2019 október 15 - kedd

2.4.5.11.2. Gőzturbina

A gőzturbinák olyan szerkezetek, melyek általában ipari méretekben állítanak elő villamos áramot – a hőből. Többféle módszer létezik a fűtéshez használt üzemanyag és a turbina meghajtási módja szerint. Kombinált üzemben, vagyis mikor a gáz és gőzturbinákat kombináljuk, viszonylag magas, akár 70-90 %-os hatásfokot is elérhetünk.

A hagyományos gőzturbinák hatásfoka azonban ennél alacsonyabb, 30-50 % közötti, amit még otthoni körülmények között is el tudunk érni. Számoljunk átlagosan 40 %-os hatásfokkal, azaz 1000 W hőből ki tudunk nyerni 400 W villamos energiát. Ha a hőszivattyúnk 400 %-os, akkor a teljes rendszer hatásfoka 4 * 0,4 = 1,6 = 160 %. Ez azt jelenti, hogy a hőszivattyú kompresszorába 1000 W villamos energiát befektetve a gőzturbinánk kimenetén 1600 W villamos energiát kapunk. Ebből a tisztán levehető energia 600 W. A gőzturbina kimenetén megjelenő gőzt pedig lecsapathatjuk és azt fűtésre használhatjuk.

Ezzel most nem mondtam újat, mivel ilyen, a föld hőjét hasznosító villamos hőerőművek már legalább hatvan éve működnek. 2003-ban 8402.21 MW villamos áramot állítottak elő geotermikus energiából szerte a világon. Itt az ideje, hogy kis hazánk is kövesse a jó példát. Ezt mi leginkább úgy tudjuk megvalósítani, hogy a saját házunk fűtését és akár villamos energia igényeinek kielégítését is a föld hőjéből fedezzük. A geotermikus erőművek rövid történetét itt olvashatod el.

Ha kíváncsi vagy arra, hogyan is működik egy ipari gőzturbina, akkor látogass el ide, ahol egy nagyon szemléletes "mozit" láthatsz erről.

A mi céljainknak az un. ellennyomásos turbina felel meg, ahol a turbináról távozó fáradt gőzt atmoszférikusnál nagyobb nyomáson a házunk hőszükségletének fedezésére hasznosítjuk. Ez a turbina típus tehát nemcsak elektromos áram, hanem fűtőgőz előállításra is alkalmas. Az ellennyomás értéke 3-9 bar.

A gőzgépeknél az un. Carnot körfolyamatot használjuk, aminek a lényege a következő: A hőnek mechanikai munkává vagy villamos energiává történő átalakítását a hőközlés és hőelvonás hőmérsékletei befolyásolják. Adott hőmérséklethatárok között az átalakítás legnagyobb hatásfokát olyan körfolyamattal érhetjük el, amelyben mind a hőközlés (T1), mind a hőelvonás hőmérséklete (T2) állandó (izotermikus) és az energiaszállítás minden részfolyamata veszteségmentes (reverzibilis). Ez a Carnot-körfolyamat.

Carnot 2.4.5.11.2. Gőzturbina

4. ábra. A Carnot körfolyamat

Az energiatermeléshez közölt hőteljesítmény:

Q1 = T1 * DS

ahol:

  • T1 – a turbinára jutó gőz hőmérséklete
  • DS – az entrópia (állapot) változása

Hasznosan kinyerhető mechanikai (villamos) teljesítmény:

Pki = (T1 + T2) * DS

ahol:

  • T1 – a turbinára jutó gőz hőmérséklete
  • T2 – a turbinából kilépő gőz hőmérséklete
  • DS – az entrópia (állapot) változása

Az elvonandó, mechanikai vagy villamos teljesítménnyé át nem alakult hőteljesítmény (veszteség):

Q2 = T2 * DS

Hőmérleg:

Q1 = Pki + Q2

Az ideális villamosenergia-termelésre jellemző Carnot-hatásfok:

h = Pki / Q1 = (Q1 – Q2) / Q1 = 1 – (T2 / T1)

A termodinamika III. főtétele értelmében T2 sosem lehet 0 K, ezért a Carnot-körfolyamat hatásfoka mindig kisebb mint egy.

A Carnot-körfolyamat hatásfoka korlátozott, hiszen a környezeti hőmérséklet a T2 értékének alsó korlátja, a kritikus hőmérséklet pedig a széleskörűen alkalmazott víz, illetve vízgőz munkaközeg esetén Tkr = 374 °C = 647 K a T1 felső korlátja. Határesetben (T2=0 °C = 273 K, T1= Tkr) a Carnot-körfolyamat hatásfoka:

h_max = 1 – (T2/T1) = 1 – (273/647) = 0,578 = 57,8 %

Nézzük meg, hogy a házi körülmények között milyen hatásfokot tudunk elérni. A levegő hőmérséklete legyen T2 = 20 °C = 293 K, a gőz hőmérséklete pedig T1 = 100 °C = 373 K. Ekkor a hatásfok:

h = 1 – (293 / 373) = 0,214 = 21,4 %

Ahhoz, hogy ezt megnöveljük, növelni kell a vízgőz hőmérsékletét. 150 °C-nál (433 K) a hatásfok 1-(293/433) = 32,3 %. 40 %-os hatásfokot 215 °C-nál érhetünk el.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás