TurboSmart – adaptive Mikroexpansionsturbine für die Energierückgewinnung

Fluktuierende Abwärmeströme stellen beim Einsatz von Mikroturbinen in derartigen Prozessen eine Herausforderung dar. Bisher wurden die Turbinen für einen definierten Betriebspunkt ausgelegt und bei Abweichungen vom Design-Betriebspunkt führte die konstante Schluckfähigkeit einer starren Turbine zum Einbrechen des oberen Prozessdrucks bei Teillast. Dies hat eine Verschlechterung des Prozess- und des Turbinenwirkungsgrads zur Folge.

Um die Energieausbeute bei fluktuierenden Abwärmeströmen mit hohem Teillastanteil zu erhöhen, wurde eine adaptive Turbine konzeptioniert, ausgelegt und deren Eignung für den angestrebten Einsatz experimentell verifiziert. Die Schluckfähigkeit der supersonischen Turbine wurde durch eine veränderliche Düsengeometrie variiert. Es wurde eine Geometrie entwickelt, die bei veränderlichem kritischem Querschnitt der eingesetzten Lavaldüsen deren Flächenverhältnis konstant hält.

Es zeigte sich, dass durch den Einsatz der adaptiven Turbinengeometrie signifikante Leckageverluste entstehen, welche aber bei einer höheren Leistungsklasse als im betrachteten Fall (12 kWel) deutlich geringer in Gewicht fallen. Unter Vernachlässigung dieser Leckageverluste konnte mit der entwickelten Turbine die Energieausbeute in Teillast, vor allem bei steigendem Gegendruck, deutlich verbessert werden. Dies ist auf eine signifikante Steigerung des Teillast-Prozesswirkungsgrades durch die adaptive Turbine zurückzuführen. Bei 50 % Teillast wurde eine Steigerung der Energieausbeute von bis zu 18 % gegenüber der Referenz beobachtet.