Elles comprennent un compresseur, une chambre de combustion, une turbine et un générateur électrique sur un seul arbre ou deux.Ils peuvent avoir un récupérateur capturant la chaleur perdue pour améliorer l’efficacité du compresseur, un refroidisseur intermédiaire et un réchauffeur.Ils tournent à plus de 40 000 RPM et une microturbine commune à un seul arbre tourne généralement à 90 000 à 120 000 RPM.Ils ont souvent un compresseur radial à un étage et une turbine radiale à un étage.Les récupérateurs sont difficiles à concevoir et à fabriquer car ils fonctionnent sous des différentiels de pression et de température élevés.
Les progrès de l’électronique permettent un fonctionnement sans surveillance et la technologie de commutation électronique de puissance élimine la nécessité de synchroniser le générateur avec le réseau électrique, ce qui lui permet d’être intégré à l’arbre de la turbine et de doubler le moteur de démarrage.Les turbines à gaz acceptent la plupart des carburants commerciaux, tels que l’essence, le gaz naturel, le propane, le carburant diesel et le kérosène, ainsi que les carburants renouvelables tels que l’E85, le biodiesel et le biogaz.Le démarrage au kérosène ou au diesel peut nécessiter un produit plus volatil comme le gaz propane.Les microturbines peuvent utiliser la microcombustion.
Les turbines à gaz de taille normale utilisent souvent des roulements à billes.Les températures de 1000 °C et les vitesses élevées des microturbines rendent la lubrification à l’huile et les roulements à billes peu pratiques ; elles nécessitent des paliers à air ou éventuellement des paliers magnétiques.Elles peuvent être conçues avec des roulements à feuille et un refroidissement par air fonctionnant sans huile de lubrification, liquides de refroidissement ou autres matériaux dangereux.
Pour maximiser le rendement à charge partielle, plusieurs turbines peuvent être démarrées ou arrêtées selon les besoins dans un système intégré.Les moteurs alternatifs peuvent réagir rapidement aux changements de besoins en puissance, tandis que les microturbines perdent plus d’efficacité à de faibles niveaux de puissance.Ils peuvent avoir un rapport puissance-poids plus élevé que les moteurs à piston, de faibles émissions et peu, voire une seule, pièce mobile.Les moteurs alternatifs peuvent être plus efficaces, être moins chers dans l’ensemble et utiliser généralement de simples paliers lisses lubrifiés par l’huile moteur.
Les microturbines peuvent être utilisées pour la cogénération et la production distribuée en tant que turboalternateurs ou turbogénérateurs, ou pour alimenter les véhicules électriques hybrides. La majorité de la chaleur résiduelle est contenue dans l’échappement à température relativement élevée, ce qui la rend plus simple à capter, tandis que la chaleur résiduelle des moteurs alternatifs est répartie entre son échappement et son système de refroidissement.La chaleur de l’échappement peut être utilisée pour le chauffage de l’eau, le chauffage des locaux, les processus de séchage ou les refroidisseurs à absorption, qui créent du froid pour la climatisation à partir de l’énergie thermique au lieu de l’énergie électrique.
EfficacitéEdit
Les microturbines ont des efficacités d’environ 15% sans récupérateur, de 20 à 30% avec et elles peuvent atteindre 85% d’efficacité thermique-électrique combinée en cogénération.L’efficacité thermique de la RGT3R de 300 kW de Niigata Power Systems récupérée atteint 32,5% tandis que la RGT3C de 360 kW non récupérée est à 16,3%.Capstone Turbine revendique un rendement électrique de 33 % du VHL pour sa C200S de 200 kW.
En 1988, le NEDO a lancé le projet de turbine à gaz en céramique dans le cadre du projet japonais New Sunshine : en 1999, la CGT302 à deux arbres récupérés de 311,6 kW de Kawasaki Heavy Industries a atteint un rendement de 42,1 % et une température d’entrée de turbine de 1350 °C.En octobre 2010, Capstone s’est vu attribuer par le département américain de l’énergie la conception d’une microturbine interrefroidie à deux étages dérivée de ses moteurs actuels de 200 kW et 65 kW pour une turbine de 370 kW visant un rendement électrique de 42 %.Des chercheurs de l’université de technologie de Lappeenranta ont conçu une microturbine à deux arbres interrefroidie et récupérée de 500 kW visant un rendement de 45 %.
