چرخه استاندارد برایتون

چرخه استاندارد برایتون:
در سال 1791، «جان باربر» (John Barber)، مخترع انگلیسی، ماشینی ساخت که کارکرد آن مشابه توربین های گاز امروزی بود.

در سال 1904، «فرانتس استولز» (Franz Stolze) یک توربین گاز را در برلین ساخت که شامل نخستین کمپرسور محوری جهان بود، اما این طرح به موفقیت نرسید.

بعدهای افراد زیادی در زمینه توربین گاز به فعالیت پرداختند و نخستین توربین گازی مولد برق، در سال 1939 میلادی توسط شرکت «براون، باوری و سی» (Brown, Boveri & Cie) در سوئیس ساخته شد و ظرفیت آن 4 مگاوات بود.

امروزه شرکت جنرال الکتریک بزرگ ترین تولیدکننده توربین گاز نیروگاه گازی در جهان است.
نیروگاه گازی امروزه از چند صد کیلووات تا دویست مگاوات ساخته می شود.

نیروگاه گازی تا حد امکان در کارخانه سازنده به صورت کامل روی شاسی قرار داده شده و پس از آن برای نصب به محل انتقال داده می شود. نصب نیروگاه گازی بسیار سریع انجام می شود و سرعت راه اندازی آن بسیار زیاد است.

از آنجا که توان نیروگاه گازی متنوع است، با توجه به گستردگی شبکه، برای تأمین برق از آن ها استفاده می شود؛ بدین صورت که در شبکه های کوچک و متوسط به عنوان تولیدکننده بار پایه و در شبکه های بزرگ به عنوان مولد بار میانی و بار پیک مورد استفاده قرار می گیرند.

در مجموعه های بزرگ که قطع برق شبکه موجب به وجود آمدن خسارت می شود، از نیروگاه گازی به عنوان مولد برق اضطراری نیز استفاده می شود.

از مزایای نیروگاه گازی می توان به سادگی توربین آن و قرار گرفتن آن روی یک محور، ارزان بودن به علت تجهیزات کم، نصب سریع، راه اندازی سریع، تعداد پرسنل کم، کوچک و عدم نیاز به آب (جز خنک کاری و شست وشو) اشاره کرد.

بازده کم، آلودگی زیست محیطی و عمر کم (به دلیل فرسوده شدن توربین و کمپرسور) نیز از معایب نیروگاه گازی هستند.

نیروگاه گازی براساس «چرخه برایتون» (Brayton Cycle) کار می کند. در توربین گازی سیال یک گاز است و به همین دلیل به آن توربین گازی می گویند. به بیان بهتر، عامل انتقال و تبدیل انرژی، گازی مانند هوا است.

هوا به صورت بی دررو یا آدیاباتیک فشرده شده، احتراق در فشار ثابت رخ داده و انبساط هوای فشرده و داغ، به صورت بی دررو انجام می شود و هوا به فشار اولیه می رسد.

در چرخه استاندارد برایتون، به جای تحول احتراق، یک تحول انتقال حرارت در نظر گرفته می شود.

همچنین با هدایت گازهای خروجی به یک مبدل حرارتی فرضی، دمای آن را به شرایط محیط می رسانند تا به این ترتیب، چرخه بسته در نظر گرفته شود.

هوای این چرخه گازی را کامل (با گرمای ویژه و دبی جرمی ثابت) و تحول های تراکم و انبساط را برگشت پذیر و آدیاباتیک فرض می کنیم.

با این شرایط، می توان گفت که سیال گاز، یک چرخه ترمودینامیکی بسته را طی می کند. شکل 1 نمودارهای P-V (فشار-حجم) و T-S (دما-آنتروپی) این چرخه را نشان می دهد.

اهمیت این چرخه استاندارد آن است که می توان اثر بعضی از متغیرها را روی عملکرد چرخه به طور کمی و کیفی مطالعه کرد. البته با اعمال اصلاحاتی می توان چرخه برایتون را بهبود داد.