Mikroturbiny gazowe

Budowa i parametry
mikroturbin gazowych
Autor: Jakub Budzik
MIKROTURBINY GAZOWE – pojęcie odnoszące
się do stacjonarnych turbozespołów gazowych o
niewielkiej mocy, różniących się nieco odmienną
konstrukcją i parametrami pracy niż klasyczne
turbiny gazowe.
Elementy budowy mikroturbin gazowych:
- Wymiennik
regeneracyjny
pomiędzy sprężarką
a
komorą
spalania. Jego zastosowanie pozwala zwiększyć sprawność prawie
dwukrotnie;
- Jednostopniowa promieniowa sprężarka i turbina;
- Szybkoobrotowy generator, wraz z układem falowników służących do
dostosowania częstotliwości prądu;
Przekrój mikroturbiny gazowej (z katalogu firmy Capstone)
Parametry pracy:
Parametrem znacząco odróżniającym mikroturbiny od klasycznych
turbin gazowych jest niski stopień sprężania. W przypadku
mikroturbin zawiera się on w przedziale od 3 do 5.
Jest to wielkość optymalna dla warunków pracy układu, co można
zaobserwować na wykresie sprawności elektrycznej w funkcji stopnia
sprężania.
Temperatura czynnika na wlocie do turbiny wynosi ok. 9000 C.
Sprawność
[-] 35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Stopień sprężania [-]
Wykres sprawności od stopnia sprężania dla mikroturbiny o mocy 100 kW
Sprawności:
Sprawność wytwarzania energii elektrycznej na poziomie 30% jest
typowa dla obecnie dostępnych urządzeń.
Z reguły buduje się jednak układy kogeneracyjne (CHP) lub
trigeneracyjne (CCHP), które osiągają całkowitą sprawność na
poziomie 80%.
Eksploatacja:
W konstrukcji tego typu jedynym ruchomym elementem jest
wspólny wał, co skutkuje dużą niezawodnością i łatwością
utrzymania.
Szacowany całkowity czas pracy to około 60 000 godzin, przy
czasie pomiędzy przeglądami ok. 6000-8000 godzin.
Źródła te są w dużej mierze zautomatyzowane i w czasie normalnej
pracy nie wymagają zaawansowanej obsługi. W konstrukcji
mikroturbin stosuje się łożyska powietrzne co dodatkowo obniża
koszty eksploatacji.
Wpływ na środowisko:
- Emisja tlenków azotu na poziomie 18 mg/m3,
- Stosunkowo niska emisja CO2
- Niska emisja hałasu na poziomie ok. 70 dB
Zalety mikroturbin gazowych:
- Niewielkie gabaryty;
- Wysoka sprawność układów opartych o mikroturbiny;
- Niezawodność i łatwość obsługi;
- Niska emisja zanieczyszczeń;
- Możliwość zasilania różnymi paliwami;
- Możliwość pracy w sieci jak i jako autonomiczne źródło;
Wady mikroturbin gazowych:
- Wysoka cena urządzenia;
- Niewielka dostępność;
Przykłady zastosowań:
- Zasilanie biur, mieszkań;
- Zasilanie szpitali i budynków użyteczności publicznej;
- Energetyka rozproszona;
- Awaryjne źródło zasilania;
Kierunki rozwoju technologii mikroturbin:
- Optymalizacja konstrukcji wymiennika regeneracyjnego;
- Dostosowanie stopnia sprężania;
- Zwiększenie temperatury dolotowej do turbiny;
Działania te mają na celu zwiększenie sprawności mikroturbin
gazowych.
Podsumowanie:
Mikroturbiny gazowe to stosunkowo nowe urządzenia posiadające
szereg zalet takich jak: małe gabaryty, wysoka sprawność, niska
szkodliwość dla środowiska i niski poziom hałasu. Cechy te sprawiają,
że mogą stanowić one podstawę systemu energetyki rozproszonej
jako stabilne i elastyczne źródło lokalne. Ma to znaczenie szczególnie
w kontekście rozwoju technologii smart-grid.
Mikroturbiny mogą również służyć jako źródło zasilania dla różnego
rodzaju
budynków, przyczyniając się obniżenia kosztów ich
zaopatrzenia w energię i zwiększenia bezpieczeństwa.
Dziękuję za uwagę.