{"id":44144,"date":"2019-10-14T21:37:49","date_gmt":"2019-10-14T20:37:49","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/was-ist-der-thermische-wirkungsgrad-des-rankine-zyklus\/"},"modified":"2020-03-09T19:55:16","modified_gmt":"2020-03-09T18:55:16","slug":"was-ist-der-thermische-wirkungsgrad-des-rankine-zyklus","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/de\/was-ist-der-thermische-wirkungsgrad-des-rankine-zyklus\/","title":{"rendered":"Was ist der thermische Wirkungsgrad des Rankine – Zyklus?"},"content":{"rendered":"
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Thermische Effizienz des Rankine-Zyklus.\u00a0Um den thermischen Wirkungsgrad des Rankine-Zyklus (ohne Wiedererw\u00e4rmung) zu berechnen, verwenden Ingenieure den ersten Hauptsatz der Thermodynamik in Bezug auf die Enthalpie.\u00a0W\u00e4rmetechnik<\/span><\/div>\n<\/div>\n
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Thermische Effizienz des Rankine-Zyklus<\/span><\/h2>\n
\"technische<\/a>
Rankine-Zyklus – Thermodynamik als Energieumwandlungswissenschaft<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Der\u00a0<\/span>Rankine-Zyklus<\/span><\/strong>\u00a0beschreibt genau die Prozesse in dampfbetriebenen W\u00e4rmekraftmaschinen, die in den meisten\u00a0<\/span>W\u00e4rmekraftwerken \u00fcblich sind<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Die in diesen Kraftwerken verwendeten W\u00e4rmequellen sind normalerweise die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdgas oder auch die\u00a0<\/span>Kernspaltung<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Ein\u00a0<\/span>Kernkraftwerk<\/span><\/strong><\/a>\u00a0(Kernkraftwerk) sieht mit einer Ausnahme wie ein Standard-W\u00e4rmekraftwerk aus.\u00a0Die W\u00e4rmequelle im Kernkraftwerk ist ein\u00a0<\/span>Kernreaktor<\/span><\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Wie in allen herk\u00f6mmlichen W\u00e4rmekraftwerken \u00fcblich, wird die W\u00e4rme zur Erzeugung von\u00a0<\/span>Dampf verwendet,<\/span><\/a>\u00a0der eine Dampfturbine antreibt, die an einen Generator angeschlossen ist, der Strom erzeugt.<\/span><\/p>\n

Typischerweise\u00a0betreiben die\u00a0meisten\u00a0<\/span>Kernkraftwerke\u00a0<\/span><\/strong>mehrstufige Kondensationsdampfturbinen<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0In diesen Turbinen erh\u00e4lt die Hochdruckstufe\u00a0<\/span>Dampf<\/span><\/a>\u00a0(dieser Dampf ist nahezu ges\u00e4ttigter Dampf – x = 0,995 – Punkt C in der Abbildung;\u00a0<\/span>6 MPa<\/span><\/strong>\u00a0; 275,6 \u00b0 C) von einem Dampferzeuger und leitet ihn zum Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzer (Punkt D) ab ).\u00a0Der Dampf muss erneut erw\u00e4rmt werden, um Sch\u00e4den zu vermeiden, die durch Dampf von\u00a0<\/span>geringer Qualit\u00e4t<\/span><\/a>\u00a0an den Schaufeln der Dampfturbine verursacht werden k\u00f6nnten\u00a0.\u00a0Der Nacherhitzer erw\u00e4rmt den Dampf (Punkt D) und dann wird der Dampf zur Niederdruckstufe der Dampfturbine geleitet, wo er sich ausdehnt (Punkt E bis F).\u00a0Der ausgesto\u00dfene Dampf kondensiert dann im Kondensator und hat einen Druck, der weit unter dem atmosph\u00e4rischen Druck liegt (absoluter Druck von<\/span>0,008 MPa<\/span><\/strong>\u00a0) und befindet sich in einem teilweise kondensierten Zustand (Punkt F), typischerweise von einer Qualit\u00e4t nahe 90%.<\/span><\/p>\n

In diesem Fall stellen Dampferzeuger, Dampfturbinen, Kondensatoren und Speisewasserpumpen eine W\u00e4rmekraftmaschine dar, die den durch den\u00a0zweiten Hauptsatz der Thermodynamik<\/strong><\/a>\u00a0auferlegten Wirkungsgradbeschr\u00e4nkungen unterliegt\u00a0.\u00a0Im Idealfall (keine Reibung, reversible Prozesse, perfektes Design) h\u00e4tte diese W\u00e4rmekraftmaschine einen\u00a0Carnot-Wirkungsgrad<\/a>\u00a0von<\/span><\/p>\n

= 1 – T\u00a0<\/span>kalt<\/span><\/sub>\u00a0\/ T\u00a0<\/span>hei\u00df<\/span><\/sub>\u00a0= 1 – 315\/549 = 42,6%<\/span><\/p>\n

Wenn die Temperatur des hei\u00dfen Reservoirs 275,6 \u00b0 C (548,7 K) betr\u00e4gt, betr\u00e4gt die Temperatur des kalten Reservoirs 41,5 \u00b0 C (314,7 K).\u00a0Das Kernkraftwerk ist jedoch die\u00a0<\/span>eigentliche W\u00e4rmekraftmaschine<\/span><\/strong>\u00a0, in der thermodynamische Prozesse irgendwie irreversibel sind.\u00a0Sie werden nicht unendlich langsam gemacht.\u00a0In realen Ger\u00e4ten (wie Turbinen, Pumpen und Kompressoren) verursachen mechanische Reibung und W\u00e4rmeverluste weitere Wirkungsgradverluste.<\/span><\/p>\n

Um den\u00a0<\/span>thermischen Wirkungsgrad<\/span><\/strong>\u00a0des einfachsten\u00a0<\/span>Rankine-Zyklus<\/span><\/strong>\u00a0(ohne Wiedererw\u00e4rmung)\u00a0zu berechnen, verwenden\u00a0Ingenieure den\u00a0<\/span>ersten Hauptsatz der Thermodynamik eher in Bezug auf die Enthalpie<\/span><\/strong><\/a>\u00a0als in Bezug auf die innere Energie.<\/span><\/p>\n

Das erste Gesetz in Bezug auf die Enthalpie lautet:<\/span><\/p>\n

dH = dQ + Vdp<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

In dieser Gleichung ist der Begriff\u00a0<\/span>Vdp<\/span><\/em><\/strong>\u00a0eine\u00a0<\/span>Flussprozessarbeit.\u00a0<\/span><\/strong>Diese Arbeit, \u00a0\u00a0<\/span>Vdp<\/span><\/em><\/strong>\u00a0, wird f\u00fcr\u00a0<\/span>Open-Flow-Systeme<\/span><\/strong>\u00a0wie eine\u00a0<\/span>Turbine<\/span><\/strong>\u00a0oder eine\u00a0<\/span>Pumpe verwendet,<\/span><\/strong>\u00a0bei denen ein\u00a0<\/span>\u201edp\u201c vorliegt<\/span><\/strong>\u00a0, dh eine Druck\u00e4nderung.\u00a0Es gibt keine \u00c4nderungen in der\u00a0<\/span>Lautst\u00e4rke<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0Wie zu sehen ist,\u00a0<\/span>vereinfacht<\/span><\/strong>\u00a0diese Form des Gesetzes\u00a0die Beschreibung der Energie\u00fcbertragung<\/strong>\u00a0.\u00a0<\/span>Bei konstantem Druck entspricht<\/span><\/strong>\u00a0die\u00a0<\/span>Enthalpie\u00e4nderung<\/span><\/strong>\u00a0der\u00a0<\/span>Energie<\/span><\/strong>\u00a0, die durch Erhitzen aus der Umgebung \u00fcbertragen wird:<\/span><\/p>\n

Isobarer Prozess (Vdp = 0):<\/span><\/strong><\/p>\n

dH = dQ \u2192 Q = H\u00a0<\/span><\/strong>2<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0– H\u00a0<\/span><\/strong>1<\/span><\/sub><\/strong><\/p>\n

Bei konstanter Entropie<\/span><\/strong>\u00a0, dh im isentropischen Prozess, entspricht die\u00a0<\/span>Enthalpie\u00e4nderung<\/span><\/strong>\u00a0der\u00a0am oder vom System durchgef\u00fchrten\u00a0<\/span>Flussprozessarbeit<\/span><\/strong>\u00a0:<\/span><\/p>\n

Isentropischer Prozess (dQ = 0):<\/span><\/strong><\/p>\n

dH = Vdp \u2192 W = H\u00a0<\/span><\/strong>2<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0– H\u00a0<\/span><\/strong>1<\/span><\/sub><\/strong><\/p>\n

Es ist offensichtlich, dass es bei der Analyse sowohl der in der Energietechnik verwendeten thermodynamischen Kreisprozessen, dh des Brayton-Zyklus als auch des Rankine-Zyklus, sehr n\u00fctzlich sein wird.<\/span><\/p>\n

Die\u00a0<\/span>Enthalpie<\/span><\/strong>\u00a0kann\u00a0durch Teilen durch die\u00a0Masse<\/a>\u00a0zu einer\u00a0<\/span>intensiven<\/span><\/strong>\u00a0oder\u00a0<\/span>spezifischen<\/span><\/strong>\u00a0Variablen gemacht werden\u00a0.\u00a0Ingenieure verwenden die\u00a0<\/strong>spezifische Enthalpie<\/strong>\u00a0in der thermodynamischen Analyse mehr als die Enthalpie selbst.\u00a0Es ist in den\u00a0Dampftabellen<\/strong><\/a>\u00a0zusammen mit dem\u00a0spezifischen Volumen<\/a>\u00a0und der\u00a0spezifischen inneren Energie aufgef\u00fchrt<\/a>\u00a0.\u00a0Der thermische Wirkungsgrad eines solchen einfachen Rankine-Zyklus und in Bezug auf spezifische Enthalpien w\u00e4re:<\/span><\/p>\n

\"thermischer<\/a><\/p>\n

Es ist eine sehr einfache Gleichung und zur Bestimmung des thermischen Wirkungsgrads k\u00f6nnen Sie Daten aus\u00a0<\/span>Dampftabellen verwenden<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

In modernen Kernkraftwerken betr\u00e4gt der thermische Gesamtwirkungsgrad etwa\u00a0<\/span>ein Drittel<\/span><\/strong>\u00a0(33%), sodass\u00a0<\/span>3000 MWth<\/span><\/strong>\u00a0W\u00e4rmeleistung aus der Spaltreaktion ben\u00f6tigt werden, um\u00a0<\/span>1000 MWe<\/span><\/strong>\u00a0elektrischen Strom\u00a0zu erzeugen\u00a0.\u00a0Der Grund liegt in der relativ niedrigen Dampftemperatur (\u00a0<\/span>6 MPa<\/span><\/strong>\u00a0; 275,6 \u00b0 C).\u00a0H\u00f6here Wirkungsgrade k\u00f6nnen durch Erh\u00f6hen der\u00a0<\/span>Temperatur erreicht werden<\/span><\/strong>des Dampfes.\u00a0Dies erfordert jedoch einen Druckanstieg in Kesseln oder Dampferzeugern.\u00a0Metallurgische \u00dcberlegungen begrenzen solche Dr\u00fccke jedoch.\u00a0Im Vergleich zu anderen Energiequellen ist der thermische Wirkungsgrad von 33% nicht viel.\u00a0Es ist jedoch zu beachten, dass Kernkraftwerke viel komplexer sind als Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen und es viel einfacher ist, fossile Brennstoffe zu verbrennen, als Energie aus Kernbrennstoffen zu erzeugen.\u00a0Unterkritische Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen, die unter\u00a0<\/span>kritischem Druck<\/span><\/strong>\u00a0(dh unter 22,1 MPa) betrieben werden, k\u00f6nnen einen Wirkungsgrad von 36\u201340% erreichen.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

\n
<\/div>\n<\/div>\n

……………………………………………………………………………………………………………………………….<\/p>\n

Dieser Artikel basiert auf der maschinellen \u00dcbersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie k\u00f6nnen uns helfen. Wenn Sie die \u00dcbersetzung korrigieren m\u00f6chten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder f\u00fcllen Sie das Online-\u00dcbersetzungsformular aus. Wir bedanken uns f\u00fcr Ihre Hilfe und werden die \u00dcbersetzung so schnell wie m\u00f6glich aktualisieren. Danke.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Thermische Effizienz des Rankine-Zyklus.\u00a0Um den thermischen Wirkungsgrad des Rankine-Zyklus (ohne Wiedererw\u00e4rmung) zu berechnen, verwenden Ingenieure den ersten Hauptsatz der Thermodynamik in Bezug auf die Enthalpie.\u00a0W\u00e4rmetechnik Thermische Effizienz des Rankine-Zyklus Rankine-Zyklus – Thermodynamik als Energieumwandlungswissenschaft Der\u00a0Rankine-Zyklus\u00a0beschreibt genau die Prozesse in dampfbetriebenen W\u00e4rmekraftmaschinen, die in den meisten\u00a0W\u00e4rmekraftwerken \u00fcblich sind\u00a0.\u00a0Die in diesen Kraftwerken verwendeten W\u00e4rmequellen sind normalerweise die … Weiterlesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[9],"tags":[],"yoast_head":"\nWas ist der thermische Wirkungsgrad des Rankine - Zyklus?<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"W\u00e4rmewirkungsgrad des Rankine-Zyklus. 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