Hybridiautotekniikan, puupellettien ja elektroniikan vuoksi höyryturbiinien käyttökelpoisuus jopa autoihin alkaa olla riittävällä tasolla, ainakin joissain yhteyksissä. Käyttökelpoisuusjärjestys on jotenkin näin: laiva, vene, rekka, pakettiauto, pick-up, henkilöauto. Mitä suurempi väline, mitä harvempaan asutulla seudulla ja mitä tasaisempi meno, sitä käyttökelpoisempi ja sitä pienempi energianhukka.
Höyryturbiiniauton akun täytyisi kestää käynnistyksen jälkeen siihen asti kun puupelletit, puuhake tai kivihiili kuumentaa vettä riittävästi ja generaattori alkaa taas täyttää akkuja.
Poltettava aine on sen verran pientä, että sitä voi siirrellä helposti automatisoitavalla tavalla imurilla ja liukuhihnalla, käytännössä yhtä helppokäyttöisesti kuin bensaa. Polttoainetila voi olla täytetty hiilidioksidilla paloturvallisuuden vuoksi.
Mitä luulette, tarvitaanko sellaisen sekalaisen kiinteän polttoaineen käsittelyn automatisoinnissa erikoisia sensoreita tai kameroita ja konenäköä ja mutkikasta ohjelmistoa ja monia pieniä sähkömoottoreita?
Tietyissä kohdissa on erityisen hyvä lämpöeristys, mahdollisesti jopa tyhjiöeristys.
Sellaista autoa tai venettä on huomattavasti kannattavampi käyttää myös talon sähkögeneraattorina (ja ehkä jopa johtaa hukkalämpöä eristetyllä nesteletkulla), kuin bensa- tai dieselkäyttöistä hybridiautoa tai hybridivenettä.
Höyryturbiiniauton akun täytyisi kestää käynnistyksen jälkeen siihen asti kun puupelletit, puuhake tai kivihiili kuumentaa vettä riittävästi ja generaattori alkaa taas täyttää akkuja.
Poltettava aine on sen verran pientä, että sitä voi siirrellä helposti automatisoitavalla tavalla imurilla ja liukuhihnalla, käytännössä yhtä helppokäyttöisesti kuin bensaa. Polttoainetila voi olla täytetty hiilidioksidilla paloturvallisuuden vuoksi.
Mitä luulette, tarvitaanko sellaisen sekalaisen kiinteän polttoaineen käsittelyn automatisoinnissa erikoisia sensoreita tai kameroita ja konenäköä ja mutkikasta ohjelmistoa ja monia pieniä sähkömoottoreita?
Tietyissä kohdissa on erityisen hyvä lämpöeristys, mahdollisesti jopa tyhjiöeristys.
Sellaista autoa tai venettä on huomattavasti kannattavampi käyttää myös talon sähkögeneraattorina (ja ehkä jopa johtaa hukkalämpöä eristetyllä nesteletkulla), kuin bensa- tai dieselkäyttöistä hybridiautoa tai hybridivenettä.
Vastaukset 10
Vanhimmat
Tutkin uteliaisuuttani höyryturbiinitekniikkaa 60-luvulla. Silloin tulin siihen tulokseen, että höyryturbiini on sitä taloudellisempi, mitä isompi se on. Se on siis loistavaa tekniikkaa isoissa sähköä tuottavissa voimalaitoksissa, mutta pienen, < 1MW turbiinin valmistaminen on materiaali ongelma (tarvitaan valtavat kierrokset, n. 100 000/min) ja lisäksi pienessä virtaushäviöt kasvavat kohtuuttomiksi.
"mutta pienen, < 1MW turbiinin valmistaminen on materiaali ongelma (tarvitaan valtavat kierrokset, n. 100 000/min) ja lisäksi pienessä virtaushäviöt kasvavat kohtuuttomiksi."
Jos se johtuu siitä, että kutistetaan sitä suoraviivaisesti. Pienen pitää olla myös laadullisesti, rakenteeltaan, muodoiltaan ja ideoiltaan erilainen kuin suuren. Alkeellinen ero voisi olla, että turbiinin siivekkeitä pitää olla vähemmän, ehkä jopa vain yksi ainut ruuvimainen siiveke. Tai mäntä tai turbiinin ja männän yhdistelmä... En tiedä millä tavalla sen pitäisi olla erilainen. Olen kuitenkin joskus tv:ssä nähnyt kannettavan höyrykoneen energian tuottoa varten (kannettava ilman vettä, polttoainetta ja generaattoria).
Vaikka virtaushäviöt on suuria, niin saisiko puusta silti enemmän energiaa kuin muuntamalla siitä isossa kemiantehtaassa dieseliä tai bensaa, jos oletetaan että muuntamiseen käytetty energia tulee myös puusta? Olen kuullut 40% häviöstä. Toisaalta jos muuntamiseen käytetään tuulivoimaa, aurinkoa tai ydinvoimaa...
MEMS-turbiineilla on saavutettu about 100 000 rpm pyörimisnopeuksia ja toivovat saavansa 50 W tehoja 1 cm^3 turbiinipaketista. Aika kunnianhimoista, mutta tuskin mahdotonta. MEMS-laitteiden rakennusaineessa, polypiissä ei ole materiaalivikoja, vaan siinä kaikki piiatomit ovat nätisti samanlaisessa hilarakenteessa kuin hiiliatomit timantissa. Piin tiheys on huomattavasti pienempi kuin isommissa turbiineissa käytettävien materiaalien ja mikroturbiinin halkaisija on vain 4 mm, jolloin mikroturbiiniin kohdistuvat voimat ovat pieniä vaikka turbiini pyörisi todella lujaa.
Tosin noita mikroturbiineja hehkutettiin näemmä jo 90-luvun lopussa, joten ainakaan kaupallisten sovellusten toteuttaminen ei näemmä ole ollut kovin helppoa.
http://www.physics.ohio-state.edu/~wilkins/writing/Assign/topics/mems.html
http://robots.net/article/2650.html
Pieniä mäntähöyrykoneita on tehty ihan onnistuneesti 200v ajan. On pieniä turbiineitakin ja ovathan ne ollet rakenteeltaan yksinkertaisempia kuin monivaiheiset isot turbiinit. Juuri siksi niiden hyötysuhteet eivät ole olleet monipaisuntaisia mäntähöyrykoneita parempia.
Mutta virtaushäviöt ovat pienissä turbiineissa aina suuremat kuin isoissa.
Tottakai, mutta mikroturbiineilla voinee silti päästä parempaan hyötysuhteeseen kuin muilla moottoreilla, kun puhutaan tehoista < 100 kW. Virtaushäviöitähän saa huomattavasti alaspäin kun virtausnopeutta pienennetään ja tämä saavutetaan mm. käyttämällä radiaaliturbiinia aksiaalisen rakenteen sijasta. Nykyään ongelmana taitaa olla se, että mikroturbiinin pitäisi kestää 1500 C lämpötiloja ollakseen energiatehokas. Tämä taas ei enää onnistu jos materiaalina käytetään piitä, vaan pitää käyttää keraameja. Taas keraameille ei ole olemassa yhtä kehittyneitä mikrotyöstötekniikoita kuin piille.
Höyrykoneen suurin houkuttelevuus on asiaankuuluvalla toteutuksella sen kaikkiruokaisuudessa ja tietyn teknisen tason (eristeet, käyttöpaineet ja -lämpötilat) ylittyessä sekalaisesta polttoaineesta huolimatta varsin hyvä hyötysuhde. Turbiinikone vaatii suorassa ajoneuvokäytössä suurivälityksisen ja kalliin vaihteiston, joka entisestään monimutkaistaa rakennetta, sähkömoottorihybridikäytöstä nyt vielä puhumattakaan.
Itse kone on hyvin yksinkertainen, mutta lämpötilan ja paineen tuotto ei, vaatien lisäksi höyrykonemestarin tutkinnon, jota ei ihan joka äijällä lompsassaan ajokortin lisäksi taida ollakaan...
Mitäpä sitä turhaan lutraamaan veden kanssa kun homma toimii kaasullakin. Kehitettäisiin vaan stirlingmoottoria vähän eteenpäin, tai oikeastaan tuotaisiin se tälle vuosisadalle (Esim. moottorin korkea paineistus, innovatiiviset konstruktiot...), jotta sille saataisiin parempi teho/paino -suhde. Ei stirlingistä välttämättä ole autoihin, niin kuin ei höyryturbiinistakaan, mutta vaikka laivoihin ja ainakin voimalaitoskäyttöön.
Alunperinhän Stirlingin veljekset kehittivät moottoriaan junia varten, mutta ainakaan siihen aikaan koneesta ei saatu tarpeeksi tehoa ulos. Stirlingmoottorilla toimivia vesipumppuja on rakennettu joskus 1800-1900 -lukujen taitteessa ja ruotsalaiset on käyttäneet stirlingejä sukellusveneiden voimanlähteenä. On siitä jotakin (taas ruotsalaisten) tutkimuksia, joissa pohditaan stirlingin käyttöä autoissakin.
Senkin ongelma on vain huonohko teho/paino -suhde.
Myös puun tuhkan käsittely pitäisi automatisoida. Kai se onnistuu jollain imurilla. Ja veneessä sen voi ehkä dumpata laidan yli ilman vaaraa ympäristöhaitoista, ehkä...
Mitä tulee höyrykonemestarin tutkintoon, sitä ei tarvita jos kyseessä on tietokoneohjattu höyrykone.