Чому підтримувати прохолоду зберігає вихід високої енергетики
Піт Макгіган
Газові турбіни (ГТ) працюють при постійному обсязі (сподіваємось) дуже чистого повітря. Однак саме щільність цього повітря (вага на одиницю об’єму) є ключовою, якщо ми хочемо підтримувати високі рівні вихідної потужності газової турбіни.
У спекотний літній день повітря розширюється і стає менш щільним (займає більший об’єм при одній і тій же вазі), ніж у більш прохолодний день. Для газових турбін, що працюють при постійному обсязі всмоктуваного повітря, це в результаті призводить до меншої масової витрати повітря до компресора, що значно зменшить продуктивність та вихідну потужність.
Газові турбіни розраховані на продуктивність при 15 ° C (59 ° F), 60% відносної вологості (RH) та при тиску повітря на рівні моря. Якщо ваш GT знаходиться і працює в основному під час таких умов, то ефективність та вихідна потужність, яку ви рекламуєте, - це те, що вам слід очікувати. Якщо вищезазначені умови не виконуються, тоді ви побачите значне відхилення від номінальних значень.
Усі GT мають знижений рівень продуктивності при більш високих температурах (а також на більших висотах). Щоб зрозуміти вплив, можна використати кілька загальноприйнятих правил.
Очікуйте приблизно 0,4% зниження вихідної потужності плюс 0,1% збільшення швидкості нагрівання для кожного підвищення температури навколишнього середовища вище 15 ° C на 1 ° F (0,85 ° C).
Очікуйте приблизно 0,4% зменшення вихідної потужності плюс 0,1% збільшення швидкості нагрівання для кожного дюймового манометра (250 Па) перепаду тиску.
Висота має мінімальний вплив на швидкість тепла, але з кожним збільшенням висоти ділянки над рівнем моря на 1000 футів виникає приблизно 3,5% втрат у вихідній потужності.
Як приклад, якщо температура навколишнього повітря підвищується до 27 ° C (80 ° F), вихідна потужність може впасти до 3% для старих `` каркасних '' двигунів із ступенем стиснення
10 і приблизно 8% для аеродинамічних двигунів із коефіцієнтом стиснення
30. Це зростає до 7% та 17% відповідно, оскільки температури досягають 38 ° C (100 ° F). Коли ви стискаєте цифри, фінансовий вплив цього може бути величезним.
У спекотні дні втрати в турбіні додатково посилюються, оскільки ринковий попит на електроенергію зростає і (як правило) ціна зростає. Споживачі включають кондиціонери в спекотні дні, підвищуючи ціни на енергію до преміум-класу. Дійсно, в пікові періоди ціни на енергію можуть подвоїтися до
100 доларів за МВт-год або вище, що робить це часом, коли енергетичні компанії дійсно хочуть максимізувати випуск і отримати більший прибуток. Однак у багатьох додатках відбувається навпаки, і продуктивність GT знижується через умови навколишнього повітря, а вихідна потужність машини фактично падає.
Найбільш поширеним способом компенсації цього зниження продуктивності є використання додаткових пристроїв, які функціонують для охолодження повітря на вході, протидії падінню щільності та відшкодуванню частки втрат у вихідній потужності.
Аналіз окупності повинен виконуватися за сприяння постачальника технологій, щоб зрозуміти фінансові вигоди, які може мати впровадження технологій повітряного охолодження. Постачальник технологій може також допомогти визначити найкращі методи охолодження для будь-якого конкретного застосування та/або робочого періоду на основі історичних даних про температуру та вологість навколишнього середовища в місцевій місцевості. Для модернізації вони також можуть надати детальну інформацію про розширення фундаментів та додавання підтримки до будь-якої нової опорної конструкції кулера.
Доступні різні технології для досягнення охолодження повітрозабірника GT, найчастіше на основі випаровування води в повітрі, або за допомогою трубчастих і реберних теплообмінників.
Випаровування води - один із найпростіших і найдавніших способів охолодження повітря. Навіть з усіма сучасними сучасними технологіями, включаючи механічні чилери, абсорбційні чилери та системи накопичення теплової енергії, прості принципи випарного охолодження залишаються економічно ефективним методом контролю температури впуску повітря GT.
Ефективність випарного охолоджувача базується на співвідношенні кількості градусів, якими він може охолоджувати повітря, порівняно із зниженням температури мокрої колби. Ця термінологія може здатися заплутаною, але насправді все це означає різницю між сухою колбою (що є просто іншим терміном для температури навколишнього повітря) і температурою вологої колби (якою буде температура цього повітря, якби воно було 100% насиченим, тобто при 100% відносній вологості (вологість).
Коли повітря проходить через випарну охолоджувальну систему, теплова енергія передається з повітря у воду. Ця передача енергії призводить до випаровування води, а водяна пара потім змішується з повітрям, що проявляється як підвищена вологість. Проте загальна кількість енергії в повітрі залишається незмінною, тому процес можна розглядати як адіабатичний.
Конструкції на основі випаровування води використовують те, що називають прихованою тепловіддачею. Це коли тепло передається від однієї речовини (гарячого повітря) без відповідного підвищення температури іншої речовини (введеної води). У цій заявці інша речовина (вода) замість цього змінює агрегатний стан з рідини на газ, коли вона випаровується, таким чином, термінологія „охолодження випаровуванням“.
Найчастіше використовувані випарні системи охолодження використовують «змочений» середовище. У цьому типі системи вхідне повітря GT проходить через банк змочених водою випарних охолоджувальних середовищ. Випаровування частини води, що міститься в середовищі, знижує температуру сухого шару повітря. Ступінь сепаратора вологи знаходиться безпосередньо за потоком носія, функція якого полягає у видаленні будь-яких крапель рідкої води, які можуть знову потрапити в повітряний потік. Охолоджувальне середовище, через яке проходить вхідне повітря, зазвичай розташоване між відділенням вхідного фільтра та впускним отвором перед глушителем. Додатковий затвор використовується для розміщення резервуара подачі охолоджуючої води, насосів, регуляторів та системи відбору проб якості води (продування). Для більших систем резервуар для живильної води (який іноді називають відстійником) може бути розміщений безпосередньо під наборами медіабанків.