Stesen penjana kuasa wap masih menjadi tulang belakang bagi jumlah penjanaan kuasa di Asia Pasifik. Oleh itu, walaupun peningkatan kecil dalam bentuk meningkatkan kecekapan akan memberi kesan yang besar terhadap penghematan bahan api dan juga pengurangan pelepasan gas rumah hijau.
Oleh itu, tidak sepatutnya kita melepaskan peluang untuk mencari cara dan kaedah untuk meningkatkan kecekapan siklus penjana kuasa wap.
Idea di sebalik sebarang penambahbaikan atau modifikasi adalah untuk meningkatkan kecekapan termal stesen penjana kuasa. Oleh itu, teknik peningkatan kecekapan termal adalah:
Dengan menurunkan suhu purata di mana haba ditolak dari bendalir kerja (wap) di kondenser. (Menurunkan Tekanan Kondenser)
Dengan meningkatkan suhu wap yang memasuki turbin
Wap meninggalkan turbin dan memasuki kondenser sebagai campuran yang tepu mengikut tekanan wap yang sepadan dalam kondenser. Menurunkan tekanan kondenser sentiasa membantu dalam memberikan lebih banyak kerja bersih dalam turbin kerana pemerluasan wap dalam turbin lebih mungkin berlaku.
Dengan bantuan carta T-s, kesan menurunkan tekanan kondenser pada prestasi siklus boleh dilihat dan difahami.
Untuk mendapatkan keuntungan daripada kecekapan yang lebih tinggi, Siklus Rankine perlu beroperasi pada tekanan kondenser yang lebih rendah biasanya di bawah atmosfer. Tetapi had untuk tekanan kondenser yang lebih rendah ditentukan oleh suhu air pendingin yang sepadan dengan tekanan jenuh kawasan tersebut.
Dalam carta T-s di atas, boleh dilihat dengan mudah bahawa kawasan berwarna adalah peningkatan dalam output kerja bersih akibat menurunkan tekanan kondenser dari P4 ke P4’.
Kesan menurunkan tekanan kondenser tidak datang tanpa sebarang kesan sampingan. Oleh itu, berikut adalah kesan buruk menurunkan tekanan kondenser:
Input haba tambahan dalam ketel disebabkan oleh penurunan suhu re-sirkulasi kondensat (kesan tekanan kondenser yang lebih rendah)
Dengan tekanan kondenser yang lebih rendah, kemungkinan kandungan air dalam wap pada tahap ekspansi akhir turbin meningkat. Penurunan dalam pecahan kering wap pada tahap-tahap akhir turbin adalah tidak diingini kerana ia menyebabkan sedikit penurunan kecekapan dan penggerusan bilah-bilah turbin.
Kesan bersih secara keseluruhan lebih cenderung ke arah positif, kerana peningkatan keperluan input haba dalam ketel adalah marginal tetapi peningkatan dalam output kerja bersih adalah lebih disebabkan oleh penurunan tekanan kondenser. Juga, pecahan kering wap pada tahap-tahap akhir turbin tidak dibenarkan untuk turun melebihi 10-12%.
Pemanasan super wap adalah fenomena di mana haba dipindahkan kepada wap untuk memanaskan wap ke suhu yang lebih tinggi dengan mengekalkan tekanan yang konstan dalam ketel.
Kawasan berwarna dalam carta T-s di atas menunjukkan dengan jelas peningkatan dalam kerja bersih (3-3’-4’-4) akibat peningkatan suhu pemanasan super wap.
Input haba tambahan dalam bentuk tenaga, meninggalkan siklus sebagai kerja iaitu peningkatan dalam output kerja melebihi input haba tambahan dan penolakan haba. Kecekapan termal siklus rankine meningkat akibat peningkatan suhu wap.
Satu kesan yang diingini daripada meningkatkan suhu wap adalah ia tidak membenarkan peratusan kelembapan pada tahap akhir wap meningkat. Kesan ini boleh dilihat dengan mudah pada carta T-s (Gambar:2) di atas.
Meningkatkan suhu wap mengakibatkan peningkatan kecil dalam input haba. Terdapat had di mana wap boleh dipanaskan super dan digunakan dalam siklus kuasa. Faktor-faktor pembatas ini berkaitan dengan ketahanan logam pada suhu tinggi dan viabilitas ekonomi.
Pada masa kini, dalam unit penjana kuasa superkritikal, suhu wap pada inlet turbin adalah sekitar 620oC. Keputusan untuk peningkatan lanjut dalam suhu wap hanya boleh diambil selepas melakukan due diligence metallurgical dan penilaian implikasi kos.
Dari carta T-s (Gambar:2), kesan bersih peningkatan suhu lebih cenderung ke arah positif, kerana keuntungan dari output kerja bersih melebihi peningkatan input haba dan sedikit peningkatan penolakan haba. Oleh itu, selalu berguna untuk meningkatkan suhu wap selepas mengakses kebolehpercayaan dan viabilitas ekonomi.
Cara alternatif untuk meningkatkan kecekapan siklus Rankine adalah dengan meningkatkan tekanan operasi ketel dan dengan cara ini berkaitan dengan suhu di mana perebusan berlaku dalam ketel. Oleh itu, kecekapan termal siklus meningkat.
Dengan bantuan carta T-s, kesan peningkatan tekanan ketel terhadap prestasi siklus boleh dilihat dan difahami dengan jelas.
Kerana peningkatan tekanan ketel, siklus Rankine bergerak sedikit ke arah kiri seperti yang ditunjukkan dalam Gambar:3 pada carta T-s dan oleh itu, berikut boleh disimpulkan darinya:
Peningkatan substansial dalam kerja bersih, seperti yang ditunjukkan dalam kawasan berwarna merah jambu dalam gambar di atas.
Kerana siklus bergerak sedikit ke arah kiri, maka terdapat penurunan dalam kerja bersih semasa ekspansi wap dalam turbin. (seperti yang ditunjukkan dalam gambar:3 yang berwarna kelabu di atas.
Penurunan dalam penolakan haba kepada air pendingin dalam kondenser.
Oleh itu, kesan bersih adalah peningkatan yang signifikan dalam kecekapan termal siklus akibat langkah-langkah ini.
Untuk meningkatkan kecekapan termal siklus Rankine, tekanan super-kritikal digunakan dalam penjana wap yang digunakan pada masa kini. Apabila penjana wap beroperasi di atas 22.06Mpa, maka penjana wap tersebut dipanggil penjana wap super-kritikal dan stesen penjanaannya dipanggil stesen penjanaan kuasa super-kritikal. Kerana tekanan operasi yang lebih tinggi, stesen-stesen ini terkenal dengan kecekapan yang lebih tinggi.
Siklus Rankine Re-Heat adalah untuk mengambil keuntungan daripada peningkatan kecekapan siklus pada tekanan ketel yang lebih tinggi tanpa mengorbankan kandungan kelembapan wap pada tahap-tahap akhir turbin.
Kecekapan siklus yang lebih tinggi adalah mungkin dengan siklus re-heat, dan ini tanpa mengorbankan pecahan kering. Ini mungkin dengan memperluas wap dalam turbin dalam dua tahap dengan memanaskannya semula di antaranya. Pemanasan semula adalah cara yang praktis untuk menangani masalah kelembapan berlebihan pada tahap-tahap akhir turbin.
