Solarthermische Hochtemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 560

Abb. 7.56 Mechanische
Umsetzung eines einfachen
Joule-Brayton-Prozess in
einer einwelligen Anlage

7.8.3 Joule-Brayton-Prozess (Gasturbinenprozess)

Der Joule-Brayton Kreisprozess ist ein rechtslaufender Kreisprozess, der einen in Gastur-
binen und Strahltriebwerken ablaufenden Vorgang beschreibt. Die Abb. 7.56 zeigt schema-
tisch den Aufbau und die Komponenten eines geschlossenen, einwelligen Joule-Brayton-
Prozesses. Im Idealfall bestehen die vier Arbeitstakte aus einer

• isentropen Verdichtung ( dp > 0) mit einer Verringerung des Volumens ( dv < 0) und
möglichst ohne Wärmezufuhr ( dq = 0) in einem Verdichter von 0 nach 1;
• einer isobaren ( dp = 0) Wärmezufuhr ( dq > 0) in der Brennkammer einhergehend mit
einer Volumenvergrößerung ( dv > 0) von 1 nach 2;
• einer wärmeverlustfreien ( dq = 0), isentropen Expansion ( dp < 0) mit einer weiteren Vo-
lumenvergrößerung ( dv > 0) in der Turbine von 2 nach 3, die den Generator antreibt,
und schließlich
• einer isobaren ( dp = 0) Wärmeabfuhr ( dq < 0) in einem Kühler von 3 nach 0, der zu einer
Volumenverringerung ( dv < 0) führt.

Die Prozessführung des idealen Joule-Brayton Prozess stellt sich im h - s und im p - V Dia-
gramm wie in der Abb. 7.57 a, b illustriert dar. Der dem Generator zuführbare Nutzarbeits-
anteil w nutz ergibt sich aus der von den Punkten 0-1-2-3 umschlossenen Fläche, der grau
hinterlegt ist. Die Fläche unterhalb der Kurve p = p 0 geht unnutzbar verloren. Aus dem
Diagramm wird unmittelbar ersichtlich, dass möglichst hohe Wirkungsgrade nur mit ho-
hen Drücken und hohen Temperaturen erzielbar sind. Der thermische Wirkungsgrad η th ,
der als Verhältnis von Nutzen zu Aufwand bei einer Wärmekraftmaschine definiert wurde,
ergibt sich zu:

= w N u t z
q zu

= q zu

− q ab

= ( h 2

− h 1 ) − ( h 3 − h 0 )

η th . (7.87)

q zu ( h 2 h 1 )

−