Zárt ciklusú gázturbina

CCGT sémarajz

C kompresszor és T turbina
w nagy hőfokú hőcserélő
ʍ alacsony hőfokú hőcserélő
~ mechanikai terhelés, pl. generátor

A zárt ciklusú gázturbina (angolul: Closed-cycle gas turbine, röviden: CCGT) egy zárt termodinamikai rendszer részeként működő olyan forgó hőerőgép, mely gázt (pl. levegő, nitrogén, hélium, argon,[1][2] stb.) használ fel munkaközegként. A hőt külső forrásból biztosítják a turbina számára.[3] Az ilyen körfolyamatba illeszkedő turbinák a Brayton–Joule-ciklus szerint működnek.[4][5]

Háttér

A legelső, CCGT-re vonatkozó szabadalmat 1935-ben nyújtották be és legelőször 1939-ben valósították meg üzleti alapon.[3] 1978-ra hét CCGT egység épült Svájcban és Németországban.[2] Az első időkben a CCGT-ket külső égésű, feketekőszénnel, barnakőszénnel, nagyolvasztói hulladékgázzal (BFG) meghajtott motorokban használták, azonban a tisztaégésű üzemanyagokat (pl. tüzelőolaj és földgáz) használó nyílt ciklusú gázturbinák (OCGT) kiszorították őket, különösen a nagyhatásfokú kombinált ciklusú rendszerek.[3] A levegőalapú CCGT rendszerek nagy rendelkezésre állást és megbízhatóságot mutatnak.[6] Mindezidáig a legjelentősebb héliumalapú rendszer az 1975 és 1987 között Németországban üzemelt Oberhausen 2 50MW-os kogenerációs erőmű volt.[7] Európához képest az Amerikai Egyesült Államokban a CCGT technológia csak kevéssé ismert.[8]

Atomenergetika

A gázhűtéses atomreaktorok héliumalapú CCGT turbinákkal való felszerelését már 1945-ben felvetették.[8] Az 1960-as évek elején az "ML-1" katonai kísérleti atomreaktor nitrogénalapú CCGT turbinával, mintegy 0,9 MPa nyomáson működött.[9] A jövőbeni, negyedik generációs (Gen IV) atomreaktoroknál CCGT turbinákat fognak alkalmazni villamosenergia termelésre,[3] így például a Flibe Energy folyékony sóolvadékos tóriumreaktorában (LFTR) CCGT-t tervez használni.[10]

Fejlesztés

A CCGT turbinák ígéretesnek látszanak a jövőbeni nagy hőfokú naperőművekben,[3] illetve a fúziós reaktorok villamosenergia termelő berendezéseiként.[2] Használhatónak tűnik továbbá a hosszútávú űrutazás terén is.[11] Szuperkritikus szén-dioxid alapú CCGT turbinákat is fejlesztenek, melynek előnye az alacsonyabb hőmérséklet és az hasonló hatásfok, mint a héliumalapú Brayton–Joule-ciklus esetén (850 °C helyett 550 °C), hátránya pedig a magasabb nyomás (8 MPa helyett 20 MPa). A Sandia National Laboratories célja egy 10 MW villamos teljesítményű szuperkritikus CO2 alapú CCGT demonstrációs projekt megvalósítása 2019-re.[12]

Jegyzetek

1. Adams, Rod: Nitrogen or Air Versus Helium for Nuclear Closed Cycle Gas Turbines (angol nyelven). Atomic Insights , 2009. április 7. (Hozzáférés: 2019. november 19.)
2. R. Schleicher; A. R. Raffray, C. P. Wong: AN ASSESSMENT OF THE BRAYTON CYCLE FOR HIGH PERFORMANCE POWER PLANTS (angol nyelven). UCSD . [2010. június 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. november 19.)
3. Frutschi, Hans Ulrich. Closed-Cycle Gas Turbines (angol nyelven). ASME Press (2005). ISBN 0-7918-0226-4. Hozzáférés ideje: 2019. november 19. 
4. Thermodynamics and Propulsion, 3.7 Brayton Cycle (angol nyelven). Massachusetts Institute of Technology . (Hozzáférés: 2019. november 19.)
5. Hee Cheon No; Ji Hwan Kim, Hyeun Min kim: A REVIEW OF HELIUM GAS TURBINE TECHNOLOGY FOR HIGH-TEMPERATURE GAS-COOLED REACTORS (angol nyelven). KAIST, 2007. január 26. (Hozzáférés: 2019. november 19.)^[halott link]
6. Keller, C. (1978). „Forty years of experience on closed-cycle gas turbines” (angol nyelven). Annals of Nuclear Energy 5 (8–10), 405–422. o. DOI:10.1016/0306-4549(78)90021-X. 
7. Weltmann, Stephanie: Strom aus Holz (német nyelven), 2010. november 23. (Hozzáférés: 2019. november 19.)
8. McDonald, C. F. (2012). „Helium turbomachinery operating experience from gas turbine power plants and test facilities” (angol nyelven). Applied Thermal Engineering 44, 108–181. o. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2012.02.041. (Hozzáférés: 2019. november 19.) 
9. Adams, Rod: ML-1 Mobile Power System: Reactor in a Box (angol nyelven). Atomic Insights , 2019. február 1. (Hozzáférés: 2019. november 19.)
10. Kirk Sorensen, Kirk Dorius: Introduction to Flibe Energy (angol nyelven). Flibe Energy, Inc., 2011. május 12. [2012. április 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. november 19.)
11. Langston, Lee S. (1997). „Introduction to Gas Turbines for Non-Engineers” (angol nyelven). Global Gas Turbine News Vol.37 (No.2), Kiadó: University of Connecticut. 
12. Supercritical CO2-Brayton Cycle (angol nyelven). energy.sandia.gov . [2019. január 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. november 19.)

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Closed-cycle gas turbine című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.