RankineZyklus

Der RankineZyklus ist ein thermodynamischer Kreisprozess zur Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit. Er bildet die Grundlage der meisten Dampfleistungskraftwerke und verwendet Wasser als Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf.

Der RankineZyklus umfasst vier Hauptprozesse: Wärmezufuhr im Heizkessel bei konstantem Druck, wodurch flüssiges Wasser in Dampf übergeht; Turbinenexpansion, der Dampf sich ausdehnt und Arbeit verrichtet; Kondensation im Kondensator bei konstantem Druck, wobei Dampf wieder zu Flüssigkeit wird; und die Pumpe, die Flüssigkeit auf den Druck des Heizkessels erhöht. Im idealisierten RankineZyklus werden Turbinenexpansion und Pumpenkompression annähernd isentrop betrachtet; reale Anlagen weisen irreversibilitäten und Druckverluste auf.

Die Nettoarbeit ergibt sich aus der Differenz zwischen Turbinen- und Pumpenleistung; die zugeführte Wärme stammt aus dem Heizkessel. Der thermische Wirkungsgrad wird als Verhältnis von Nettoarbeit zugeführter Wärme definiert. Größere Temperaturdifferenzen zwischen Heißseite (Kessel) und Kaltseite (Kondensator) erhöhen tendenziell den Wirkungsgrad, wodurch jedoch Material- und Betriebsgrenzen gesetzt werden.

Varianten und Anwendungen: Neben dem klassischen RankineZyklus werden Reheat-, Regenerations- und Vorwärmprozesse genutzt, um die Effizienz zu steigern. Organische RankineZyklus (ORC) verwenden organische Fluide, um niedrigere Temperaturen effizient zu nutzen. In Kern- und fossilen Kraftwerken dient der RankineZyklus als zentrales Prinzip der Stromerzeugung.

Typische Komponenten sind Boiler oder Dampferzeuger, Hoch- und Niederdruckturbinen, Kondensator, Speisewasserpumpe sowie Vorwärmer und ein Kühlsystem.