Haʻawina Pōʻaiapuni Brayton ma nā Turbines Kinoea ʻOihana
Pendahuluan
ʻO nā mīkini hoʻololi ikehu nā mīkini hoʻohana kinoea ʻoihana i hoʻohana nui ʻia i nā hale hana mana, ka ʻoihana aila a me ke kinoea, a me nā noi hana like ʻole e pono ai ka mana mīkini nui a me ka pane wikiwiki. ʻO ka hana maʻamau o nā mīkini hoʻohana kinoea hou e hahai ana i ka Brayton Cycle, kahi pōʻaiapuni thermodynamic e wehewehe ana i ke kaʻina hana o ka hoʻopili ʻana i ka ea, ka hoʻohui ʻana i ka wela ma o ke kuni ʻana, a me ka hoʻonui ʻana i nā kinoea wela e hana i ka hana. He mea nui ke aʻo ʻana i ka Brayton Cycle no ka mea mai ʻaneʻi e hiki ai ke hoʻomaopopo a hoʻomaikaʻi ʻia ka pono, ka hoʻohana ʻana i ka wahie, ka hana mana, a me nā hoʻolālā hoʻonui no nā hana mīkini hoʻohana kinoea.
Manaʻo Kumu o ke Kaʻapuni Brayton
ʻO ke kaʻina hana Brayton kūpono he ʻehā mau kaʻina hana nui, i hoʻohālikelike ʻia ma ke ʻano he ʻelua mau kaʻina hana isentropic a me ʻelua mau kaʻina hana kaomi mau. I loko o nā turbine kinoea maoli, ʻokoʻa kēia mau kaʻina hana ma muli o nā pohō mechanical, friction, pohō kaomi, a me nā pono ʻāpana kūpono ʻole. Eia nō naʻe, ʻo ke kumu hoʻohālike kūpono he kumu pono loa ia no ka loiloi mua a me nā hoʻohālikelike hana.
ʻO nā kaʻina hana maʻamau ʻehā o ka Brayton Cycle:
1. Hoʻopili ʻia ʻo Isentropic (1 → 2) i loko o ka compressor
2. Hoʻohui wela ma ke kaomi mau (2 → 3) i loko o ke keʻena kuni
3. Hoʻonui isentropic (3 → 4) i loko o ka turbine
4. Ka hoʻopuehu ʻana o ka wela ma ke kaomi mau (4 → 1) i ke kaiapuni (ma kahi pōʻaiapuni pani) a i ʻole ma o ke kinoea hoʻopau (ma kahi pōʻaiapuni hāmama)
I loko o nā turbine kinoea ʻoihana i hoʻohana pinepine ʻia (pōʻaiapuni hāmama), komo ka ea ambient i ka compressor, a laila ma hope o ke kuni ʻana, hoʻonui ʻia ke kinoea kaomi kiʻekiʻe i loko o ka turbine a hoʻokuʻu ʻia i ka lewa a hoʻohana ʻia paha no nā kaʻina hana ʻē aʻe e like me ka hoʻomehana ʻana (cogeneration) a i ʻole ka hana mahu (pōʻaiapuni hui pū ʻia).
Nā ʻĀpana Nui a me ko lākou Pilina i ke Kaʻapuni
1. Mea hoʻopili
Hoʻokiʻekiʻe ka compressor i ke kaomi ea mai kona mau kūlana komo (ma kahi kokoke i ke kaomi lewa) i kahi kaomi kiʻekiʻe loa. Pono kēia kaʻina hana compression i ka hana nui, a ma nā turbine kinoea he nui, hoʻohana ʻia kahi hapa nui o ka mana o ka turbine e hoʻokele i ka compressor. Hoʻoholo nui ka hana o ka compressor i ka pono o ke kaʻina hana no ka mea ʻo ka nui o ka hana compression, ʻo ka liʻiliʻi o ka mana net i loaʻa no ka ukana (generator a i ʻole ka ukana mechanical).
ʻO ke kūpono, ua manaʻo ʻia ka compression he isentropic, akā ʻo ka ʻoiaʻiʻo, piʻi ka entropy ma muli o ka irreversibility. ʻO ka pono isentropic o kahi compressor kahi mea koʻikoʻi no ka loiloi ʻana i ka kokoke o ka hana ʻana o ka compressor i nā kūlana kūpono.
2. Keʻena Puhi (Mea Hoʻomoʻa)
I loko o ke keʻena kuni, hoʻokomo ʻia ka wahie (e like me ke kinoea kūlohelohe) a puhi ʻia me ka ea kiʻekiʻe. Hoʻonui nui ke kaʻina hana kuni i ka mahana o ke kinoea ma kahi kokoke i ke kaomi mau, ʻoiai aia kekahi pohō kaomi hiki ʻole ke pale ʻia ma muli o ka friction a me ka hoʻolālā ʻana o ka mea puhi.
Hoʻopilikia nui ʻia nā palena mahana o ka puka o ke keʻena kuni e ka hana o nā mea turbine (ʻoi aku hoʻi nā pahi mua) a me ka ʻenehana hoʻoluʻu. I nā hoʻolālā hou, ʻo ka mahana komo turbine (TIT) kahi mea nui e hoʻoholo ai i ka pono a me ka loaʻa ʻana o ka mana, akā ke hoʻopilikia nei hoʻi i ka hilinaʻi a me nā kumukūʻai mea.
3. Turbine
Hoʻololi nā Turbines i ka ikehu wela o nā kinoea wela i hana mechanical ma o ka hoʻonui ʻana. Hoʻohana ʻia kekahi o ka hana a ka turbine e hoʻokele i ka compressor, aʻo ke koena e hoʻohana ʻia ma ke ʻano he hana ʻupena no nā noi ʻoihana. E like me nā compressors, loaʻa i nā turbines nā pono isentropic e hoʻopilikia i kā lākou mana hana a me ka pono holoʻokoʻa.
4. ʻŌnaehana Hoʻopau
Hiki ke hoʻokuʻu pololei ʻia nā kinoea hoʻopau o ka turbine kinoea ʻoihana i ka lewa a i ʻole e hoʻohana hou ʻia. He hoʻolālā koʻikoʻi ka hoʻohana ʻana i ka wela ʻōpala no ka mea e mau ana ke kiʻekiʻe o ka mahana o ke kinoea hoʻopau. ʻO kēia kahi e komo ai nā ʻōnaehana pōʻaiapuni hui pū ʻia (turbine kinoea + turbine mahu) a i ʻole cogeneration/CHP (uila + wela hana).
Nā Palena Koʻikoʻi ma ka Brayton Analysis
Ka Lākiō Paʻi
ʻO ka lakio kaomi compressor (πc = P2/P1) kahi mea hoʻololi hoʻolālā koʻikoʻi. I loko o kahi pōʻaiapuni Brayton kūpono, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka lakio kaomi e hoʻonui pinepine i ka pono thermal a hiki i kahi kūpono, ma muli o ka palena wela kiʻekiʻe loa o ke pōʻaiapuni. I ka hana maoli, hiki i ka lakio kaomi kiʻekiʻe loa ke hoʻonui nui i ka ukana hana compressor a hōʻemi i ka mana net, ʻoiai inā haʻahaʻa ka pono o ka compressor a i ʻole he nui nā pohō kaomi i loko o ke keʻena kuni.
Mahana Komo Turbine (TIT)
ʻO ka hoʻonui ʻana i ka TIT e hoʻonui pinepine i ka mana a me ka pono, ʻoiai e hoʻomaka ana ka hoʻonui ʻana ma kahi pae ikehu wela kiʻekiʻe. Eia nō naʻe, ua kaupalena ʻia kēia e nā mea hana, nā ʻōnaehana hoʻoluʻu pahi, a me nā hoʻokuʻu NOx, kahi e piʻi pinepine ai i nā mahana puhi kiʻekiʻe. No laila, hoʻopukapuka nui nā mea hana turbine kinoea i nā superalloys, nā uhi pale wela, a me nā ʻano hoʻoluʻu kūloko.
Ka Pono o nā ʻĀpana
ʻO ka pono isentropic o nā compressors a me nā turbines ka ʻokoʻa nui ma waena o ka hana kūpono a me ka hana maoli. ʻO nā pohō aerodynamic, ka ʻae ʻana, ka haumia o ka compressor, a me ka hōʻino ʻana o ka pahi ma muli o ka ʻino a me ka palaho e hōʻemi i ka pono i ka hala ʻana o ka manawa.
Ka Pohō o ke Keʻena Puhi a me ke Kaomi Paipu
I loko o kahi kumu hoʻohālike kūpono, hana ʻia ka hoʻohui wela ma ke kaomi mau. Eia nō naʻe, i loko o kahi ʻōnaehana honua maoli, hāʻule ke kaomi ma waena o ke kapuahi a me ka ducting. Hoʻemi kēia hāʻule kaomi i ka lakio hoʻonui kūpono i loko o ka turbine, a laila e hōʻemi ana i ka hana a me ka pono o ka turbine.
Hoʻololi ʻana o ke kaʻapuni ʻo Brayton i nā Turbines Kinoea ʻOihana
No ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hana, hoʻololi pinepine ʻia ka Brayton Cycle me kekahi mau ʻano hana:
1. Hoʻoulu hou ʻana (Recuperator)
Hoʻohana ka hana hou ʻana i ke kinoea hoʻopau wela e hoʻomehana mua i ka ea i hoʻopaʻa ʻia ma mua o kona komo ʻana i loko o ke keʻena kuni. Hoʻemi kēia i ka pono wahie e hoʻokō ai i ka TIT like, a laila e hoʻonui ai i ka pono wela. ʻOi aku ka maikaʻi o nā mea hoʻoulu hou i nā turbine kinoea me nā lakio kaomi haʻahaʻa a waena, no ka mea, ma nā lakio kaomi kiʻekiʻe, hoʻokokoke ka mahana o ka puka compressor i ka mahana o ke kinoea hoʻopau, e hoʻemi ana i nā pono o ka hana hou ʻana.
2. Hoʻoluʻolu waena
Hoʻopili ʻia ka intercooling i nā pae compression me ka hoʻoluʻu ʻana ma waena. Hoʻemi kēia hoʻoluʻu ʻana i ka hana compression, e hoʻonui ana i ka mana net. Eia nō naʻe, hiki i ka intercooling ke hōʻemi i ka pono thermal inā ʻaʻole i hoʻopau ʻia e ka hana hou ʻana, no ka mea, pono ka ea anuanu i ka wela hou aʻe i loko o ke kapuahi e hiki ai i ka TIT.
3. Hoʻomehana hou
Hoʻomehana hou ka hoʻomehana hou ʻana i ke kinoea ma waena o nā pae hoʻonui turbine. ʻO ka pahuhopu ka hoʻonui ʻana i ka hana holoʻokoʻa o ka turbine, a laila e hoʻonui ai i ka mana net. Eia nō naʻe, hoʻonui pinepine ka hoʻomehana hou i ka hoʻohana ʻana i ka wahie, no laila ʻaʻole paha e hoʻomaikaʻi mau ka pono o ka thermal, ma muli o nā palena o ka hoʻonohonoho ʻana a me ka hoʻolālā.
4. Kaʻapuni i hui pū ʻia
Hoʻohana ka pōʻaiapuni hui pū ʻia i ka wela hoʻopau mai kahi turbine kinoea e hana i ka mahu, a laila e hoʻokele i kahi turbine mahu. Hiki i kēia hoʻonohonoho ke hoʻonui nui i ka pono o ka hale hana mana i hoʻohālikelike ʻia me kahi pōʻaiapuni Brayton maʻalahi. Ma kahi pae hale hana mana ʻoihana, ʻo ka pōʻaiapuni hui pū ʻia kekahi o nā ʻenehana hoʻokūkū loa no ka mea hiki iā ia ke hoʻokō i ka pono kiʻekiʻe me nā hoʻokuʻu kikoʻī haʻahaʻa.
Nā ʻAno Hana Maoli: Ka Hoʻohaʻahaʻa ʻana a me nā Kūlana Kaiapuni
Hana nā mīkini hoʻoheheʻe kinoea ʻoihana i nā ʻano ʻano like ʻole a kū pinepine i nā pilikia e like me ke kiʻekiʻe o ka mahana o ka ea komo, ka makū, a me nā mea haumia (lepo, paʻakai, a i ʻole nā ʻāpana aila). ʻO ke kiʻekiʻe o ka mahana o ka ea komo e hoʻohaʻahaʻa i ka nui o ka ea, e hopena ana i ka emi ʻana o ke kahe nui a me ka emi ʻana o ka mana. No laila, hoʻohana kekahi mau hale i ka hoʻoluʻu ea komo (nā mea hoʻoluʻu evaporative a i ʻole nā chillers) e hoʻomaikaʻi i ka hana i ka wā wela.
ʻO ka haumia o ka compressor i hoʻokumu ʻia e nā ʻāpana liʻiliʻi hiki ke hōʻemi i ka pono a me ka lakio kaomi kūpono. Hana ʻia nā hana mālama e like me ka holoi pūnaewele/offline e hoʻihoʻi i ka hana. Eia kekahi, hoʻopilikia pū nā kūlana ukana hapa i ka pono. ʻOi aku ka maikaʻi o nā turbine kinoea i nā ukana kiʻekiʻe; i nā ukana haʻahaʻa, emi ka pono i ka wā e lilo ai ka kaohi ahi, nā loli i ka lakio kaomi kūpono, a me nā pohō kūlike i mea nui.
Nā Hoʻokuʻu ʻana a me ka Pono ma ke ʻano he Manaʻo Hou
ʻAʻole wale nā haʻawina Brayton Cycle o kēia wā e kālele ana i ka mana a me ka pono akā i nā hoʻokuʻu ʻana. ʻO ke kuni ʻana o ka wela kiʻekiʻe e hoʻopuka i nā pae kiʻekiʻe o NOx. Ua hoʻomohala ʻia nā ʻenehana e like me Dry Low NOx (DLN) e hōʻemi i nā hoʻokuʻu ʻana ma ka hoʻoponopono ʻana i ka hui ʻana o ka ea-wahie e hoʻomalu maikaʻi i ka mahana o ka lapalapa me ka ʻole o ka mōhai ʻana i ke kūpaʻa kuni.
Eia kekahi, ʻo ka hoʻohui ʻana o nā turbine kinoea me nā ʻōnaehana hopu kalapona (CCS) a i ʻole ka hoʻohana ʻana i nā wahie haʻahaʻa kalapona e like me nā hui hydrogen e loaʻa nei ka mana. Ke hoʻomau nei kēia mau hana hou a pau i ka hoʻomaopopo hohonu ʻana i ka Brayton Cycle, ʻoiai nā loli i ka wahie a me ke ʻano e hoʻopilikia i ka mahana, ka lakio kaomi, a me nā ʻano kahe.
Ka hopena
ʻO ke kaʻina hana ʻo Brayton ke kumu o ka loiloi turbine kinoea ʻoihana, e hoʻopuni ana i nā kaʻina hana o ka hoʻopili ʻana, ke kuni ʻana, ka hoʻonui ʻana, a me ka hōʻole ʻana i ka wela. He mea koʻikoʻi nā palena e like me ka lakio kaomi, TIT, ka pono o nā ʻāpana, a me ka pohō kaomi no ka hana maoli. Hāʻawi nā hoʻololi ʻana o ke kaʻina hana—ka hana hou ʻana, ka hoʻoluʻu ʻana, ka hoʻomehana hou ʻana, a me nā kaʻina hana i hui pū ʻia—i nā ala like ʻole e hoʻomaikaʻi ai i ka pono a me ka mana e like me nā koi noi. I ka hana ʻoihana, pono e noʻonoʻo nā haʻawina kaʻina hana ʻo Brayton i ka hōʻino ʻana o nā ʻāpana, nā kūlana o ke kaiapuni, ka hana hapa-haʻawina, a me nā koi hoʻokuʻu. Me ka hoʻomaopopo maikaʻi ʻana, hiki i nā ʻenekinia ke hoʻomaikaʻi i ka hoʻolālā turbine kinoea a me ka hana no ka pono nui, ka hilinaʻi, a me ke aloha i ke kaiapuni.
