De nieuwe generatie gasturbines is betrouwbaarder, stoot minder schadelijke stoffen uit en genereert minder trillingen en drukschommelingen. Dankzij het Europese Limousine-project, waarin vier jaar lang zes verschillende universiteiten (met achttien promovendi), vijf industriële partners en twee onderzoeksinstituten samenwerkten, worden in deze sector doorbraken gerealiseerd. Universiteit Twente vertolkte in het project een rol met de algeheel coördinator en vijf promovendi.
Er zijn rampscenario’s waarbij een gasturbine na het ontstaan van instabiliteit binnen tien minuten compleet is vernield. Door de waarde van zo’n turbine, inkomstenderving en boetes kan de schadepost voor een energiecentrale oplopen tot tientallen miljoen euro’s. De onderzoekers hebben gewerkt aan beperking van die risico’s. De nieuwste generatie gasturbines is klaar voor de markt; zo heeft Siemens de eerste commerciële modellen nu in ontwikkeling.
Het Limousine-project kon vanuit de Europese Unie op een subsidie van 4,4 miljoen euro rekenen en valt onder de zogenaamde Marie Curie-actie. Daarbij wordt samenwerking tussen onderzoekers van verschillende nationaliteiten gestimuleerd en uitmuntende innovatie in Europa bevorderd. Limousine is het eerste project waarin de faculteit CTW participeert dat zo’n toelage binnenhaalt.
Promotieonderzoek
Veel elektriciteitscentrales werken met gasturbines die door verbranding van aardgas elektriciteit opwekken. Om de rookgassen zo schoon mogelijk te houden en de uitstoot van schadelijke stoffen te beperken, moet de vlamtemperatuur zo laag mogelijk zijn.
Door de steeds hogere eisen voor de emissies worden de vlamtemperaturen steeds lager. Hierdoor kan de vlam instabiel worden en veel geluid produceren, waardoor de onderdelen van de gasturbine sterk vibreren. Dit kan leiden tot kapotte onderdelen en totale vernieling van de gasturbine. Daarom is het belangrijk te weten met welke snelheid een breuk ontstaat die tot afscheuren van de component kan leiden.
Dankzij de tests en computermodellen van promovendus Can Altunlu kunnen gasturbines zodanig worden ontworpen dat ze veilig op lage vlamtemperaturen kunnen werken met een zo laag mogelijke uitstoot van schadelijke stoffen.
Drukschommelingen
Een andere promovendus, Juan Carlos Roman Cassado, onderzocht Limit Cycle Oscillation oftewel drukoscillaties. Hij bracht de condities in kaart waaronder deze schommelingen ontstaan en wat voor eigenschappen ze hebben.
De vlam in de gasturbine vormt een geluidsbron die bij een instationair karakter resonantie veroorzaakt. In een open atmosfeer is dit niet erg, maar in een buis (zoals in een gasturbine) des te meer. De geluidsdruk, die kan oplopen tot 190 dB, belast de componenten van de turbine en veroorzaakt versnelde scheurgroei.
Roman Casado werkte op Universiteit Twente in een testopstelling aan zijn onderzoek. Deze atmosferische verbrandingskamers werden ontworpen door de UT, in zesvoud gemaakt in Twente en gebruikt in Londen, Zaragoza, Stuttgart en München.
Blijvende vraag
‘Ondanks de opkomst van wind- en zonenergie blijven gasturbines hard nodig. Het nadeel van wind- en zonenergie is dat deze niet opgeslagen kan worden. Wanneer er niet voldoende wind- en zonenergie paraat is, brengen gasturbines uitkomst. Er is veel behoefte aan kleinere turbines die snel kunnen reageren. Gasturbines hebben daarnaast een veel hoger rendement. In de vliegtuigbranche wordt nog bijna uitsluitend gewerkt met gasturbines, omdat laag gewicht en hoog rendement daar belangrijke criteria zijn.
Co-ördinator Jim Kok is tevreden met de uitkomsten van het project. De van huis uit werktuigbouwkundige kon in dit project zijn passie kwijt. Gasturbines bieden veel voer voor wetenschappelijk onderzoek. Bovendien blijkt uit het onderzoek dat de afstand van Universiteit Twente tot industriële partners klein is, zowel letterlijk als figuurlijk.
