Capstone C-30 mikrogázturbina


A teljes mikro-gázturbinás egység magában foglalja a gázturbinát, generátort, tüzelőanyag ellátó szabályzó szelepeket, frekvencia átalakító egységet és vezérlő egységet. Teljes berendezés tömege: 405 kg. Gázturbina alkalmas földgáz, depónia gáz, biogáz, gázolaj, kerozin tüzelésére.  

1. Turbina szerkezeti felépítése


A levegő beömlő nyílás hangszigetelt cső, amelynek belsejében található a levegőszűrő. A 1. ábrán látható a gázturbina és a generátor metszete. A generátor 4 pólusú állandó mágneses 3 fázisú generátor, mely nagyfrekvenciás váltóáramot állít elő. A kompresszor kis méretű, centrifugál kialakítású radiális kiömléssel. A gázturbinába, a hatásfoknövelés érdekében beépítettek egy belső hőcserélőt. A gyűrűs fordítókamrás tüzelőtérbe nyúlik bele a három kétfunkciós tüzelőanyag fúvóka, a ’pilot’ fúvókák közvetlenül a tüzelőtérbe juttatják a gázt, míg a ’premix’ fúvókák a gáz levegővel történő előkeverése után juttatják be a tüzelőanyagot. Tiszta CH4 gáznál 22 kW-os teljesítményhatárig a ’pilot’ fúvókák működnek az ennél magasabb teljesítményen ’premix’ fúvókákat alkalmazza a rendszer. Kompresszor és a generátor egy tengelyen helyezkedik el az axiális kiömlésű centripetál turbinával. A tengelymegtámasztása légcsapágyakkal történik tekintettel a nagy fordulatszámra és az egyszerűbb üzemeltetésre.

 
bmelab_19_01.gif

1. ábra gázturbina, generátor metszete [1]

2. Működési vázlat


Az 1. és 2. ábrán nyomonkövethető a turbina működése [2]. A levegőt a generátoron keresztül szívja be a kompresszor, ezzel biztosítva annak hűtését. A centrifugál kompresszorból kilépő nagynyomású levegő (2val) a hatásfoknövelés érdekében keresztüláramlik a füstgáz/levegő rekuperátoron, amely azt felmelegíti (4’). A fúvókákon beáramló tüzelőanyag a tüzelőtérben elkeveredik a levegővel, majd elég (3). A forró égéstermék a centripetál turbinában expandál (4val). Az expanzió végén, a rekuperátoron keresztüláramló füstgáz még mindig ~275 ºC hőmérsékletű, ez ideálissá teszi kapcsolt melegvíz termelésre. Ezért a kilépő füstgáz útjába helyezhetünk egy víz/füstgáz hőcserélőt. A forró füstgáz expanziója során meghajtott turbina közös tengelyen helyezkedik el a kompresszorral és a generátorral így azok is azonos fordulatszámon forognak. A generátor nagy fordulatszáma miatt nagyfrekvenciás váltóáramot állít elő. A frekvencia átalakítóban először egyenárammá alakítja és leszűri a 2-3 kHz váltóáramot, majd ebből az egyenáramból készítenek a hálózati frekvenciának megfelelő 50 Hz váltóáramot.   

3. Szabályozó rendszer


A mikro gázturbina képes sziget üzemben és hálózati üzemben is működni. PC-re ültetett felhasználói szoftveren keresztül soros vonalon kommunikál a turbina szabályozó egységével. 110 üzemi paramétert képes regisztrálni és feldolgozni, valamint ezeket file-ba menteni. 8 paraméter folyamatos változását tudja megjeleníteni a képernyőn. A vezérlő program képes előre megadott terhelési ciklusok lefuttatására, a beállított időtartományoknak megfelelően. Energetikai rendszerbe történő integrációját megkönnyíti, hogy telefon és internetes vonalon keresztül képes kommunikálni a teherelosztóval így távvezérlés útján is indítható illetve be lehet avatkozni a turbina működésébe.

bmelab_19_02.gif

2. ábra működési hatásvázlat [3]

A gázturbina teljesítmény adatai:


A gázturbina névleges villamos teljesítménye    30 kW (+0/-2)
Névleges teljesítményhez tartozó fordulatszám    96.000 1/min
Villamos teljesítményre vonatkoztatott hatásfok    26% (±2)
Fajlagos hőfogyasztás    13.800 kJ/kWh
Füstgázkilépő hőmérséklet    275 ºC
Füstgáz tömegáram    0,31 kg/s
Tüzelőanyaggal bevitt energia (metán esetén)    457.000 kJ/h
Füstgáz kilépő energia    327.000 kJ/h