Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Dampfturbine

Dampfturbine

Eine Dampfturbine ist eine Maschine, die die Wärmeenergie von Dampf unter Druck nutzt und durch eine thermodynamische Dehnungsumwandlung in nützliche mechanische Energie umwandelt. Insbesondere wandelt die Dampfturbine die innere Energie des Dampfes in kinetische Rotationsenergie um.

Die Dampfturbine hat dank des höchsten thermischen Wirkungsgrades und des besten Leistungs / Gewichtsverhältnisses die Dampfmaschine vollständig ersetzt, die von Thomas Newcomen als alternativer Motor entwickelt und anschließend von James Watt erheblich verbessert wurde.

Aus thermodynamischer Sicht tritt die maximale Effizienz auf, wenn die Dampfexpansion ein idealer Prozess ist (reversible Umwandlung), bei dem der Dampfdruck in unendlich vielen Stufen zu mechanischer Arbeit wird. Die alternative Maschine von Watt war einstufig, und in den meisten der zwei oder drei Stufen (Doppel- und Dreifachausdehnung) wurden weitere Verfeinerungen vorgenommen. Im Gegensatz dazu erreichen moderne Dampfturbinen dank einer größeren Anzahl von Serienstufen einen hohen thermischen Wirkungsgrad.

Dampfturbinen sind teuer und erfordern fortschrittliche Fertigungsprozesse und hochwertige Materialien. Darüber hinaus haben sie einen hohen Wirkungsgrad beim Betrieb mit Drehzahlen von mehreren tausend Umdrehungen pro Minute. Wenn sich die Last bei niedrigeren Drehzahlen dreht, ist ein Getriebe erforderlich. Wenn jedoch die installierte Leistung hoch ist, werden die hohen Investitionskosten durch die Tatsache kompensiert, dass die Dampfturbine weniger Kraftstoff verbraucht, weniger Wartung erfordert und im Vergleich zu einem alternativen Wärmemotor mit gleicher Leistung kleiner ist.

Anwendungen von Dampfturbinen

Dampfturbinen können zur Erzeugung von Elektrizität verwendet werden, die mit Generatoren gekoppelt ist, häufig ohne Getriebe. In diesem Fall arbeiten sie unter idealen Bedingungen, da die Generatoren mit einer konstanten Drehzahl (3000 U / min für 50 Hz-Netze und 3600 U / min für 60 Hz-Netze) drehen müssen. In einigen Fällen, insbesondere in Kernkraftwerken, verwenden sie Generatoren von 4 Pole, die sich mit halber Geschwindigkeit drehen). Darüber hinaus ist die Dampfturbine, die eine rotierende Maschine ist, als Motor eines elektrischen Generators vorteilhaft, da kein mechanisches Element erforderlich ist, um die Hin- und Herbewegung in eine rotierende zu verwandeln.

Ein weiteres typisches Anwendungsgebiet für Dampfturbinen sind Anlagen in Raffinerien, Papierfabriken, Entsalzungsanlagen und anderen Anlagen, in denen ein hoher Prozessdampfbedarf besteht. Die Anlage kann so ausgelegt werden, dass sie die Dampfturbine nutzt, um eine Synergie zwischen der Dampferzeugung und der elektrischen Energie oder der mechanischen Arbeit zu erreichen.

Dampfturbinen werden auch als Schiffsmotor auf Schiffen eingesetzt, bei denen begrenzte Abmessungen von Vorteil sind. Es wurden auch Propellerdampfturbinenlokomotiven gebaut, deren Verbreitung jedoch sehr begrenzt war.

 

Stromerzeugung

Bei Kraftwerken, die auf der Erzeugung von Hochtemperaturdampf basieren (Wärmekraftwerke, Kernkraftwerke, Geothermiekraftwerke, einige Solarthermie-Kraftwerke usw.), werden Dampfturbinen verwendet, die an elektrische Generatoren angeschlossen sind, um etwa 80% des Stroms zu erzeugen des Planeten.

 

Die Turbinen für die elektrische Produktion sind normalerweise direkt an ihren Generator gekoppelt.

Da sich die Generatoren bezüglich der Frequenz des elektrischen Systems mit synchronen Drehzahlen drehen müssen, sind die häufigsten Drehzahlen 3.000 U / min für 50 Hz-Systeme und 3.600 U / min für 60 Hz-Systeme.

Da Kernreaktoren bei niedrigeren Temperaturen und mit niedrigerem Gasdruck als Wärmekraftwerke arbeiten, arbeiten sie normalerweise mit der halben Drehzahl, jedoch mit 4-Pol-Generatoren.

Schiffsantrieb

Auf Booten hat der Dampfturbinenantrieb mehrere Vorteile gegenüber thermischen Explosionsmotoren: kleinere Baugröße und Gewicht bei gleicher Leistung, weniger Wartung und weniger Vibrationen. Eine Dampfturbine ist jedoch nur bei hohen Drehzahlen (in der Größenordnung von Tausenden von Umdrehungen pro Minute) effizient, während die meisten Propeller für einen Betrieb mit weniger als 100 U / min ausgelegt sind. Dies erfordert präzise und komplexe Übertragungen (und zu hohen Kosten).

Eine Alternative ist der Einsatz eines turboelektrischen Antriebs, bei dem die Turbinen wie in einer Energieanlage Strom erzeugen und damit elektrische Motoren angetrieben werden, die die Propeller bewegen. Obwohl die Herstellungskosten höher sind, sind sie rentabel, da der Energieverbrauch und die Wartungskosten niedriger sind als die eines Verbrennungsmotors mit äquivalenter Leistung.

Es muss gesagt werden, dass Dieselmotoren zu einem höheren Wirkungsgrad fähig sind: Dampfturbinen erreichen immer noch nicht einen Wirkungsgrad von 50%, während Dieselmotormotoren dieses Niveau oft übersteigen (insbesondere bei Schiffsantriebssystemen).

valoración: 3 - votos 1

Geändert am: 21. November 2018

Zurück