehetséges, mert a gázturbina kilépő gázai tartalmaznak még szabad oxigént. A gázturbina belépő hőmérsékletének felső korlátja szükségessé teszi, hogy az optimális arányoktól eltérő légfelesleggel üzemeltessék a rendszert. Több gázturbinánnál a kompresszor által szolgáltatott levegő egy része elkerüli az égésteret, ezzel a turbinalapátokat hűtik.
[szerkesztés] Kombinált ciklusú erőművek tüzelőanyaga
Tüzelőanyagnak leggyakrabban földgázt használnak, de előfordul olaj, szintetikus gáz vagy más tüzelőanyag is.
[szerkesztés] Külső hivatkozások
- Hunstown: Írország legjobb hatásfokú erőműve @ Siemens Power Generation website
- Földgáztüzelésű kombinált ciklusú gázturbinás erőművek Northwest Power Planning Council, New Resource Characterization for the Fifth Power Plan, August 2002
- Kombinált ciklusú napenergia erőmű
