Słowa kluczowe: turbina gazowa, silnik Stirlinga, analiza termodynamiczna, chłodzenie turbiny gazowej

Transkrypt

1 INTEGRACJA TURBINY GAZOWEJ ODZYSKIEM CIEPŁA Z SILNIKIEM STIRLINGA I Autorzy: Janusz Kotowiz, Mateusz Brzęzek ( Rynek Energii - 2/2018) Słowa kluzowe: turbina gazowa, silnik Stirlinga, analiza termodynamizna, hłodzenie turbiny gazowej Streszzenie. W artykule przedstawiono analizę termodynamizną turbiny gazowej z hłodzeniem powietrznym otwartym (konwekyjnym) współpraująej z silnikiem Stirlinga dla dwóh założonyh wartośi stosunku iśnień w sprężare powietrza (β = 23 oraz β = 29). Integraja bazuje na wykorzystaniu iepła powietrza hłodząego układ łopatkowy ekspandera turbiny gazowej jako górnego źródła iepła w silniku Stirlinga. Jako jednostki referenyjne przyjęto turbiny gazowe z zastosowaną hłodnią powietrza hłodząego dla tyh samyh wartośi sprężu β. W pray przedstawiono analizowane struktury turbin gazowyh, ih założenia, metodologię oblizeń oraz wyniki analizy. Rezultaty analizy dowodzą, iż implementaja silnika Stirlinga na nite powietrza hłodząego turbinę powoduje wzrost sprawnośi elektryznej netto ałego układu nawet o 1,22 punktu proentowego dla β = 29. W przeiwieństwie do zastosowania hłodniy powietrza hłodząego rozwiązanie z zastosowaniem silnika Stirlinga może być wykorzystane zarówno w turbinah gazowyh praująyh w układah kombinowanyh jak i tyh funkjonująyh jako jednostki autonomizne. 1. WPROWADZENIE Sprawność elektryzna turbiny gazowej zależy głównie od stosunku iśnień w sprężare powietrza β oraz najwyższej temperatury w obiegu, którą jest temperatura wylotowa spalin z komory spalania COT (z ang. Combustor Outlet Temperature). Jednak zęsto jako najważniejszą temperaturę w turbinie gazowej uważa się średnią temperaturę spalin na wloie do turbiny TIT (ang. Turbine Inlet Temperature), którą definiuje norma ISO-2314 [1]. Dla warunków stehiometryznyh wartośi temperatury spalin COT znaznie przekrazałyby 2000 C. Obenie większość produentów turbin gazowyh stosuje COT rzędu 1500 C. Zaledwie jeden z zołowyh produentów (MHI) wprowadził COT na poziomie 1600 C (klasa J) i realizuje badania w kierunku zastosowania 1700 C (klasa J+) [2,3]. Dla porównania TIT uzyskują wartośi na poziomie C, rzadko 1500 C. Alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie wyższyh stosunków iśnień w sprężare np. rzędu przy niższyh wartośiah TIT. Rozwiązanie to zostało wprowadzone w lotnizej turbinie gazowej Roye-Rolls Trent 1000, która stosowana jest w samolotah Boeing 787 Dreamliner [4]. Rozwój turbin gazowyh jest silnie zależny od rozwoju tehnik hłodzenia układu przepływowego ekspandera. Wszystkie turbiny gazowe dostępne na rynku w klasie D, F oraz G posiadają hłodzenie powietrzne łopatek ekspandera turbiny gazowej. Wyjątek stanowi klasa H, w której wykorzystano parę z obiegu parowego w elu hłodzenia turbiny gazowej. Przykładem mogą być turbiny np. firmy Simens (SGT5-8000H o moy 400 MW oraz SGT6-

2 8000H o moy 296 MW) zy General Eletri (MS7001H oraz MS9001H). W przypadku General Eletri warto podkreślić, że amerykański konern wprowadził w klasie H również wersję turbin gazowyh z hłodzeniem powietrznym oznazonyh jako HA (9HA.01 o moy 429 MW oraz 9HA.02 o obenie największej na świeie moy równej 519 MW) [5]. Dodatkowo elektrownia gazowo - parowa Bauhain we Franji zbudowana przez GE i EDF, w której zainstalowano turbinę 9HA roku pobiła rekord Guinnesa - osiągają sprawność elektryzną netto równą 62,22% [6]. Wzrostu sprawnośi turbin gazowyh (praująyh jako jednostki autonomizne oraz w układah kombinowanyh) poszukuje się aktualnie głównie poprzez zastosowanie: Jednozesnego większego stosunku iśnień β oraz temperatury na wyloie z komory spalania COT, bardziej efektywnyh tehnik hłodzenia turbiny gazowej (np. transpirayjne) [12], nowyh materiałów w harakterze TBC (z ang. Thermal Barrier Coating), spalania sekwenyjnego, pary z obiegu parowego jako zynnika hłodząego turbinę. Możliwym również rozwiązaniem dla turbin gazowyh praująyh w układah gazowo parowyh jest zastosowanie hłodniy powietrza hłodząego i wykorzystanie tego iepła w obiegu parowym elektrowni. Autorzy przedstawili taką analizę np. w [7,8]. 2. CHARAKTERYSTYKA REFERENCYJNEJ TURBINY GAZOWEJ Głównym założeniem dotyząym pray turbiny gazowej jest stała temperatura spalin na jej wyloie równa t4a = 630 C. Jest ona utrzymywana poprzez regulaję temperatury spalin za komorą spalania t3a = COT. Warto zaznazyć, iż podejśie do analizy turbin gazowyh, praująyh w yklu kombinowanym, bazująe na stałej temperaturze spalin wylotowyh z turbiny gazowej jest nowatorskie, przy zym prezentowane przez Autorów także we wześniejszyh praah np. [7,8]. Klasyzne analizy bazują na założeniu stałej temperatury spalin wylotowyh z komory spalania t3a. Wraz z jej wzrostem następuje także wzrost temperatury spalin wylotowyh t4a o w konsekwenji wymusza w pewnym momenie zastosowanie parametrów nadkrytyznyh pary w obiegu parowym lub zwiększa stratę wylotową z kotła odzyskowego. Zaproponowane przez autorów założenie rozwiązuje ten problem. Sprężarka (S - rys. 1) poprzez zerpnię zasysa powietrze wilgotne o składzie oraz parametrah zgodnyh z normą ISO-2314 [1] (t0a = 15 C, p0a = 101,325 kpa, φ = 60%). Do komory spalania (KS) dostarzany jest gaz ziemny o zystośi 100% CH4, którego temperatura i i-

3 śnienie na wloie do komory spalania wynoszą odpowiednio t1p = 15 C i p1p = 3,5 MPa. Wartość opałowa paliwa zgodnie z normą ISO-2314 wynosi Wd = 50,049 MJ/kg. Pozostałe założenia dotyząe pray turbin gazowyh przedstawiono w tabeli 1. Struktury turbiny gazowej zostały zamodelowane w programie GateCyle. Do analiz wybrano dwie referenyjne turbiny gazowe różniąe się od siebie wartośią spręży β. Turbina ze stosunkiem iśnień w sprężare równym β = 23 reprezentuje obenie dostępne w energetye turbiny gazowe klasy G (przy braku hłodzenia powietrza hłodząego COT = 1570 C rys. 2). W drugiej turbinie gazowej zastosowano spręż β = 29, o powoduje iż turbina ta nawiązuje do turbin klasy J+ (przy braku hłodzenia powietrza hłodząego COT = 1705 C rys. 2). 3a KS 1p 2a 0a FP 1a N el T S G IV 4a III II 5 I CPC 1 gaz ziemny powietrze powietrze hłodząe spaliny Rys. 1. Turbina gazowa z hłodnią powietrza hłodząego (FP filtr powietrza, G generator, T ekspander turbiny gazowej, KS komora spalania, S sprężarka powietrza, CPC hłodnia powietrza hłodząego) Sprawność izentropowa ekspandera turbiny gazowej zmienia się nie tylko w zależnośi od zastosowanego sprężu β w turbinie gazowej ale także od temperatury spalin za komorą spalania COT. W pray wykorzystano harakterystyki sprawnośi ekspandera przedstawione wraz z ałą metodologią jej przelizania przez Autorów w [7] dla wariantu konserwatywnego przy założonej maksymalnej temperaturze metalu łopatki turbiny gazowej wynosząej tb = 900 C. Charakterystyki sprawnośi izentropowyh ekspandera dla analizowanej turbiny dla obu wartośi spręży β zostały przedstawione w punkie 4 artykułu na rys. 2.

4 Tabela 1. Założenia dla turbiny gazowej Wielkość TG(β=23) TG(β=29) Mo elektryzna turbiny gazowej (N el.tg), MW 200 Stosunek iśnień w sprężare powietrza (β), Sprawność izentropowa sprężarki powietrza (η ik), % 88,6 88,2 Minimalna temperatura powietrza hłodząego za hłodnią powietrza hłodząego (t 2), C Sprawnośi mehanizne sprawki i ekspandera (η ms, η mt), ,995 Sprawność generatora (η G), - 0,985 Względna strata iśnienia na wloie do sprężarki (ζ 1a), - 0,01 Względna strata iśnienia na komorze spalania (ζ 2a-3a), - 0,045 Względna strata iśnienia wylotowa z turbiny (ζ 4a), - 0,013 Ciśnienie spalin opuszzająyh ekspander (p 4a), kpa METODOLOGIA OCENY PRACY TURBINY GAZOWEJ W niniejszej pray efektywność badanej turbiny gazowej oeniana jest poprzez jej sprawność generaji energii elektryznej. Sprawność elektryzna turbiny gazowej ηel.tg wyznazana jest z zależnośi N el.tg el.tg = (1) m 1pWd gdzie: Nel.TG mo elektryzna turbiny gazowej (na zaiskah generatora), m 1p masowy strumień paliwa, Wd wartość opałowa paliwa. Wskaźnik strumienia energii spalin opuszzająyh turbinę gazową α wyrażony jest zależnośią Q 4a = (2) N gdzie: el. TG strumień iepła spalin wylotowyh z turbiny gazowej. Q 4 a

5 Wskaźnik ilośi powietrza hłodząego turbinę gazową γh określa zależność m m + m + m h = = (3) m 1a m 1a przy zym strumień masowy powietrza hłodząego poszzególny stopień ekspandera turbiny gazowej jest lizony indywidualnie, bazują na równaniu przepływu iepła w układzie łopatkowym turbiny, który został przedstawiony np. w [9]. Strumień iepła między gorąymi spalinami, łopatką ekspandera turbiny gazowej a zynnikiem hłodząym określony jest zależnośią: Q = m W = m h g b p. ( t g.wl t g.wyl ) ( t g. wl tb ) = ( t t ) p.g = A (4) h.wyl h.wl = gdzie: mh, th.wl, th.wyl, p.h odpowiednio strumień, temperatura na wloie, temperatura na wyloie, średnie iepło właśiwe powietrza hłodząego dany stopień turbiny, mg, tg.wl, tg.wyl, tg, p.g strumień, temperatura na wloie, temperatura na wyloie, średnia temperatura, średnie iepło właśiwe gazu zasilająego dany stopień turbiny, αw średni współzynnik wnikania iepła łopatki, Ab powierzhnia wymiany iepła w łopate, tb temperatura materiału łopatek turbiny. W modelu hłodzenia uwzględniona została zależność (5) opisująa strumień masowy gorąyh spalin (mg), zależność (6) definiująa lizbę bezwymiarową Stantona (St = 0,005) oraz równanie (7) określająe efektywność hłodzenia (ηh = 0,5). m g = Ag vg ρg (5) W St = (6) η h gdzie: p.g v b g ρ g th.wyl th.wl = (7) t t h.wl Ag powierzhnia przekroju przepływu spalin, vg prędkość spalin, ρg gęstość spalin. Korzystają z równań (4) (7) otrzymujemy zależność (8) opisująą stosunek strumienia powietrza hłodząego do strumienia powietrza na wloie do kompresora: t t g.wl b p.g h = b mg tb t (8) h.wl p.h m A A g b k = (9)

6 Wprowadzają parametr b opisany zależnośią (10) i przekształają równanie (8) otrzymujemy wzór (11) określająy strumień powietrza hłodząego dany stopień turbiny. k St b = (10) η h m m h g = k St t η h t g.wl b t t b.wl p.h p.g (11) Występująe w (11) p.g i p.h można wyznazyć z zależnośi: hg. wl hg.b p.g = (12) t t h g. wl b h h.b h.wl p.h = (13) tb th.wl gdzie: hg.b entalpia gazu zasilająego dany stopień ekspandera w temperaturze łopatek (tb), hh.b entalpia powietrza hłodząego dany stopień ekspandera w temperaturze łopatek (tb). 4. WYNIKI ANALIZY REFERENCYJNEJ TURBINY GAZOWEJ Na rys. 2 przedstawiono harakterystyki zmiany temperatury spalin na wyloie z komory spalania t3a = COT w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego t2. Wraz ze spadkiem temperatury powietrza hłodząego za hłodnią maleje temperatura spalin na wyloie z komory spalania COT. Przebieg harakterystyk na rys. 2 wskazuje iż funkje posiadają swoje ekstremum minimalne, jednakże z uwagi na zakres analizy nie zostało ono osiągnięte. t a, COT, C TG(β=23) TG(β=29) t 2, C Rys. 2. COT w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego η it, % 90,35 90,30 90,25 90,20 90,15 90,10 90,05 90,00 89,95 89,90 TG(β=23) TG(β=29) COT, C Rys. 3. Sprawnośi izentropowe ekspandera turbiny gazowej w funkji temperatury za komorą spalania COT

7 Na rys. 3 przedstawiono sprawnośi izentropowe ekspandera turbiny gazowej ηit (o któryh mowa w punkie 2 artykułu) w funkji temperatury na wyloie z komory spalania COT dla obu spręży. Na rys. 4 przedstawiono temperaturę spalin na wloie do ekspandera turbiny gazowej TIT, który jest wyznazony zgodnie z normą ISO-2314 [1]. Norma ta traktuje TIT jako teoretyzną temperaturę spalin na wloie do turbiny po zmieszaniu z ałym strumieniem powietrza hłodząego przed pierwszym stopniem turbiny gazowej. Zmianę wskaźnika ilośi powietrza hłodząego układ przepływowy turbiny gazowej [wyznazonego zgodnie z równaniem (3)] w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego przedstawiono na rys. 5. Zmniejszenie temperatury powietrza hłodząego łopatki turbiny gazowej w wyraźny sposób zmniejsza strumień powietrza hłodząego. Jednakże z uwagi, iż zastosowanie hłodniy powietrza hłodząego powoduje wyprowadzenie z układu znaznej ilośi iepła (dla β = 23 do 15 MW oraz dla β = 29 do 18,5 MW rys. 6) to sprawność elektryzna turbiny gazowej [równanie (1)] maleje wraz ze spadkiem temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego (patrz rys. 14 w punkie 6 artykułu). TIT, C TG(β=23) TG(β=29) t 2, C Rys. 4. TIT w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego γ h, - 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 TG(β=23) TG(β=29) t 2, C Rys. 5. TIT w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego

8 Q CPC, MW TG(β=23) TG(β=29) t 2, C Rys. 6. Q CPC (Q CPC = Q 1 Q 2) w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego Na rys. 7 przedstawiono ilość iepła na wyloie z turbiny gazowej trafiająą np. do kotła odzyskowego oraz wskaźnik strumienia energii spalin opuszzająyh turbinę gazową α wyrażony określony zgodnie z zależnośią (2). Q 4a, MW α, , TG(β=23) TG(β=29) 1,350 1,325 1,300 1,275 1, t 2, C 1,225 Rys. 7. Q CPC (Q CPC = Q 1 Q 2) w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego 5. UPROSZCZONY MODEL BILANSOWY SILNIKA STIRLINGA Silnik Stirlinga jest silnikiem ieplnym, który przetwarza energię ieplną w energię mehanizną, jednak bez proesu wewnętrznego spalania paliwa, a na skutek dostarzania iepła z zewnątrz, dzięki zemu możliwe jest zasilanie go iepłem z dowolnego źródła. Silnik Stirlinga produkuje energię nie na zasadzie deflagraji jak konwenjonalne silniki wewnętrznego spalania ale w sposób iągły, dzięki zemu wytwarza znaznie mniej hałasu i nie wymaga stosowania dużyh kół zamahowyh dla poprawienia równomiernośi obrotów. Z uwagi na

9 koniezność zastosowania bardzo dużej hłodniy silniki te nie znalazły zastosowania w motoryzaji. Uproszzony shemat modelu bilansowego silnika Stirlinga przedstawiono na rys. 8.. Quż.. Silnik Stirlinga Qzas Qwyl. Qstr Nel Rys. 8. Uproszzony model bilansowy silnika Stirlinga Z rys. 8 wynika, iż strumień iepła zasilająego silnik Stirlinga sumę strumieni iepła: użyteznego N el. SS tego silnika zgodnie z równaniem Q zas Quż + Qwyl + Qstr + Nel. SS Q uż, wylotowego = (14) Q wyl, strat W rozpatrywanym przypadku strumień iepła zasilająego silnik powietrza hłodząego ekspander turbiny gazowej = (15) Qzas Q1 = m1 h1 Q 1 (patrz rys. 1) Q zas należy rozumieć jako Q str oraz moy elektryznej Q zas jest strumieniem iepła Strumień strat uwzględnia sprawność wymiennika iepła ηwc (ηwc = 0,99), strumień iepła zasilająego Q zas oraz strumień iepła wylotowego z silnika Q wyl Q str gdzie: ( ) ( Q Q ) = 1 (16) WC zas = (17) Qwyl Q2 = m2 h2 wyl Strumień iepła użyteznego uzyskuje się przekształają równanie (14) do postai = (18) Q uż Qzas Qwyl Qstr Nel. SS Mo elektryzna silnika Stirlinga Nel.SS rozumiana jest jako różnia strumienia iepła zasilająego Q zas i strumienia iepła wylotowego silnika ηel.ss (otrzymanej z rys. 9) zgodnie z równaniem: Q wyl z uwzględnieniem sprawnośi elektryznej

10 N ( Q Q ) el. SS = el. SS zas wyl (19) Sprawność wytwarzania energii elektryznej silnika Stirlinga wyznazono w opariu o harakterystykę sprawnośi elektryznej silnika Stirlinga (Philips 1-98 [10]) ujmująą temperaturę górnego i dolnego źródła iepła, która została przedstawiona na rys. 9. Sprawność Carnota została oblizona jako różnia średnih temperatur górnego T. i dolnego źródła iepła T. odniesiona do temperatury górnego źródła iepła g ź (przedstawiona na rys. 11): d ź T. g ź C T = g. ź T T g. ź d. ź T1 = T2 T2 w T 2 2 T1 T2 2 1w (20) 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 η el.ss, - t d.ź = 0 o C t d.ź = 100 o C t g.ź, o C Rys. 9. Sprawność elektryzna silnika Stirlinga w funkji średnih temperatury górnego źródła iepła dla dwóh średnih temperatur dolnego źródła iepła [10] 6. WYNIKI INTEGRACJI OBIEGU BRAYTONA Z OBIEGIEM STIRLINGA W proponowanym przez Autorów rozwiązaniu w miejsu hłodniy powietrza hłodząego umieszzono silnik Stirlinga hłodzony wodą, o przedstawi rys. 10. Pełny algorytm oblizeń przedstawiono na shemaie znajdująym się na rys. 11.

11 Rys. 10. Shemat turbiny gazowej zintegrowanej z silnikiem Stirlinga (SS) Sprawnośi Carnota wyznazone zgodnie z zależnośią (20) oraz sprawnośi elektryzne silnika Stirlinga ηel.ss (wyznazone z harakterystyk przedstawionyh na rys. 9) analizowane w dwóh wariantah (pierwszego dla β = 23 oraz drugiego β = 29) zostały przedstawione na rys. 12. Zał. dla TG (Nel, β, t4a) Symulaja TG (GateCyle ) Parametry punktu 1 Określenie zakresu analizy t2 = t1 100 C (krok 1 C) Charakterystyki pray TG (rys. 2 rys. 7) Symulaje TG (GateCyle ) Parametry punktu 2 Oblizona ηel.tg+ss (rys. 14) Charakterystyki pray SS (rys. 11 rys. 12) Oblizona Nel.SS (rys. 13) Zał. dla SS (t1, t2 oraz t1w, t2w) Symulaje SS (Visual Basi) Oblizona ηel.ss (rys. 11) Zadana harakterystyka sprawnośi elektryznej SS (rys. 9) Rys. 11. Shemat algorytmu oblizeń układu zintegrowanego

12 W przypadku sprawnośi Carnota przedstawionej na rys. 12 oraz moy elektryznej produkowanej przez ten silnik (rys. 14) widać zależność spadku sprawnośi Carnota oraz sprawnośi elektryznej wraz ze wzrostem produkowanej moy elektryznej. Dla β = 23 sprawność Carnota mieśi się w zakresie ηc = 0,48 0,61 oraz dla β = 29 sprawność ηc = 0,45 0,59. Sprawnośi elektryzne względem sprawnośi Carnota są niższe o ok punktów proentowyh. Z uwagi na istotny wpływ dolnego źródła iepła na sprawność Carnota oraz sprawność elektryzną silnika Stirlinga kluzowym parametrem jest również strumień wody hłodząej silnik Stirlinga, który przedstawiono na rys ,62 0,60 0,58 0,56 0,54 0,52 0,50 0,48 0,46 0,44 0,42 0,40 0,38 0,36 0,34 0,32 0,30 η, η el.ss, - η(β=23) η(β=29) ηel.ss(β=23) ηel.ss(β=29) t 2, C Rys. 12. Sprawność Carnota oraz sprawność elektryzna silnika Stirlinga w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego m 1w, kg/s SS(β=23) 70 SS(β=29) t 2, C Rys. 13. Strumień masowy wody hłodząej silnik Stirlinga w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego

13 Mo silnika Stirlinga w analizowanyh wariantah (dla β = 23 oraz β = 29) została przedstawiona na rys. 14. Uwzględniają równanie (1) oraz wyniki przedstawione na rys. 14 można przedstawić sprawność elektryzną układu zintegrowanego rozumianą jako: N + N el.tg el.ss el.tg+ SS = (21) m 1pWd N el.ss, MW SS(β=23) SS(β=29) 0 t 2, C Rys. 14. Mo elektryzna analizowanego silnika Stirlinga w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego W przypadku wariantu z β = 23 silnik Stirlinga osiąga maksymalną mo 4,6 MW, w warianie z β = 29 silnik produkuje ok. 6 MW energii elektryznej. Sprawnośi elektryzne turbiny gazowej z hłodnią powietrza hłodząego (warianty referenyjne) oraz układu zintegrowanego (dla dwóh wartośi β) przedstawiono na rys ,434 0,432 0,430 0,428 0,426 0,424 0,422 0,420 0,418 0,416 0,414 0,412 0,410 0,408 ƞ el.tg, ƞ el.tg+ss, - TG(β=23) TG(β=29) TG+SS(β=23) TG+SS(β=29) t 2, C Rys. 15. Sprawność elektryzna turbiny gazowej z hłodnią powietrza hłodząego oraz układu zintegrowanego w funkji temperatury powietrza za hłodnią powietrza hłodząego

14 7. PODSUMOWANIE Integraja obiegu Braytona z obiegiem Stirlinga poprzez wykorzystanie iepła powietrza hłodząego układ przepływowy turbiny gazowej jako górne źródło iepła w silniku Stirlinga powoduje wzrost sprawnośi elektryznej ałego układu. Dla wariantu z β = 23 wzrost sprawnośi elektryznej układu wynosi 0,85 punktu proentowego, natomiast dla wariantu z β = 29 wzrost ten wynosi 1,22 punktu proentowego (rys. 15). Warto podkreślić, iż sprawność elektryzna układu Brayton-Stirling posiada swoje ekstremum. W przypadku wariantu z β = 23 maksymalna sprawność elektryzna ηel.tg+ss = 41,79% osiągana jest przy temperaturze za hłodnią powietrza hłodząego na poziomie ok. t2 = 150 C. Dla wariantu z β = 29, optymalna sprawność układu ηel.tg+ss = 43,34% osiągana jest przy t2 = 150 C. Optima te powstają na skutek małego przyrostu produkowanej moy przez silnik Stirlinga w zakresie niskih temperatur t2 (rys. 14) w stosunku do spadku sprawnośi elektryznej turbiny gazowej ηel.tg (rys. 15). Dodatkowo zauważyć można zależność, iż wraz ze wzrostem zastosowanego stosunku iśnień w sprężare powietrza β optimum sprawnośi elektryznej układu zintegrowanego przesuwa się w zakres niższyh temperatur powietrza za hłodnią powietrza hłodząego. W przeiwieństwie do zastosowania hłodniy powietrza hłodząego rozwiązanie z zastosowaniem silnika Stirlinga może być wykorzystane zarówno w turbinah gazowyh praująyh w układah kombinowanyh jak i tyh praująyh jako jednostki autonomizne. Praa naukowa finansowana przez Narodowe Centrum Nauki w ramah projektu badawzego "Badanie skojarzonego wytwarzania energii elektryznej i iepła w układah bazująyh na obiegu Stirlinga z akumulają iepła".

15 LITERATURA [1] ISO 2314:2009 Standard: Gas turbines e aeptane tests. [2] Heavy Duty Gas turbines & Combined Cyle. General eletri. retrieved: [dostęp ]. [3] Gas turbines. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. produts/ategory/gas_turbin.html, retrieved: [dostęp ]. [4] Fahini B., Innoenti L., Carvnevale E.: Evaluation and Comparison of Different Blade Cooling Solutions to Improve Cooling Effiieny and Gas Turbine Performanes. Pro. of ASME Turbo Expo 2001, 2001-GT-0571, June 2001, New Orleans, USA. [5] General Eletri. Power Generation. [dostęp ]. [6] BREAKING THE POWER PLANT EFFICIENCY RECORD [dostęp ]. [7] Kotowiz J., Job M., Brzęzek M.: The Charateristis of Ultramodern Combined Cyle Power Plants. Energy, Vol 92, Part 2, s [8] Kotowiz J., Brzęzek M., Job M.: Kierunki rozwoju nowozesnyh elektrowni gazowo - parowyh z instalają wyhwytu i sprężania CO2. Energetyka 11/2017, str [9] Jordal K, Fridh J, Hunyadi L, Jonsson M, Linder U. New possibilities for ombined yles through advaned steam tehnology. In: Pro. of ASME turbo expo 2002, GT ; June 2002, Amsterdam, The Netherlands. [10] Martini W. R.: Stirling Engine Design Manual. Prepared for National Aeronautis and Spae Administration - NASA. U.S. Department of Energy, Conservation and Renewable Energy Offie of Vehile and Engine R&D. January (DOE/NASA/3194-1) [11] Kotowiz J., Job M., Brzęzek M.: Porównanie termodynamizne elektrowni gazowo - parowyh bez i z wyhwytem CO2. Rynek Energii 2014, Nr 3(112), 82-87

16 INTEGRATION OF THE GAS TURBINE WITH THE STIRLING ENGINE AND HEAT RECOVERY Key words: gas turbine, Stirling engine, thermodynami analysis, gas turbine ooling Summary. This paper presents the thermodynami analysis of a gas turbine with the air-open ooling (onvetive) integrated with the Stirling engine for two assumed pressure ratios in air ompressor (β = 23 and β = 29). Integration is based on heat use of the ooling air in gas turbine as upper heat soure in Stirling engine. As the referene unit Authors hosen the gas turbines with the ooling air ooler for the same pressure ratios β. The analyzed gas turbine strutures, their assumptions, alulation methodology and results of the analysis were presented in the paper. The results of the analysis show that the implementation of the Stirling engine on the turbine ooling air thread inreases the net effiieny of the entire system by as muh as 1.22 perentage points for β = 29. In ontrast to the use of a ooling air ooler, the solution using the Stirling engine an be used both in gas turbines working in ombined systems as well as those operating as autonomous units. Janusz Kotowiz, prof. dr hab. inż., jest Prorektorem ds. Współpray z Otozeniem Społezno-Gospodarzym Politehniki Śląskiej oraz pełni funkję Zastępy Dyrektora Instytutu Maszyn i Urządzeń Energetyznyh Politehniki Śląskiej w Gliwiah, ul. Konarskiego 18, Gliwie, janusz.kotowiz@polsl.pl Mateusz Brzęzek, dr inż., jest asystentem naukowym w Zakładzie Miernitwa i Automatyki Proesów Energetyznyh w Instytuie Maszyn i Urządzeń Energetyznyh Politehniki Śląskiej w Gliwiah, ul. Konarskiego 18, Gliwie, mateusz.brzezek@polsl.pl