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Was ist überkritischer Rankine-Zyklus – Definition

Die Wärmekraftwerke sind derzeit für den Betrieb im überkritischen Rankine-Zyklus ausgelegt. Der überkritische Rankine-Zyklus ist auch der thermodynamische Zyklus überkritischer Wasserreaktoren. Wärmetechnik

Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades – Rankine-Zyklus

Es gibt verschiedene Methoden, wie der thermische Wirkungsgrad des Rankine-Kreislaufs verbessert werden kann. Unter der Annahme, dass die Maximaltemperatur durch den Druck im Reaktordruckbehälter begrenzt ist, sind diese Methoden:

  • Kessel- und Kondensatordrücke
  • Überhitzen und Aufheizen
  • Wärmeregeneration
  • Überkritischer Rankine-Zyklus

 

Überkritischer Rankine-Zyklus

Rankine-Zyklus - überkritischer Zyklus
überkritischer Rankine-Zyklus

Wie bereits erwähnt, kann der thermische Wirkungsgrad „einfach“ durch eine Erhöhung der Temperatur des in die Turbine eintretenden Dampfes verbessert werden. Diese Temperatur wird jedoch durch metallurgische Einschränkungen begrenzt, die durch die Materialien und das Design des Reaktordruckbehälters und der Primärleitungen auferlegt werden . Das Reaktorgefäß und die Primärleitung müssen hohen Drücken und hohen Beanspruchungen bei erhöhten Temperaturen standhalten. Gegenwärtig haben verbesserte Materialien und Herstellungsverfahren jedoch signifikante Erhöhungen der Maximaldrücke mit entsprechenden Erhöhungen des thermischen Wirkungsgrads ermöglicht. Die Wärmekraftwerke sind derzeit für den Betrieb im überkritischen Rankine-Kreislauf ausgelegt (dh bei Dampfdrücken, die den kritischen Wasserdruck überschreiten22,1 MPa und Turbineneintrittstemperaturen über 600 ° C). Überkritische Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen, die mit überkritischem Druck betrieben werden , weisen Wirkungsgrade von rund 43% auf . Die effizientesten und auch sehr komplexen Kohlekraftwerke, die bei „extrem kritischen“ Drücken (dh etwa 30 MPa) betrieben werden und eine mehrstufige Wiedererwärmung verwenden, erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 48% .

Überkritischer Wasserreaktor – SCWR

Eigenschaften von SCWRs
Typische Eigenschaften von Kühlmittel in SCWR.

Der überkritische Rankine-Zyklus ist auch der thermodynamische Zyklus überkritischer Wasserreaktoren. Der überkritische Wasserreaktor (SCWR) ist ein Konzept des Reaktors der Generation IV, der bei überkritischem Druck (dh mehr als 22,1 MPa) betrieben wird. Der Begriff überkritisch bezieht sich in diesem Zusammenhang auf den thermodynamischen kritischen Punkt von Wasser (T CR = 374 ° C; p CR = 22,1 MPa) und darf nicht mit der Kritikalität des Reaktorkerns verwechselt werden , der Änderungen in der Neutronenpopulation in beschreibt der Reaktorkern .

Für SCWRs ist ein Durchlaufdampfkreislauf vorgesehen, bei dem keine Kühlmittelrückführung im Reaktor erfolgt. Es ist ähnlich wie in Siedewasserreaktoren , Dampf wird direkt der Dampfturbine zugeführt und das Speisewasser aus dem Dampfkreislauf wird dem Kern zurückgeführt.

Neben dem überkritischen Wasserreaktor kann auch leichtes oder schweres Wasser als Neutronenmoderator verwendet werden . Wie zu sehen ist, gibt es viele SCWR-Konstruktionen, aber alle SCWRs haben ein Schlüsselmerkmal, nämlich die Verwendung von Wasser jenseits des thermodynamischen kritischen Punkts als primäres Kühlmittel. Da dieses Merkmal eine Erhöhung der Spitzentemperatur ermöglicht , werden die überkritischen Wasserreaktoren aufgrund ihres hohen thermischen Wirkungsgrads als vielversprechender Fortschritt für Kernkraftwerke angesehen (~ 45% gegenüber ~ 33% für aktuelle LWR).

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.