دراسة تحسين مردود التوربين الغازي باستخدام التقنيات الحديثة وإعادة الاسترداد الحراري
DOI:
https://doi.org/10.65405/4j3p7e47الكلمات المفتاحية:
التوربين الغازي، الكفاءة الحرارية، دورة برايتون، الاسترداد الحراري، التبريد المسبق، المحطات المركبة (CCPP).الملخص
تُعد التوربينات الغازية من الركائز الأساسية في منظومات توليد الطاقة الكهربائية والتطبيقات الصناعية الحديثة، إلا أنها تعاني من انخفاض ملحوظ في الكفاءة الحرارية عند التشغيل وفق دورة برايتون البسيطة (Simple Brayton Cycle)، حيث تتراوح المردودية الفعلية بين 30% و38%. يعود هذا الانخفاض أساساً إلى الضياعات الحرارية العالية المرافقة لغازات العادم المطرودة بدرجات حرارة مرتفعة، إضافة إلى التأثير السلبي لارتفاع درجة الحرارة المحيطة على كفاءة الضاغط الميكانيكي.
تناقش هذه الورقة البحثية منهجية متكاملة لتحسين الأداء الديناميكي الحراري للتوربينات الغازية عبر دمج مجموعة من التقنيات المتقدمة، تشمل: التبريد المسبق للهواء عند مدخل الضاغط (Inlet Air Cooling)، التبريد البيني أثناء الضغط (Intercooling)، إعادة التسخين (Reheating)، والتجديد الحراري (Regeneration)، وصولاً إلى الربط مع دورات البخار المركبة (Combined Cycle Power Plant - CCPP).
أظهرت نتائج التحليل الثرموديناميكي أن تطبيق التبريد المسبق للداخل يسهم في استعادة القدرة المفقودة في المناطق الحارة بنسبة تصل إلى 8-12%، بينما يُحقق الاعتماد على دورات الاسترداد الحراري المركبة (CCPP) تحسناً جذرياً ينقل الكفاءة الحرارية الكلية للمنظومة من مستوياتها المحدودة لتتجاوز 58%.
التنزيلات
المراجع
1. Boyce, M. P. (2012). Gas Turbine Engineering Handbook. 4th Edition, Butterworth-Heinemann.
2. Saravanamuttoo, H. I. H., Rogers, G. F. C., Cohen, H., & Straznicky, P. (2009). Gas Turbine Theory. 6th Edition, Pearson Education.
3. Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2019). Thermodynamics: An Engineering Approach. 9th Edition, McGraw-Hill Education.
4. Horlock, J. H. (2003). Advanced Gas Turbine Cycles. Elsevier Science Ltd.
5. Kehlhofer, R., Rukes, B., Hannemann, F., & Stirnimann, F. (2009). Combined-Cycle Gas & Steam Turbine Power Plants. 3rd Edition, PennWell Books.
6. Kakaras, E., Doukelis, A., & Karellas, S. (2004). "Compressor inlet air cooling in gas turbine power plants". Energy, 29(12), 2347-2358.
