Mikrotürbin

Mikrotürbinler, pistonlu motor turboşarjlarından, uçak yardımcı güç ünitelerinden (APU) veya küçük jet motorlarından, buzdolabının boyutundan geliştirilen 25 ila 500 kilowatt gaz türbinidir. 30-70 kW olan ilk türbinler, 200-250 kW'a kadar geliştirilmiştir.

Bir veya iki şaft üzerinde bir kompresör, yakıcı, türbin ve elektrik jeneratörü içermektedir. Kompresör verimliliğini artırmak için atık ısıyı yakalayan bir reküperatöre, bir soğutucuya ve yeniden ısıtmaya sahip olabilirler. 40.000 RPM üzerinde dönmekte ve ortak tek şaftlı bir mikro türbin genellikle 90.000 ila 120.000 RPM arasında dömektedir. Genellikle tek kademeli bir radyal kompresöre ve tek kademeli bir radyal türbine sahiptir. Rejeneratörlerin tasarımı ve imalatı zordur, çünkü yüksek basınç ve sıcaklık farkları altında çalışırlar.

Elektronikteki ilerlemeler, gözetimsiz çalışmaya izin verir ve elektronik güç anahtarlama teknolojisi, jeneratörün güç şebekesi ile senkronize edilmesi ihtiyacını ortadan kaldırarak türbin şaftıyla entegre edilmesini ve marş motoru olarak ikiye katlanmasını sağlar. Gaz türbinleri, benzin, doğal gaz, propan, dizel yakıt ve gazyağı gibi çoğu ticari yakıtın yanı sıra E85, biyodizel ve biyogaz gibi yenilenebilir yakıtları da kabul eder. Gazyağı veya dizelden başlamak, propan gazı gibi daha uçucu bir ürün gerektirebilir. Mikrotürbinler mikro yanmayı kullanabilir.

Tam boyutlu gaz türbinlerinde genellikle bilyalı rulmanlar kullanılır. 1000 °C sıcaklıklar ve yüksek mikro türbin hızları, yağlama ve bilyeli yatakları pratik hale getirir; hava yatakları veya muhtemelen manyetik yataklar gerektirirler. Folyo yatakları ve hava soğutma işletimi ile birlikte kayganlaştırıcı yağ, soğutucular ve diğer tehlikeli maddeler olmadan tasarlanabilir.

Kısmî yük verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için, entegre bir sistemde gerektiğinde birden fazla türbin başlatılabilir veya durdurulabilir. Pistonlu motorlar güç gereksinimi değişikliklerine hızlı tepki verebilirken, mikrotürbinler düşük güç seviyelerinde daha fazla verim kaybeder. Pistonlu motorlara göre daha yüksek bir güç/ağırlık oranına, düşük emisyonlara ve az ya da sadece bir hareketli parçaya sahip olabilirler. Pistonlu motorlar daha verimli olabilir, genel olarak daha ucuz olabilir ve genellikle motor yağı ile yağlanan basit muylu yatakları kullanabilir.

Mikrotürbinler, turbo alternatörler veya turbojeneratörler olarak kojenerasyon ve dağıtılmış üretim için veya hibrid elektrikli araçlara güç sağlamak için kullanılabilir. Atık ısının çoğunluğu nispeten yüksek sıcaklıkta egzozda bulunurken, pistonlu motorlar atık ısı egzoz ve soğutma sistemi arasında bölünür. Egzoz ısısı, elektrik enerjisi yerine ısı enerjisinden iklimlendirme için soğuk oluşturan su ısıtma, hacim ısıtma, kurutma işlemleri veya emme soğutucuları için kullanılabilir.

Mikrotürbinler, reküperatör olmadan yaklaşık %15 verimliliğe, bir tane reküperatör ile %20 ila 30 verimliliğe ve kojenerasyonda %85 kombine termal elektrik verimliliğine ulaşabilirler. Geri kazanılan Niigata Güç Sistemleri 300-kW RGT3R termal verimliliği %32.5'e ulaşırken, 360 kW geri kazanılmayan RGT3C %16,3'tür. Capstone Türbini, 200 kW C200S için %33 LHV Elektrik Verimliliği vadetmektedir.

Tahmini uluslararası, 2008-2032 yılları arasında birim üretim ile Capstone Türbini için %51,4 pazar payı bulunmaktadır. Bunu %19,4 ile Bladon Jets, %13,6 ile MTT, %10,9 ile FlexEnergy ve %4,5 ile Ansaldo Energia izlemektedir.

MIT, 1990'ların ortalarında Havacılık ve Uzay Bilimleri Profesörü Alan H. Epstein'ın tıpkı küçük bir şehrin elektrik ihtiyacını karşılayabileceği gibi modern bir kişinin elektrik ihtiyacını karşılayabilecek kişisel bir türbin yapma olasılığını düşündüğü milimetre boyutundaki türbin motoru projesine başladı. Bu yeni mikro türbinlerde ısı dağılımı ve yüksek hızlı rulmanlar ile sorunlar yaşanmıştı. Ayrıca, beklenen verimleri %5-6'ydı. Profesör Epstein'a göre, mevcut ticari Li-ion şarj edilebilir piller yaklaşık 120-150 W·h/kg güç sağlıyordu. MIT'in milimetre büyüklüğündeki türbini yakın vadede 500-700 W·h/kg, uzun vadede 1200-1500 W∙h/kg'a yükselecekti.

Belçika Katholieke Universiteit Leuven tarafından inşa edilen benzer bir mikro türbin rotor çapı 20 mm ve yaklaşık 1000 W üretmesi beklenmektedir.