Tại sao sử dụng hơi nước để quay tuabin hiệu quả hơn?

Ví dụ, tôi có một ống xả với không khí rất nóng từ việc đốt nhiên liệu sinh học, và tôi có một tuabin ở cuối ống xả làm quay và tạo ra điện.

Tại sao sử dụng nhiệt hiệu quả hơn để đun sôi nước sau đó sử dụng hơi nước được tạo ra để quay tua bin? Như tại sao nhiều điện được tạo ra bằng cách sử dụng hơi nước để quay tua-bin trái ngược với việc không sử dụng hơi nước khi đốt cùng một lượng nhiên liệu sinh học?

Lý do chính là một tuabin yêu cầu giảm áp để trích năng lượng từ chất lỏng làm việc. Sự giảm nhiệt độ được quan sát thấy trong một tuabin là kết quả của sự giãn nở của chất lỏng; Tua bin không có cách để lấy năng lượng nhiệt trực tiếp từ chất lỏng.

Tổng công việc được thực hiện bởi các chất lỏng thường được thể hiện dưới dạng một sự thay đổi trong entanpy, mà là tổng của năng lượng nội tại (nhiệt) và việc thực hiện bằng cách mở rộng (áp lực thả): . Nếu áp suất khí thải của buồng đốt của bạn không cao hơn nhiều so với áp suất xung quanh, thì sẽ không có nhiều sự sụt giảm áp suất trên tuabin và do đó khí sẽ không được thực hiện nhiều. Khí sẽ thoát ra khỏi tuabin ở nhiệt độ tương đối cao, cho thấy nó vẫn còn rất nhiều năng lượng không được tuabin trích ra.$\Delta H = \Delta U + \Delta (PV)$

Giải pháp để thu năng lượng lãng phí này là thay vào đó lấy một phần năng lượng nhiệt đó và chuyển đổi thành năng lượng áp suất bằng nước sôi - bây giờ bạn có một chất lỏng làm việc áp suất cao hữu ích hơn nhiều cho việc lái tuabin. Tua bin hiện có thể trích xuất nhiều năng lượng nhiệt ban đầu dưới dạng áp suất, do đó hiệu quả cao hơn.

Làm nóng nước để tạo hơi nước không nhất thiết phải hiệu quả hơn, nhưng thực tế hơn rất nhiều. Những gì bạn mô tả là làm thế nào các động cơ đốt trong hoạt động, ví dụ, vì vậy đó là một khái niệm hợp lệ. Tuy nhiên, họ làm điều này trong các vụ nổ và sử dụng nhiên liệu lỏng và được thiết kế cẩn thận, điều này làm cho việc thực hiện trở nên thiết thực hơn.

Trong một hệ thống liên tục như bạn mô tả, nhiên liệu được đốt cháy ở áp suất cao. Xem xét các khó khăn cơ học của việc thêm nhiều nhiên liệu vào hệ thống trong khi niêm phong chống lại áp lực đó. Bạn cũng phải lấy chất thải không cháy ra bằng cách nào đó.

Trong khi vật lý cơ bản không ngăn cản những gì bạn mô tả, kỹ thuật thực tế làm. Việc đốt nhiên liệu ở áp suất xung quanh đơn giản hơn và sử dụng nhiệt để tạo áp suất cao bên trong bình áp suất được thiết kế đặc biệt. Nói cách khác, việc truyền nhiệt qua phớt áp suất sẽ dễ dàng hơn rất nhiều so với chất rắn có hình dạng và kích thước hơi khó đoán.

Bạn gần như mô tả một động cơ tua-bin khí. Chúng được sử dụng để tạo ra năng lượng điện, và cũng để cung cấp năng lượng cho máy bay. Nhưng, trong một tuabin khí, đầu ra của buồng đốt ở áp suất cao, và được sử dụng để quay tuabin. Và, đó là một chu trình đốt khác với chu trình hơi nước.

Bạn đang so sánh một động cơ đốt trong với một động cơ đốt ngoài. Cả hai đều có lợi ích và sự đánh đổi. Hiệu quả thực tế bị hạn chế bởi thiết kế động cơ cơ bản và vật liệu xây dựng. Bạn đang mô tả một tuabin khí điều khiển tuabin khí có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, tốt cho máy bay, nhưng cần bảo trì chuyên sâu. Đốt cháy bên ngoài trong lò hơi để cung cấp cho nhà máy hơi nước đáng tin cậy hơn nhiều nhưng đòi hỏi phải có máy móc nặng, tốt cho nhà máy phát điện tải cơ sở - trong trường hợp đó bạn muốn độ tin cậy và khả năng dễ dàng tăng quy mô sản xuất điện bằng cách đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn tải trọng cơ sở thay đổi.

Một hóa học hai pha làm cho áp suất sử dụng nhiệt là cần thiết.

Một nồi áp suất chỉ có không khí làm cho áp suất thấp hơn rất nhiều so với một lít nước.

Nước có hiệu lực tiềm năng được lưu trữ trong trạng thái lạnh.

Các chất lỏng siêu tới hạn thực sự hiệu quả hơn hơi nước nhưng đòi hỏi các bình chịu áp lực cao hơn và rất nhiều CO2 băng. và các chất kỳ lạ khác.