Clausius-Rankine-Kreisprozess: Umwandlung von Wärme in Arbeit mit dem Dampfkraftprozess
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- čas přidán 17. 07. 2024
- Grundlagen zur Thermodynamik für den Dampfkraftprozess. Kleine Einführung über den Clausius-Rankine-Kreisprozess, mittels dem in Kraftwerken Wärme in Arbeit umgewandelt werden kann. Das Ganze mit den üblichen Erweiterungen, die auch in der Praxis verwendet werden.
Mittlerweile die dritte Version mit einigen Neuerungen. Ist sicher von der Perfektion noch etwas entfernt, aber etwas ausführlicher wie die letzte Version.
Download der h,s- und T,s-Diagramme: hartrusion.com/projekte/hs-un...
Der im Video erwähnte Link zu den Prozessdaten aus Wikipedia: de.wikipedia.org/wiki/Datei:W%...
![Dampfkraftprozess - Clausius Rankine [Thermodynamik] |StudyHelp](http://i.ytimg.com/vi/zI1yxsByRzY/mqdefault.jpg)
vom aufbau und der didaktik kann sich jeder uni prof/ dozent mal gleich 3 scheiben abschneiden.
geniales tutorial !
Besser gehst nicht. Derartige Vorlesungen hätte ich mir in meinem Maschinenbaustudium (1974) auch gewünscht.
Gerade erst auf dieses Video gestoßen, wirklich sehr gute und seriöse Arbeit die Sie da leisten.
Schön zu sehen, dass es nach wie vor noch vernünftige Inhalte auf CZcams gibt.
Ein dankbarer Student :)
Richtig klasse wie viel mühe du hier investiert hast. Anschauliche diagramme, gute erklärungen und auch schön das du auf die methoden in den realen prozessen eingehst.
Danke dafür. ;D
Vielen Vielen Dank, besser erklären geht nicht. Ich denke du hast uns allen viele Stunden an Selbststudium erspart.
Wollte fast ein like geben aber nach dem fehlenden Leerzeichen am Ende kam dass natürlich nicht mehr in Frage.
Also im Ernst, geniales Video.
ich bedanke mich, hast du sehr gut gemacht, da waren mir paar sachen undeutlich aber jetzt alles perfekt, klasse und danke nochmal
Unglaublich anschaulich erklärt, vielen Dank und weiter so!
Besten Dank für die MATLAB-Diagramme zu Ihrem Video. Sehr schön und hilfreich!
Ein richtig gutes und informatives Video, vielen Dank dafür hat mir echt geholfen Dampfkraftprozesse besser zu verstehen.
Ein volles Video! Es hat mir viel erzählt und ich bin voll begeistert. Tausend mal vielen Dank!!
da steckt sehr viel Arbeit dahinter
Danke!
Erst einmal großes Lob. Du erklärst alles schön deutlich und verkomplizierst nicht unnötig.
Zwei Fragen zum T-S-Diagramm:
1) Wenn sich in der Turbine der Dampf entspannt sinkt ja laut Diagramm die Temperatur bereits. Wieso sinkt die Temperatur bereits in der Turbine?
2) Wenn der Dampf dann in den Kondensator eintritt (im letzten Schritt) bleibt die Temperatur konstant und die Entropie S sinkt. Kannst du erklären wieso die Temperatur gleich bleibt (ich dachte beim kondensieren sinkt die Temperatur) und wieso sich dennoch die Entropie ändert? Besteht kein Zusammenhang zwischen Entropie und Temperatur?
Simon Grasser Vielen Dank!
zu 1) Die Entspannung in der Turbine ist eine adiabate Zustandsänderung und reversibel. Beim Zusammendrücken eines Gases (Arbeitszufuhr) wird das Gas warm und der Druck steigt. Gibt das Gas die Arbeit wieder ab (das ist die Entspannung in der Turbine), kühlt es auch wieder ab und man hat wieder den Ursprungszustand.
zu 2) Der Dampf hat beim Eintritt in den Kondensator einen Sattdampfzustand, d.h. eine Energiezufuhr oder Abfuhr in Form von Wärme ändert nur den Anteil an Dampf, der sich im Gemisch befindet. Bevor Dampf bei konstantem Druck (was man dort hat) abkühlt, muss er vollständig kondensieren und gibt dabei Wärme an das Kühlwasser ab, welches sich unter höherem Druck befindet (etwa Umgebungsdruck) als der Dampf im Kondensator (irgendwo in der Nähe vom Vakuum). Die Energie, die in der Phasenumwandlung des Wasserdampfes bei niedrigem Druck im Kondensator umgesetzt werden kann, wird vom Kühlwasser als Temperaturerhöhung aufgenommen.
Simon richtig!!
Sehr gut!!!!...genauso funktioniert es im Kraftwerk Schwarze Pumpe 2x800MW . Tip: der Speisewasserbehälter dient auch als Vorwärmer und wird über eine Anzapfung versorgt.
Sehr, sehr geil gemacht! Dankeschön!! 👍😀
Super, vielen Dank, morgen Prüfung und fühl mich fit =)
Vielen Vielen Dank, sehr einfach erklärt im vergleich zu unserer dumme Vorlesungen!
Sehr verständlich erklärt, vielen Dank!
Absolut hervorragendes video! ich bin dir was schuldig ... die punkte werde ich in der klausur sicher haben :)
Sehr sehr sehr gut, einfach und interessant dargestellt. Danke auch von mir
Hallo, sehr gut vorgetragen, würde mich freuen, wenn Lehrer/Professoren dies auch so anschaulich weitergeben könnten. Ich hoffe, du hast mehr solche Vorträge parat.
Karl Heinz Kandler wenn du das ganz ausführlich hören willst dann musste die kraftwerksschule in essen besuchen :D btw dort bin ich gerade :D
sehr gutes hilfreiches Viedo ,1000 Dank
Mega Video anders kann man es nicht beschreiben.
Tolles Video! Super erklärt!
Ganz starkes Video. Besser als hier kann man das in unter einer Stunde nicht vermitteln!
Viele Dank, superinteressant!
TOP du machst es überragend
Großes Dankeschön!
Vieeeeeelen Dank , das war hilfreich
Ganz Stark wirklich !
I really loved your video.
Vielen Dank für dieses Video!!!!!!!!!
sehr deutlisch erklaert >vielen danke
sattdampf hast du erst auf der rechten seite nach dem kritischen punkt :) alles dazwischen ist nassdampf :) sattdampf und nassdampf sind 2 paar stiefel^^
Saustarkes Video, du hast mir sehr geholfen. Einfach fantastisch. Ich kann nur erahnen, wie viel Arbeit, Mühe und Zeit in diesem Video stecken muss.
Meine Frage wäre noch: Bei mir kommt bei 31:06 für delta ht ein negativer Wert raus. Sind die einzelnen Werte als Beträge zu sehen?
perfekt erklärt, danke!
Sehr hilfreich super !
gutes video super erklärt! aber das ständige aufgeregte schlucken macht einen wahnsinnig
Tolles Video. Die Umrechnung von °C in K ist öfter falsch.
Erst einmal herzlichen Dank für dieses klasse Video und anschauliche Erklärung! Dieses Video ist wirklich sehr hilfreich! Bei Minute 6:56 ist mir allerdings ein kleiner Fehler in der eingeblendeten Formel zur adiabaten Zustandsgleichung aufgefallen, diese müsste lauten: (T_1/T_2) = (V_2/V_1)^(k-1) hier hattest du auf einer Seite die Indizes vertauscht :) Beste Grüße
Nices video !
richtig gut!
Top Videos! Wie erstellst du diese schematischen technischen Zeichnungen?
+Philipp Huber Danke! Die sind einfach nur in PowerPoint gezeichnet. Geschickt gruppieren und schnell klicken, dann geht das recht gut.
Richtig gut!
Danke für dein Video, super anschaulich erklärt! Bei 17:50 ist jedoch ein Fehler. Im Carnot Prozess ist 2 eine Kompression und 4 die Expansion. :)
Wie berechnet man das Ts-Diagramm?
45:43: "Wenn ich hier das Wasser im Kondensator erwärmen WOLLTE nicht WÖLLTE" haha. Aber ansonsten ein super Video :)
welche Wärme muss ich zur Berechnung von zugeführten Wärme benutzen ?
Warum ist die Erhitzung und Kondensation isobar? Da musste der Druck doch auch zu bzw abnehmen. Ist das vernachlässigbar?
Hallo
die Materiallen sind nich verfügbar @hartrusion
Danke :)
Danke
und der vollständigkeitshalber nennt man die x=0 linie bis zum kritischen punkt oben (der schwarze punkt) "sattwasserlinie" und die x=1 linie nennt man "sattdampflinie"
sattwasserlinie... Brawo
Eine Frage: Kann man einem Stoff, zb. Wasser oder Wasserdampf Wärme zuführen, ohne dass sich die Temperatur des Wassers verändert?
KillahBee70001 Während eines Phasenüberganges ja. Wenn also ein Wasser-Dampf-Gemisch vorliegt und der Druck irgendwie konstant gehalten wird, kann man Wärme zuführen, ohne das die Temperatur steigt. Kann man in der Küche ausprobieren: Topf mit Wasser auf den Herd, Thermometer rein, Herd voll aufdrehen: Das Wasser wird warm bis das Thermometer 100 °C anzeigt, dann ändert sich die Temperatur nicht mehr. Erst wenn der Topf "leer" ist (also mit Gas gefüllt), wird die Temperatur weiter steigen.
Ich habe eine Frage zur Effizienz des ganzen. Das Verdampfen benötigt doch sehr große Energiemengen, welche beim Kondensieren einfach "verschwendet" werden. Könnte man nicht einen solchen Kreisprozess komplett in der Gasphase ablaufen lassen um diese Energiemenge einzusparen?
Desswegen versucht man ja auch, mit Vorwärmern wenigstens einen Teil der Energie zu nutzen. Gase lassen sich zudem nur schwer "pumpen", man muss diese verdichten und dazu benötigt man wesentlich mehr Energie. Das hohe Druckniveau nach der Speisewasserpumpe erreiche ich bei Wasser ohne Aufwand und mit kaum Energie. Für ein Gigawatt Kraftwerksleistung benötige ich eine elektrische Pumpenleistung von ein paar wenigen Megawatt (so etwa 10 bis 40). Es gibt natürlich auch Kreisprozesse, die komplett in der Gasphase ablaufen - z.B. den Stirlingmotor.
Outpost Omega richtig :) gase bzw hier dampf lässt sich schlecht pumpen :)
Wie berechne ich allgemein die technische Arbeit je kg Dampf in der Turbine, sowie in der Speisewasserpumpe?
Warum kann ich bei 20:10 eigentlich mit der grünen Linie waagrecht von links nach rechts gehen, wäre das im Ts-Diagramm überhaupt isobar??
Besser kann man es nicht erklären !
Erstmal vielen Dank für das Video. Sehr hilfreich um das Verständnis zu verbessern.
Du gehst ja auf Vorwärmung und Zwischenerhitzung ein, was ich schon mal super finde. Ich hätte mir gewünscht, dass du noch was zur Zwischenkühlung sagen würdest.
Kommt dazu vielleicht noch was? Oder kannst du eine Quelle empfehlen? Ich finde da leider nicht die Informationen die ich bräuchte um es wirklich verstehen zu können.
SuperBarneygumble Zwischenkühlung? Meinst du die Einspritzkühlung zwischen einzelnen Überhitzerrohrbündeln zur Temperaturregelung? Da gibts nicht besonders viel dazu zu sagen, beim HD-Bereich wird das Wasser nur an anderer Stelle verdampft, wo die Wärmezufuhr geometrisch stattfindet, ist dem Wirkungsgrad völlig egal, da ändern auch massenweise andere Aussagen in der Fachliteratur nichts. Wenn man die Temperatur vom ZÜ kühlen muss, bekommt der MD/ND-Teil der Turbine quasi Dampf aus zwei Prozessen, einmal Dampf hinter der HD-Turbine und einmal frisch verdampft aus dem Einspritzwasser, was für den Wirkungsgrad weniger gut ist (da das Druckniveau beim Verdampfen des Einspritzwassers im ZÜ niedriger ist als wenn das Wasser vorher im HD verdampft). Ich hab da auch schon viel gesucht, da gibt es kaum gute Erklärungen dazu. Je höher der Druck ist, den die Speisewasserpumpe aufbringt, desto höher können die Dampfparameter sein und desto mehr Energie kann die Turbine aus dem Dampf gewinnen. Desshalb ist es im HD-Bereich völlig Latte, wie viel Einspritzwasser verwendet wird, das wirkt sich nur auf die Regelbarkeit der Anlage und den Verschleiß der Kühler und Ventile aus. Man hat halt weniger Strömung im Verdampfer, aber das ist völlig egal, weil das Einspritzwasser direkt vor dem Verdampfer entnommen wird. Beim Einspritzen in die ZÜ wäre das so, als würde ich einen Teil der Energie für die Turbine aus verdampftem Wasser gewinnen, welches unter weniger Druck verdampft wurde (und das ist ja auch so), daher sinkt beim Einspritzen von Wasser in die ZÜ der Wirkungsgrad.
Zunächst mal vielen Dank für deine schnelle Antwort.
Was ich meine betrifft den CR Prozess vielleicht garnicht, bin mir da nicht ganz sicher?!
Mir sind die Unterschiede zwischen CR-, Joule-Brayton-, und Ericsson Prozess noch nicht so richtig klar.
Edit: Der wesentliche Unterschied liegt vor allem darin, dass der Clausius-Rankine Prozess der einzige ist, der mit
Wasser/ Wasserdampf arbeitet. Sowohl Joule-Brayton, als auch der Ericsson Prozess haben als Medium
Gas.
Die Zwischenkühlung taucht in der Literatur meines Wissens nach erst beim Joule-Brayton Prozess auf und findet sich auch beim Ericsson Prozess, der im Prinzip wohl dem JB- Prozess entspricht, aber zusätzlich zu ZÜ und ZK noch um die Vorwärmung erweitert wird. Aber wie gesagt das Verständnis zu den Unterschieden ist noch etwas schwammig.
Edit: Dass die ZK erst beim Joule-Brayton Prozess integriert wird, macht mit der Erkenntnis, dass es sich
beim zu verdichtenden Medium um Gas handelt natürlich Sinn. Wasser kann man ja ideal betrachtet als
inkompressibel betrachten, wodurch der Vorteil der ZK fraglich ist.
Zur Zwischenkühlung: Dabei handelt es sich um eine Stufenverdichtung. Es wird also wie gehabt zunächst Isentrop Verdichtet (1-1a). Die durch die Verdichtung angestiegene Temperatur, wird durch einen Wärmetauscher wieder isobar entzogen (1a-1b) und anschließend durch eine weitere Verdichterstufe erneut Isentrop verdichtet (1b-2) (ideal ist die Verdichtung dann isotherm). Der Vorteil dabei ist es, dass sich durch das geringere Volumen Verdichterarbeit einsparen lässt. Die erf. spez. Verdichterarbeit nimmt also ab (h2 bzw. s2 < h2a bzw. s2a - wobei der Punkt 2a den Werten mit einfacher Verdichterstufe entspricht. Beide Werte liegen auf einer Isobaren).
Da die zuzuführende Wärmeenergie größer wird durch die herabgesetzte Enthalpie/Entropie, kann der Wirkungsgrad schlechter werden, das muss aber wohl nicht so sein. Daher kann eine Vorwärmung (regenerativ) nach den Verdichterstufen, wie auch in den bei dir beschriebenen Beispielen sinnvoll sein, da ja in diesem Fall weniger Wärmeenergie zur Verdampfung im Kessel zugeführt werden muss.
Zusammenfassend kann man für das Ziel der ZK also sagen: Reduzierung der Verdichterarbeit --> Erhöhung der Nutzarbeit // u.U. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades
Alle Angaben basieren natürlich auf meinem aktuellen Verständnis der Thematik, daher kann ich Fehler nicht ausschließen und freue mich über jeden Kommentar, der diese aufdeckt. Wäre ich mir sicher, würde ich ja aber auch nicht danach fragen ;-). Ich freue mich also ebenfalls über jeden Kommentar der zu meinem Verständnis beitragen kann...
Danke schonmal im Voraus.
Edit: Die Unterschiede beim verwendeten Medium in den Prozessen war mir nicht bewusst. Wie oben bereits
erwähnt hat sich die Sinnfrage nach einer ZK beim CR Prozess demnach erübrigt, bzw. mir ist dadurch im
Zusammenhang der Kreisprozesse erst bewusst geworden was viele hier vielleicht sofort gemerkt haben.
Nämlich, dass Wasser nahezu inkompressibel ist und ein erhöhter Aufwand für eine isotherme Verdichtung
daher keinen Sinn macht. Ich habe mir erlaubt, diese off topic Frage dennoch stehen zu lassen, falls hier mal
jemand liest, der sich ähnliche Fragen stellt.
Für diejenigen die bis hier gelesen haben und noch Interesse haben, habe ich noch einen kleinen Nachtrag zum Joule-Brayton und Ericsson Prozess:
Der Ericsson Prozess scheint nur für Gasturbinenanlagen mit interner Wärmeübertragung aus dem Abgas der Turbine an das verdichtete Gas zu gelten. Er unterscheidet sich damit vom Joule-Brayton Prozess.
1-2: Im Verdichter wird Isotherm verdichtet (wie oben beschrieben).
2-3: Das Gas wird Isobar erwärmt durch einen Wärmetauscher, der mit dem Abgas aus der Turbine als Wärme abgegebendes Medium funktioniert. Anders als beim Joule-Brayton Prozess oder eben auch dem Clausius-Rankine Prozess, wird keine Wärmeenergie von außen zugeführt (bspw. durch Wärmebad oder Verbrennung).
3-4: Das Gas wird in der Turbine isotherm expandiert. Während der Druck sinkt und das Volumen steigt, bleibt die Temperatur also konstant. Dies geschieht durch zugeführte Wärmeenergie von außen (bspw. durch ein Wärmebad).
4-1: Das Gas wird Isobar abgekühlt. Dies geschieht durch den in 2-3 beschriebenen Wärmeüberträger.
Streng genommen müsste man jetzt auch noch zwischen dem offenen und geschlossenen unterscheiden. Ich führe das hier der Vollständigkeit halber auf, da das Thema ja mittlerweile etwas vom Inhalt des Videos abzuschweifen scheint. Alle hier gemachten Angaben betreffen den geschlossenen Kreislauf des JB Prozesses.
SuperBarneygumble Okay, jetzt versteh ich auch etwas, worum es geht. Ich hatte außerhalb von Kraftwerken nichts mit Kreisprozessen vertieft, sodass ich da auch nur absolute Basics habe. Eine Zwischenkühlung wie beim Ericsson-Prozess gibt es beim CR-Prozess definitiv nicht, da bin ich mir 100-%-ig sicher, aber mehr kann ich dir da leider auch nicht sagen.
you da mvp
Hilfreich---
Tut nicht viel zur Sache, aber bei 45:00 min erklärst du, dass der "kältere" Dampf am Ende der Turbine nicht taugt zum vorwärmen. Wieso ist das so? Eigentlich wird doch die mit Abstand meiste Energie beim Kondensieren des Dampfes abgegeben oder?
(Super Video übrigens, vielen Dank dafür, das ersparte mir viele lästige Stunden in der FH)
Das tut schon etwas zur Sache und ich gehe auch gerne darauf ein :) Am Ende der Turbine hat der Dampf zwar noch sehr viel Enthalpie, er kann aber keine höheren Temperaturen "erzeugen" als seine eigene Temperatur, daher ist diese Kondensations-Enthalpie sehr verschwendet. So ein Kondensator ist übrigens nur Handwarm, die Wassermengen zur Kühlung sind jedoch gewaltig. Die Energiemenge ist daher auch groß, nur ist diese kaum nutzbar. Das ist aber eine politische und gesellschaftliche Frage, meiner Ansicht nach kann man mit 32 °C warmem Kühlwasser auch Häuser heizen, wenn man diese entsprechend baut (großflächig Fußbodenheizung z.B.), aber das wurde vor Jahrzehnten schon belächelt und ist selbst heute noch vielen zu teuer und zu aufwändig. Es gibt Kondensationsturbinen, auf die ich im Video eingegangen bin, und sogenannte "Gegendruckturbinen". Da wird der Dampf bei höheren Temperaturen (und Drücken) schon kondensiert und als Fernwärme verwendet oder gleich als Ferndampf verkauft, natürlich ist die elektrische Ausbeute dann niedriger.
Eine Frage: Wo seh ich in dem Diagramm die isentrope Kompression in der Pumpe? Wenn die Entropie konstant bleibt muss doch wegen Q = T*s die Temperatur steigen? Ich starte ja unten links im Diagramm bei 50°C und 0,124 bar, soweit so gut, aber dann wird der Druck auf 25 bar erhöht und die Temperatur steigt nur um 0,086°C? Laut Diagramm müsste die Temperatur doch dann bei ca 500K bzw bei 227°C liegen? Zudem müsste die grüne Linie doch senkrecht verlaufen weil es eine isentrope Kompression ist, bei der isentropen Entspannung wurde es ja auch richtig gemacht, da die gelbe Linie senkrecht verläuft. Klär mich bitte wer auf wenn ich einen Denkfehler gemacht habe:)
Das sind tatsächlich nur 0,086 K, wobei das schon etwas Quatsch ist, das überhaupt anzugeben. Man macht es in der Literatur trotzdem, um den Modellprozess hervor zu heben. Man wird durch Wasserdampf an dieses Diagramm gebunden und dann sieht das so aus. Die Isobaren laufen auf der linken Seite alle auf der x=0-Linie fast zusammen. Die 25-bar-Isobarenlinie liegt hier fast auf der 0,124-bar-Isobare, darum ändert sich die Temperatur auch kaum. Die Linien trennen sich erst bei der Verdampfung so, dass man es wirklich sieht. Bei 29:35 habe ich das ganze vergrößert dargestellt, das ist zwar ein anderes Diagramm, sieht aber dort genauso aus.
Outpost Omega
Danke für die Antwort. Das mit den isobaren macht sinn, auf der x=0 linie laufen sie alle ziemlich dicht zusammen, das habe ich gar nicht bemerkt. Verstehe ich das richtig, das die isentrope Kompression in der Pumpe dann schlicht und einfach nicht eingezeichnet ist, weil es ja so eine geringe Temperaturerhöhung ist ?
Edit: OK meine Frage hat sich erledigt, habs grad gesehen bei 29:35
Richtig gutes Video. Leider habe ich es nicht hinbekommen die Diagramme in Matlab herzustellen.
Sehr gut erklärendes Video! Wär's möglich, dass du dich in so einem Rahmen auch mit Kaltdampfprozessen beschäftigst? Zum Beispiel als Vergleich zu Dampfkraftprozessen wie dem Clausius-Rankine?
Kleine Anmerkung: Verständlich, dass dich dein Animationsprogramm nervt, aber es lenkt bei den Erklärungen etwas ab ;)
Davon hab ich leider keine Ahnung, eigentlich habe ich mit solchen Sachen auch relativ wenig zu tun, ich hatte nicht einmal eine Thermodynamik-Vorlesung sondern Regelungstechnik vertieft und dann über komische Zufälle Regelstrukturen in einem Kraftwerk programmiert, daher kam die Motivation für dieses Video. Ich mache derzeit eine Video-Reihe zur Regelungstechnik, da werden dann keine Kommentare mehr zu den Animationen kommen, versprochen ;) Der Kaltdampfprozess sollte eigentlich nicht wesentlich komplizierter sein, ich habe nur leider keine Praxiserfahrung dazu, daher wirds kein solches Video geben.
achso - schon okay!
ehrenmann!
Wasser ist hochgradig inkompressibel - ganz zu Beginn der Druck kann erhöht werden aber das Wasser nicht zusammengedrückt.
Das wurde doch auch sehr verdeutlichend erklärt. Aufgrund der quasi Inkompressibilität muss nur wenig Enthalpie in diesem Punkt zugeführt werden, um eine deutliche Druckerhöhrung zu bekommen. Wenn man die gleiche Druckerhöhung auf der Dampfseite realisieren wollte, müsste ungleich mehr Energie aufgewendet werden.
7:45
schwer das ich was gecheckt hab
Klotz...nachlesen in Wikipedia..
Ende der Vorstellung!
Thermo ist ja doch garnicht so schwierig