Rankine tsüklite tõhususe parandamise tehnikad
Auhinnahitmed on ikka veel üks põhiline energia tootmise vorm Lääne-Aasia piirkonnas. Seega isegi väike tõhususe parandus, mis tähendab kütuse säästmist ja kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamist, on oluline.
Seetõttu ei tohi jätta mööda ühtegi võimalust leida viise, kuidas suurendada auhinnahitmete tõhusust.
Iga paranduse eesmärk on suurendada energiatootmisjaama soojuslikku tõhusust. Seega on soojusliku tõhususe parandamise meetodid:
Vähetemperatuuril, millel töötav vedelik (aether) kondenseerub kondensaatoris. (Kondensaatoripressuuri alandamine)
Turbina sisse laskva aetheri temperatuuri suurendamine
Kondensaatoripressuuri alandamine
Aether jätab turbina ja astub kondensaatori sättumise kombinatsioonina vastavalt kondensaatoris oleva aetheri pressuurile. Kondensaatoripressuuri alandamine aitab tuua rohkem tööd turbinast, kuna aether saab turbinas rohkem laienuda.
T-s diagrammi abil saab näha ja mõista kondensaatoripressuuri alandamise mõju tsükli tööle.
Kondensaatoripressuuri alandamise positiivsed mõjud
Kõrge tõhususe saamiseks peab Rankine tsükkel töötama madalal kondensaatoripressuuril, tavaliselt alla atmosfäärilise. Kuid madala kondensaatoripressuuri piir on määratud soojendusvee temperatuuriga, mis vastab selle piirkonna sättumispresuurile.
Ülalmainitud T-s diagrammil on selgelt näha, et värvitud ala on netto töö väljundit suurendanud kondensaatoripressuuri alandamise tulemus P4 kuni P4’.
Kondensaatoripressuuri alandamise negatiivsed mõjud
Kondensaatoripressuuri alandamine ei tooda kaasa mitte ainult positiivseid mõjusid. Seega on järgmised negatiivsed mõjud kondensaatoripressuuri alandamisel:
Lisakütuse lisamine keetvatas kondensaatide ringlussoojenduse temperatuuri langetamise tõttu (madala kondensaatoripressuuri mõju)
Madalam kondensaatoripressuur suurendab viimase laienemisetahe turbina lõpus oleva niiskuse sisalduse võimalikkust. Aetheri kuivikuosakaalu vähendamine turbina hilisemates etappides on ebasoovitav, sest see tõmbab enda järel tõhususe väikese languse ja turbina liikmete erosiooni.
Kondensaatoripressuuri alandamise netomõjud
Üldine netomõju on pigem positiivne, kuna keetvatas lisakütuse nõuded on marginaalsed, kuid netto töö väljundi suurenemine on suuremad kondensaatoripressuuri alandamise tõttu. Samuti ei lasta aetheri kuivikuosakaalu turbina hilisemates etappides langeda 10-12% allapoole.
Aetheri ülekaalutamine kõrgemale temperatuurile
Aetheri ülekaalutamine on fenomen, kus soojus edastatakse aetherile, et aetheri ülekaalutada kõrgemale temperatuurile, säilitades keetvatas konstantsete pressuuri.
Ülalmainitud T-s diagrammil on selgelt näha, et variroheline ala näitab netto töö suurenemist (3-3’-4’-4) aetheri ülekaalutamise tõttu.
Lisakütuse energia jätab tsükli tööna, st töö väljundi suurenemine ületab lisakütuse ja soojuse heitmine. Rankine tsükli termiline tõhusus suureneb aetheri temperatuuri tõusu tõttu.
Aetheri temperatuuri suurendamise positiivsed mõjud
Üks soovitav mõju aetheri temperatuuri tõstmisel on, et see ei lase viimase etapi aetheri niiskuse protsendi tõusta. Seda mõju saab näha T-s diagrammil (Fig:2) ülal.
Aetheri temperatuuri suurendamise negatiivsed mõjud
Aetheri temperatuuri tõstmine tõstab pisut lisakütuse nõudeid. On piir, millest aetheri temperatuuri ei saa enam suurendada ja seda kasutada energiatootmisel. Need piirangud on seotud metallurgia tugevusega kõrge temperatuuril ja majandusliku viisil.
Praegu superkritilistes energiatootmisüksustes on aetheri temperatuur turbina sissevedes umbes 620oC. Otsust aetheri temperatuuri edasist suurendamist tuleb teha pärast metallurgilist uurimist ja kulude hindamist.
Aetheri temperatuuri suurendamise netomõjud
T-s diagrammil (Fig:2) on netomõju suurem positiivne, kuna netto töö väljundi suurenemine ületab lisakütuse ja soojuse heitmise. Seega on alati kasulik aetheri temperatuuri tõsta, jälgides usaldusväärsust ja majanduslikku viisil.
Keetvata pressuuri suurendamine subkritiliste parameetritega
Alternatiivne viis Rankine tsükli tõhususe suurendamiseks on keetvata tööpressuuri suurendamine, mis on seotud keetvatas sattumise toimumise temperatuuriga. See suurendab tsükli termilist tõhusust.
T-s diagrammi abil saab selgelt näha ja mõista keetvata pressuuri suurendamise mõju tsükli tööle.
Keetvata pressuuri tõstmise tõttu liigub Rankine tsükkel veidi vasakule, nagu näidatakse Fig:3 T-s diagrammil, ja sellest saab järeldada järgmist:
Oluline netto töö suurenemine, nagu näidatakse ülalpool oleva joonise rohelises varjas.
Kuna tsükkel liigub veidi vasakule, siis väheneb netto töö aetheri laienemisel turbinas. (nagu näidatakse ülalpool olevas fig:3 hallis varjas.
Soojuse heitmine soojendusveele kondensaatoris väheneb.
Nii et netomõju on oluline termilise tõhususe suurenemine nende meetmete tõttu.
Keetvata pressuuri suurendamine superkritiliste parameetritega
Rankine tsükli termilise tõhususe suurendamiseks kasutatakse praegu superkritilist pressuuri aetherigenereatorites. Kui aetherigenereatorid töötavad üle 22,06 Mpa, siis neid nimetatakse superkritilisteks aetherigenereatoriteks ja elektrijaaamatust superkritiliseks elektrijaama. Kõrgeimate töötingimustega need jaamad on tuntud kõrgema tõhususe poolest.
Uuesti kuumutatud Rankine tsükkel
Uuesti kuumutatud Rankine tsükkel on mõeldud kasutama suuremat tsükli tõhusust kõrgemal keetvata pressuuril ilma, et aetheri niiskuse sisaldus turbina lõplikes etappides ei kompromitteerituks.
Suuremat tsükli tõhusust saab uuesti kuumutamise abil, ilma et kuivikuosakaal ei kompromitteerituks. See on võimalik, laiendades aetherit turbinas kahes etapis, kuumutades seda vahetult. Uuesti kuumutamine on praktikas aktsepteeritav viis, kuidas lahendada probleemi ebaproportsionaalse niiskusega turbina lõplikes etappides.
