Принцип работы газопоршневой электростанции

Чистый воздух подается в компрессор газотурбинного энергоблока. Под высоким давлением воздух от компрессора направляется в камеру сгорания, куда также подается основное топливо – газ. Смесь легко воспламеняется. При сгорании газовоздушной смеси выделяется энергия в виде потока горячих газов.

Этот поток с большой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины и вращает его. Кинетическая энергия вращения через вал турбины приводит в действие компрессор и электрогенератор. С выводов генератора выработанная электроэнергия, как правило, через трансформатор направляется в электрическую сеть, к потребителям энергии.

Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона. Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинных, турбореактивных и прямоточных двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела.

Газовая турбина состоит из компрессора, воздуховода, камеры сгорания, сопла, проточной части, неподвижных и рабочих лопаток, выхлопной трубы, редуктора, воздушного винта и пускового двигателя.

Стартовый двигатель отвечает за запуск турбины. Он приводит в действие компрессор, который вращается до нужной скорости. Затем:

• компрессор забирает воздух из атмосферы и сжимает его;
• воздух направляется в камеру сгорания по воздуховоду;
• через форсунку в эту же камеру поступает топливо;
• газ и воздух смешиваются и горят при постоянном давлении, в результате чего образуются продукты горения;
• продукты сгорания охлаждаются воздухом, после чего поступают в проточную часть;
• в неподвижных лопатках газовая смесь расширяется и разгоняется, затем поступает на рабочие лопатки и приводит их в движение;
• отработанная смесь выходит из турбины через сопло;
• турбина передает кинетическую энергию компрессору и гребному винту через коробку передач.

Таким образом, газ в смеси с воздухом, сгорая, образует рабочее тело, которое, расширяясь, разгоняет и раскручивает лопасти, а за ними – воздушный винт. Впоследствии кинетическая энергия преобразуется в электричество.

Вы можете сэкономить на топливе, используя принцип рекуперации тепла. При этом воздух, поступающий в турбину, нагревается отработавшими газами. В результате установка потребляет меньше топлива и возникает больше кинетической энергии. Регенератор, где воздух нагревается, одновременно служит для охлаждения выхлопных газов.

Газовая турбина открытого типа забирает воздух из атмосферы и выбрасывает выхлопные газы наружу. Это не очень эффективно и опасно, если установка находится в помещении, где работают люди. В этом случае используются газовые турбины закрытого типа. Такие турбины не выпускают отработавшие газы в атмосферу, а направляют его в компрессор. Они не смешиваются с продуктами горения. В результате рабочее тело, циркулирующее в турбине, остается чистым, что увеличивает срок службы установки и снижает количество поломок.

Однако закрытые турбины слишком велики. Газы, которые не выходят наружу, должны достаточно эффективно охлаждаться. Это возможно только в больших теплообменниках. Поэтому установку используют на крупных предприятиях, где достаточно места.

Закрытые газовые турбины также могут иметь ядерный реактор. В качестве теплоносителя в них используется углекислый газ, гелий или азот. Газ нагревается в реакторе и направляется на турбину.