Warum dreht sich eine Turbine mit Dampf effizienter?

Zum Beispiel habe ich ein Abgasrohr mit sehr heißer Luft aus brennendem Biokraftstoff und eine Turbine am Ende des Abgases, die rotiert und Strom erzeugt.

Warum ist es effizienter, die Wärme zum Kochen von Wasser zu verwenden, als den erzeugten Dampf zum Drehen der Turbinen zu verwenden? Wie kommt es, dass beim Drehen der Turbinen mit Dampf mehr Strom erzeugt wird als mit Dampf, wenn dieselbe Menge Biokraftstoff verbrannt wird?

Der Hauptgrund ist, dass eine Turbine einen Druckabfall benötigt, um dem Arbeitsfluid Energie zu entziehen. Der in einer Turbine beobachtete Temperaturabfall ist eine Folge der Expansion des Fluids; Die Turbine hat keine Möglichkeit, die Wärmeenergie direkt aus der Flüssigkeit zu extrahieren.

Die von der Flüssigkeit geleistete Gesamtarbeit wird typischerweise als Änderung der Enthalpie ausgedrückt, die die Summe der inneren Energie (Wärme) und der durch Expansion (Druckabfall) geleisteten Arbeit ist: . Wenn der Abgasdruck Ihrer Brennkammer nicht viel höher als der Umgebungsdruck ist, fällt an der Turbine nicht viel Druck ab und daher wird vom Gas nicht viel Arbeit geleistet. Das Gas verlässt die Turbine mit einer relativ hohen Temperatur, was darauf hinweist, dass noch viel Energie vorhanden ist, die nicht von der Turbine extrahiert wurde.$\Delta H = \Delta U + \Delta (PV)$

Die Lösung, um diese verschwendete Energie einzufangen, besteht darin, einen Teil dieser Wärmeenergie durch Kochen von Wasser in Druckenergie umzuwandeln. Jetzt haben Sie ein Hochdruck-Arbeitsmedium, das für den Antrieb einer Turbine viel nützlicher ist. Die Turbine ist jetzt in der Lage, viel mehr Wärmeenergie in Form von Druck zu gewinnen, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt.

Das Erhitzen von Wasser, um Dampf zu erzeugen, ist nicht unbedingt effizienter, aber wesentlich praktischer. Sie beschreiben zum Beispiel, wie Verbrennungsmotoren funktionieren, es ist also ein gültiges Konzept. Dies geschieht jedoch in Stößen und unter Verwendung von flüssigem und sorgfältig entwickeltem Kraftstoff, was die Implementierung praktischer macht.

In einem kontinuierlichen System, wie Sie es beschreiben, wird der Kraftstoff unter hohem Druck verbrannt. Berücksichtigen Sie die mechanische Schwierigkeit, mehr Kraftstoff in das System einzufüllen, während Sie gegen diesen Druck abdichten. Man muss den unverbrannten Müll auch irgendwie rausholen.

Während die Grundphysik nicht verhindert, was Sie beschreiben, tut es die praktische Technik. Es ist einfacher, den Kraftstoff bei Umgebungsdruck zu verbrennen und die Wärme zu nutzen, um in einem speziell entwickelten Druckbehälter einen hohen Druck zu erzeugen. Anders ausgedrückt, es ist viel einfacher, Wärme über eine Druckdichtung zu bringen als Feststoffe mit etwas unvorhersehbaren Formen und Größen.

Sie beschreiben fast ein Gasturbinentriebwerk. Diese werden zur Stromerzeugung und zum Antrieb von Flugzeugen eingesetzt. In einer Gasturbine steht die Leistung der Brennkammer jedoch unter hohem Druck und wird zum Drehen einer Turbine verwendet. Und das ist ein anderer Verbrennungszyklus als ein Dampfzyklus.

Sie vergleichen einen Verbrennungsmotor mit einem externen Verbrennungsmotor. Beide haben Vorteile und Kompromisse. Die praktischen Wirkungsgrade sind durch die grundlegende Motorenkonstruktion und die Baumaterialien begrenzt. Sie beschreiben eine Gasturbine mit Abgasturbine, die ein hohes Leistungsgewicht aufweist, das gut für Flugzeuge ist, jedoch wartungsintensiv. Die externe Verbrennung in einem Kessel zur Speisung einer Dampfanlage ist viel zuverlässiger, erfordert jedoch schwere Maschinen, die für eine Basis-Stromerzeugungsanlage in Ordnung sind. In diesem Fall möchten Sie Zuverlässigkeit und die einfache Möglichkeit, die Stromerzeugung durch Verbrennung von mehr Brennstoff als erforderlich zu steigern die Grundlast ändert sich.

Eine Zwei-Phasen-Chemie, die Druck unter Verwendung von Wärme erzeugt, ist erforderlich.

Ein Schnellkochtopf mit nur Luft macht viel weniger Druck als mit einem Liter Wasser.

Das Wasser ist in einem kalten Zustand in der Tat potentieller Druck gespeichert.

Überkritische Flüssigkeiten sind tatsächlich effizienter als Dampf, erfordern jedoch Behälter mit höherem Druck und viel Eis-CO2. und andere exotische Substanzen.