Kombikraftwerk

Ein Kombikraft- oder Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk ist eine Wärmekraftmaschine, bei der zuerst heisses Gas und danach heisser Dampf möglichst isentrop entspannt wird. Der Wirkungsgrad eines reinen Gasturbinenkraftwerks beträgt 33% bis 42%. Indem man mit den noch recht heissen Abgasen der Gasturbine Dampf erzeugt, kann der Wirkungsgrad in einem Kombikraftwerk auf 58% gesteigert werden.

Ein Gasstrom von 15 kmol/s werde bei einer Temperatur von 1227°C in die Turbine eingeleitet und trete mit einer Temperatur von 647°C aus. Danach wird mit dem immer noch heissen Gas Wasser unter hohem Druck verdampft und auf 567°C aufgeheizt.

1. Mit welcher Leistung müsste man das Gas isochor von 27°C auf die erforderlichen 1227°C aufheizen?
2. Welche Leistung würde dieser Gasstrom ohne Dissipation in der Gasturbine frei setzen?
3. Wie viele Kilogramm Wasser kann mit dem aus der Turbine austretenden Gas bei 100 bar Druck von 27°C auf 567°C erhitzt werden?
4. Welche Leistung setzt der Wasserdampf frei, wenn er in der Dampfturbine isentrop von 567°C auf 100°C entspannt wird?
5. Wo geht bei diesem Prozess "nutzbare" Energie verloren, d.h. wo wird Entropie erzeugt? Was könnte man bei diesem Prozess noch verbessern?

Hinweise:

• Das Gas habe einen Isentropenexponent von 1.4.
• Wasser hat bei einem Druck von 80 bar eine Siedetemperatur von 295°C und eine spezifische Verdampfungsenthalpie von 1441 kJ/kg. Für Wasser kann eine mittlere Wärmekapazität von 4.36 kJ/(kgK)und für Dampf 2.69 kJ/(kgK) angenommen werden.