प्रस्तावना:
भविष्य में, नवीकरणीय ऊर्जा मुख्य बिजली उत्पादन होगी, लेकिन नवीकरणीय ऊर्जा की यादृच्छिकता, रुक-रुक कर और अस्थिरता ही पावर ग्रिड और बिजली आपूर्ति प्रणाली की सुरक्षा और स्थिरता का परीक्षण करती है। गैस टरबाइन में छोटी भूमि पर कब्जा, अच्छी विश्वसनीयता, उच्च दक्षता, त्वरित शुरुआत और स्टॉप आदि के फायदे हैं, और यह पावर ग्रिड के संक्रमण चरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा।
वर्तमान में, गैस टरबाइन का संयुक्त चक्र मोड साधारण चक्र विन्यास की तुलना में दक्षता को लगभग 20% तक बढ़ा सकता है। उच्च दहन तापमान को अपनाकर और घटक प्रदर्शन में सुधार करके, गैस टरबाइन की बिजली उत्पादन दक्षता में काफी सुधार किया जा सकता है। दुनिया में गैस टरबाइन प्रौद्योगिकी के विकास की दिशा को लक्ष्य करते हुए, चीन के विमानन गैस टरबाइन ने गैस टरबाइन की बिजली उत्पादन दक्षता को और बेहतर बनाने के लिए गहन शोध किया है, और उद्योग में अधिक लाभकारी सोच को ट्रिगर करने के लिए इस पेपर को संकलित किया है।
थर्मोडायनामिक चक्र
आजकल, दुनिया में अधिकांश गैस टर्बाइन एक साधारण चक्र में काम करते हैं, और केवल कुछ गैस टर्बाइन मध्यवर्ती शीतलन, रीहीटिंग (अनुक्रमिक दहन) या पुनर्योजी के माध्यम से आंतरिक गर्मी वसूली के लिए कंप्रेसर का उपयोग करते हैं। सरल चक्र के लिए उच्च इनलेट तापमान और उच्च घटक प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, और गैस टरबाइन की प्रत्येक पीढ़ी की दक्षता में थोड़ा सुधार होगा। हालाँकि, दक्षता में सुधार के लिए प्रौद्योगिकी में लगातार सुधार करना आवश्यक है। थर्मोडायनामिक्स और सामग्री विज्ञान की उच्च मांग को देखते हुए, इन दक्षता में सुधार पर आर्थिक रूप से चर्चा करने की आवश्यकता है। इसके आधार पर, उद्योग में कुछ आवाजें उठ रही हैं-अन्य चक्रों, जैसे कि हॉट ब्रेटन चक्र, को भविष्य के संयुक्त चक्र गैस टर्बाइनों के लिए इतने उच्च तापमान तक पहुंचने के बिना समान दक्षता प्राप्त करने के लिए माना जाएगा। चक्र प्रदर्शन, बर्नर संचालन, शीतलन प्रवाह प्रबंधन, टरबाइन थर्मल प्रबंधन और महत्वपूर्ण लचीलेपन पर रेटेड और ऑफ-डिज़ाइन स्थितियों के प्रभाव का और पता लगाना आवश्यक है।
गैस पाइपलाइन डिजाइन
वर्तमान में, गैस टरबाइन में कंप्रेसर और टरबाइन के गैस पथ डिजाइन ने कोर आइसेंट्रोपिक प्रवाह (एनलस से दूर प्रवाह) के शोधन स्तर को प्राप्त कर लिया है। बहुउद्देश्यीय अनुकूलन द्वारा प्राप्त अत्यधिक त्रि-आयामी ब्लेड अब व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अभूतपूर्व वायुगतिकीय दक्षता प्राप्त होती है। आंतरिक दक्षता में और सुधार मध्यम होगा, खासकर कंप्रेसर में।
फिर भी, कुछ द्वितीयक प्रवाह दक्षता में और सुधार कर सकते हैं। टर्बाइन क्लीयरेंस नियंत्रण उनमें से एक है। यह अनुमान लगाया गया है कि सक्रिय निकासी नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से 0.25% का संयुक्त चक्र दक्षता लाभ प्राप्त करना संभव है। सक्रिय निकासी नियंत्रण प्रणाली का उपयोग नई गैस टर्बाइनों और मौजूदा उपकरणों को अपग्रेड करने के लिए किया जा सकता है; उनमें से कुछ रोटर के अक्षीय विस्थापन पर निर्भर करते हैं, जबकि अन्य रेडियल रूप से काम करते हैं। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कौन सा तरीका अपनाया जाता है, उसे इंजन क्षणिक तापमान वितरण की चुनौती का सामना करना पड़ता है। ये चुनौतियाँ लोड परिवर्तन से प्रभावित होती हैं, और अधिक बार शुरू या बंद हो जाती हैं। भविष्य की प्रणाली को कंप्रेसर के अंत में रिसाव के प्रवाह को और कम करने और घूर्णन भागों और स्थिर भागों के बीच भौतिक संपर्क से बचने में सक्षम होने की आवश्यकता है।
शीतलन प्रणाली
इंजन के (उच्च दबाव) गर्म हिस्से को ठंडा करने और सील करने के लिए कंप्रेसर प्रवाह का लगभग 20% गैस पथ से छुट्टी दे दी जाती है। उनमें से अधिकांश का उपयोग प्रथम-चरण टरबाइन ब्लेड को ठंडा करने के लिए किया जाता है। टरबाइन के उच्च दबाव अनुभाग में गैस पथ की जड़ पर, गर्म गैस को अंदर लेने से यांत्रिक विफलता और वायुगतिकीय हानि भी हो सकती है। जब गैस टरबाइन के उच्च-तनाव वाले हिस्से (जैसे रोटर डिस्क) गैस पथ से खींची गई गर्म गैस से अधिक गर्म हो जाते हैं, तो यांत्रिक विफलता शुरू हो सकती है। रिम सील आमतौर पर कंप्रेसर से ठंडी/सील हवा को आंतरिक सील के साथ निकाल देती है ताकि इसे गुहा में बहने से रोका जा सके, लेकिन इससे गैस टरबाइन की दक्षता भी कम हो जाएगी। कंप्रेसर से निकलने वाली हवा थर्मल दक्षता को कम कर देगी, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि गैस पथ में आउटलेट और कोर प्रवाह के बीच बातचीत से बिजली की और अधिक हानि होगी। ये घटनाएं क्षणिक संचालन से भी प्रभावित होती हैं, क्योंकि यह सभी प्रासंगिक प्रवाह के दबाव और तापमान वितरण के साथ-साथ सीलिंग तत्वों की सहनशीलता को भी बदल देगी।
इसलिए, द्वितीयक गैस पथ का बेहतर डिज़ाइन, बहुउद्देश्यीय टोपोलॉजी अनुकूलन और शीतलन प्रवाह का सक्रिय नियंत्रण ऐसे क्षेत्र हैं जिनमें मौजूदा और नए गैस टर्बाइनों के प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है।
निचला परिसंचरण
आधुनिक ताप पुनर्प्राप्ति भाप जनरेटर दबाव स्तर पर भाप उत्पन्न करता है और इसे संयोजित करता है। वर्तमान में, तकनीकी रूप से व्यवहार्य होने पर यह यथासंभव अधिक ऊर्जा पुनर्प्राप्त कर सकता है। न्यूनतम ग्रिप तापमान द्वारा सीमित, इससे ग्रिप गैस प्रवाह में संघनन हो जाएगा। दूसरे कानून (यानी, बाहरी क्षति) के नजरिए से, सुपरक्रिटिकल उच्च दबाव बाष्पीकरणकर्ता इस अपरिवर्तनीयता को कम कर सकता है, लेकिन संबंधित लागत की भरपाई सीमांत प्रदर्शन वृद्धि से नहीं की जा सकती है (यह अनुमान लगाया गया है कि सबसे उन्नत का संयुक्त चक्र दक्षता बिंदु प्रौद्योगिकी 0.5 प्रतिशत अंक) है।
मल्टी-प्रेशर हीट रिकवरी स्टीम जनरेटर (HRSG) गैस टरबाइन के कम निकास तापमान पर सबसे अधिक ध्यान आकर्षित करता है। जब दबाव एकल दबाव से बहु-दबाव तक कम हो जाता है, तो तापमान के साथ प्रदर्शन बढ़ता है, और जब गर्म गैस तापमान (एचआरएसजी इनलेट) लगभग 700 डिग्री होता है, तो दोनों लेआउट के बीच का अंतर गायब हो जाता है। गैस टरबाइन निकास तापमान (अब 650 डिग्री से अधिक) में वृद्धि और संयुक्त चक्र बिजली संयंत्रों की आर्थिक लागत के साथ, जिन्हें कम क्षमता गुणांक के साथ संचालित करने की आवश्यकता है, सबक्रिटिकल सिंगल-प्रेशर रीहीट बॉटम चक्र को अपनाना संभव हो सकता है।
अतिरिक्त जानकारी
अगले कुछ दशकों में, संयुक्त चक्र बिजली संयंत्रों का कुशल बिजली उत्पादन रेटेड परिचालन दक्षता के बजाय आंशिक लोड दक्षता पर निर्भर करेगा। इसलिए, आंशिक-लोड प्रदर्शन और क्षणिक प्रतिक्रिया में सुधार (कम लोड के तहत चलने के समय को कम करने के लिए जितनी जल्दी हो सके उच्च लोड में संक्रमण) संचालन के लचीलेपन और पावर ग्रिड के हितों के लिए महत्वपूर्ण होगा। यही बात गैस टरबाइन के न्यूनतम पर्यावरणीय भार को कम करने पर भी लागू होती है, जिससे स्टार्ट-अप और शट-डाउन की संख्या कम हो जाती है, और संबंधित ईंधन की खपत कम हो जाती है, सेवा जीवन बढ़ जाता है और उत्सर्जन कम हो जाता है। यह सब संयुक्त चक्र और सरल चक्र गैस टर्बाइनों की समग्र दक्षता में सुधार से संबंधित है।
