Sie bestehen aus einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und einem elektrischen Generator auf einer oder zwei Wellen.Sie können mit einem Rekuperator ausgestattet sein, der die Abwärme auffängt, um den Wirkungsgrad des Verdichters zu verbessern, sowie mit einem Zwischenkühler und einer Zwischenüberhitzung. Sie drehen sich mit mehr als 40.000 Umdrehungen pro Minute, während eine gewöhnliche einwellige Mikroturbine in der Regel mit 90.000 bis 120.000 Umdrehungen pro Minute rotiert. Sie haben oft einen einstufigen Radialverdichter und eine einstufige Radialturbine.Rekuperatoren sind schwierig zu konstruieren und herzustellen, da sie unter hohen Druck- und Temperaturunterschieden arbeiten.
Fortschritte in der Elektronik ermöglichen einen unbeaufsichtigten Betrieb, und dank elektronischer Leistungsschalttechnik muss der Generator nicht mehr mit dem Stromnetz synchronisiert werden, so dass er in die Turbinenwelle integriert werden und als Anlasser fungieren kann.
Gasturbinen können mit den meisten handelsüblichen Kraftstoffen betrieben werden, wie Benzin, Erdgas, Propan, Dieselkraftstoff und Kerosin sowie mit erneuerbaren Kraftstoffen wie E85, Biodiesel und Biogas.Für den Start mit Kerosin oder Diesel kann ein flüchtigeres Produkt wie Propangas erforderlich sein.
Mikroturbinen können mit Mikroverbrennung arbeiten.
Große Gasturbinen verwenden häufig Kugellager.
Die Temperaturen von 1000 °C und die hohen Drehzahlen von Mikroturbinen machen Ölschmierung und Kugellager unpraktisch; sie benötigen Luftlager oder möglicherweise Magnetlager.Sie können mit Folienlagern und Luftkühlung konstruiert werden, die ohne Schmieröl, Kühlmittel oder andere gefährliche Stoffe auskommen.
Um den Wirkungsgrad im Teillastbereich zu maximieren, können mehrere Turbinen in einem integrierten System nach Bedarf gestartet oder gestoppt werden.Hubkolbenmotoren können schnell auf Änderungen des Leistungsbedarfs reagieren, während Mikroturbinen bei niedriger Leistung an Effizienz verlieren.
Sie haben ein höheres Leistungsgewicht als Kolbenmotoren, niedrige Emissionen und nur wenige oder nur ein einziges bewegliches Teil.
Hubkolbenmotoren können effizienter und insgesamt billiger sein und verwenden in der Regel einfache Gleitlager, die mit Motoröl geschmiert werden.
Mikroturbinen können für die Kraft-Wärme-Kopplung und die dezentrale Stromerzeugung als Turbogeneratoren oder Turbogeneratoren oder zum Antrieb von Hybrid-Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Der größte Teil der Abwärme ist im Abgas mit relativ hoher Temperatur enthalten und lässt sich daher leichter auffangen, während die Abwärme von Kolbenmotoren auf das Abgas und das Kühlsystem aufgeteilt wird; die Abwärme kann für die Warmwasserbereitung, die Raumheizung, für Trocknungsprozesse oder für Absorptionskältemaschinen genutzt werden, die Kälte für die Klimatisierung aus Wärmeenergie statt aus elektrischer Energie erzeugen.
WirkungsgradBearbeiten
Mikroturbinen haben ohne Rekuperator einen Wirkungsgrad von etwa 15 %, mit Rekuperator 20 bis 30 %, und sie können in Kraft-Wärme-Kopplung einen kombinierten thermisch-elektrischen Wirkungsgrad von 85 % erreichen. Die 300-kW-RGT3R von Niigata Power Systems mit Rekuperator erreicht einen thermischen Wirkungsgrad von 32,5 %, während die 360-kW-RGT3C ohne Rekuperator bei 16,3 % liegt.Capstone Turbine gibt einen elektrischen Wirkungsgrad von 33 % des LHV für seine 200-kW-Turbine C200S an.
Im Jahr 1988 startete die NEDO im Rahmen des japanischen New-Sunshine-Projekts das Projekt für Keramik-Gasturbinen: 1999 erreichte die rekuperierte 311,6-kW-Doppelwelle Kawasaki Heavy Industries CGT302 einen Wirkungsgrad von 42,1 % und eine Turbineneintrittstemperatur von 1350 °C.Im Oktober 2010 wurde Capstone vom US-Energieministerium mit der Entwicklung einer zweistufigen, zwischengekühlten Mikrogasturbine beauftragt, die von den derzeitigen 200-kW- und 65-kW-Motoren abgeleitet ist und eine 370-kW-Turbine mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 42 % erreichen soll.
Forscher der Technischen Universität Lappeenranta haben eine 500-kW-Mikrogasturbine mit Zwischenkühlung und Rekuperation mit zwei Wellen entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 45 % erreichen soll.
