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 grands composants : compresseur, chambre de combustion et 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 lourdes utilisent un schéma de cycle combiné. En raison de différents contextes historiques, les turbines à gaz ont évolué selon des chemins techniques différents. Les turbines à gaz légères dérivées d'avions (communément appelées "machines dérivées") sont formées en modifiant les moteurs d'avion ; les turbines à gaz industrielles lourdes (communément appelées "machines industrielles") sont développées selon le concept traditionnel de turbine à vapeur, elles 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 : compresseur (bleu), chambre de combustion (rouge) et turbine (jaune).

2. Classification des turbines à gaz

Il existe des dizaines d'entreprises dans le monde engagées dans la recherche, la conception et la fabrication de turbines à gaz. Actuellement, les quatre entreprises qui ont complètement maîtrisé la technologie des turbines à gaz lourdes sont General Electric des États-Unis, Siemens d'Allemagne, Mitsubishi Heavy Industries du Japon (qui a introduit la technologie Westinghouse des États-Unis dans ses premiers jours), et Ansaldo d'Italie. Selon M. Chen Xuewen, Vice-président de Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., il n'a jamais existé de norme internationale pour le niveau des modèles de turbines à gaz, et cela devient aujourd'hui de plus en plus flou. L'auteur ne peut que recueillir les opinions de diverses parties et les résumer comme suit :

1. selon la température de combustion de la turbine à gaz, elle est divisée (chaque 100 degrés constituant un niveau) :

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

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

Allemagne Siemens (introduction par Shanghai Electric) : les anciens numéros V64.3A, V84.3A, V94.3A sont de classe 6F. En 1997, Westinghouse a vendu sa division de générateurs non nucléaires à Siemens. Le nouveau numéro a été changé en SGT6-5000F similaire et SGT-8000H. La classe F est 1200 ° C et la classe H est 1500 ° C. Je suis désolé.

2. Classification des références de sortie pour turbines à gaz lourdes :

Les turbines à gaz lourdes pour la production d'électricité sont généralement classées selon leur puissance de sortie lorsque la température de combustion dans la chambre de combustion est comprise entre 1100 degrés Celsius et 1500 degrés Celsius. Par exemple, la puissance des turbines à gaz de classe B est inférieure ou égale à 100 MW, celle des turbines à gaz de classe E se situe entre 100 MW et 200 MW, celle des turbines à gaz de classe F est entre 200 MW et 300 MW, et les classes supérieures comme G et H se situent dans la plage de 300 MW à 400 MW. Selon M. Chen Xuewen, en raison du développement rapide de la puissance des turbines à gaz des différents fabricants, cette méthode de classification est légèrement dépassée par rapport aux produits réels.

3. Développement des turbines à gaz internationales

Siemens : Le produit représentatif SGT5-8000H, une turbine à gaz super avancée, pèse 390 tonnes (équivalent à un Airbus A380 entièrement carburant), mesure 13,1 mètres de longueur, 4,9 mètres de largeur, 4,9 mètres de hauteur, et a une puissance en cycle combiné de 595 MW. La production d'électricité d'une seule SGT5-8000H est suffisante pour alimenter une grande ville industrielle. Les pales de sa turbine doivent supporter des températures élevées dépassant 1500 ° °C, ce qui excède la température d'admission de la turbine des moteurs turbofans GE90 et des réacteurs F404. Comme la vitesse au bord des pales dépasse 1700 kilomètres par heure, la force centrifuge énorme fait que chaque extrémité de pale subit un contact équivalent à 10 000 fois la gravité terrestre. La pale ne peut avoir aucun défaut, avec une tolérance d'erreur de seulement quelques dizaines de microns, sinon elle sera rejetée. C'est pourquoi on dit qu'une pale est équivalente à une BMW.

Mitsubishi Corporation : Le dernier modèle est la turbine à gaz super M701J avec une puissance de cycle combiné de 650 MW. Elle est équipée d'un compresseur axial en 15 étapes avec un rapport de compression de 23:1. Le brûleur et la turbine axiale en 4 étapes sont tous refroidis par air, et les trois premières étapes utilisent les derniers revêtements protecteurs haute température, des revêtements thermiques en céramique et un refroidissement par film d'air haute performance ainsi que d'autres technologies de pointe. Elle dispose de la température d'admission la plus élevée au monde pour une turbine à gaz, soit 1600 ° C, il peut toujours garantir la durée de vie à long terme des composants à haute température. Les dernières innovations de la série J sont conçues pour réduire encore davantage les émissions de carbone. En mars 2020, MHPS a reçu une commande de deux groupes motopropulseurs M501JAC de la Intermountain Power Authority, dans l'Utah, aux États-Unis. Les deux turbines à gaz reposent sur un système de combustion à faible teneur en NOx refroidi à l'air et peuvent utiliser jusqu'à 30 % de carburant à base d'hydrogène renouvelable. Comparé aux centrales au charbon de 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 passera progressivement à une production d'électricité à 100 % à base d'hydrogène renouvelable.

General Electric : les turbines à gaz lourdes de la série 9HA sont les turbines à gaz combinées les plus efficaces au monde ; sa dernière turbine à gaz lourde 9HA.02 ne seulement présente une efficacité en cycle combiné de plus de 64 %, mais elle offre également une puissance de sortie pouvant atteindre 826 MW. Ces deux indicateurs clés dépassent largement ses deux principaux concurrents, et la technologie de pointe de l'impression 3D est utilisée pour fabriquer des composants clés.

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