Rankina cikla efektivitātes uzlabošanas tehnoloģijas
Pārsteidzoši, ka pārmaņas elektrības stacijas joprojām ir galvenais elektroenerģijas ražošanas resurss Austrumāzijā. Tādēļ pat mazs efektivitātes uzlabojums var būt liels ieguvums kā degvielas ietaupījumi, tā arī siltumnīcefekta gāzu emisijas samazināšanā.
Tādēļ nevajadzētu izlaist nekādu iespēju meklēt veidus un līdzekļus, lai palielinātu pārsteidzošās enerģijas cikla efektivitāti.
Jebkura uzlabojuma vai modifikācijas ideja ir palielināt termiskās efektivitātes elektrības stacijas. Tādēļ termiskās efektivitātes uzlabošanas tehnoloģijas ir:
Samazinot vidējo temperatūru, ar kuru darba medija (pārsteidzums) siltums tiek atcelts kondensatorā. (Samazinot kondensatora spiedienu)
Paaugstinot pārsteidzuma temperatūru, kas nonāk turbinā
Samazinot kondensatora spiedienu
Pārsteidzums atstāj turbinu un ienāk kondensorā kā satura maisījums, atbilstoši atbilstošajam kondensora spiedienam. Kondensora spiediena samazināšana vienmēr palīdz nodrošināt lielāku neto darbu turbinā, jo pārsteidzuma turbinā iespējams vairāk izplest.
Ar T-s diagrammas palīdzību var redzēt un saprast, kāda ir kondensora spiediena samazināšanas ietekme uz cikla veiktspēju.
Samazinot kondensatora spiedienu pozitīvie efekti
Lai iegūtu labumu no augstākas efektivitātes, Rankine cikls jāveic zemākā kondensora spiediena apstākļos par atmosfēras. Tomēr zema kondensora spiediena robeža ir definēta ar dzesēšanas ūdens temperatūru, kas atbilst saturācijas spiedienam šajā teritorijā.
Uz augstāk minētās T-s diagrammas viegli redzams, ka krāsotā zona ir neto darba pieaugums, kas saistīts ar kondensora spiediena samazināšanos no P4 līdz P4’.
Negatīvie efekti, samazinot kondensatora spiedienu
Samazinot kondensora spiedienu, nav bez blakusparādībām. Tādēļ šeit ir negatīvie efekti, kas saistīti ar kondensora spiediena samazināšanu:
Papildu siltums, kas tiek pievienots katlā saistībā ar samazināto kondensātu recirkulācijas temperatūru (zema kondensora spiediena efekts)
Zemāka kondensora spiediena dēļ palielinās iespējamība, ka pārsteidzuma sēnās daudzums palielinās turbinas beigu izplešanas posmā. Pārsteidzuma druskainā frakcija pēdējos turbinas posmos ir nepatīkama, jo tā rezultē mazākā efektivitāte un turbinas lopu erozija.
Kopējie efekti, samazinot kondensatora spiedienu
Vispārīgāk kopējie efekti ir vairāk pozitīvās puses, jo katla siltuma pievienošanas prasības pieaugums ir mazs, bet neto darba pieaugums ir lielāks, jo kondensora spiediens ir samazināts. Turklāt pārsteidzuma druskainā frakcija turbinas pēdējos posmos netiek atļauta pazemināties zem 10-12%.
Pārsteidzuma superizsildīšana līdz augstākai temperatūrai
Pārsteidzuma superizsildīšana ir fenomens, kurā siltums tiek pārcelts uz pārsteidzumu, lai to superizsildītu līdz augstākai temperatūrai, uzturējot konstantu spiedienu katlā.
Virsrakstā minētajā T-s diagrammā skaidri redzamas neto darba (3-3’-4’-4) pieauguma zona, kas saistīta ar pārsteidzuma superizsildīšanas temperatūras paaugstināšanos.
Papildu siltums, kas tiek pievienots formā enerģijas, atstāj ciklu kā darbs, tas ir, darba iznākums pārsniedz papildu siltuma pievienošanu un siltuma attiecību. Rankine cikla termiskā efektivitāte paaugstinās, jo pārsteidzuma temperatūra ir paaugstināta.
Pozitīvie efekti, paaugstinot pārsteidzuma temperatūru
Viens no paaugstinātā pārsteidzuma temperatūras labiem efektiem ir tas, ka tas nedod palielināties pēdējo turbinas posmu mitruma procentam. Šis efekts viegli redzams T-s diagrammā (Fig:2) augšā.
Negatīvie efekti, paaugstinot pārsteidzuma temperatūru
Pārsteidzuma temperatūras paaugstināšana nelielā mērā palielina siltuma pievienošanu. Ir robeža, līdz kurai pārsteidzumu var superizsildīt un izmantot enerģijas ciklā. Šīs robežas ir saistītas ar metālurgiskajām īpašībām augstās temperatūras un ekonomiskās izdevības apstākļos.
Pašreiz superkritiskajos enerģijas ražošanas vienībās, pārsteidzuma temperatūra turbinas ieplūdes vietā ir aptuveni 620oC. Lēmums par turpmāko pārsteidzuma temperatūras paaugstināšanu var tikt pieņemts tikai pēc metālurgiskās izmeklēšanas un izmaksu novērtējuma.
Kopējie efekti, paaugstinot pārsteidzuma temperatūru
No T-s diagrammas (Fig:2) kopējie temperatūras paaugstinājuma efekti ir vairāk pozitīvās puses, jo peļņa no neto darba iznākuma pārsniedz siltuma pievienošanas un mazākā siltuma attiecības pieaugumu. Tādēļ vienmēr ir labāk paaugstināt pārsteidzuma temperatūru, novērtējot uzticamību un ekonomisko izdevību.
Katlā spiediena paaugstināšana ar subkritiskajiem parametriem
Alternatīvs veids, kā palielināt Rankine cikla efektivitāti, ir paaugstinot katla darbības spiedienu un tādējādi saistībā ar temperatūru, ar kuru katlā notiek vaļņošanās. Tādējādi cikla termiskā efektivitāte palielinās.
Ar T-s diagrammas palīdzību var skaidri redzēt un saprast, kāda ir katla spiediena paaugstināšanas ietekme uz cikla veiktspēju.
Katla spiediena paaugstināšanas dēļ Rankine cikls mazliet pārvietojas pa kreisi, kā redzams Fig:3 T-s diagrammā, un no tā var secināt, ka:
Būtisks neto darba pieaugums, kā redzams rozejas krāsā ainātā zona augstāk minētajā attēlā.
Kā cikls mazliet pārvietojas pa kreisi, tādējādi samazinās neto darbs, kad pārsteidzums izplešas turbinā. (Kā redzams augstāk minētā Fig:3 ainātā pelēkā krāsā.
Sānu siltuma attiecības samazināšanās uz dzesēšanas ūdeni kondensorā.
Tādējādi kopējie efekti ir būtisks cikla termiskās efektivitātes palielinājums, saistībā ar šiem pasākumiem.
Katlā spiediena paaugstināšana ar superkritiskajiem parametriem
Lai palielinātu Rankine cikla termisko efektivitāti, superkritiskais spiediens tiek izmantots šobrīd izmantotajos pārsteidzuma ģeneratoros. Ja pārsteidzuma ģeneratori strādā virs 22.06Mpa, tad šie pārsteidzuma ģeneratori tiek saukti par superkritiskajiem pārsteidzuma ģeneratoriem, un elektrostacija tiek saukta par superkritisko enerģijas ražošanas staciju. Ņemot vērā augstākos darbības spiedienus, šīs stacijas ir pazīstamas ar augstākām efektivitātēm.
Atkārtošā Rankine cikla
