Εκπαιδευτικός Διαλόγος BLAZE: Αεριού Τουρμπινή

Βασικές Έννοιες

Σύμφωνα με το "Λεξικό Ατμοστροβίλων" (GB/T 15135-2018), ο ατμοστρόβιλος αναφέρεται σε ένα συνεχόμενο ροής περιστρεφόμενο μηχάνημα (μοναδικό μηχάνημα) που μετατρέπει θερμική ενέργεια σε μηχανική εργασία, περιλαμβανομένων ενός συμπιεστή, εξοπλισμού για το θερμανθεί το εργασιακό υγρό (όπως ένα καύσιμο δωμάτιο), ενός στροβίλου, ενός συστήματος ελέγχου και βοηθητικού εξοπλισμού.

Βιομηχανικά μηχανήματα ατμοστροβίλων, γενικά γνωστά ως ατμοστρόβιλοι ή στροβίλοι, βιομηχανικά ατμοκινητήρες, είναι ουσιαστικά το ίδιο πράγμα με τους αεροναυτικούς τουρβινικούς ατμοκινητήρες (γνωστοί ως αεροναυτικοί κινητήρες), αλλά οι σενάριοι εφαρμογής είναι λίγο διαφορετικοί. Συμπιέζουν υψηλή πίεση αέρα σε ένα καύσιμο δωμάτιο, και μέσω της αντίδρασης της χημικής ενέργειας, μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε μηχανική εργασία μέσω ενός στροβίλου (η μεταφωνητική του στροβίλου).

Ως συσκευή μετατροπής ενέργειας, ένας αεριού πυρηνάς είναι ο κινητήρας αεροπλάνου που μετατρέπει πετρελαϊκό κερόσινο σε μηχανική ενέργεια για τον προπέλαιο κατά την πτήση στον ουρανό. Ένας αεριού πυρηνάς που χρησιμοποιείται στο έδαφος μετατρέπει φυσικό αέριο και πετρέλαιο σε μηχανική ενέργεια για τον γεννήτρια.

Οι ατμοσφαιρικοί τουρβίνες, οι εσωτερικοί καύσιμοι κινητήρες και οι τουρβίνες αερίου αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά για χρήση σε πολεμικά πλοία. Οι ατμοσφαιρικές τουρβίνες χρησιμοποιήθηκαν πριν από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης χρησιμοποιήθηκαν κατά τον Πρώτο και Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, και οι τουρβίνες αερίου για πολεμικά πλοία αναπτύχθηκαν μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Μετατράπηκαν από αεροπλανικούς κινητήρες και χρησιμοποιήθηκαν κυρίως σε μεγάλα επιφανειακά πλοία.

Οι τουρβίνες αερίου έχουν διάφορες προδιαγραφές:

Πρώτον, η θεωρητική απόδοση μετατροπής ενέργειας μπορεί να φθάσει το 88%, η οποία είναι η συσκευή με την υψηλότερη απόδοση μετατροπής ενέργειας στον κόσμο μέχρι στιγμής. Οι κυψέλες καυσίμου λέγεται ότι είναι σε θέση να επιτύχουν απόδοση μετατροπής 90%, αλλά δεν έχουν ακόμη εμπορευματοποιηθεί πλήρως.

Δεύτερον, η θερμοκρασία καύσης των αεριοστροβιλών είναι σχετικά υψηλή και η εκπομπή βλαβερών αερίων είναι σχετικά χαμηλή.

Τρίτον, η πυκνότητα ισχύος είναι σχετικά μεγάλη. Μια μονά μηχανή μεγέθους δοχείου μπορεί να τροφοδοτήσει με ενέργεια ένα αντιτορπιλικό· δύο δοχεία είναι βασικά αρκετές για τον αστικό ηλεκτρισμό μιας επαρχίας. Οι ατμογεννήτριες είναι πολύ μεγάλες, όπως οι κινητήρες ντίζελ και οι κινητήρες εσωτερικής καύσης με χωρητικότητα άνω των 10 μεγαβάτ, οι οποίες είναι βασικά μεγάλες συσκευές που ζυγίζουν χιλιάδες τόνους και έχουν ύψος δεκάδες μέτρα.

Τέταρτον, οι αεριοστρόβιλοι δεν είναι όπως οι κινητήρες εσωτερικής καύσης, οι οποίοι είναι τύπου παλμών και εργάζονται μια φορά το 4 παλμούς. Οι αεριοστρόβιλοι λειτουργούν συνεχώς, και ο στρόβιλος είναι μια σπιροειδής γραμμή. Είναι ένα θερμοκινητικό συστήμα με την υψηλότερη αποδοσιμότητα μετατροπής ενέργειας, μετατρέποντας χημική ενέργεια σε θερμική και μηχανική ενέργεια.

Στη δεκαετία του '70, οι αεριοστρόβιλοι εισήλθαν στη βιομηχανία πετρελαίου των ΗΠΑ, προκαλώντας την εμφάνιση βιομηχανικών αεριοστροβίλων. Οι κινητήρες αεροσκαφών απαιτούν σχετικά υψηλή απόδοση, είναι σχετικά πολύπλοκοι και έχουν σχετικά μικρή διάρκεια ζωής. Οι βιομηχανικοί κινητήρες δεν χρειάζονται να μειώνουν το βάρος, κατασκευάζονται πολύ σταθεροί και απαιτούν σχετικά μεγάλη διάρκεια ζωής. Περίπου στη δεκαετία του '80, με την ανάπτυξη του φυσικού αερίου, εισήλθαν στη βιομηχανία ηλεκτροπαραγωγής.

Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, ο τεχνικός επίπεδος των Ηνωμένων Πολιτειών δεν ήταν πολύ υψηλός. Η πρώτη απόκτηση ήταν από Ιταλικές εταιρείες, που είναι το κεφάλαιο για περιστροφικό εξαρμολόγιο στην Ευρώπη. Η τυπική βρετανική εταιρεία είναι η Rolls-Royce, που κατασκευάζει αεροσκαφικά μηχανήματα. Γενικά, οι εταιρείες που κατασκευάζουν αεροσκαφικά μηχανήματα κατασκευάζουν και αεριού πυρηνικά κινητήρες. Η Siemens της Γερμανίας αποκτήθηκε σε όλη την Ευρώπη και επίσης αποκτήσατε την τροποποίηση αεροσκαφών της Rolls-Royce. Οι αεριού πυρηνικοί κινητήρες της Ρωσίας συνεργάζονται κυρίως με την Ουκρανία. Τα σχέδια είναι όλα στη Ρωσία και μερικά από τα εργοστάσια κατασκευής βρίσκονται στο Μαριούπολη της Ουκρανίας.

Στα τελευταία δεκαετίες, μόνο η Mitsubishi της Ιαπωνίας έχει αναπτύξει μια πραγματικά βαριά αεριοστρόβιλο, ενώ η Kawasaki κατασκευάζει μικρότερους, οπότε υπάρχει ακόμη κάποιος θρέσκος. Οι μικροί και μεσαίοι αεριοστρόβιλοι είναι κυρίως η GE, ειδικά για στρατιωτική χρήση. Τα κυριότερα καταστροφεία είναι περισσότερο η GE, το μοντέλο LM-2500. Η Siemens απέκτησε μερικούς από τους μικρούς αεριοστρόβιλους της στο Lincoln της Αγγλίας, με δυναμικό λιγότερο από 15 MW, και μερικούς στο Finspång της Σουηδίας. Η καλύτερη εταιρεία σε μικρούς αεριοστρόβιλους είναι η Solar στις ΗΠΑ, η οποία είναι πολύ κοντά στους πελάτες της και έχει το μεγαλύτερο μερίδιο αγοράς στον κόσμο για μικρούς αεριοστρόβιλους με δυναμικό λιγότερο από 15 MW.

Επισκόπηση

Σύμφωνα με τη δομική μορφή και την εξαγόμενη δύναμη, οι αεριοθυμές μπορούν να χωριστούν σε τρία κατηγορίες: μικροσκοπικές, ελαφρείς και βαριές. Μεταξύ αυτών, οι μικροσκοπικές και ελαφρείς αεριοθυμές μπορούν να προκύψουν από την τροποποίηση αεροπορικών κινητήρων (γνωστές επίσης ως "aero-to-gas"), με δύναμη γενικά μέχρι 50MW, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη βιομηχανική παραγωγή ηλεκτρισμού, την ενέργεια πλοίων, την ενισχύση δικτύων καναλιών, τα φορτώματα τροχαίων, την κατανεμημένη παραγωγή ηλεκτρισμού και τη συνδυασμένη παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού. Οι βαριές αεριοθυμές έχουν δύναμη πάνω από 50MW και χρησιμοποιούνται κυρίως ως σταθεροί γεννήτες στην γη, όπως στα αστικά δίκτυα ηλεκτρισμού.

Οι βαριές αεριοθυμές κατατάσσονται γενικά βάσει της θερμοκρασίας. Οι κατηγορίες E, F, G και H αντιστοιχούν σε διαφορετικές θερμοκρασίες καύσης. Από μηχανικής άποψης, είναι προτιμότερο να τας κατατάσσουμε βάσει της ικανότητας των σπονδυλωτών να φέρουν υψηλές θερμοκρασίες.

Στην Κίνα, είναι βασικά μικρές αεριού πυρήνες. Οι μικρές αεριού πυρήνες κατηγοριοποιούνται γενικά βάσει της δομής τους: μονοάξονες, διάξονες, τριάξονες, αεροπορικά τροπιμένες, βιομηχανικές και σπάνια κατηγοριοποιούνται βάσει της θερμοκρασίας, επειδή η θερμοκρασία των μικρών αεριού πυρήνων δεν είναι τόσο υψηλή σε σύγκριση με τις βαριές αεριού πυρήνες. Αυτές που έχουν δυναμικό κάτω από 30 μεγαβάτια είναι στην πραγματικότητα ισοαξιακά κρύσταλλα, δηλαδή κλάση E. Αυτό δεν είναι απόλυτο, και μερικές πιο προηγμένες έχουν φτάσει στην κλάση F. Η κλάση E παραχώρησε στην Κίνα το 1995. Περίπου 50 μεγαβάτια πιθανώς αντιστοιχούν στην κλάση F, που είναι κατευθυνόμενο κρύσταλλο. Η Κίνα παραχώρησε την κλάση το 2005, και τώρα έχουμε όλα αυτά τα υλικά. Οι πιο προηγμένες αεριού πυρήνες έχουν φτάσει στην κλάση H, και τώρα έχουμε τις δεύτερες μας γενιές μοναξιακών κρυστάλλων.

Συνήθως, αυτά που είναι κάτω από 1 MW ονομάζονται μικρές αεριοστροβίλες. Στην πραγματικότητα, οι μικρές αεριοστροβίλες στο εξωτερικό δεν χρησιμοποιούν τέτοιους καλούς σύνθετους υλικούς λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας. Χρησιμοποιούν κάποια ειδικά χάλκεια, και σπάνια χρησιμοποιούν ισιορροπημένα κρύσταλλα. Αυτά περίπου 15 MW ονομάζονται μικρές αεριοστροβίλες, οι οποίες χρησιμοποιούν κυρίως ισιορροπημένα κρύσταλλα. Υπάρχουν επίσης κάποιες ειδικές εταιρείες στο εξωτερικό που χρησιμοποιούν ειδικά χάλκεια, αλλά επειδή οι καλύψεις τους είναι ειδικά καλές, κάνουν καλύτερα. Τα μεσαία μεγέθους 30~50 MW χρησιμοποιούν γενικά περισσότερα κατευθυνόμενα κρύσταλλα, δηλαδή της κατηγορίας F. Τα μεγαλύτερα χρησιμοποιούν μοναδικά κρύσταλλα της πρώτης και δεύτερης γενιάς, τα οποία είναι εθνικές μας μάρκες.

Οι μικρές και μεσαίες, καθώς και οι μικροσκοπικές αεριού πυρηνικές τουρμπίνες χρησιμοποιούνται κυρίως σε διανεμημένη ενέργεια και συνδυασμένη παραγωγή θερμοκρασίας και ηλεκτρισμού. Αυτές κάτω από 30 MW και 15 MW χρησιμοποιούνται κυρίως στο Σισσούαν, ενώ αυτές κάτω από 7 MW χρησιμοποιούνται κυρίως στο Τζούνγκινγκ. Αυτό σχετίζεται με την κλίμακα των βιομηχανικών παρκών τους. Αυτές γύρω από 30 MW χρησιμοποιούνται κυρίως στο Τζιανγκσού, ενώ αυτές από 50 MW έως 100 MW χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικά πάρκα στο Γουανγκδούνγκ, γενικά για διανεμημένη ενέργεια ή συνδυασμένη παραγωγή θερμοκρασίας και ηλεκτρισμού. Αυτές πάνω από 100 MW χρησιμοποιούνται βασικά για μερικές μεγάλες δικτύωσης κορύφων ή ως βασικές φορτώσεις σταθμών. Η βιομηχανία ελαιοπροϊόντων και φυσικού αερίου χρησιμοποιεί βασικά μικρές. Στην πρώτη φάση της βιομηχανίας εξόρυξης, κυριολεκτικά 7 MW και 15 MW χρησιμοποιούνται κυρίως, ενώ η μεσαία φάση της μεταφοράς διαδρόμων είναι κυρίως 15 MW και 30 MW.

Το σύστημα σχεδιασμού αεριού πυρηνικών κινητήρων κάτω από 30 MW είναι σχετικά ώριμο, και το σύστημα υλικών επεξεργασίας είναι εgalement σχετικά ώριμο. Το ποσοστό απόδοσης του OBT μπορεί να φθάσει το 85%. Οι βιομηχανικοί αεριοί κινητήρες πρέπει να επικεντρωθούν στην οικονομική απόδοση, την τεχνική και οικονομική αξιολόγηση ή την αξιολόγηση κόστους-απόδοσης, και ο κύριος δείκτης αξιολόγησης είναι το ποσοστό απόδοσης.

Για μεσαίες και μεγάλες μεγέθους αεριούς τουρμπίνες, εμείς (εσωτερικά) έχουμε λίγη αccumulation σε λογισμικό σχεδιασμού, προδιαγραφές σχεδιασμού και βάσεις δεδομένων μερικών υλικών και διαδικασιών στο σύστημα σχεδιασμού μας, έτσι αυτό το σύστημα σχεδιασμού δεν είναι πολύ εξελιγμένο και ο ρυθμός παραγωγής δεν είναι υψηλός. Το επίπεδο F ή κατευθυνόμενο κρύσταλλο είναι ένας διαχωριστικός σημείος. Κάτω από το κατευθυνόμενο κρύσταλλο, έχουμε αρκετή πεποίθηση να συμμετέχουμε σε διεθνή ανταγωνισμό. Πάνω από το κατευθυνόμενο κρύσταλλο, στο βιομηχανικό επίπεδο, υπάρχει ακόμη μια συγκεκριμένη χάσμα. Αυτό το τομέα έχει ανατεθεί στην εθνική ομάδα. Κάποιες κεντρικές επιχειρήσεις κάνουν μερικές βασικές έρευνες και ανάπτυξη, και η επένδυση σε βασικά υλικά και βασικές διαδικασίες είναι τεράστια.

Βιομηχανική Αλυσίδα

Στο προάγγελμα της βιομηχανικής αλυσίδας αεριού του χώρου μου, οι κατασκευαστές υψηλοθερμικών σπονδύλων, τιτανίου σπονδύλων, συνθετικών υλικών, σπονδύλων αλουμινίου και γενικών χάλκων περιλαμβάνουν το Gangyan Gaona, το Fushun Special Steel, το Baoti Group, κλπ. Στο μεσαίο επίπεδο των μερών και των συστατικών, τα υλικά υπόκεινται σε καστισμό, κτύπημα ή άλλες διαδικασίες για να φτιαχθούν συστατικά όπως οι φύλλα τουρμπινών, άξονες και άλλα μέρη. Τα φύλλα και άλλα μέρη δημιουργούνται με τη διαδικασία καστισμού. Οι κύριοι εθνικοί κατασκευαστές καστισμού και κτύπημας περιλαμβάνουν την Yingliu Co., Ltd., την Wanze Co., Ltd., την Tunan Co., Ltd., κλπ. Στη συνέχεια, οι κατασκευαστές ολοκληρωμένων μηχανών στο κάτω ρεύμα συνδυάζουν διάφορα μέρη σε ολοκληρωμένες μηχανές. Οι κύριοι κατασκευαστές περιλαμβάνουν το AECC, το Shanghai Electric, το Helan Turbine, το Harbin Electric, κλπ.

Οι προεγγραφικές βιομηχανίες, ειδικά προϊόντα όπως υψηλοθερμικές σύγχυτες, υψηλοθερμικές τιτανικές σύγχυτες, θερμικά φραγματικά καλύμματα και προηγμένα κεραμικά σύνθετα υλικά, έχουν σημαντικό ρόλο στην προώθηση της εθνικής βιομηχανίας άμυνας και της υψηλής αποτελεσματικής κατασκευαστικής βιομηχανίας. Οι εσωτερικές αεριούχες τουρβίνες χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ μικρός αριθμός χρησιμοποιείται για βάρδιση, εισαγωγή αέρα, υπερβολή σε πετρελαϊκά πεδία και δύναμη σε πλοία και τανκ. Το κεντρικό σημείο είναι η κατανεμημένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, συνδυασμένη παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας, μεταφορά φυσικού αερίου μέσω αγωγών, προωθητικά συστήματα πλοίων και μηχανική οδήγηση. Η χώρα μας έχει τεράστιες δυνατότητες αγοράς για αεριούχες τουρβίνες στον τομέα της κατανεμημένης ενεργειακής εφοδιασμού, των σταθμών υπερβολής και της βιομηχανικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, και οι πολιτικές υποστηρίζουν την γρήγορη ανάπτυξη της βιομηχανίας. Τα τρέχοντα μεγάλα έργα στη χώρα μας, όπως το "Μεταφορά Φυσικού Αερίου Από Δυτικά Σε Ανατολικά", το "Μεταφορά Ηλεκτρικής Ενέργειας Από Δυτικά Σε Ανατολικά" και το "Μεταφορά Νερού Από Νότο Σε Βόρεια", καθώς και η γρήγορη ανάπτυξη της ναυπηγικής βιομηχανίας μας, έχουν οδηγήσει σε γρήγορη αύξηση της ζήτησης για αεριούχες τουρβίνες.

Βιομηχανική Πολιτική

Το σύστημα σύγχρονης ενέργειας του 14ου Πενταετούς Σχεδίου περιλαμβάνει επίσης ως κεντρική κλειδιά τεχνολογία τους αεριοστρόβιλους, τοποθετώντας ουσιαστικά τους στο ίδιο επίπεδο με την πυρηνική ενέργεια, νέα συστήματα παραγωγής ενέργειας, αποθήκευση ενέργειας και ενέργεια βάρυτου.

Η Διατομεακή Εταιρεία Ηλεκτρικής Ενέργειας έχει εκπονήσει δύο ειδικά έργα, ένα από αυτά είναι ένα μεγάλο έργο για βαριούς αεριοστρόβιλους, περιλαμβανομένων αεριοστροβίλων με κατάμιξη υδρογόνου. Ένας καθαρός υδρογόνος έχει κατασκευαστεί στη Μεσοποταμία της Βάμβης αλλά δεν έχει ακόμη τοποθετηθεί σε λειτουργία. Το ηλεκτροπαραγωγικό σταθμός της Jingmen έχει κατασκευάσει μίγμα 15%. Η Harbin Electric και το Ομίλο Ηλεκτρικής Ενέργειας της Γουάνγκντονγκ, που είναι το Ομίλο Ενέργειας της Γουάνγκντονγκ, έχουν εκτελέσει ένα έργο μίγματος υδρογόνου στο Daya Bay, και ο Hangzhou Steam Turbine και ο Siemens έχουν εκτελέσει ένα έργο μίγματος υδρογόνου στο Zhoushan.

Οι αεριούς τουρμπίνες χρησιμοποιούνται ευρέως στη διαδρομή μεταφοράς φυσικού αερίου Δυτική-Ανατολική και σε εξωθαλάσσιες πλατφόρμες πετρελαίου. Ως επιχείρηση σχετική με τα στρατεύματα, η CNOOC έχει επίσης υποστεί περιορισμούς από τις Ηνωμένες Πολιτείες και αντιμετωπίζει τον κίνδυνο κοπών εφοδιασμού. Κατά τη διάρκεια του πολέμου Ρωσίας-Ουκρανίας, οι αεριούς τουρμπίνες Siemens που αγόρασε η Ρωσία κρατήθηκαν όταν απεστάλησαν στον Καναδά για επισκευή, επηρεάζοντας την ενεργειακή ασφάλεια. Η τοπικοποίηση πρέπει να γίνει όσο το συντομότερο.

Χώρος Αγοράς

Το 2022, η παραγωγή αεριούς τουρμπινών της χώρας μας θα είναι 4.0563 εκατομμύρια κιλοβάτια, και η ζήτηση θα είναι περίπου 6.7986 εκατομμύρια κιλοβάτια.

Σύμφωνα με στατιστικά, το μέγεθος της αγοράς αεριούς τουρμπινών της χώρας μας ήταν 61.669 δισεκατομμύρια γιουάν το 2022, από τα οποία το μέγεθος της αγοράς μικρών αεριούς τουρμπινών ήταν 893 εκατομμύρια γιουάν, το μέγεθος της αγοράς ελαφρών αεριούς τουρμπινών ήταν 56.569 δισεκατομμύρια γιουάν, και το μέγεθος της αγοράς βαρύων αεριούς τουρμπινών ήταν 4.207 δισεκατομμύρια γιουάν.

Το χώρα μου τώρα έχει την ικανότητα να παράγει ανεξάρτητα ελαφρά αεριώδη τυμπάνα (δύναμη κάτω από 50MW), και τα χαμηλότερα μπορούν ακόμη και να εξάγονται, αλλά τα βαριά αεριώδη τυμπάνα (δύναμη άνω των 50MW) εξαρτώνται ακόμη σχεδόν εξ ολοκλήρου από εισαγωγές, ενώ η κεντρική τεχνολογία είναι σχεδόν εξclusively μονοπωλιακή από διεθνείς κατασκευαστές όπως ο GE στις ΗΠΑ, ο Mitsubishi στον Ιαπωνικό, και ο Siemens στη Γερμανία. Υπάρχει ο κίνδυνος να "συμπιέζεται" ο εσωτερικός αγοράς. Σύμφωνα με δεδομένα της Γενικής Διεύθυνσης Τελωνείων, οι εισαγωγές αεριώδων τυμπάνων το 2022 θα φτάσουν τα 4,161 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ και οι εξαγωγές θα φτάσουν τα 735 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ.