火力發電廠如何發電？淺談朗肯循環原理！ - 科技雞湯

火力發電裝置基本上由幫浦(Pump)、鍋爐(Boiler)、渦輪(Turbine)、冷凝機(Condenser)以及發電機(Electric generator)組成，如圖1。

當幫浦將水加壓送至鍋爐 ... Skiptocontent首頁關於科技解密產品設計CAE法律主廚私藏聯絡Menu首頁關於科技解密產品設計CAE法律主廚私藏聯絡想必大家都知道最近一周停電兩次的事件。

也都很關心夏季用電是否足夠。

而用電是否充足與發電廠息息相關，目前台灣前三大發電廠均為火力發電廠，火力發電的重要性顯而易見。

雖然火力發電如此重要，但你知道火力發電的基本原理是什麼嗎？不知道也沒有關係，今天主廚帶你一起來看看火力發電的運作原理！火力發電原理火力發電裝置基本上由幫浦(Pump)、鍋爐(Boiler)、渦輪(Turbine)、冷凝機(Condenser)以及發電機(Electricgenerator)組成，如圖1。

當幫浦將水加壓送至鍋爐時，藉由鍋爐燃燒煤炭或天然氣等燃料，水在吸收熱能後會轉變成水蒸氣。

接著高溫高壓的水蒸氣帶動渦輪旋轉，便會透過發電機產生電能。

最後，水蒸氣會回收至冷凝裝置，並做為下次發電循環的水資源使用。

上述流程即為火力發電的基本流程，而這種循環過程稱為朗肯循環(RankineCycle)。

圖1火力發電簡圖[1]朗肯循環(RankineCycle)朗肯循環流程在上個段落提到火力發電屬於朗肯循環，那什麼是朗肯循環呢？朗肯循環是一種熱力學做功的循環，當加熱加壓的介質用來推動渦輪的時候，就能將熱能轉換成機械能，再進一步把機械能轉換成電能。

整個循環包含下述四個流程，以介質為水的情況來說明，可由圖2表示。

幫浦做功：將低壓水轉換成高壓水(1→2)鍋爐加熱：恆定壓力下，高壓水加熱成高壓高溫水蒸氣(2→3)渦輪運轉：高壓高溫水蒸氣膨脹後推動渦輪發電(3→4)蒸氣冷凝：水蒸氣冷凝後再次進入幫浦(4→1)圖2朗肯循環T-S圖[2]圖2為T-S圖，中文名稱為溫熵圖，初次看到溫熵圖的人多半是一頭霧水。

如果要了解圖表的話，一定要先知道橫軸與縱軸的意義。

這張圖縱軸T指的是溫度，橫軸S指的是熵。

想必大家對溫度都相當熟悉，但熵指的是什麼呢？什麼是熵？熵(entropy)指的是孤立系統的混亂程度，是一種用來判斷系統自發性反應走向的狀態函數。

對一個孤立系統而言，反應會從低熵往高熵的方向發展，代表系統混亂程度提升。

圖3氣體分子擴散示意圖以圖3中的容器為例，容器右端為真空狀態，左端包含氣體分子。

以上述熵的定義來看，當容器中央閥門打開的時候，由於氣體往右端運動，氣體分子能出現更多排列組合，氣體便會自發往右端移動，從低熵走向高熵，達到一種平衡狀態。

在微觀狀態下，熵可定義成式(1)。

S=k\ln\Omega-(1)其中S為熵，k為波茲曼常數，Ω則是不同微觀狀態的數量。

一般熱力學定義的熵則可表示成式(2)中熱量與溫度的比值，其中Q為熱量，T為溫度。

\DeltaS=k\frac{\DeltaQ}{T}-(2) 溫熵圖(T-Sdiagram)大致了解溫度與熵的意義後，我們再來看看Fig.2的T-S圖。

Fig.2裡面山峰狀的曲線稱為飽和蒸汽曲線，用來區隔左半邊的液態與右半邊的氣態，曲線內部區域則是氣液混合相。

對照到朗肯循環流程，幫浦加壓為等熵過程，對應線段1→2。

等熵過程具有可逆絕熱的特性，代表該系統與外界無熱量交換，幫浦加壓的做功會轉換為系統內能，故系統溫度上升。

過爐加熱對應至線段2→3，該流程將水加熱至飽和水蒸氣，為等壓加熱的過程。

從式(1)的微觀角度來看，相較於液態水分子，水蒸氣分子更容易隨意排列，故加熱過程中整體熵值增加。

若從式(2)熱力學觀點來看，當水達到相變溫度時，會在溫度不變的情況下，持續吸收熱能，由於熱能與熵值成正比，故加熱過程會使系統熵值增加。

渦輪運轉對應至線段3→4，為等熵膨脹過程。

高溫高壓的水蒸氣在膨脹過程中對渦輪做功，系統內能降低，故溫度下降。

最後的蒸氣冷凝則對應線段4→ 1，相變過程中溫度不變，但系統熱量減少，故熵值也逐漸減少。

主廚結語朗肯循環作為發電的基本原理，已經實踐甚久。

除了基本的朗肯循環以外，為了因應中低溫熱源的發電需求，也發展出有機溶液作為介質的有機朗肯循環。

趁著近期停電議論紛紛的時候，來跟大家分享發電基本原理，希望大家對發電這件事情能有多一點認識喔！參考資料KyuWonShim,ThermalPowerStation,https://ibphysicsblog.wordpress.com/2015/10/22/thermal-power-stations/,2015BalaramSahaetal.,Assessmentofprocessparametertoimprovingpowerplantperformance,ConferenceCIPECH,28-29Nov.2014相關文章:神奇的裸眼3D顯示！Voxon體積3D顯示器解密！有觸感的3D影像？體積3D顯示技術MATD介紹！文章導覽←Previous文章Next文章→LeaveaCommentCancelReply發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。

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