Aurelia Turbines kehittää ja valmistaa pieniä kaasuturbiineja, joissa voi käyttää monia erilaisia polttoaineita.
Sekä kaasuturbiinit että mäntämoottorit ovat polttomoottoreita, jossa polttoaineen palamisesta saatava energia muutetaan mekaaniseksi liikkeeksi. Teollisuudessa ja voimantuotannossa käytettävät kaasuturbiinit ja autoista tutut mäntämoottorit ovat kuitenkin rakenteellisesti hyvin erilaisia.
Mitä ovat kaasuturbiinit?
- Kaasuturbiini on lämpövoimakone: polttamalla kaasua tai nestemäistä polttoainetta polttokammiossa käytetään turbiinia, joka on yhdistetty akselilla ilmaa polttokammioon puristavaan ahtimeen.
- Kaasuturbiinit perustuvat jatkuvaan palamiseen, jossa laajenevat palamiskaasut pyörittävät polttokammiosta poistuessaan akselia turbiinisiivistön (aksiaaliturbiinit) tai turbiinipyörän (radiaaliturbiinit) kautta. Akselin pyörimisen avulla paineistetaan ilmaa polttokammiossa poltettavaksi ja voidaan esimerkiksi tuottaa sähköä generaattorissa.
- Kaasuturbiini-generaattori-yhdistelmillä tuotetaan huomattava osa sähköenergiasta maailmassa.
- Myös lentokoneiden suihkuturbiinit ovat sisäiseltä rakenteeltaan kaasuturbiineja, vaikka niissä on muita eroja verrattuna esimerkiksi sähkölaitosten turbiineihin.
Mitä ovat mäntämoottorit?
- Mäntämoottorissa polttoaineen ja ilman seos syttyy joko kovan puristuksen (dieselmoottori) tai sytytystulpan (bensiini ja kaasumoottorit) ansiosta. Tämän jälkeen laajeneva palamiskaasu työntää mäntää, mutta lopulta mäntä palaa alkuasentoonsa. Männän edestakainen liike muutetaan kiertokangen ja kampiakselin avulla käyttökelpoiseksi pyöriväksi liikkeeksi. Tätä pyörivää liikettä voidaan käyttää esimerkiksi generaattorissa sähkön tuottamiseen paikallisesti.
- Mäntämoottoreita käytetään voimantuotannossa. Esimerkiksi bensiiniä ja dieseliä käyttävissä autoissa on mäntämoottori.
- Mäntämoottoreita on rakennettu jo vuosikymmenien ajan ja tekniikka tunnetaan hyvin. Mäntämoottoreiden päästöjen vähentäminen ja tehokkuuden parantaminen nykyisestä edelleen on osoittautunut erittäin vaikeaksi.
- Mäntämoottori on suhteellisen hyvä ratkaisu pelkkään voimantuotantoon pienissä ja keskikokoisissa voimalaitoksissa. Sen sijaan mäntämoottori on selvästi heikompi yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, erityisesti teollisuuden tarpeiden kannalta.
- Mäntämoottorissa palaminen tapahtuu nopeissa, erillisissä jaksoissa, jotka kaikki on joka kerta sytytettävä erikseen: kuusisylinterisessä moottorigeneraattorissa, joka käy 1500 kierrosta minuutissa, on 4500 erillistä palamistapahtumaa minuutissa.
- Mäntämoottorien pakokaasupäästöt voivat olla suuria. Päästöinä syntyy esimerkiksi typpioksideja (NOx) ja häkää (CO).
- Vain harvat polttoaineet sopivat mäntämoottoreihin, koska palamistapahtuma on edellä kuvatun mukaisesti hyvin rajoitettu. Tyypillisesti mäntämoottoreissa voidaan käyttää ns. standardipolttoaineita, kuten bensiiniä ja dieseliä. Jos käytetään polttoaineita, jotka eivät sovi moottorin palamisvaatimuksiin, moottori voi toimia vajaatehoisesti tai pysähtyä kokonaan. Moottori voi jopa vahingoittua.
- Mäntämoottorit ovat aina öljyvoideltuja ja niissä on useita liikkuvia komponentteja. Tämän vuoksi ne tarvitsevat kaasuturbiineja enemmän ja useammin huoltoa.
Miksi turbiineita moottoreiden sijaan?
- Turbiinit voidaan suunnitella tehokkaiksi sekä sähkön että lämmön tuotantoa varten.
- Turbiinissa palamisprosessi aloitetaan kerran, kun turbiini käynnistetään. Kun palaminen on saatu aikaan, lämpötila pysyy vakaana prosessin kaikissa vaiheissa. Tämän seurauksena polttoaineen palaminen on puhtaampaa ja tuottaa merkittävästi pienempiä päästöjä.
- Kaasuturbiini ei periaatteessa ole erityisen vaativa käyttämänsä polttoaineen suhteen. Kaasuturbiinin rakenne mahdollistaa sen, että siinä voidaan käyttää monipuolisemmin erilaisia polttoaineita kuin mäntämoottorissa.
- Voiteluaineita ja niiden jäähdytystä ei turbiinissa tarvita, kun käytetään aktiivimagneettilaakerointia. Tällöin voiteluaineen vuoto pakokaasuihin ja tätä kautta aiheutuvat pienhiukkaset ja öljyn käryämisen tuottamat ongelmalliset yhdisteet jäävät pois savukaasuista.
- Aktiivimagneettilaakerointi lisää muiden osien pitkäikäisyyttä ja vähentää päästöjä.
- Turbiinien tekniikkaa voidaan edelleen parantaa kehittämällä uusia materiaaleja, suurnopeustekniikkaa ja taajuusmuuttajia.