Comprensión de la clasificación de turbinas de gas: clase F, clase H, clase J

1. Conocimientos básicos de turbinas de gas

Las turbinas de gas se componen principalmente de tres componentes principales: compresor, cámara de combustión y turbina de gas. El ciclo de la turbina de gas generalmente se denomina ciclo simple. La mayoría de las turbinas de gas utilizan un esquema de ciclo simple, y solo las turbinas de gas de servicio pesado utilizan un esquema de ciclo combinado. Debido a diferentes antecedentes históricos, las turbinas de gas se han desarrollado en diferentes caminos técnicos. Las turbinas de gas ligeras aeroderivadas industriales y marinas (comúnmente conocidas como "máquinas aeroderivadas") se forman modificando motores de aeronaves; las turbinas de gas industriales de servicio pesado (comúnmente conocidas como "máquinas industriales") se desarrollan siguiendo el concepto tradicional de turbina de vapor, que se utilizan principalmente para accionamientos mecánicos y grandes centrales eléctricas.

Una turbina de gas se puede dividir en tres partes de izquierda a derecha: compresor (azul), cámara de combustión (rojo) y turbina (amarillo).

2. Clasificación de las turbinas de gas

En el mundo existen decenas de empresas dedicadas a la investigación, el diseño y la fabricación de turbinas de gas. En la actualidad, las cuatro empresas que dominan plenamente la tecnología de turbinas de gas de servicio pesado son General Electric de Estados Unidos, Siemens de Alemania, Mitsubishi Heavy Industries de Japón (que introdujo la tecnología Westinghouse de Estados Unidos en sus inicios) y Ansaldo de Italia. Según Chen Xuewen, vicepresidente de Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., nunca ha existido un estándar internacional para el nivel de modelo de las turbinas de gas, y en la actualidad se está volviendo cada vez más vago. El autor sólo puede recopilar opiniones de diversas partes y resumirlas de la siguiente manera:

1. Según la temperatura de combustión de la turbina de gas se divide (cada 100 grados es un nivel):

Estados Unidos GE (introducción de Harbin Electric): 1100℃ Para la clase E, 1200℃ Para la clase F, 1400℃ Para la clase H.

Japón Mitsubishi (presentado por Dongfang Electric): 1400℃ Es clase F, 1500℃ Es de clase G, la clase H es un producto de prueba intermedio, 1600/1700℃ Es de clase J.

Alemania Siemens (introducción de Shanghai Electric): el antiguo número V64.3A, V84.3A, V94.3A es de clase 6F. En 1997, Westinghouse vendió su división de generadores no nucleares a Siemens. El nuevo número se cambió a SGT6-5000F y SGT-8000H, similares. La clase F es 1200. ° La clase C y H son 1500 ° C.

2. Clasificación de la potencia de referencia para turbinas de gas de servicio pesado:

Las turbinas de gas de servicio pesado para la generación de energía se clasifican generalmente según la potencia cuando la temperatura de combustión de la cámara de combustión está entre 1100 grados Celsius y 1500 grados Celsius. Por ejemplo, la potencia de salida de las turbinas de gas de clase B es menor o igual a 100 MW, la potencia de salida de las turbinas de gas de clase E está entre 100 MW y 200 MW, la potencia de salida de las turbinas de gas de clase F está entre 200 MW y 300 MW, y las de grados superiores como la clase G y la clase H están en el rango de 300 MW a 400 MW. Según el Sr. Chen Xuewen, debido a que la potencia de salida de las turbinas de gas de varios fabricantes se ha desarrollado rápidamente, este método de clasificación está ligeramente por detrás del producto real.

3. Desarrollo de turbinas de gas internacionales

Siemens: El producto representativo, la superturbina de gas SGT5-8000H, pesa 390 toneladas (equivalente a un Airbus A380 con combustible completo), tiene 13.1 metros de largo, 4.9 metros de ancho, 4.9 metros de alto y tiene una potencia de ciclo combinado de 595 MW. La generación de energía de una SGT5-8000H es suficiente para abastecer a una gran ciudad industrial. Sus álabes de turbina deben soportar una temperatura elevada de más de 1500 grados.°C, que supera la temperatura de entrada de la turbina del motor de avión de turbofán GE90 y del motor a reacción F404. Dado que la velocidad de la punta de la pala de la turbina supera los 1700 kilómetros por hora, la enorme fuerza centrífuga hace que un extremo de cada pala entre en contacto con 10,000 veces la gravedad de la Tierra. La pala no puede tener ningún defecto y el error es de solo unas decenas de micrones, de lo contrario se desechará. Por lo tanto, se dice que una pala es equivalente a un BMW.

Mitsubishi Corporation: El último modelo es la turbina de gas super M701J con una potencia de ciclo combinado de 650 MW. Está equipada con un compresor axial de 15 etapas con una relación de presión de 23:1. El quemador y la turbina axial de 4 etapas están todos refrigerados por aire, y las primeras 3 etapas utilizan los últimos recubrimientos protectores de alta temperatura, recubrimientos de barrera térmica de cerámica y refrigeración por película de aire de alto rendimiento y otras tecnologías de alta tecnología. Con la temperatura de entrada a la turbina de gas más alta del mundo de 1600°C, todavía puede garantizar la vida útil a largo plazo de los componentes de alta temperatura. Las últimas innovaciones de la serie J están diseñadas para reducir aún más las emisiones de carbono. En marzo de 2020, MHPS recibió un pedido de dos sistemas de propulsión M501JAC de la Intermountain Power Authority en Utah, EE. UU. Las dos turbinas de gas se basan en un sistema de combustión seca de bajo NOx refrigerado por aire y son capaces de utilizar hasta un 30% de combustible de hidrógeno renovable. En comparación con las centrales eléctricas de carbón del mismo tamaño, un sistema de hidrógeno al 30% reducirá las emisiones de carbono en más del 75%, mientras que un sistema de hidrógeno al 100% eliminará por completo las emisiones de carbono. Entre 2025 y 2045, la planta logrará gradualmente una generación de electricidad de hidrógeno 100% renovable.

General Electric: Las turbinas de gas de alta potencia de la serie 9HA son las turbinas de gas de ciclo combinado más eficientes del mundo; su última turbina de gas de alta potencia 9HA.02 no solo tiene una eficiencia de ciclo combinado de más del 64%, sino que también tiene una potencia de salida de hasta 826 MW. Estos dos indicadores clave superan con creces a sus dos principales competidores, y se utiliza la tecnología de impresión 3D más avanzada para fabricar los componentes clave.

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