Taustaa Kaasuturbiini kehitettiin alkujaan lentokonekäyttöön 1930-luvulla. 1950-luvulta alkaen kaasuturbiineita on käytetty myös sähköntuotannossa. Viime vuosikymmenten aikana kaasuturbiinivoimalaitokset ovat olleet eniten rakennettu laitostyyppi sähkön tuotantoon ja suosio näyttäisi edelleen jatkuvan. Laitoksien tehoskaala on laaja alle yhden megawatin mikroturbiineista suurempiin 250 megawatin voimalaitoksiin. Kaasuturbiineita on runsaasti huippukuormalaitoksina, mutta myös peruskuormalaitoksina.
Kehitys Lähitulevaisuudessa kehitystyöllä pyritään nostamaan hyötysuhdetta ja vähentämään päästöjä. Hyötysuhdetta pyritään kasvattamaan muun muassa nostamalla turbiinin sisäänmenolämpötila 1500 celsiusasteeseen kestävämpien materiaalien avulla. Lisäksi tavoitteena on päästä hyödyntämään matalaenergisiä ja epäpuhtaita kaasuja pienessä kokoluokassa.
Periaate Kaasuturbiinissa polttoaine syötetään turbiiniin, sytytetään ja laajentuva palamiskaasu työntää turbiinisiipiä edestään. Siivekkeet on kytketty akselille, jonka kautta pyörimisliike siirretään sähkögeneraattoriin.
Etuja ja haittoja Kaasuturbiinit ovat ominaisinvestoinneiltaan edullisia. Lisäksi käytettävyys ja luotettavuus ovat korkeita. Kaasuturbiinin haittana voidaan pitää sopivien polttoaineiden vähäisyyttä.
Prosessi Yksinkertaisessa kaasuturbiiniprosessissa on kolme vaihetta. Aluksi palamisilma paineistetaan kompressorissa ja syötetään edelleen polttokammioon. Polttokammiossa palamisilman joukkoon sekoitetaan polttoainekaasu ja seos sytytetään. Palamiskaasut paisuvat turbiinin läpi ja pyörittävät turbiinin siipiä.
Turbiini ja kompressori ovat samalla akselilla, jolloin turbiinin pyörimisellä saadaan vaadittava teho myös kompressorille. Turbiinin tuottama teho vähennettynä kompressorin vaatimalla teholla siirretään generaattorille, jolla tuotetaan sähköenergiaa.
Kaasuturbiinin sisäänmenolämpötila on noin 1250 astetta ja ulostulevan savukaasun 500-550 astetta. Savukaasujen happipitoisuus on myös korkea, 12 prosenttia. Voimalaitoksen sähköntuotantoa voidaan kasvattaa lisäämällä kaasuturbiinin perään höyryturbiini. Kaasuturbiinin ja höyryturbiinin yhdistelmää kutsutaan (kaasuturbiini)kombivoimalaitokseksi.
Savukaasujen sisältämä lämpö siirretään höyryyn lämmön talteenottokattilassa. Lisäksi savukaasujen korkea happipitoisuus voidaan hyödyntää lisäpoltossa. Lisäpoltto ei tosin ole sähköntuotannon hyötysuhteen kasvattamisen kannalta kovin tuottoisaa. Kombivoimalaitoksen käyttö lämmön ja sähkön yhteistuotannossa kasvattaa edelleen hyötysuhdetta.
Sähköntuotannon hyötysuhde on pelkällä kaasuturbiinilla noin 25-37 prosenttia. Osakuormilla hyötysuhde laskee melko nopeasti. Kun prosessiin lisätään höyryturbiini, hyötysuhde voi nousta jopa 58 prosenttiin. Saavutus on hyvä, sillä lauhdevoimalaitoksilla hyötysuhde on maksimissaan hiukan yli 40 prosenttia.
Palaminen Polttokammiossa palamisolosuhteet ovat vaativat. Paine on tyypillisesti 5-30 baaria ja viipymäaika lyhyt. Tämän vuoksi sisäänmenolämpötilan pitää olla korkea, mikä taas nostaa NOx-päästöjä. Päästöihin on pyritty vaikuttamaan muun muassa esisekoituspoltolla, jossa osa polttoilmasta sekoitetaan polttoaineen joukkoon ennen suutinta.
Kaasuturbiinin polttoaineeksi sopivat parhaiten kaasumaiset ja nestemäiset polttoaineet, kuten maakaasu, öljy, biokaasu, tuotekaasu kaasutuksesta ja teollisuuden prosessikaasut, joiden palamiskaasut ovat riittävän puhtaita. Savukaasut eivät saa liata eikä vaurioittaa kaasuturbiinia.
Lähdekirjallisuus
Energia Suomessa - Tekniikka, talous ja ympäristövaikutukset (3. painos). 2004. VTT. Edita Prima Oy. Helsinki.
Raiko, R. ja Kirvelä, K. 2005. Energiatekniikan perusteet. TTY. Tampere.
sivun alkuun