Classe F, classe H, classe J, compréhension de la classification des turbines à gaz

1. Connaissances de base sur les turbines à gaz

Les turbines à gaz sont principalement composées de trois composants principaux : le compresseur, la chambre de combustion et la turbine à gaz. Le cycle de la turbine à gaz est généralement appelé cycle simple. La plupart des turbines à gaz utilisent un schéma de cycle simple, et seules les turbines à gaz à usage intensif utilisent un schéma de cycle combiné. En raison de contextes historiques différents, les turbines à gaz ont évolué selon des voies techniques différentes. Les turbines à gaz légères aéro-dérivées industrielles et marines (communément appelées « machines aéro-dérivées ») sont formées en modifiant les moteurs d'avion ; les turbines à gaz industrielles à usage intensif (communément appelées « machines industrielles ») sont développées selon le concept traditionnel de turbine à vapeur, qui sont principalement utilisées pour les entraînements mécaniques et les grandes centrales électriques.

Une turbine à gaz peut être divisée en trois parties de gauche à droite : le compresseur (bleu), la chambre de combustion (rouge) et la turbine (jaune).

2. Classification des turbines à gaz

Il existe des dizaines d'entreprises dans le monde qui se consacrent à la recherche, à la conception et à la fabrication de turbines à gaz. Actuellement, les quatre entreprises qui maîtrisent parfaitement la technologie des turbines à gaz à usage intensif sont General Electric aux États-Unis, Siemens en Allemagne, Mitsubishi Heavy Industries au Japon (qui a introduit la technologie Westinghouse des États-Unis au début) et Ansaldo en Italie. Selon M. Chen Xuewen, vice-président de Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., il n'y a jamais eu de norme internationale pour le niveau de modèle des turbines à gaz, et celle-ci devient de plus en plus floue aujourd'hui. L'auteur ne peut que recueillir les avis de diverses parties et les résumer comme suit :

1. selon la température de combustion de la turbine à gaz est divisée (tous les 100 degrés sont un niveau) :

États-Unis GE (introduction de Harbin Electric) : 1100℃ pour la classe E, 1200℃ pour la classe F, 1400℃ pour la classe H.

Japon Mitsubishi (introduit par Dongfang Electric) : 1400℃ est de classe F, 1500℃ est de classe G, la classe H est un produit de test intermédiaire, 1600/1700℃ est de classe J.

Allemagne Siemens (introduction de Shanghai Electric) : l'ancien numéro V64.3A, V84.3A, V94.3A correspond à la classe 6F. En 1997, Westinghouse a vendu sa division de générateurs non nucléaires à Siemens. Le nouveau numéro a été changé en SGT6-5000F et SGT-8000H, similaires. La classe F correspond à 1200 ° La classe C et la classe H sont de 1500 ° C.

2. Classification de la puissance de référence des turbines à gaz à usage intensif :

Les turbines à gaz de grande puissance destinées à la production d'électricité sont généralement classées en fonction de leur puissance lorsque la température de combustion de la chambre de combustion est comprise entre 1100 1500 et 100 100 degrés Celsius. Par exemple, la puissance des turbines à gaz de classe B est inférieure ou égale à 200 MW, la puissance des turbines à gaz de classe E est comprise entre 200 et 300 MW, la puissance des turbines à gaz de classe F est comprise entre 300 et 400 MW, et les turbines à gaz de classe G et de classe H sont comprises entre XNUMX et XNUMX MW. Selon M. Chen Xuewen, étant donné que la puissance des turbines à gaz de divers fabricants s'est développée rapidement, cette méthode de classification est légèrement en retard par rapport au produit réel.

3. Développement des turbines à gaz internationales

Siemens : La turbine à gaz SGT5-8000H, un produit représentatif, pèse 390 tonnes (équivalent à un Airbus A380 entièrement alimenté), mesure 13.1 mètres de long, 4.9 mètres de large, 4.9 mètres de haut et a une puissance de cycle combiné de 595 MW. La production d'électricité d'une SGT5-8000H est suffisante pour alimenter une grande ville industrielle. Ses pales de turbine doivent résister à une température élevée de plus de 1500 XNUMX°C, ce qui dépasse la température d'entrée de la turbine du turboréacteur GE90 et du réacteur F404. Étant donné que la vitesse de pointe de la pale de turbine dépasse 1700 10,000 kilomètres par heure, l'énorme force centrifuge fait qu'une extrémité de chaque pale entre en contact avec XNUMX XNUMX fois la gravité terrestre. La pale ne peut présenter aucun défaut, et l'erreur n'est que de quelques dizaines de microns, sinon elle sera mise au rebut. On dit donc qu'une pale est équivalente à une BMW.

Mitsubishi Corporation : Le dernier modèle est la super turbine à gaz M701J d'une puissance de cycle combiné de 650 MW. Elle est équipée d'un compresseur axial à 15 étages avec un rapport de pression de 23:1. Le brûleur et la turbine axiale à 4 étages sont tous refroidis par air, et les 3 premiers étages utilisent les derniers revêtements de protection haute température, les revêtements de barrière thermique en céramique et le refroidissement par film d'air haute performance et d'autres technologies de pointe. Avec la température d'entrée de turbine à gaz la plus élevée au monde de 1600°C, il peut toujours assurer la durée de vie à long terme des composants à haute température. Les dernières innovations de la série J sont conçues pour réduire davantage les émissions de carbone. En mars 2020, MHPS a reçu une commande de deux groupes motopropulseurs M501JAC de l'Intermountain Power Authority dans l'Utah, aux États-Unis. Les deux turbines à gaz sont basées sur un système de combustion à faible NOx à sec refroidi par air et sont capables d'utiliser jusqu'à 30 % de carburant hydrogène renouvelable. Par rapport aux centrales électriques au charbon de la même taille, un système à 30 % d'hydrogène réduira les émissions de carbone de plus de 75 %, tandis qu'un système à 100 % d'hydrogène éliminera complètement les émissions de carbone. Entre 2025 et 2045, la centrale atteindra progressivement une production d'électricité à 100 % d'hydrogène renouvelable.

General Electric : les turbines à gaz à usage intensif de la série 9HA sont les turbines à gaz à cycle combiné les plus efficaces au monde. Sa dernière turbine à gaz à usage intensif 9HA.02 a non seulement une efficacité de cycle combiné de plus de 64 %, mais a également une puissance de sortie allant jusqu'à 826 MW. Ces deux indicateurs clés dépassent de loin ses deux principaux concurrents, et la technologie d'impression 3D la plus avancée est utilisée pour fabriquer les composants clés.

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