بخشی از انرژی مکانیکی تولید شده در توربین، صرف چرخاندن کمپرسور خود توربین شده و باقی انرژی، بسته به کاربرد توربین گاز، ممکن است ژنراتور برق را بچرخاند (توربوژنراتور)، به هوا سرعت دهد (توربوجت و توربوفن) و یا مستقیماً (یا بعد از تغییر سرعت چرخش توسط جعبه دنده) به همان صورت مصرف شود (توربوشفت، توربوپراپ و توربوفن).

از زمان تولد توربینهای گازی امروزی در مقایسه با سایر تجهیزات تولید قدرت، زمان زیادی نمی گذرد . با این وجود امروزه این تجهیزات به عنوان سامانه‌های مهمی در امر تولید قدرت مکانیکی مطرح هستند. امروزه به فناوری توربینهای گازی تکنولوژی مادر گفته می‌شود و کشوری که بتواند توربینهای گازی را طراحی کرده و بسازد هر چیز دیگری را هم می تواند تولید کند.

همان طور که بیان شد از این تجهیزات در نیروگاهها برای تولید برق ( معمولا برای جبران بارپیک) موتورهای جلوبرنده (هواپیما، کشتیها و حتی خودروها)، در صنایع نفت و گاز برای به حرکت درآوردن پمپها و کمپرسورها در خطوط انتقال فرآورده‌ها و... استفاده می‌شود که امروزه کاربرد توربینهای گازی در حال گسترش است. 

مبنای کارکرد

چرخهٔ برایتون، اساس کارکرد توربینهای گاز

1.فشرده‌سازی هوا در کمپرسور به صورت بی‌دررو نباشد. این موجب می‌شود که برای دست‌یافتن به یک نسبت فشار معین، دمای خروجی کمپرسور بیشتر از حالت ایده‌آل باشد.

2.انبساط هوا در توربین به صورت بی‌دررو نباشد. این موجب می‌شود که با ثابت بودن مقدار کاهش دما در توربین، کاهش فشار ناشی از آن افزایش یافته و انبساط کمتری برای تولید کار در توربین فراهم باشد.

با افزایش دمای هوای ورودی به توربین، بهره وری توربینهای گاز افزایش می‌یابد. بنابراین، بهتر است که این دما هرچه بیشتر انتخاب شود. اما در این مورد از نظر تحمل مواد تشکیل‌دهندهٔ محفظهٔ احتراق و پره‌های توربین، محدودیت وجود دارد. بنابراین، در این قسمتها که به آنها بخشهای داغ، (Hot Sections)، گفته می‌شود، از مواد مقاوم به دماهای زیاد مانند سوپرآلیاژها استفاده می‌شود. همچنین این قسمتها با استفاده از فناوریهای پیچیده‌ای، خنک‌کاری می‌شوند.

1- توربینهای گاز صنعتی برای تولید توان الکتریکی

توربوژنراتورها همچنین می‌توانند به صورت تولید همزمان برق و گرما (Cogeneration) استفاده شوند که در این ترکیب، گاز خروجی از آنها برای تولید آب گرم و یا هوای گرم ساختمانها و کارخانجات استفاده می‌شود. توربین گاز سری H شرکت جنرال الکتریک، این توربین 480 مگاواتی در چیدمان سیکل ترکیبی، بازده حرارتی 60 درصد دارد. 

شکل شماره2- توربین گاز سری H.

2- توربینهای گاز برای تولید انرژی مکانیکی

3- موتورهای جت

موتورهای جت، نوعی موتور هستند که از شتاب دادن و تخلیه سیال برای ایجاد پیش‌رانش بر پایه قانون سوم نیوتن استفاده می‌کنند. دو نوع از موتورهای جت یعنی توربوجتها و توربوفنها شامل توربین گاز بوده و در واقع یک نوع توربین گاز هستند.

مزایا :

2. موتورهای توربین گازی کوچکتر از توربینهای دیگر هستند.

4. امکان بکارگیری توربین گازی با راندمان حرارتی بالا.

6. امکان تجهیز توربینهای گازی به محفظه احتراق با سیستم مخصوص تقلیل اکسید نیتروژن که به این ترتیب می‌توان تجهیزات سیکل ترکیبی با بازدهی حرارتی بیش از50 درصد ایجاد کرد  این سیستم کمترین آلودگی را از نظر تولید گازهای سمی خروجی از دودکش نیروگاه ایجاد می‌کند.

8. قابلیت حمل و نصب تجهیزات توربین گازی در کوتاه ترین زمان.

10. مهمتر از همه تفاوتی که نیروگاههای گازی با سایر نیروگاهها دارند، امکان تبدیل آنها به سیکل ترکیبی است که ترکیبی از یک یا چند واحد توربین گازی که در کنار تأسیسات بویلر نصب می‌شود، با یک توربین بخار است که بدین ترتیب نیروگاه سیکل ترکیبی در حال حاضر تجسم عینی تأسیسات تولید برق است که بالاترین راندمان را در استفاده از انرژی گرمایی دارد . ( رکورد 60 درصد هم بدست آمده است ) 

گران بودن این توربینها نسبت به انواع مشابه.

راندمان یا بازدهی واحدهای گازی به خاطر دفع مقدار زیادی انرژی، به صورت گرما از اگزوز، ( برای یک واحد گازی با قدرت 25 مگاوات دمای خروجی اگزوز بیش از 500 درجه سانتیگراد است) و تشعشع مقداری گرما از جدار اتاق احتراق، پایین تر است. (حداکثر تا حدود 27 درصد برای سیکل ساده). در سالهای اخیر توربینهایی با قدرت بالا و راندمان 40 درصد ساخته شده است.

اجزای توربینهای گازی 

توربینهای گازی که در صنعت برق مورد استفاده قرار می گیرند دارای ظرفیتهای متفاوتی هستند.

میکرو توربین گازی  micro-gas turbine

میکرو توربینها معمولا دارای یک مبدل حرارتی برای بازیافت انرژی از گاز داغ خروجی برای پیش گرم کردن هوای ورودی به کمپرسور هستند، به این مبدل رکاپوریتور نیز اطلاق می‌شود. معمولا میکرو توربینها دارای یک کمپرسور هوای گریز از مرکز یا شعایی هستند که هوای فشرده پیش گرم شده را با سوخت مخلوط کرده و در اتاقک احتراق می‌سوزاند، گاز داغ حاصل سپس در یک یا دو بخش توربینی منبسط شده که در نتیجه تولید قدرت دورانی می کند.

این قدرت دورانی  سپس برای به حرکت در آوردن کمپرسور و ژنراتور تولید انرژی الکتریکی به کار گرفته می شود.

شکل شماره5
- شمایی از میکرو توربین.

کاربرد میکرو توربینها در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

میکرو توربینها می‌توانند به طور مستقیم گاز خیس بدست آمده از چاه را بسوزانند (برای انجام این کار تنها به کاهنده فشار نیاز است) بدین ترتیب هم سبب صرفه‌جویی زیادی در مصرف سوخت شده و هم سبب کاهش آلودگی محیط زیست می‌شوند.

مزیت عمده دیگر میکرو توربینها عمر کاری بالای آنهاست. عمر کاری میکرو توربینها تقریبا 8 هزار ساعت کاری است، بنابراین در سال اول نیاز به هیچ گونه تعمیر ندارد. پس از سال اول در اولین عملیات سرویس و نگهداری تنها باید فیلترهای هوا و سوخت آنها عوض شود که فقط 15 دقیقه به طول می‌انجامد، بدین ترتیب داشتن تنها یک قطعه متحرک را به منحنی قابل اطمینان برای تولید انرژی تبدیل کرده است که نیاز به رسیدگی و سرویس بسیار کمی دارند.

امروزه در روی بسیاری از سکو های نفتی برای تولید انرژی تز موتورهای دیزلی استفاده می‌شود بنابراین سوخت دیزل مورد نیاز باید به وسیله‌ی مخازن و یا هلی‌کوپتر به محل سکو حمل شود. علاوه بر مشکلات و هزینه بالای انتقال سوخت به سکو احتمال جاری شدن سوخت و آتش گرفتن سکو نیز وجود دارد.

شاید بتوان گفت که استفاده از توربینهای گازی بر روی سکوها به جای موتورهای دیزلی راه حل این مشکل است. اما باید به یک نکته توجه کرد و آن این‌که توربین‌های گازی نمی‌توانند گاز خیس بدست آمده در سکو را بسوزانند، بنابراین زمان بسیار زیادی برای پالایش و فرآوری گاز موجود برای سوزاندن در توربین گاز احتیاج است، از طرف دیگر هزینه‌های تعمیر و نگهداری توربینهای گازی در مقایسه با میکرو توربین‌ها بسیار بالاتر و زمان انجام این تعمیرات نیز بسیار طولانی‌تر است و بایستی طی دوره‌های منظم در طول سال مورد بازدید و بازنگری قرار گیرد، بدین ترتیب میکرو توربینها با قابلیت سوزاندن مستقیم گاز خیس (غالبا یکساله) و هزینه‌های تعمیر و نگهداری پایین دارای مزیتهای بیشتری هستند.