Binary cycle
દ્વિસંગી ચક્ર એ ભૂઉષ્મીય સંસાધનોમાંથી વિદ્યુત શક્તિ ઉત્પન્ન કરવાની એક પદ્ધતિ છે અને બે અલગ પ્રવાહી ચક્રનો ઉપયોગ કરે છે, તેથી દ્વિસંગી ચક્ર. પ્રાથમિક ચક્ર જળાશયમાંથી ભૂઉષ્મીય ઊર્જા કાઢે છે, અને ગૌણ ચક્ર જનરેટરને ચલાવવા અને વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે ગરમીને કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરે છે. દ્વિસંગી ચક્ર નીચા તાપમાનના ભૂઉષ્મીય સંસાધનો (<180 °C) માંથી પણ વીજળી ઉત્પન્ન કરવાની મંજૂરી આપે છે જે અન્યથા ફ્લેશ પાવર પ્લાન્ટ્સને આર્થિક રીતે સક્ષમ બનાવવા માટે અપૂરતી માત્રામાં વરાળ ઉત્પન્ન કરશે. જો કે, નીચા તાપમાનને કારણે દ્વિસંગી ચક્રમાં લગભગ 10-13% ની એકંદર કાર્યક્ષમતા ઓછી હોય છે. પરિચય ડ્રાય-સ્ટીમ અથવા ફ્લેશ જેવી પરંપરાગત ભૂઉષ્મીય ઉર્જા ઉત્પાદન પદ્ધતિઓથી વિપરીત, જે એક જ ખુલ્લા ચક્રનો ઉપયોગ કરે છે, દ્વિસંગી ચક્રમાં બે અલગ-અલગ ચક્ર હોય છે, તેથી દ્વિસંગી ચક્ર. પ્રાથમિક ચક્ર ભૂઉષ્મીય જળાશયમાંથી ગરમી કાઢે છે અને તેને ગૌણ ચક્રમાં પ્રદાન કરે છે, જે જનરેટર ચલાવવા અને વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે ગરમીને કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરે છે (હીટ એન્જિન જુઓ). થર્મોડાયનેમિકલી રીતે, દ્વિસંગી ચક્ર પાવર પ્લાન્ટ્સ કોલસા આધારિત અથવા પરમાણુ ઊર્જા પ્લાન્ટ્સ જેવા જ હોય છે જેમાં તેઓ રેન્કાઈન પાવર સાયકલનો ઉપયોગ કરે છે, મુખ્ય તફાવત ગરમીના સ્ત્રોત અને ચક્ર કાર્યરત પ્રવાહીની પસંદગી છે. પ્રાથમિક ચક્ર ભૂઉષ્મીય જળાશયનું ગરમ મૂળ સ્થાને રહેલું પ્રવાહી (અથવા ભૂ-પ્રવાહી) જો જરૂરી હોય તો પંપની મદદથી કૂવામાંથી સપાટી પર ઉત્પન્ન થાય છે. સપાટી પર, ગરમ ભૂદ્રવ તેની કેટલીક ગરમીને હીટ એક્સ્ચેન્જર દ્વારા ગૌણ ચક્રમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, આમ પ્રક્રિયામાં ઠંડક આપે છે. ઠંડા જીઓફ્લુઇડને પછી એક અલગ કૂવામાંથી ભૂઉષ્મીય જળાશયમાં ફરીથી દાખલ કરવામાં આવે છે, જ્યાં તેને ફરીથી ગરમ કરવામાં આવે છે. પ્રાથમિક ચક્રને "ખુલ્લું" ચક્ર માનવામાં આવે છે. ગૌણ ચક્ર ઠંડા ઉચ્ચ દબાણવાળા કાર્યરત પ્રવાહીને ગરમ જિયોફ્લુઇડ દ્વારા હીટ એક્સ્ચેન્જરમાં ગરમ અને બાષ્પીભવન કરવામાં આવે છે. ગરમ ઉચ્ચ દબાણવાળી વરાળને ઠંડુ કરતા પહેલા ટર્બાઇનમાં વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે અને કન્ડેન્સરમાં ઘનીકરણ કરવામાં આવે છે. લૂપને બંધ કરવા માટે, ઠંડા નીચા દબાણવાળા પ્રવાહીને ફીડ પંપ દ્વારા દબાવવામાં આવે છે. ગૌણ ચક્ર એ બંધ ચક્ર છે. બે મુખ્ય ગૌણ ચક્ર રૂપરેખાંકનો ઓર્ગેનિક રેન્કાઈન ચક્ર (ઓઆરસી) અથવા કાલિના ચક્ર છે, મુખ્ય તફાવત કાર્યરત પ્રવાહીની પસંદગી છે; કાર્બનિક પ્રવાહી (સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોકાર્બન અથવા રેફ્રિજન્ટ) અથવા પાણી-એમોનિયા મિશ્રણ અનુક્રમે. દ્વિસંગી ચક્ર જિયોથર્મલ પાવર પ્લાન્ટનું સૌથી પહેલું ઉદાહરણ ઇટાલીના ઇસ્ચિયા ખાતે 1940-1943 ની વચ્ચે સ્થિત હોવાનું માનવામાં આવે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે આ પ્લાન્ટમાં 250 કિલોવોટની અસરકારક ક્ષમતા સાથે કાર્યરત પ્રવાહી તરીકે ઇથાઇલ ક્લોરાઇડનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. જો કે, તે જ સમયે બીજા વિશ્વ યુદ્ધને કારણે, આ ચોક્કસ સ્થાપન વિશે વધુ માહિતી નથી. અન્ય દ્વિસંગી ચક્ર ભૂઉષ્મીય પાવર પ્લાન્ટ 1967માં રશિયાના કામચટકા દ્વીપકલ્પ પર પેટ્રોપાવલોવ્સ્ક નજીક કાર્યરત કરવામાં આવ્યો હતો. તે 670 કેડબલ્યુ પર રેટ કરવામાં આવ્યું હતું અને અજ્ઞાત સંખ્યાબંધ વર્ષો સુધી ચાલ્યું હતું, જે દ્વિસંગી ચક્ર ભૂઉષ્મીય પાવર પ્લાન્ટ્સની વિભાવનાને સાબિત કરે છે. ડિસેમ્બર 2014 સુધીમાં, વિશ્વભરમાં 15 દેશોમાં 203 દ્વિસંગી ચક્ર ભૂઉષ્મીય પાવર પ્લાન્ટ્સ હતા, જે તમામ ભૂઉષ્મીય પાવર પ્લાન્ટ્સના 35 ટકાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, પરંતુ કુલ ભૂઉષ્મીય પાવર (આશરે 1250 મેગાવોટ) ના માત્ર 10.4% નું ઉત્પાદન કરે છે. ભિન્નતા બેવડા દબાણ કાર્યરત પ્રવાહી બે અલગ અલગ દબાણ સ્તરો પર બાષ્પીભવન થાય છે, અને આમ તાપમાન. આ જિયોફ્લુઇડ કૂલિંગ કર્વ અને કાર્યરત પ્રવાહી હીટિંગ કર્વ વચ્ચે નજીકનો મેળ જાળવીને પ્રાથમિક હીટ એક્સ્ચેન્જરમાં સક્રિય નુકસાનને ઘટાડીને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે. બેવડા પ્રવાહી બે ગૌણ ચક્ર એકસાથે સંચાલિત થાય છે, દરેક અલગ કાર્યરત પ્રવાહી અને ઉત્કલન બિંદુ સાથે. આ જિયોફ્લુઇડ ઠંડક વળાંક અને કાર્યરત પ્રવાહીના ગરમી વળાંક વચ્ચે નજીકથી મેળ ખાય તે સુનિશ્ચિત કરીને, ગરમી પરિચય પ્રક્રિયાના સક્રિય નુકસાનને ઘટાડીને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે. કામગીરી સરળ દ્વિસંગી ચક્ર અને તેના વ્યક્તિગત ઘટકોની કામગીરીની ગણતરી નીચે મુજબ કરી શકાય છેઃ ટર્બાઇન એ ટર્બાઇન દ્વારા કરવામાં આવતી કામગીરીનો દર છે, કેડબલ્યુમાં કાર્યરત પ્રવાહીનો સામૂહિક પ્રવાહ દર છે, કેજી/સે માં ટર્બાઇન કાર્યક્ષમતા છે, બિન-પરિમાણીય એ ટર્બાઇન ઇનલેટ પર કાર્યરત પ્રવાહીની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, કેજે/કેજીમાં ટર્બાઇન આઉટલેટ પર કાર્યરત પ્રવાહીની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, એમ ધારીને કેજે/કેજી કન્ડેન્સરમાં ટર્બાઇનમાં આઇસેન્ટ્રોપિક વિસ્તરણ નીચે આપેલા સમીકરણનો ઉપયોગ કન્ડેન્સર ડ્યુટી અને જરૂરી શીતકનો સામૂહિક પ્રવાહ દર નક્કી કરવા માટે કરી શકાય છે. કન્ડેન્સરમાં કાર્યરત પ્રવાહીમાંથી ગરમીનો દર કેડબલ્યુમાં દૂર કરવામાં આવે છે અને તે કન્ડેન્સર ઇનલેટ અને આઉટલેટ પર કાર્યરત પ્રવાહીની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, કેજે/કેજીમાં શીતકનો સામૂહિક પ્રવાહ દર કિલોગ્રામ/સેકન્ડમાં હોય છે અને કન્ડેન્સર ઇનલેટ અને આઉટલેટ પર અનુક્રમે શીતકની ચોક્કસ એન્થાલ્પી હોય છે, કેજે/કેજીમાં ફીડ પંપ એ કાર્યરત પ્રવાહીને દબાવવા માટે પંપ દ્વારા કરવામાં આવેલ કામનો દર છે, કેડબલ્યુમાં ફીડ પંપ આઉટલેટ પર કાર્યરત પ્રવાહીની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, જે આઈસેન્ટ્રોપિક સંકોચન ધારે છે, કેજે/કેજીમાં ફીડ પંપ ઇનલેટ પર કાર્યરત પ્રવાહીની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, કેજે/કેજીમાં પ્રાથમિક હીટ એક્સ્ચેન્જરની અંદર કાર્યરત પ્રવાહીમાં ઉમેરાયેલી ગરમીનો દર છે, કેડબલ્યુ એ પ્રાથમિક હીટ એક્સ્ચેન્જર ઇનલેટ પર કાર્યરત પ્રવાહીની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, કેજે/કેજીમાં જીઓફ્લુઇડનો સામૂહિક પ્રવાહ દર છે, કેજી/સેમાં અને અનુક્રમે પ્રાથમિક હીટ એક્સ્ચેન્જર ઇનલેટ અને આઉટલેટ પર જીઓફ્લુઇડની ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, કેજે/કેજી કાર્યક્ષમતામાં કાર્યક્ષમતાની સંખ્યાબંધ વિવિધ વ્યાખ્યાઓ છે જે ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે; આની નીચે ચર્ચા કરવામાં આવી છે. પ્રથમ નિયમ કાર્યક્ષમતા પ્રથમ નિયમ કાર્યક્ષમતા (થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમમાંથી) એ ચક્રને પૂરી પાડવામાં આવેલી ગરમીને ઉપયોગી કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરવાનું માપ છે. વાસ્તવિક જીવનની ખોટ અને બિનકાર્યક્ષમતાનો હિસાબ કરતી વખતે, વાસ્તવિક દ્વિસંગી ચક્ર ભૂઉષ્મીય છોડ 10-13% ની વચ્ચેની પ્રથમ નિયમ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. કાર્નોટ કાર્યક્ષમતા કાર્નોટ કાર્યક્ષમતા એક આદર્શ થર્મોડાયનેમિક ચક્રની કાર્યક્ષમતા આપે છે, જે વિવિધ તાપમાનના બે જળાશયો વચ્ચે કાર્ય કરે છે, જેમ કે તે કોઈપણ ઉષ્મા એન્જિનની કાર્યક્ષમતાને સૈદ્ધાંતિક મહત્તમ પ્રદાન કરે છે. આ કારણોસર, 180 °C (≈ 450 K) પર ગરમ જિયોફ્લુઇડ ઉત્પન્ન કરતો અને 25 °C (≈ 298 K) પર ગરમીને નકારી કાઢતો ભૂઉષ્મીય પાવર પ્લાન્ટ માત્ર 34 ટકાની મહત્તમ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. અને એ અનુક્રમે ગરમ અને ઠંડા નિરપેક્ષ તાપમાન છે, K બીજા નિયમ કાર્યક્ષમતામાં બીજા નિયમની કાર્યક્ષમતા (થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમમાંથી) એ આદર્શ રીતે ઉપલબ્ધ મહત્તમ કાર્યના ઉપયોગ અને ઉપયોગી કાર્યમાં રૂપાંતરનું માપ છે. કેડબલ્યુમાં જીઓફ્લુઇડનો એક્સર્જી દર છે. , અને એ ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે, કેજે/કેજીમાં, ચોક્કસ એન્ટ્રોપી, કેજે/કેજી/કેમાં અને સંપૂર્ણ તાપમાન, કેમાં, સ્થાનિક સંદર્ભ સ્થિતિમાં જીઓફ્લુઇડનું. આ સ્થાનિક એમ્બિયન્ટ, વેટ-બલ્બ અથવા રીઇન્જેક્શન શરતો હોઈ શકે છે. કાર્યરત પ્રવાહીની પસંદગી કોઈપણ દ્વિસંગી ચક્રમાં કાર્યરત પ્રવાહી મહત્ત્વની ભૂમિકા ભજવે છે અને તેને કાળજી સાથે પસંદ કરવું આવશ્યક છે. યોગ્ય પ્રવાહી પસંદ કરવા માટેના કેટલાક માપદંડ નીચે આપવામાં આવ્યા છે. ચક્રના મહત્તમ તાપમાન અને દબાણથી ઉપરનું નિર્ણાયક તાપમાન અને દબાણ-મોટાભાગની ગરમી મહત્તમ તાપમાન પર સ્થાનાંતરિત થાય છે, જેનાથી કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે. એક સંતૃપ્તિ ગુંબજ જે ઊંધી U જેવું લાગે છે-આ ટર્બાઇનમાં પ્રવાહીને બહાર નીકળતા અટકાવે છે, જે કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે, ટર્બાઇન બ્લેડને નુકસાન પહોંચાડે છે અને આમ ટર્બાઇનનું જીવનકાળ ઘટાડે છે. ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા-પ્રાથમિક હીટ એક્સ્ચેન્જર અને કન્ડેન્સરમાં હીટ ટ્રાન્સફરમાં સુધારો કરે છે, જે જરૂરી કુલ હીટ ટ્રાન્સફર વિસ્તારને ઘટાડે છે અને તેથી પ્લાન્ટની કિંમતમાં ઘટાડો કરે છે. પર્યાવરણીય સુસંગતતા-બિન-ઝેરી, બિન-કાર્સિયોજેનિક, ઓછી ગ્લોબલ વોર્મિંગ સંભવિતતા, ઓછી ઓઝોન અવક્ષય સંભવિતતા, બિન-જ્વલનશીલ, રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય. ઓછી કિંમત અને સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ. વીજ મથકો વ્યાપારી ઉત્પાદનમાં સંખ્યાબંધ દ્વિસંગી ચક્ર વીજ મથકો છે. ઓર્ગેનિક રેન્કાઇન ચક્ર ઓલ્કેરિયા III, કેન્યા મેમથ લેક્સ, કેલિફોર્નિયા, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ સ્ટીમબોટ સ્પ્રિંગ્સ (નેવાડા), યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ તે હુકા પાવર સ્ટેશન, ન્યુઝીલેન્ડ કિર્ચસ્ટોક (મ્યુનિક), જર્મની ટ્રોનરેટ, જર્મની કલિના ચક્ર હુસાવિક પાવર સ્ટેશન જિયોથર્મી અનટરહેચિંગ ભૂઉષ્મીય વીજળી કાર્યરત પ્રવાહી કાર્બનિક રેન્કાઇન ચક્ર કલિના ચક્ર સંદર્ભો ભૂઉષ્મીય ઊર્જા