6 kW:n mikrokaasuturbiinin testilaitteen parantaminen
Nuutinen, Toni (2017)
Kandidaatintyö
2017
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019120245223
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019120245223
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutustutaan ensin yleisesti kaasuturbiineihin, tutustutaan niiden termodynamiikkaan, teoriaan ja niiden toimintaan. Työssä tutkitaan erilaisia polttoainevaihtoehtoja ja mietitään tapoja parantaa Lappeenrannan Teknillisessä Yliopistossa suunnitellun mikrokaasuturbiinin prototyypin toimintaa, käytettävyyttä ja hyötysuhdetta käyttämällä yleisiä kaasuturbiinin hyötysuhteen parantamiskeinoja.
Kaasuturbiini on virtauslaite, joka muuttaa polttoaineen kemiallisen energian lämmöksi ja mekaaniseksi energiaksi. Mikrokaasuturbiineiksi luokitellaan kaasuturbiinit, jotka kuuluvat teholuokkaan 0–150 kW. Mikrokaasuturbiineilla on energiantuotannossa pienessä mittakaavassa etuja muihin energiantuotantomuotoihin verrattuna. Ne on pienikokoisia, niissä on hyvä teho-paino-suhde, vähän liikkuvia osia ja niissä voi käyttää erilaisia polttaineita.
Mikrokaasuturbiinien hyötysuhdetta voidaan parantaa monilla keinoilla. Prototyypin valttina on pieni koko ja paino, se on helppo yhden ihmisen kantaa tarvittavaan paikkaan, joten ainoana hyvänä keinona olisi matalan asteen rekuperaattorin käyttö. Muut keinot lisäävät laitteen kokoa ja painoa merkittävästi. Suuremman hyödyn saisi suunnittelemalla paljon häviöitä aiheuttavat ja huonolla hyötysuhteella toimivat komponentit uudestaan. Prototyypin käytettävyyttä voidaan myös parantaa käyttäjäystävällisemmäksi sekä sen kokoa saadaan pienennettyä ja painoa vähennettyä merkittävästi kaupalliseen versioon.
Tällä hetkellä prototyyppi käyttää kerosiinia polttoaineena, mutta biodieselin ja kasviöljyn käyttöä vaihtoehtoisena polttoaineena voitaisiin kokeilla ilman suuria rakenteellisia muutoksia.
Kaasuturbiini on virtauslaite, joka muuttaa polttoaineen kemiallisen energian lämmöksi ja mekaaniseksi energiaksi. Mikrokaasuturbiineiksi luokitellaan kaasuturbiinit, jotka kuuluvat teholuokkaan 0–150 kW. Mikrokaasuturbiineilla on energiantuotannossa pienessä mittakaavassa etuja muihin energiantuotantomuotoihin verrattuna. Ne on pienikokoisia, niissä on hyvä teho-paino-suhde, vähän liikkuvia osia ja niissä voi käyttää erilaisia polttaineita.
Mikrokaasuturbiinien hyötysuhdetta voidaan parantaa monilla keinoilla. Prototyypin valttina on pieni koko ja paino, se on helppo yhden ihmisen kantaa tarvittavaan paikkaan, joten ainoana hyvänä keinona olisi matalan asteen rekuperaattorin käyttö. Muut keinot lisäävät laitteen kokoa ja painoa merkittävästi. Suuremman hyödyn saisi suunnittelemalla paljon häviöitä aiheuttavat ja huonolla hyötysuhteella toimivat komponentit uudestaan. Prototyypin käytettävyyttä voidaan myös parantaa käyttäjäystävällisemmäksi sekä sen kokoa saadaan pienennettyä ja painoa vähennettyä merkittävästi kaupalliseen versioon.
Tällä hetkellä prototyyppi käyttää kerosiinia polttoaineena, mutta biodieselin ja kasviöljyn käyttöä vaihtoehtoisena polttoaineena voitaisiin kokeilla ilman suuria rakenteellisia muutoksia.