از دیگر معایب توربین گاز هزینۀ هنگفت تعمیرات دوره‌ای و فاصلۀ کم بین دوره‌های تعمیرات اساسی^[۴۶] آن است. شرایط کاری توربین گاز، نوع سوخت مصرفی، مقدار بار و.. مواردی است که ضریب‌هایی را در ساعات کارکرد واقعی توربین گاز ضرب می‌کند. مواردی مانند دفعات روشن یا خاموش شدن آن، توقف اضطراری و… نیز ساعات کارکرد معادلی را به ساعت کارکرد واقعی توربین گاز اضافه می‌کنند. مبنای محاسبۀ ساعات کارکرد توربین گاز برای تعمیرات اساسی، مجموع ساعات کارکرد معادل آن است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در مواردی مانند تأمین برق در ساعات اوج مصرف^[۴۷] به ابزارهایی نیاز است که سریع روشن شوند و برق تولیدی آن‌ها در زمان کوتاهی به شرایطی برسد که بتواند با شبکه هماهنگ^[۴۸] شود. با آنکه فاصلۀ زمانی بین روشن شدن توربین گاز از حالت سرد و رسیدن به بیشینۀ توان آن معمولاً کمتر از ۳۰ دقیقه است ولی به علت استهلاک زیاد، روشن کردن توربین گاز در زمان اوج مصرف و خاموش کردن آن پس از کاهش بار مقرون به صرفه نیست و معمولاً با ترکیب توربین گاز و چرخۀ بخار، بار پایه^[۴۹] را با آن‌ تولید می‌کنند. به مجموع توربین گاز و چرخۀ بخار، چرخۀ ترکیبی^[۵۰] می‌گویند.
چرخۀ ترکیبی
همان طور که در بخش نیروگاه بخار اشاره شد، به دلیل بسته بودن چرخۀ سیال و ویژگی‌های فنی دیگ بخار، می‌توان از منابع گرمایی متنوعی برای تأمین حرارت مورد نیاز این نیروگاه‌ها استفاده کرد.
از طرف دیگر بازده توربین‌های گاز نیز چندان مطلوب نیست و گازهای خروجی از آن با دمایی در محدودۀ ۴۵۰ تا ۶۵۰ درجۀ سانتیگراد، انرژی چشمگیری را هدر می‌دهند. چون بیشینۀ دمای بخار در نیروگاه‌های بخار معمولاً از ۶۵۰ درجۀ سانتیگراد تجاوز نمی‌کند گازهای داغ خروجی از توربین گاز نیز می‌تواند به عنوان منبع حرارتی چرخۀ بخار استفاده شود.
با همین فکر، گازهای خروجی از توربین گاز وارد دیگ بخاری می‌شود که به آن مولد بخار از گرمای بازیافتی^[۵۱] می‌گویند. در این سامانه معمولاً انتخاب توان توربین و چرخۀ بخار بگونه‌ای است که یک توربین گاز و یک چرخۀ بخار با هم تشکیل چرخۀ ترکیبی را بدهند. ولی در مواردی که توربین‌های گاز کوچک باشند، دو یا چند توربین گاز انرژی چرخۀ بخار را تأمین می‌کنند. طرحوارۀ چرخۀ ترکیبی در دیده می‌شود.
شکل ‏۳‑۷ - طرحوارۀ چرخۀ ترکیبی [۶]
بازده توربین‌های گاز معمولاً کمتر از ۳۵% است و در شرایط کاری بسیار مناسب بازده آن‌ها بزحمت به ۴۰% می‌رسد. به این ترتیب استفاده از آن‌ها برای تأمین توان لازم در تولید بار پایۀ شبکۀ برق مقرون به صرفه نیست ولی با تبدیل آن به چرخۀ ترکیبی، بازده به بیش از ۵۰% افزایش پیدا کرده است و در نیروگاهی ساخت شرکت جنرال الکتریک در ولز، بازده به حدود ۶۰% نیز رسیده است^[۵۲].
مدیریت و تنظیم چرخۀ ترکیبی بسیار دشوار است و عملکرد بهینۀ آن در شرایط خاصی ممکن است. تغییر بار یا عملکرد توربین گاز بر دما و شار گازهای خروجی از آن تأثیر می‌کند. دما و شار این گازهای نیز مستقیماً بر شرایط چرخۀ بخار و توان تولیدی آن تأثیر خواهند گذاشت. در بارهای جزیی توربین گاز، دما و شار گازهای خروجی از آن کاهش می‌یابد و انرژی لازم برای عملکرد بهینۀ چرخۀ بخار فراهم نمی‌شود. علی‌رغم تمامی این مشکلات به دلیل بازده بسیار مناسب این چرخه، تقریباً هیچ نیروگاه توربین گازی در دنیا بدون چرخۀ ترکیبی ساخته نمی‌شود.
ریزتوربین
موتورهای رفت و برگشتی کوچک از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه­اند و قطعات یدکی و خدمات تعمیر آنها نیز به سادگی در سراسر دنیا در دسترس است. ولی این موتورها آلودگی نسبتاً زیادی دارند و نگهداری آن‌ها نیز گران است. گرچه تلاش‌های زیادی در زمینه بهبود این دو مسئله برای موتورهای رفت و برگشتی اجرا شده است، ولی ریزتوربین­ها^[۵۳]‌ از لحاظ نگهداری و ایجاد آلودگی وضعیت بهتری در مقایسه با موتورهای سنگین دارند.
ریزتوربین‌ها مولدهای کوچک برق‌اند که سوخت گازی یا مایع می‌سوزانند و مولد برق را با سرعت بسیار تند می‌چرخانند. ریزتوربین­ها بر اساس چرخۀ ترمودینامیکی توربین های گاز بزرگ که چرخه برایتون است، کار می­ کنند. در این چرخه، کمپرسوری (معمولاً شعاعی) هوای ورودی را متراکم می­ کند، سپس هوا با بهره گرفتن از حرارت گاز خروجی توربین، پیش‌گرم می‌شود. هوای پیش­گرم شده خروجی در اتاق احتراق با سوخت مخلوط و محترق می‌شود. گاز داغ حاصل از احتراق، با عبور از توربین انبساطی و توربین قدرت، منبسط می‌‌شود. توربین انبساطی، کمپرسور را به راه انداخته و در نمونه‌های تک محوره، مولد را نیز به کار می‌اندازد دستگاه­های تک محوره، معمولاً با سرعت ۶۰ هزار دور در دقیقه می‌چرخند (در نمونۀ کپستون ۳۳۰^[۵۴] سرعت دوران ۹۶۰۰۰ د.د.د است) [۷] و برق جریان مستقیم تولید می‌کنند. این توان نخست با یکسوسازی، به جریان متناوب و سپس به جریان متناوب با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز تبدیل می­ شود.
البته تاکنون تعریف دقیقی برای ریزتوربین ارائه نشده است ولی معمولاً این لفظ برای توربین‌های گازی با سرعت تند در گسترۀ قدرت ۱۵ تا ۳۰۰ کیلووات به‌ کار می­رود. صنعت ریزتوربین در چندین بخش شامل: توربین­های گازی کوچک، مولدهای کمکی و خودروهای توربو مطرح شده است.
شاخص تعیین کننده برای کاهش اصطکاک استفاده از یاتاقان‌های هوائی یا به‌ عبارتی یاتاقان‌های گازی است که ضمن کاهش اصطکاک، عمر یاتاقان را نیز افزایش می‌دهد و امکان داشتن سرعت تندتر را فراهم می‌کند.
به‌طور کلی ریزتوربین دو مزیت عمده دارد یکی کاهش انتشار آلاینده‌ها به محیط و دیگر کاهش تعمیرات در مقایسه با موتور-مولدهای متداول. در میزان آلاینده‌های تولیدی برای چند دستگاه مولد ارائه شده است. همان طور که ملاحظه می شود میزان ذرات در محصولات خروجی از ریزتوربین کمترین است. در ارتباط با تعمیرات تجربه نشان داده که ریزتوربین ها نیاز به تعمیرات بسیار کمی دارند. به‌طور نمونه یک واحد ریزتوربین در تولسا^[۵۵] بعد از ۲۰ هزار ساعت کار تنها نیاز به تعویض صافی‌های هوا داشته است. [۸] علاوه بر این ریزتوربین‌ها سبک و کوچک هستند و عملکرد آنها با لرزش کم و تولید صدای اندک همراه است.
جدول ‏۳‑۱ - میزان آلاینده‌های تولیدی (غیر از SOx) در واحدهای مختلف (قسمت در میلیون^[۵۶])[۸]