माइक्रो टर्बाइन

एक माइक्रोटर्बाइन (एमटी) एक छोटी गैस टर्बाइन  है जिसमें एक भारी गैस टरबाइन के समान चक्र और घटक होते हैं। एमटी पावर-टू-वेट अनुपात भारी गैस टर्बाइन से बेहतर है क्योंकि टर्बाइन व्यास में कमी शाफ्ट घूर्णन गति में वृद्धि का कारण बनती है। वितरित बिजली अनुप्रयोगों के लिए भारी गैस टरबाइन जनरेटर बहुत बड़े और बहुत महंगे हैं, इसलिए एमटी को छोटे पैमाने पर बिजली जैसे बिजली उत्पादन के लिए या संयुक्त शीतलन, ताप और बिजली (सीसीएचपी) प्रणालियों के रूप में विकसित किया जाता है। एमटी 25 से 500  किलोवाट्ट   गैस टर्बाइन  हैं जो पिस्टन इंजन  टर्बोचार्जर, विमान सहायक बिजली इकाइयों (एपीयू) या छोटे  जेट इंजिन , एक रे फ्रिज रेटर के आकार से विकसित हुए हैं। 30-70 kW के शुरुआती टर्बाइन बढ़कर 200-250 kW हो गए।

डिजाइन


उनमें एक या दो शाफ्ट पर एक कंप्रेसर,  दहनशील ,  टर्बाइन  और विद्युत जनरेटर शामिल हैं। कंप्रेसर दक्षता, एक intercooler  और  गरम करना  में सुधार करने के लिए उनके पास अपशिष्ट गर्मी को पकड़ने वाला एक पुनरावर्तक हो सकता है। वे प्रति मिनट 40,000 से अधिक चक्कर लगाते हैं और एक सामान्य एकल शाफ्ट माइक्रोटर्बाइन आमतौर पर 90,000 से 120,000 RPM पर घूमते हैं। उनके पास अक्सर एक सिंगल स्टेज रेडियल कंप्रेसर  और सिंगल स्टेज  रेडियल टरबाइन  होता है। रिक्यूपरेटर को डिजाइन और निर्माण करना मुश्किल होता है क्योंकि वे उच्च दबाव और तापमान के अंतर के तहत काम करते हैं।

इलेक्ट्रॉनिकी में उन्नति अप्राप्य संचालन की अनुमति देती है और इलेक्ट्रॉनिक पावर स्विचिंग तकनीक जनरेटर को पावर ग्रिड के साथ सिंक्रनाइज़ करने की आवश्यकता को समाप्त करती है, जिससे इसे टरबाइन शाफ्ट के साथ एकीकृत किया जा सकता है और स्टार्टर मोटर के रूप में दोगुना हो सकता है।

गैस टर्बाइन पेट्रोल,  प्राकृतिक गैस ,  प्रोपेन ,  डीजल ईंधन  और मिट्टी के तेल के साथ-साथ  E85 ,  बायोडीजल  और  बायोगैस  जैसे नवीकरणीय ईंधन जैसे अधिकांश वाणिज्यिक ईंधन स्वीकार करते हैं। मिट्टी के तेल या डीजल से शुरू करने के लिए प्रोपेन गैस जैसे अधिक वाष्पशील उत्पाद की आवश्यकता हो सकती है। माइक्रोटर्बाइन सूक्ष्म दहन  का उपयोग कर सकते हैं।

पूर्ण आकार के गैस टर्बाइन अक्सर बॉल बेयरिंग का उपयोग करते हैं। 1000 °C तापमान और माइक्रोटर्बाइन की उच्च गति तेल स्नेहन और बॉल बेयरिंग को अव्यावहारिक बना देती है; उन्हें वायु असर  या संभवतः चुंबकीय बियरिंग की आवश्यकता होती है। उन्हें तेल, शीतलक  या अन्य खतरनाक सामग्री के स्नेहन के बिना पन्नी बीयरिंग और एयर कूलिंग संचालन के साथ डिजाइन किया जा सकता है।

अंश-भार इंजन दक्षता  को अधिकतम करने के लिए, एक एकीकृत  प्रणाली  में आवश्यकतानुसार कई टर्बाइनों को शुरू या बंद किया जा सकता है। प्रत्यागामी इंजन बिजली की आवश्यकता में बदलाव के लिए तेजी से प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जबकि माइक्रोटर्बाइन कम बिजली के स्तर पर अधिक दक्षता खो देते हैं। पिस्टन इंजन, कम उत्सर्जन और कुछ, या सिर्फ एक, चलने वाले हिस्से की तुलना में उनके पास उच्च शक्ति-से-भार अनुपात  हो सकता है। रेसिप्रोकेटिंग इंजन अधिक कुशल हो सकते हैं, समग्र रूप से सस्ते हो सकते हैं और आम तौर पर मोटर तेल  द्वारा लुब्रिकेट किए गए साधारण  ज़र्नल बीयरिंग  का उपयोग करते हैं।

माइक्रोटर्बाइन का उपयोग सह-उत्पादन  और वितरित उत्पादन के लिए टर्बो अल्टरनेटर या टर्बोजेनरेटर के रूप में या  हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन ों को शक्ति देने के लिए किया जा सकता है। अपशिष्ट ऊष्मा का अधिकांश भाग अपेक्षाकृत उच्च तापमान निकास में समाहित होता है, जिससे इसे पकड़ना आसान हो जाता है, जबकि प्रत्यागामी इंजन अपशिष्ट ऊष्मा इसके निकास और शीतलन प्रणाली के बीच विभाजित हो जाती है। निकास गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने, अंतरिक्ष को गर्म करने, सुखाने की प्रक्रिया या अवशोषण चिलर  के लिए किया जा सकता है, जो विद्युत ऊर्जा के बजाय ताप ऊर्जा से एयर कंडीशनिंग के लिए ठंड पैदा करते हैं।

दक्षता
माइक्रोटर्बाइन में एक रिक्यूपरेटर के बिना लगभग 15% दक्षता होती है, एक के साथ 20 से 30% और वे कोजेनरेशन में 85% संयुक्त थर्मल-इलेक्ट्रिकल दक्षता तक पहुंच सकते हैं। पुन:प्राप्त IHI Corporation  300-kW RGT3R तापीय दक्षता 32.5% तक पहुँच जाती है जबकि 360 kW गैर-पुनर्प्राप्ति RGT3C 16.3% पर है। कैपस्टोन टर्बाइन अपने 200 kW C200S के लिए 33% कम ताप मूल्य विद्युत दक्षता का दावा करता है। 1988 में, नई ऊर्जा और औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन  ने जापानी  नई सनशाइन परियोजना  के भीतर  सिरेमिक इंजीनियरिंग  गैस टर्बाइन प्रोजेक्ट शुरू किया: 1999 में रिकवरेटेड ट्विन-शाफ्ट 311.6 kW  कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज  CGT302 ने 42.1% दक्षता और 1350 °C टर्बाइन इनलेट हासिल किया  तापमान । अक्टूबर 2010 में, कैपस्टोन को अमेरिकी ऊर्जा विभाग  द्वारा 42% विद्युत दक्षता को लक्षित करने वाले 370 kW टर्बाइन के लिए अपने वर्तमान 200 kW और 65 kW इंजन से प्राप्त दो-चरण इंटरकूल्ड माइक्रोटर्बाइन का डिज़ाइन प्रदान किया गया था। लैपिन्रांता प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने 500 kW इंटरकूल्ड को डिज़ाइन किया और 45% दक्षता के लक्ष्य के साथ दो-शाफ़्ट माइक्रोटर्बाइन को फिर से तैयार किया।

बाजार
फॉरकास्ट इंटरनेशनल ने 2008 से 2032 तक इकाई उत्पादन द्वारा कैपस्टोन टर्बाइन के लिए 51.4% बाजार हिस्सेदारी की भविष्यवाणी की है, इसके बाद 19.4% के साथ ब्लैडन जेट्स, 13.6% के साथ  समुद्री टर्बाइन टेक्नोलॉजीज , 10.9% के साथ  फ्लेक्स एनर्जी  और 4.5% के साथ  अंसाल्डो एनर्जी  है।

अल्ट्रा माइक्रो
MIT ने 1990 के दशक के मध्य में अपनी मिलीमीटर आकार की टरबाइन इंजन परियोजना शुरू की जब एरोनॉटिक्स और एस्ट्रोनॉटिक्स के प्रोफेसर एलन एच। एपस्टीन ने एक व्यक्तिगत टरबाइन बनाने की संभावना पर विचार किया, जो एक आधुनिक व्यक्ति की विद्युत आवश्यकताओं की सभी मांगों को पूरा करने में सक्षम होगा, जैसे एक बड़ा टर्बाइन एक छोटे शहर की बिजली की मांग को पूरा कर सकता है। इन नई माइक्रोटर्बाइनों में गर्मी लंपटता और उच्च गति वाले बीयरिंगों के साथ  समस्याएं उत्पन्न हुई हैं। इसके अलावा, उनकी अपेक्षित दक्षता बहुत कम 5-6% है। प्रोफेसर एपस्टीन के अनुसार, वर्तमान वाणिज्यिक ली-आयन रिचार्जेबल बैटरी लगभग 120-150 W·h/kg वितरित करती हैं। MIT का मिलीमीटर आकार का टर्बाइन निकट अवधि में 500-700 W·h/kg वितरित करेगा, जो लंबी अवधि में बढ़कर 1200-1500 W∙h/kg हो जाएगा। बेल्जियन ल्यूवेन के कैथोलिक विश्वविद्यालय  द्वारा निर्मित एक समान माइक्रोटर्बाइन में 20 मिमी का रोटर व्यास है और लगभग 1000 डब्ल्यू का उत्पादन करने की उम्मीद है।

विमान
Safran -समर्थित फ्रांसीसी स्टार्टअप टर्बोटेक एक 73-kW (98-shp) टर्बोप्रॉप विकसित कर रहा है, जो एक पिस्टन इंजन के समान ब्रेक विशिष्ट ईंधन की खपत  के लिए 10 से 30% तक दक्षता में सुधार करने के लिए एक रिक्यूपरेटर के साथ है, लेकिन 55 किग्रा पर 30 किग्रा हल्का है। 120 पौंड) और कूलिंग ड्रैग के बिना। प्रत्यक्ष परिचालन लागत, टर्बोटेक का कहना है, अधिक विविध ईंधन और कम रखरखाव के कारण 4,000 घंटे में ओवरहाल के बीच दोगुने समय के साथ 30% तक कम किया जाना चाहिए। हाई-एंड  हल्के  टू-सीटर और  मानव रहित विमान ों के लिए लक्षित, यह प्रतिस्पर्धी  रोटैक्स 912  की तुलना में थोड़ा अधिक महंगा होगा, लेकिन अपने जीवन चक्र पर उतना ही प्रतिस्पर्धी होना चाहिए। एक  VTOL  टू-सीटर के लिए, एक 55 kW टर्बोजेनरेटर का वज़न 1 टन बैटरी के बजाय 2.5 घंटे की सहनशक्ति के लिए ईंधन के साथ 85 किग्रा होगा। 2016-17 में एक प्रदर्शक चला और 2018 की दूसरी छमाही में 2019 की दूसरी छमाही में  उड़ान परीक्षण  और 2020 की पहली छमाही में पहली डिलीवरी से पहले ग्राउंड-परीक्षण शुरू हुआ। 2025 तक 1,000-इंजन वार्षिक उत्पादन के लिए पेरिस  के पास टौसस-ले-नोबल हवाई अड्डे में अंतिम असेंबली लाइन बनाई गई थी। एक 30% दक्षता एक के बराबर है g/kWh ईंधन की खपत 42.7 MJ/kg ईंधन के साथ। 64 kg }} TP-R90 टर्बोप्रॉप या TG-R90 टर्बोजेनरेटर आउटपुट कर सकता है 90 kW और जलता है 18-25 L क्रूज में प्रति घंटे जेट ईंधन का। चेक PBS Velká Bíteš अपने 180 kW (241 HP) TP100 टर्बोप्रॉप  का वज़न 61.6 kg (135.8 lb) अल्ट्रालाइट और  UAV  के लिए पेश करता है, जो 515 g/kWh (0.847 lb/hp/hr) की खपत करता है। यह इसके बराबर है 42.7 MJ/kg ईंधन के साथ दक्षता का%।

मियामी स्थित यूएवी टर्बाइन  ने इसे विकसित किया 40 hp मोनार्क RP (पहले UTP50R) ने लगभग टर्बोप्रॉप को पुनः प्राप्त किया 1,320 lb-ग्रॉस वेट एयरक्राफ्ट, जिसका  टाइगर शार्क एक्सपी  यूएवी पर परीक्षण किया जाएगा। 10 दिसंबर 2019 को, कंपनी ने अपने मोनार्क हाइब्रिड रेंज एक्सटेंडर, एक 33shp (25kW) हाइब्रिड इलेक्ट्रिक विमान  का अनावरण किया। इसके मोनार्क 5 टरबाइन पर आधारित हाइब्रिड-इलेक्ट्रिक डेमोंस्ट्रेटर का सितंबर में अनावरण किया गया। 27 kg इंजन के लिए और 54 kg पूरे सिस्टम के लिए।

हाइब्रिड वाहन
जब विस्तारित रेंज वाले इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किया जाता है, तो स्थिर दक्षता दोष कम महत्वपूर्ण होता है, क्योंकि गैस टरबाइन को अधिकतम शक्ति पर या उसके पास चलाया जा सकता है, एक अल्टरनेटर चलाकर या तो व्हील मोटर्स के लिए या बैटरी के लिए, गति के लिए उपयुक्त और बैटरी राज्य। बैटरियां व्हील मोटर्स को आवश्यक मात्रा में बिजली देने में बफर (ऊर्जा भंडारण) के रूप में कार्य करती हैं, जिससे गैस टरबाइन की थ्रॉटल प्रतिक्रिया अप्रासंगिक हो जाती है।

इसके अलावा, एक महत्वपूर्ण या चर-गति गियरबॉक्स की कोई आवश्यकता नहीं है; तुलनात्मक रूप से उच्च गति पर एक अल्टरनेटर को चालू करने से छोटे और हल्के अल्टरनेटर की अनुमति मिलती है, अन्यथा मामला नहीं होगा। गैस टर्बाइन और इसके फिक्स्ड स्पीड गियरबॉक्स का बेहतर पावर-टू-वेट अनुपात, टोयोटा प्रियस (1.8 लीटर पेट्रोल इंजन) या शेवरले वोल्ट (1.4 लीटर पेट्रोल इंजन) की तुलना में बहुत हल्का प्राइम मूवर की अनुमति देता है। यह बदले में बैटरी के भारी वजन को ले जाने की अनुमति देता है, जो लंबी इलेक्ट्रिक-ओनली रेंज की अनुमति देता है। वैकल्पिक रूप से, वाहन भारी, सस्ती लेड एसिड बैटरी या सुरक्षित लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी  का उपयोग कर सकता है।

विस्तारित श्रेणी के इलेक्ट्रिक वाहनों में, जैसे कि योजना बनाई गई थी लैंड-रोवर/रेंज-रोवर द्वारा ब्लैडन के संयोजन में, या जगुआर द्वारा भी ब्लैडन के साथ साझेदारी में, बहुत खराब थ्रॉटलिंग प्रतिक्रिया (घूर्णी जड़ता का उनका उच्च क्षण) मायने नहीं रखता, क्योंकि गैस टर्बाइन, जो 100,000 आरपीएम पर कताई कर सकता है, सीधे पहियों से यांत्रिक रूप से जुड़ा नहीं है। यह खराब थ्रॉटलिंग प्रतिक्रिया थी जिसने 1950 रोवर गैस टरबाइन-संचालित प्रोटोटाइप मोटर कार को इतना खराब कर दिया था, जिसमें चालक द्वारा मांगे जाने पर अचानक बिजली स्पाइक्स प्रदान करने के लिए एक मध्यवर्ती इलेक्ट्रिक ड्राइव ट्रेन का लाभ नहीं था।