Binární cyklus - Binary cycle

Výroba elektřiny v parním hydrotermálním systému
Klíč: 1 Studny 2 Povrch země 3 Generátor 4 Turbína 5 Kondenzátor 6 Výměník tepla 7 Čerpadlo
  Horká voda
  Studená voda
  Izobutanové páry
  Isobutanová kapalina

A binární elektrárna je typ geotermální energie rostlina, která umožňuje chladič geotermální nádrže, které mají být použity, než je nutné pro suchá pára a bleskové parní rostliny. Od roku 2010 jsou bleskové parní elektrárny nejběžnějším typem zařízení na výrobu geotermální energie, které jsou dnes v provozu a které využívají vodu o teplotě vyšší než 182 ° C (455 K; 360 ° F), která je pod vysokým tlakem čerpána do výrobního zařízení na povrch.[1] U geotermálních elektráren s binárním cyklem čerpadla se používají k čerpání horké vody z geotermálního vrtu přes a výměník tepla a ochlazená voda se vrací do podzemní nádrže. Druhá „pracovní“ nebo „binární“ kapalina s nízkou hladinou bod varu, typicky a butan nebo pentan uhlovodík, je čerpána při poměrně vysokém tlaku (500psi (3.4 MPa ))[Citace je zapotřebí ] skrz tepelný výměník, kde je odpařen a poté směrován a turbína. Pára opouštějící turbínu je potom kondenzována studeným vzduchem radiátory nebo studená voda a cykloval zpět výměníkem tepla.[2]

Binární parní cyklus je v termodynamice definován jako energetický cyklus, který je kombinací dvou cyklů, jednoho v oblasti s vysokou teplotou a druhého v oblasti s nižší teplotou.[3]

Úvod do binárních cyklů

Použití cyklů rtuť-voda ve Spojených státech lze datovat do konce 20. let 20. století. V padesátých letech se v New Hampshire používala malá rtuťo-vodárna, která produkovala asi 40 megawattů (MW), s vyšší tepelná účinnost než většina elektráren používaných během padesátých let. Bohužel, binární parní cykly mají vysoké počáteční náklady, a proto nejsou tak ekonomicky atraktivní.[4]

Voda je optimální pracovní kapalina použít v parních cyklech, protože je nejblíže ideální pracovní tekutině, která je aktuálně k dispozici. Binární cyklus je proces navržený k překonání nedokonalostí vody jako pracovní tekutiny. Cyklus využívá dvě tekutiny ve snaze přiblížit se ideální pracovní tekutině.[4]

Charakteristika optimálních pracovních kapalin[4]

výběr optimální pracovní kapalina má klíčový význam, protože významně ovlivňuje výkon binárních cyklů.

  1. Vysoká kritická teplota a maximální tlak
  2. Nízký trojitý bod teplota
  3. Tlak kondenzátoru, který není příliš nízký (látka s tlakem nasycení při teplotě okolí je příliš nízká)
  4. Výška entalpie odpařování (hfg)
  5. Saturační kopule, která se podobá obrácenému U.
  6. Vysoká tepelná vodivost (dobré vlastnosti přenosu tepla)
  7. Další vlastnosti: netoxické, inertní, levné a snadno dostupné

Systémy

Rankinův parní cyklus

Rankinův cyklus je ideální formou parního silového cyklu. Ideálních podmínek lze dosáhnout přehřátím páry v kotli a úplnou kondenzací v kondenzátoru. Ideální Rankinův cyklus nezahrnuje žádné vnitřní nevratnosti a skládá se ze čtyř procesů; isentropická komprese v čerpadle, přidávání tepla při konstantním tlaku v kotli, isentropická expanze v turbíně a odvádění tepla při konstantním tlaku v kondenzátoru.[4]

Dvojitý tlak

Tento proces je navržen tak, aby snižoval termodynamické ztráty vzniklé v solných výměnících tepla základního cyklu. Ztráty nastávají procesem přenosu tepla přes velký teplotní rozdíl mezi vysokoteplotní solankou a nižší teplotou pracovní tekutiny. Ztráty se snižují udržováním těsnější shody mezi křivkou chlazení solankou a křivkou ohřevu pracovní tekutiny.[5]

Dvojitá tekutina

"Síla se získává z proudu horké tekutiny, jako je geotermální voda, průchodem proudu v tepelně výměnném vztahu s pracovní tekutinou, která ji odpařuje, rozšiřuje páru turbínou a kondenzuje páru v konvenčním Rankinově cyklu." Dodatečná energie se získá ve druhém Rankinově cyklu využitím části horké tekutiny po výměně tepla s pracovní tekutinou k odpaření druhé pracovní tekutiny, která má nižší teplotu varu a vyšší hustotu par než první tekutina. “[6]

Elektrárny

V komerční výrobě existuje řada elektráren s binárním cyklem:

Elektrárny s binárním cyklem mají tepelnou účinnost 10–13%.[10]

Viz také

Reference

  1. ^ „Program geotermálních technologií: Hydrotermální energetické systémy“. Program geotermálních technologií: Technologie. US DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE). 06.07.2010. Citováno 2010-11-02.
  2. ^ Scott, Willie (15. listopadu 2010). „Elektrárny na geotermální energii a jak vyrábějí zelenou elektřinu“. Bright Hub.
  3. ^ Çengel, Yunus A. & Michael A. Boles (2002). Termodynamika: Inženýrský přístup, sedmé vydání. Boston: McGraw-Hill. str. Kapitola 10.
  4. ^ A b C d [Çengel, Yunus A. a Michael A. Boles. „Kapitola 10: Parní a kombinované energetické cykly“. Termodynamika: Inženýrský přístup. 7. vydání Boston: McGraw-Hill, 2002. 557-89. Tisk.], Další text.
  5. ^ Ronald DiPippo (2008). Geotermální elektrárny: Principy, aplikace, případové studie a dopad na životní prostředí. Amsterdam: Butterworth-Heinemann.
  6. ^ „DUAL FLUID CYCLE“. USA, patent č. 3795103. 1974.
  7. ^ „Geotermální elektrárna Mammoth Pacific oceněna cenou za životní prostředí od státu Kalifornie“. Ormat. 20. srpna 2009.
  8. ^ "Steamboat Springs".
  9. ^ „Geotermální elektrárna Te Huka“. Globální energetická observatoř.
  10. ^ Ronald DiPippo (2007). Geotermální elektrárny, druhé vydání: Principy, aplikace, případové studie a dopad na životní prostředí. Oxford: Butterworth-Heinemann. p. 159. ISBN  0-7506-8620-0.

externí odkazy