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年度計畫摘要
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| 計畫名稱 | 分散式燃氣渦輪熱電共生系統開發計畫 | | 執行單位 | 軍民通用中心 | | 104年經費 | 9,500千元 | | 104年人力 | 4.16人年 | | 計畫重點摘要說明 | 一、年度研究目的
本案規畫設計開發200 KW等級微渦輪發電系統，由國內自行設計試製且具成本競爭優勢，可供偏遠、離島獨立運作或併電網操作，整體能源使用效率達70％以上。本系統經由能源使用效率提高，減少對石化燃料的依賴以及環境溫室效應等議題，呼應現今能源與環保政策，期望藉由本系統之開發擴大分散式能源應用，帶動節能減碳能源技術與設備輸出，藉由系統自行設計及製造，帶動國內精密製造、航太、環保相關產業發展，達成提升國家總體經濟之目標。
本年度計畫主要完成微渦輪發電機系統性能規格設計審查，以設計需求電力為目標，進行全系統性能規格訂定。為隨時掌握微渦輪引擎性能變化之需求，擬自行設計引擎壓縮器、渦輪轉子、燃燒器、轉軸、軸承、引擎控制單元、燃滑油流路系統零組件、啟發機等零組件，未來透過溫度、壓力、振動加速規、電流、電壓、轉速計及流量計等多種感測器監控微渦輪引擎之各項重要參數，以執行微渦輪引擎之油量與發電量調整、引擎ECU研發設計、渦輪引擎零組件設計發工研製、啟發機系統進行細部設計研製展示。
二、年度計畫目標
本年度主要以渦輪引擎相關零組件與啟發機設計及試製為主，將根據先前成功開發小型渦輪引擎之經驗，以理論模擬分析及材料選用之方式，在應力安全許可之下，設計轉速約45,000 rpm，壓縮比>4.0、壓縮器效率 ＞ 81％，燃燒室壓損≦3%，渦輪轉子效率＞85%，預估帶動產業投資達數百萬元以上，並在計畫結束前提出國內外各一篇之專利申請。 | 104年預期成果
及未來研發成果
之長期效益 | 一、預期成果
1.微渦輪發電機系統性能規格設計：以系統性的設計，產生穩定電力輸出為目標，進行壓縮器、渦輪、燃燒器及發電機性能規格訂定，預期以同步工程之概念，提升產品易製性及降低全系統成本之問題。
2.引擎本體設計及研製：執行引擎壓縮器、渦輪轉子及燃燒室氣動力分析、葉片設計、結構分析及材料選擇，並執行細部設計審查及相關零組件發工試製作業，預期可提升國內設計分析及精密鑄造加工之能力，促成產業由OEM朝ODM升級。
3.啟發機設計及研製：配合渦輪引擎設計，在引擎主軸連結具有啟動功能之發電機，執行啟動發電機設計及製作發工，預期可促成國內高轉速啟發機產業之發展。
4.引擎附件設計及研製：執行引擎點火、燃油與滑油相關管路設計及研製工作，預期可提升國內引擎附件設計及研製能量，朝國內自製替代進口之目標。
5.電力與控制設計及研製：為隨時掌握微渦輪引擎性能變化之需求，擬自行開發具有高運算能力之引擎控制單元，並透過多種感測器監控微渦輪引擎之各項重要參數，以執行微渦輪引擎之油量與發電量調整；並發展微渦輪發電機電力控制器，以輸出穩定電壓及符合法規為目標。
6.場域推廣運用規劃研究：透過市場分析瞭解國內各大工業區，用電特性及廢熱運用情形，依本系統規格，規劃國內有需求且適合之廠商，規劃未來系統驗證可行之場域、並推廣分散式熱電共生系統，在未來高電價時代製程所需用電及熱之產生優勢與效益。
二、未來研發成果之長期效益
本案預計開發分散式燃氣渦輪熱電共生系統之關鍵零組件設計工作，完成微渦輪引擎與啟發機關鍵組件性能設計與分析，並執行引擎及啟發機相關零組件試製及發工工作。
微渦輪發電機系統主要由渦輪引擎系統以及高轉速發電機系統組合而成，渦輪引擎構造分為壓縮器、燃燒室、複熱器和渦輪組件，以及引擎燃料供應管路系統、滑油冷卻等附件系統。電力系統分為啟發機、電子轉換、電力控制等。
本案設計為200 KW等級功率電力輸出，未來可與熱轉換模組結合，使整體能源使用效率達70％以上。本案將與產業合作研發試製，計畫完成後所設計開發之關鍵組件成本預估將可低於國際同型產品。
本計畫擬開發一個200 KW等級之微渦輪發電系統，主要設計出燃氣渦輪引擎系統及發電機系統。其中發電機系統除需具備發電功能外，另可作為引擎啟動動力裝置，利用儲存或外部的電力起動渦輪引擎，並透過人機介面控制系統進行操作，完成啟動引擎後，電力控制系統會自動切換至發電功能。而燃氣渦輪引擎系統需完成燃氣系統、壓縮、燃燒、渦輪、複熱及附件系統關鍵技術開發，使熱轉換總效率能達70%以上，影響引擎效率與壽命的參數包括：
(1)壓縮器主要功能為對氣流作功，使氣流壓力提高。因壓縮器尺寸、轉速選擇與葉片設計的關係，會改變壓縮器壓損大小，因此對壓縮器效率有相當大的影響。當壓力損失增加時，壓縮器效率降低，會使渦輪所輸出到發電機的功減少，進而降低發電量，因此，設計出一組效率高的壓縮器相當重要。本計畫擬設計出一個效率可達81 %、壓縮比4 以上之壓縮器。
(2)燃燒室主要藉由燃料燃燒釋放出化學能，增加氣體能量。因此，燃燒室效率高低，將會影響燃氣微渦輪引擎系統之耗油率。本計畫擬設計出一個燃燒效率可達99%以上之燃燒室。
(3)渦輪主要由氣流衝擊轉子葉片而輸出功，渦輪尺寸與葉片設計的關係，會改變渦輪壓損，因此，對渦輪效率有相當大的影響。當壓力損失增加時，渦輪效率降低，會使渦輪所輸出到發電機的功減少，進而降低發電量，因此設計出一組效率高的渦輪相當重要。本計畫擬設計出一個效率可達85 %之渦輪。
(4)附件系統主要為進行燃氣微渦輪引擎機械結構及軸承潤滑系統設計，此部分設計的優劣直接影響到微渦輪發電系統連續運轉時數及壽命的關鍵點。未來引擎結構設計及軸承潤滑系統，將配合壓縮器、渦輪及複熱器初步設計結果，進行結構設計與軸承系統安排，以達到高壽期之設計目標。 |
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