高効率・水素対応ガスタービン L30A

ガスタービンは、天然ガスや都市ガスなどを燃やして動力を得るエンジンの一種です。まず大量の空気を吸い込み、「圧縮機」で圧縮。高圧になった空気に「燃焼器」で燃料を噴射して燃やし、高温・高圧ガスを作り、そのガスで「タービン」を回転させます。この回転力を利用して発電したり、さらに排気熱を回収して蒸気を作ったりするのです。

川崎重工が2012年に開発した30MW級産業用ガスタービン「L30A」は、その発電効率が40％以上で、同クラスでは世界最高レベルを達成。排気熱も利用するコージェネレーションシステムにした場合の総合熱効率は83％を超えます。さらに、独自開発の燃焼器により窒素酸化物（NOx）の排出量は世界最高レベルの15ppm以下、最近注目されている水素燃料との混焼も可能です。

ちなみに30MWの発電量は、一般家庭1万5,000世帯の電力使用量に相当します。

発電効率の向上は、「空気の圧縮比」、「タービン入口のガス温度」、「要素効率」の3つがポイントになります。L30Aは、川崎重工が長年培ってきた産業用中小型ガスタービンの技術と、航空機用ジェットエンジンの高度な要素技術を結集し、世界最高レベルのスペックを実現しています。

川崎重工は1972年に産業用ガスタービンの開発に着手。独自の技術の創造は、コージェネレーション用として同クラス機（6〜8MW）では国内初の累計生産台数が100台を突破した「Ｍ7型」などのヒットを生み出しました。

L30Aは、世界で最も販売競争の厳しい30MWクラスへの参入にあたり社内の技術開発部門などと協力し、最新の設計技術を駆使して高効率を実現しました。コージェネレーションでの総合効率も高く、図抜けた性能に注目が集まっています。

ガスタービン技術進化のポイントは、圧縮機、燃焼器、タービンの3つです。

L30Aは、CO2排出量がゼロの水素を補助的な燃料として使うこともできます。DLE（Dry Low Emission）方式と呼ばれる追い焚き水素混焼方式で、燃焼器１缶当たりに4つある追い焚きバーナで燃やします。

水素混焼率は最大60％（体積換算）で、①燃える速度が速い、②燃やしたときの温度が高い、という水素の特性に合わせた燃やし方が開発されました。

外部から空気を吸入します。

大気から吸い込まれた空気は、運動エネルギーを与えて圧力を上げるための回転する動翼列と、気流の向きを整えるための回転しない静翼列の組み合わせを14段重ねた翼列を通り、圧縮されます。最新の設計技術により24気圧への圧縮を効率良く実現しました。 

空気は圧縮が進むほど高温になるため、圧縮機のロータ（回転軸）は後方になるほど高温になります。そこでロータの前半を鉄系合金、後半をニッケル系耐熱合金で構成することで高温での強度を確保しています。

異質な金属を繋げて一つの部品にするために、航空機用ジェットエンジンの製造に用いる電子ビーム溶接を活用しています。 

圧縮された空気に天然ガスなどの燃料を噴射して燃焼させて高温のガスを発生させます。NOx排出量を抑えるために、8個の燃焼器に3種類のバーナーを用いた独自の「希薄予混合燃焼技術」がポイントです。 

排気の温度は500℃程度。この熱を利用したコージェネレーションでエネルギーを有効利用します。 

燃焼器で発生させた高温・高圧ガスを2段の羽根車により回転力に変換して圧縮機を駆動させます。入口のガス温度は約1,300度で、これに耐えられるタービン羽根の開発技術は世界トップクラスです。 

ガスジェネレータタービンを通過したガスを3段の羽根車により回転力に変換して発電機などの装置を駆動させます。回転力を効率良く得るため、全てのタービン羽根の上端に「チップシュラウド」を装備しています。