BLAZE Knowledge Classroom: Gas Turbine

Grundlæggende begreber

Ifølge "Gas Turbine Vocabulary" (GB/T 15135-2018) er en gas turbine en kontinuert strømrotationsmaskine (enkel maskine), der omformer termisk energi til mekanisk arbejde, og inkluderer en kompressor, udstyr til opvarmning af arbejdsfluiden (som f.eks. en brandkammer), en turbine, et styresystem og bistandsudstyr.

Industrielle gas turbine motorer, ofte blot kaldt gas turbines eller turbines, industrielle gas motorer, er i virkeligheden det samme som luftfartsturbine gas motorer (kaldt luftfartsmotorer), men anvendelsesomstændighederne er lidt forskellige. De comprimerer højtryksgas ind i en brandkammer og gennemfører omdannelse af kemisk energi, hvorefter kemisk energi omformes til mekanisk arbejde via en turbine (translitteration af turbine).

Som en energikonverteringsenhed er en gasturbine en flymotor, der omformer flypetrol til mekanisk energi for propelleren under flyvning i luften; en på jorden brugt gasturbine omformer naturgas og olie til mekanisk energi for generator.

Damp turbines, indendørsforbrændingsmotorer og gasturbiner blev først udviklet til brug på krigsskibe. Damp turbines blev brugt før 1. verdenskrig, indendørsforbrændingsmotorer blev brugt under 1. og 2. verdenskrig, og gasturbiner til krigsskibe blev udviklet efter 2. verdenskrig. De blev modificeret fra flymotorer og blev hovedsageligt brugt på store overfladeskibe.

Gasturbiner har flere karakteristika:

Først og fremmest kan den teoretiske energikonverteringseffektivitet opnå 88 %, hvilket er enheden med højeste energikonverteringseffektivitet i verden indtil videre. Brandstofceller siger sig kunne opnå en konverteringseffektivitet på 90 %, men de er endnu ikke fuldt ud kommercialiseret; den teoretiske energikonverteringseffektivitet for forbændingsmotorer er 88 %, hvilket har været testet i årtier.

Andet, den forbændingstemperatur for gasturbiner er relativt høj, og udsendingen af skadelige gasser er relativt lav.

Tredje, effektdensiteten er relativt stor. En enkelt maskine på størrelse med en container kan levere energi til et fregat; to containere er næsten nok til civil el-forsyning i en kommune. Dampturbiner er meget store, såsom diesel- og forbændingsmotorer med en kapacitet på mere end 10 megawatt, som normalt er store anlæg på flere tusind tons og flere meter høje.

Fjerde, gas turbine er ikke som benzinmotorer, som er slagsmæssige, og hvor arbejde udføres én gang på 4 slag. Gas turbine fungerer kontinuerligt, og turbinen er en spiral linje. Det er et termisk motorapparat med den højeste energikonverteringseffektivitet, der konverterer kemisk energi til varme- og mekanisk energi.

I 1970'erne kom gas turbine ind i den amerikanske olieindustri, hvilket gav anledning til industrielle gasturbiner. Flymotorer kræver relativt høj ydelse, er relativt avancerede og har en relativt kort levetid; industrielle motorer behøver ikke at mindske vægten, de er meget robuste og kræver en relativt lang levetid. Omkring 1980'erne, med udviklingen af naturgas, kom de ind i elproduktionsbranchen.

Efter 2. verdenskrig var USA's tekniske niveau ikke meget højt. De første skønheder blev indhentet fra italienske virksomheder, som er kapitalen for roterende udstyr i Europa. Den typiske britiske virksomhed er Rolls-Royce, der producerer flymotorer. Generelt vil virksomheder, der laver flymotorer, også producere gas-turbiner. Tysklands Siemens blev indhentet over hele Europa og købte også Rolls-Royces flymodifikationer. Russlands gas-turbiner samarbejder hovedsageligt med Ukraine. Designene er alle i Rusland, mens nogle af produktionsanlæggene befinder sig i Mariupol, Ukraine.

I de seneste årtier har kun Mitsubishi i Japan udviklet en ægte tung gas turbine, og Kawasaki laver mindre modeller, så der findes stadig en vis terskel. Små og mellemstore gasturbiner er hovedsagelig GE, især til militært brug. De førende ødelæggere er for det meste GE-modellen LM-2500. Siemens købte nogle af deres små gasturbiner i Lincoln, Storbritannien, med en kapacitet på mindre end 15 MW, og nogle i Finspång, Sverige. Det bedste firma inden for små gasturbiner er Solar i USA, som ligger meget tæt på sine kunder og har den største markedsvægt i verden for små gasturbiner med en kapacitet på mindre end 15 MW.

Klassifikation

Ud fra bygningsform og udgangs effekt kan gas turbine opdeles i tre kategorier: mikro, let og tung. Af disse kan mikro- og lette gasturbiner modificeres fra flymotorer (også kendt som "aero-to-gas"), med en effekt normalt inden for 50MW, og de kan bruges til industriel elektricitetsproduktion, skibsmaskiner, rørledningsforstærkning, tanksøjler, fordelt energiproduktion og fælles varme- og kraftproduktion. Tungere gasturbiner har en effekt på over 50MW og bruges hovedsagelig som faste generatorer på landet, såsom i byens elnet.

Tungere gasmotorer klassificeres normalt efter temperatur. Klasse E, F, G og H svarer til forskellige forbreningsemperature. Set med ingeniørbriller foretrækker man at klassificere dem ud fra den temperature, som alleansen kan bære.

I Kina er det for det meste små gasturbiner. Små gasturbiner klassificeres normalt efter struktur: enkeltakset, dobbeltakset, tre-akset, fly-modifikation, industrielle og sjældent efter temperatur, fordi temperaturen på små gasturbiner ikke er så høj i forhold til tunge gasturbiner. De med effektniveauer under 30 megawatt er faktisk ækviaxede krystaller, det vil sige E-klassen. Dette er ikke absolut, og nogle af de mere avancerede har nået F-klassen. E-klassen blev prøveproduceret i Kina i 1995. Omkring 50 megawatt svarer sandsynligvis til F-klassen, som er orienteret krystal. Kina prøveproducerede klassen i 2005, og vi har nu alle disse materialer. De mest avancerede gasturbiner har nået H-klassen, og vi har nu vores anden generation af enkeltkrystaller.

Generelt set kalder man de mindre end 1 MW for mikro-gas turbine. I virkeligheden bruger mikro-gas turbines udenfor landets grænser ikke så gode legemer på grund af den lave temperatur. De bruger nogle specielle ståler og bruger sjældent ækvaksiale krystaller. De på omkring 15 MW kaldes små gas turbines, som hovedsageligt bruger ækvaksiale krystaller. Der findes også nogle specielle firmaer udenfor landet, der bruger specielle ståler, men fordi deres coatings er særlig gode, bliver de fremstillet bedre. Små og mellemstore på 30~50 MW bruger generelt flere orienterede krystaller, det vil sige F-klassen. De større bruger enkeltkrystaller af første og anden generation, hvilket er vores hjemlige mærker.

Små, mellemstore og mikro gasturbiner bruges hovedsagelig til decentraliseret energi og kombineret varme- og kraftproduktion. De under 30 MW og 15 MW bruges hovedsagelig i Sichuan, mens de under 7 MW bruges mest i Chongqing. Dette har forbindelse med størrelsen på deres industriområder. De omkring 30 MW bruges hovedsagelig i Jiangsu, og de fra 50 MW til 100 MW bruges mest i industriområder i Guangdong, generelt til decentraliseret energi eller kombineret varme- og kraftproduktion. De over 100 MW bruges næsten udelukkende til nogle store nettoppeværinger eller som baselastkraftværker. Olie- og gasindustrien bruger næsten udelukkende små enheder. I opstrømssektoren for udvinding bruges 7 MW og 15 MW mest, mens midstrømssektoren for rørledningstransport hovedsagelig bruger 15 MW og 30 MW.

Designsystemet for gasturbiner under 30 MW er relativt moden, og procesmaterialsystemet er også relativt godt udviklet. OBT-effektiviteten kan nå op til 85%. Industrielle gasturbiner skal stadig fokusere på økonomisk ydeevne, teknisk-økonomisk evaluering eller pris-ydelsesforhold, og den primære evalueringindsats er effektivitetsgraden.

For medium- og storstørrelses gaskraftværker har vi (hjemme) kun en lille akkumulering af designsoftware, designspecifikationer og databaser for nogle materialer og processer i vores designsystem, så dette designsystem er ikke særlig moden, og udbyttet er ikke høj. F-niveau eller orienteret kristal er en skellemme. Under orienteret kristal har vi stadig nok selvtillid til at deltage i international konkurrence. Over orienteret kristal har vi stadig en bestemt klap på industriområdet. Dette område overdrages til nationalteamet. Nogle centralvirksomheder udfører grundlæggende forskning og udvikling, og investeringen i grundlæggende materialer og grundlæggende processer er enorm.

industrien

I stromningen opad i kæden for min lands gas turbineindustri omfatter producenter af højtemperaturs koblinger, titan koblinger, sammensatte materialer, aluminium koblinger og almindelig stål som Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group m.fl. I midstrømsdelen, der handler om dele og komponenter, udføres materialerne ved gietning, forgning eller andre processer for at lave turbineblader, akser og andre komponenter. Blader og andre komponenter dannes ved gietningsprocessen. De vigtigste hjemlige giet- og forgningsproducenter inkluderer Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. m.fl. Herefter monterer nederstrømsproducerne af helmaskiner de forskellige dele til hele maskiner. De vigtigste producenter omfatter AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric m.fl.

Opstream industrier, især produkter som højtemperaturslegemer, højtemperatur titaniumlegemer, varmebarrierelakkeringer og avancerede keramiske sammensatte materialer, har en betydelig rolle i forbindelse med fremme af forsvarsindustrien og højteknologisk udstyrskonstruktion. De nationale gas turbine er hovedsagelig brugt til elektricitetsproduktion, og et lille antal bruges til vandindspygning, luftindtag, presseringsforøgelse i olie- og gasfelt, samt som kraftkilde for skibe og tanker. Fokus ligger på fordelt energiproduktion, kombineret varme- og kraftproduktion, naturgasrørledningstransport, skibsfremdrivning og maskinadrevning. I forhold til de distribuerede energiforsyninger, presseringsstationer, industrielle kraftværker og andre områder har vores landes gas turbine en enorm markedspotential, og politikken understøtter den hurtige udvikling af industrien. De nuværende store projekter i vores land såsom "Vest-Til-Øst Gasoverførsel", "Vest-Til-Øst Strømoverførsel" og "Syd-Til-Nord Vanddiversion", sammen med den hurtige udvikling af vores skibsbygningsindustri, har ført til en hurtig stigning i efterspørgsel efter gas turbine i vores land.

Industripolitik

Det 14. femårsplan for det moderne energisystem opstiller også gas turbine som en kærneteknologi, praktisk talt på samme niveau som kerneenergi, nye powersystemer, energilagering og brintenergi.

State Power Investment Corporation har udført to specielle projekter, ét er et stort projekt for tunge gas turbines, herunder brintblandede gas turbines. En ren brint turbine er blevet bygget i Indre Mongoliet, men er endnu ikke taget i drift. Jingmen-kraftværket har blandet 15%. Harbin Electric og Guangdong Electric Group, som er Guangdong Energy Group, har udført et brintblandingprojekt i Daya Bay, og Hangzhou Steam Turbine og Siemens har udført et brintblandingprojekt i Zhoushan.

Gas turbine er vidt udbredt i Vest-Ost Gas Pipeline og på offshore olieplatforme. Som et militært relateret virksomhed har CNOOC også været sanktioneret af USA og står over for risikoen for leveringsafbrydelser. Under krigen mellem Rusland og Ukraine blev Siemens gas turbine, som Rusland havde købt, fastholdt, da de blev sendt til Canada til reparation, hvilket påvirkede energisikkerheden. Lokalisering skal gennemføres så hurtigt som muligt.

Markedsplads

I 2022 vil vores lands produktion af gas turbine være 4,0563 millioner kilowatt, og efterspørgslen vil være omkring 6,7986 millioner kilowatt.

Ifølge statistikker nåede størrelsen af vores lands gas turbine marked 61,669 milliarder yuan i 2022, hvoraf mikro gas turbine markedsstørrelse var 893 millioner yuan, let gas turbine markedsstørrelse var 56,569 milliarder yuan, og tung gas turbine markedsstørrelse var 4,207 milliarder yuan.

Mit land har nu evnen til at producere lette gas turbine (effekt under 50MW) selvstændigt, og de laveste kan endda eksporteres, men tunge gas turbine (effekt over 50MW) er stadig i stor udstrækning afhængige af import, og den kerne teknologi er i væsentlig grad monopoliseret af internationale producenter såsom GE i USA, Mitsubishi i Japan og Siemens i Tyskland. Der findes et risiko for at blive "kvasket" på det indenlandske marked. Efter data fra General Administration of Customs vil gastypeimporten i 2022 være på 4,161 mia. USD og eksporten på 735 mio. USD.