Mikroturbiny na makroproblemy
Piotr Olszowiec na podstawie: Emily Burke -  Macro problem  Micro solution? , Power
Engineering International
(Energia Gigawat  maj 2003)
Rosnąca świadomość zagrożeń związanych z ochroną środowiska i zmianami klimatu na Ziemi
wymusza rygorystyczną kontrolę emisji gazów cieplarnianych ze z
ródeł energii.
Przy rozwiązywaniu problemów wynikających z nadmiernej uciążliwości procesów wytwarzania
energii dla środowiska naturalnego wzrasta rola stosunkowo nowych urządzeń energetycznych, a
mianowicie mikroturbin. Obszarem coraz szerszego ich stosowania staje się ostatnio gospodarka
odpadami, gdzie na składowiskach śmieci, oczyszczalniach ścieków, kompostowniach itp.
następuje biologiczna przemiana materii organicznej na tzw. biogaz.
Dotychczasowe próby energetycznego wykorzystania tego gazu odpadowego wykazały, że
najlepiej zadanie to mogą spełnić wspomniane mikroturbiny. W ślad za pierwszymi aplikacjami
mikroturbin do przetwarzania biogazu na energię elektryczną i cieplną, które zrealizowano w
roku 2000 w USA, w wielu krajach świata coraz częściej sięga się po tę wielce obiecującą
technologię. Na rynku dostępne są liczne konstrukcje takich producentów jak Capstone Turbine,
Ingersoll-Rand, Turbec i Bowman o mocach jednostkowych do 100 kW. Największy z nich,
Capstone Turbine (Los Angeles), wyprodukował dotychczas ponad 2400 mikroturbin
przystosowanych do spalania różnych paliw jak gaz ziemny, olej napędowy czy nafta. Ponad
dwieście urządzeń skonstruowano specjalnie dla nowego paliwa tj. biogazu.
Pierwsze pokazowe próby pracy mikroturbin zasilanych biogazem przeprowadzono 3 lata temu
na jednym z największych na świecie składowisk odpadów w Puente Hills w Los Angeles oraz
w jednej z kalifornijskich oczyszczalni ścieków. W pierwszym z tych obiektów wykorzystano
gaz odpadowy o zawartości 35% metanu i 15% tlenu. Uzyskane wyniki przerosły oczekiwania:
zamiast spodziewanej emisji tlenków azotu rzędu 9 ppm osiągnięto wartość 1,3 ppm oraz emisję
tlenku węgla 36 ppm i metanu 2,2 ppm. Czystość spalin okazała się znacznie wyższa niż przy
jakimkolwiek innym stosowanym sposobie utylizacji biogazu (m.in. w silnikach spalinowych lub
spalaniu w palnikach). Uzyskany poziom emisji NOx 1,3 ppm jest zbliżony do wskaz
nika
osiąganego przez  superczyste ogniwa paliwowe, jednak wartość poniesionych nakładów w
obu technologiach jest nieporównywalna (na korzyść mikroturbin).
Pod względem wpływu na efekt cieplarniany metan jest ponad 20 razy bardziej szkodliwy od
dwutlenku węgla. Biogaz ulatnia się ze swoich z
ródeł do atmosfery jako wilgotny, oddziałujący
korozyjnie gaz o niskim ciśnieniu. Dla prawidłowej pracy mikroturbin wymagane jest jego
oczyszczenie, osuszenie i wstępne sprężenie. Dlatego typowa instalacja zasilania mikroturbin
biogazem obejmuje separator cieczy, sprężarkę, osuszacz schładzający, filtr grafitowy do
usuwania związków krzemu i regulator ciśnienia z filtrem koagulacyjnym. Wszystkie urządzenia
wykonuje się z nierdzewnej stali odpornej na korozyjne działanie siarkowodoru. Dla samych
mikroturbin dopuszcza się zawartość siarkowodoru w biogazie nie większą od 700 ppm.
Dotychczasowa eksploatacja mikroturbin ze spalaniem biogazu (najstarsze z nich przepracowały
ok. 25.000 godzin) potwierdziła wyższość tej technologii w stosunku do silników tłokowych.
Dla mikroturbin niższe są koszty konserwacji i napraw. W odróżnieniu od mikroturbin, silniki
tłokowe wymagają określonej minimalnej wartości opałowej zużywanego gazu i dlatego zwykle
pracują z dosilaniem gazem ziemnym lub propanem.
Wprawdzie dla mikroturbin konieczne jest większe sprężenie i osuszenie biogazu, lecz w zamian
odznaczają się one licznymi zaletami:
- niższa dopuszczalna kaloryczność paliwa (zbędne staje się uzupełnianie go innym gazem)
- zdecydowanie niższa emisja zanieczyszczeń (NOx i CH4)
- przeznaczenie do ciągłej pracy z pełnym obciążeniem
- mała liczba elementów ruchomych (w niektórych maszynach dosłownie jedna część
ruchoma)
- niewielka moc jednostkowa ułatwia realizację przedsięwzięć o dowolnej skali w zakresie od
kilkudziesięciu kW do kilku MW
- brak urządzeń do oczyszczania spalin
- niektóre typy nie wymagają oleju i aparatury z nim związanej.
Do rozwoju tej nowej gałęzi energetyki odnawialnej dużą wagę przywiązuje, oprócz
producentów i potencjalnych użytkowników, także Departament Energetyki USA. Dzięki jego
finansowaniu firmy Flex Energies i Capstone opracowują wersję mikroturbin przeznaczonych do
utylizacji biogazu z niewielkich z
ródeł z wyeliminowaniem konieczności jego sprężania.
W niedalekiej przyszłości pojawią się następne, jeszcze doskonalsze konstrukcje tych maszyn.
Jednak już teraz ich producenci i użytkownicy mogą odczuwać satysfakcję, że setki ich urządzeń
usuwa szkodliwe dla środowiska gazy bardziej skutecznie od innych technologii, wytwarzając
przy tym na miejscu tanią, ekologicznie czystą energię.