Verbrennungs- (Gas-) Turbinen sind Schlüsselkomponenten fortschrittlicher Systeme, die für neue elektrische Kraftwerke in den USA entwickelt wurden. Mit Gasturbinen werden Kraftwerke saubere, zunehmend kraftstoffeffiziente und relativ kostengünstige Energie liefern.Fortschrittliche turbinenbasierte Zyklen wie überkritische CO2-basierte (sCO2) Leistungszyklen haben das Potenzial für erhöhte Wärme-zu-Strom-Umwandlungswirkungsgrade, hohe Leistungsdichte und einfache Bedienung im Vergleich zu bestehenden dampfbasierten Leistungszyklen gezeigt. Der sCO2-Leistungszyklus nutzt kleine Turbomaschinen, ist kraftstoff- und / oder wärmequellenneutral und effizient.Das U.S. DOE setzt seine Bemühungen fort, die Grenzen der Turbinenleistung als Reaktion auf die zunehmenden Herausforderungen der Stromversorgung des Landes zu erweitern, indem es sich auf die zugrunde liegenden Faktoren konzentriert, die die Verbrennung, Aerodynamik / Wärmeübertragung und Materialien für fortschrittliche Turbinen und turbinenbasierte Leistungszyklen beeinflussen. Die Temperatur ist weiterhin das Hindernis für die Steigerung des Turbinenwirkungsgrades. Die im Rahmen des Programms verfolgte Forschung wird es den Turbinen ermöglichen, bei Temperaturen von mehr als 3100 ° F mit niedrigen NOx-Emissionen, erhöhter Leistung und Wirkungsgraden von über 65% zu arbeiten. Zu den Technologien, die diesen transformativen Sprung in den Fähigkeiten ermöglichen werden, gehören Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) für Tragflächen und Verbrennungskomponenten, ein fortschrittliches NOx-armes Mikromischer-Verbrennungssystem, das mehrere Brennstoffe bei unterschiedlichen Lasten effizient abfeuern und gleichzeitig die Emissionen niedrig halten kann, und Druckverstärkung Verbrennung. Die Druckgewinnverbrennung ist eine alternative Form der Verbrennung, die den Druck durch die Brennkammer im Vergleich zu Standardverbrennungstechniken erhöht, die zu einem Druckverlust führen. Die Integration dieser Technologie in eine Verbrennungsturbine könnte zu weiteren Leistungssteigerungen führen.
Überkritische CO2-Leistungszyklen mit fortschrittlichen Turbomaschinen könnten Effizienz- und Leistungsverbesserungen für einige fossile Energiekreisläufe bieten. Die Turbinen für diese Zyklen sind insofern einzigartig, als sie eine hohe Leistungsdichte, niedrigere Umfangsgeschwindigkeiten, eine hohe Schaufelbelastung und hohe Wellendrehzahlen aufweisen, die alle in die endgültigen Turbinenkonstruktionen einfließen werden. Der hohe Druck, die relativ hohe Temperatur, die Unsicherheit des CO2-Zustands nahe dem kritischen Punkt und die hohe Leistungsdichte stellen die überkritischen CO2-Turbomaschinen vor Designherausforderungen.Erweiterte ultrasuperkritische (AUSC) Leistungszyklen bieten Effizienz- und Leistungsverbesserungen für Dampfturbinen, die über 700 ° C und 220 bar Hauptdampftemperatur und -druck arbeiten. Dampfturbinenkonstruktionen für diese Zyklen und höher werden Turbomaschinen-Herausforderungen in Bezug auf Konstruktionsmaterialien, Wellenenddichtungen, Turbinenschaufeldichtungen und Turbinensteuer- / Bypassventile haben.
NETLABS
Das Advanced Turbine Program unterstützt Projekte zur Entwicklung neuer Technologien, die von der Industrie für Neubauten eingesetzt und an die bestehende Flotte angepasst werden können, und katalysiert eine Wissensbasis für die inländischen OEMs von Verbrennungs- und Dampfturbinen.Das National Energy Technology Laboratory (NETL) unterstützt fortschrittliche Verbrennungsturbinentechnologien wie druckverstärkende Verbrennung, innovative Kühldesigns, fortschrittliche Materialien und Verbrennungssysteme zur Befeuerung von Wasserstoff oder Mischungen aus Wasserstoff und Erdgas. Weitere Informationen zum Advanced Turbine Programm finden Sie hier.