BLAZE Znanstvena Učionica: Plinska Turbina

Osnovni pojmovi

Prema "Vokabularu plinske turbine" (GB/T 15135-2018), plinska turbina se odnosi na stalno strujanje rotirajuće mašine (jedna mašina) koja pretvara termalnu energiju u mehaničku rad, uključujući kompresor, opremu za zagrijavanje radne tekućine (poput gorišne komore), turbinu, upravljački sustav i pomoćnu opremu.

Industrijske plinske turbine, općenito nazivane plinske turbine ili turbine, industrijske plinske motore, su po svojoj biti isto što i aviacione turbine plinskih motora (nazivane aviacionim motorima), ali su primjene malo različite. Stisnuće visokotlak plin u gorišnu komoru, a kroz reakciju kemikalne energije pretvara tu kemikalnu energiju u mehanički rad putem turbine (transliteracija riječi turbine).

Kao uređaj za pretvoru energije, plinska turbine je motorni pogon zrakoplova koji pretvara avionski kerozin u mehaničku energiju za vijanje tijekom leta; plinska turbine koja se koristi na zemlji pretvara prirodni plin i naftu u mehaničku energiju za generator.

Parne turbine, unutarnjeg sagorevanja i plinske turbine prvi put su razvijene za uporabu na ratnim brodovima. Parne turbine su bile u upotrebi prije Prvog svjetskog rata,动机e unutarnjeg sagorevanja su bile u upotrebi tijekom Prvog i Drugog svjetskog rata, a plinske turbine za ratne brodove su razvijene nakon Drugog svjetskog rata. One su modifikovane iz zrakoplovnih motora i glavno su se koristile na velikim površinskih brodovima.

Plinske turbine imaju nekoliko karakteristika:

Prvo, teorijska učinkovitost pretvorbe energije može dostići 88%, što je uređaj s najvećom učinkovitostištom pretvorbe energije na svijetu do danas. Vodikovni članci mogu postići učinkovitost pretvorbe od 90%, ali još nisu potpuno komercijalizirani; teorijska učinkovitost pretvorbe energije kod spaljivača iznosi 88%, a to je testirano desetljećima.

Drugo, temperatura spalja gasnih turbine je relativno visoka, a emisija štetnih plinova je relativno niska.

Treće, gustoća snage je relativno velika. Jedna strojna jedinica veličine kontejnera može pružati energiju uništavaču; dva kontejnera su uglavnom dovoljni za građansku elektroenergiju cijelog okruga. Parne turbine su vrlo velike, kao što su dizel motori i unutarnjeg sagorevanja kapaciteta preko 10 megawata, koji su uglavnom uređaji tisućama tuna težine i desetaka metara visine.

Četvrto, plinske turbine nisu kao unutarnje goreće motore koji rade po principu četverozubaca i obavlja se posao jednom za 4 udara. Plinske turbine rade neprestano, a turbina je vrtložna linija. To je uređaj termičkog motora s najvećom učinkovitostišćom pretvorbe energije, koja pretvara kemijsku energiju u toplinski i mehanički rad.

U 1970-ima su plinske turbine stuple u naftnu industriju Sjedinjenih Država, što je dalo početak promjetskim plinskim turbinama. Motore za letelice se zahtijeva da imaju relativno visoku performansu, jesu relativno sofisticirani i imaju relativno kratku životnu dobu; prometni motori ne moraju smanjivati težinu, napravljeni su vrlo čvrsto i zahtijevaju relativno dugu životnu dobu. Oko 1980-ih, uz razvoj prirodnog plina, stupile su u elektroenergetski sektor.

Poslije Drugog svjetskog rata, tehnološki nivo Sjedinjenih Država nije bio baš vrlo visok. Najranije su nabavljale italijanske tvrtke, koje su bile kapital rotacijskog opreme u Europi. Tipična engleska tvrtka je Rolls-Royce, koja proizvodi avionske motor. Općenito, tvrtke koje proizvode avionske motore također proizvode plinske turbine. Njemačka Siemens je bila nabavljena širom Europe, a također je nabavila modifikaciju zrakoplova od Rollsa-Royce. Rusija je s ukrajinskom suradnjom izgradila plinske turbine. Dizajni su svi u Rusiji, dok su neki proizvodni bazeni bili u Mariupolu, na Ukraini.

U posljednjim desetljećima, jedino je Mitsubishi iz Japana razvio pravi teški plinski turbine, dok Kawasaki proizvodi manje, pa postoji i dalje određeni prag. Male i srednje plinske turbine su uglavnom GE, posebno za vojnu uporabu. Glavni uništavači koriste uglavnom GE, model LM-2500. Siemens je nabavio neke male plinske turbine u Lincolnu, Ujedinjeno Kraljevstvo, s kapacitetom manjim od 15 MW, a neke u Finspångu, Švedska. Najbolja tvrtka u malim plinskim turbinama je Solar u Sjedinjenim Državama, koja je vrlo blizu svojim klijentima i ima najveći udio na svjetskom tržištu za male plinske turbine s kapacitetom manjim od 15 MW.

Klasifikacija

Prema strukturnoj formi i izlaznoj snazi, plinske turbine se mogu podijeliti u tri kategorije: mikro, lagane i teške. Među njima, mikro i laganе plinske turbine mogu biti modifikovane iz avionskih motora (poznato i kao "aero-to-gas"), s snagom obično ispod 50MW, i mogu se koristiti za prometnu proizvodnju električne energije, brodsku snagu, povećanje tlaka cijevi, tenk lokomotive, distribuiranu proizvodnju energije i kombiniranu proizvodnju topline i električne energije. Teške plinske turbine imaju snagu preko 50MW i glavno se koriste kao fiksni generatori na kopnu, kao što su urbani elektromreže.

Teške plinske motore općenito se klasificiraju prema temperaturi. Klasa E, F, G i H odgovaraju različitim temperaturama gorenja. S inženjerske točke gledišta, bolje je klasificirati ih na temelju temperature koju može izdržati spoj.

U Kini se uglavnom radi o malim plinskim turbine. Male plinske turbine općenito klasificiraju se prema strukturi: jednoosne, dvooosne, troosne, aero-modifikovane, industrijske, i rijetko se klasificiraju prema temperaturi, jer temperatura malih plinskih turbine nije toliko visoka u usporedbi s teškim plinskim turbine. One s snaga ispod 30 megawata zapravo su jednakoosi kristali, tj. E-kategorije. To nije apsolutno, i neke su naprednije stigle do F-kategorije. E-kategorija je bila probno proizvedena u Kini 1995. godine. Oko 50 megawata vjerojatno odgovara F-kategoriji, koja je orijentirani kristal. Kina je probno proizvela tu kategoriju 2005. godine, a sada imamo sve te materijale. Najnaprednije plinske turbine stigli su do H-kategorije, a mi sada imamo naše druge generacije jednokristalnih.

Općenito, one ispod 1 MW nazivaju se mikro-plinene turbine. Zaista, mikro-plinene turbine iz inozemstva zbog niske temperature ne koriste takve dobre legure. One koriste neke posebne ocele, rijetko koriste jednako orijentirane kristale. One oko 15 MW nazivaju se male plinene turbine, koje glavno koriste jednako orijentirane kristale. Također postoje neke posebne tvrtke iz inozemstva koje koriste posebne ocele, ali zato što su njihove oblice posebno dobre, one su napravljene bolje. Male i srednje veličine 30~50 MW općenito više koriste usmjerene kristale, to jest F-razreda. Veće koriste jednekristalne strukture prve i druge generacije, a to su naše domaće marke.

Male i srednje veličine te mikro plinske turbine uglavnom se koriste u distribuiranoj elektroenergetski i u kombiniranom proizvodnji topline i električne energije. One ispod 30 MW i 15 MW uglavnom se koriste u Sichuanu, a one ispod 7 MW uglavnom se koriste u Chongqingu. To je povezano s razinom njihovih industrijskih parkova. One oko 30 MW uglavnom se koriste u Jiangsu, a one između 50 MW i 100 MW uglavnom se koriste u industrijskim parkovima u Guangdongu, općenito za distribuiranu energetsku ili kombiniranu proizvodnju topline i električne energije. One iznad 100 MW uglavnom se koriste za neku veliku mrežnu regulaciju vrha snage ili kao osnovna snaga postaja. Naftno-gazna industrija uglavnom koristi male. U gornjem dijelu rudarske industrije uglavnom se koriste 7 MW i 15 MW, a u srednjem dijelu cijevnog transporta uglavnom su to 15 MW i 30 MW.

Sustav dizajna plinskih turbine ispod 30 MW je relativno zreli, a procesni materijalni sustav je također relativno zreli. Stopa uspjeha OBT-a može dostići 85%. Industrijske plinske turbine i dalje moraju fokusirati na ekonomske performanse, tehniko-ekonomski procjenu ili odnos cijena i performansi, a glavni evaluacijski pokazatelj je stopa uspjeha.

Za srednje i velike plinske turbine, mi (domaće) imamo malo nakupljenih dizajnerskih softvera, specifikacija za dizajn i baza podataka o nekim materijalima i procesima u našem sustavu za dizajn, stoga ovaj sustav za dizajn nije baš zrelo razvijen i stopa uspjeha nije visoka. F-nivo ili orijentirani kristal je rub. Ispod orijentiranog kristala, još uvijek imamo dovoljno sigurnosti da sudjelujemo u međunarodnoj konkurenciji. Iznad orijentiranog kristala, na industrijskoj razini, još uvijek postoji određena razlika. Ovo područje je preneseno nacionalnom timu. Nekoliko centralnih poduzeća obavlja neke osnovne istraživanja i razvoj, a ulaganje u osnovne materijale i osnovne procese je ogroman.

Industrijska lanac

U gornjem toku lanca industrije plinske turbine u mojoj zemlji, proizvođači visokotemperaturnih alija, titanovih alija, složenih materijala, aluminijumovih alija i opće ocele uključuju Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itd. U srednjem toku dijelova i komponenti, materijali se lisaju, kuju ili podvrgavaju drugim procesima kako bi se stvorile turbinsku listu, valove i druge dijelove. Liste i drugi dijelovi se formiraju lisavanjem. Glavni domaći proizvođači za lisavanje i kovanje uključuju Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itd. Zatim, dolje toka, proizvođači cjelovitih strojeva montiraju razne dijelove u cjeline. Glavni proizvođači uključuju AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itd.

Gornostromne industrije, posebice proizvodi kao što su visokotemperaturne legure, visokotemperaturni titan alijansi, toplinska barijerska obloženja i napredne keramičke kompozitne materijale, imaju značajan ulog u promicanju obrambene industrije i proizvodnje visoke opreme. Domaći plinovi turbine uglavnom se koriste za proizvodnju električne energije, a manji broj se koristi za uljezanje, uzimanje zraka, pritisak u naftnim i plinovima poljama te snagu za brodove i tenkove. Fokus je na distribuiranoj proizvodnji energije, kombiniranom proizvodnji topline i energije, prijenosu prirodnog plina cijevima, brodskoj propulziji i mehaničkom pogonu. U područjima distribuirane dobave energije, stanicama za povećanje tlaka, industrijskoj proizvodnji energije i drugim područjima, plinovi turbine u našoj zemlji imaju ogroman potencijalni tržište, a politike podržavaju brzi razvoj industrije. Trenutni veliki projekti u našoj zemlji kao što su "Prenos plina s zapada na istok", "Prenos elektroenergije s zapada na istok" i "Prebacivanje vode sa jug-a na sjever", te brzi razvoj brodogradnje u našoj zemlji, doveli su do brzog rasta potrebe za plinovima turbinama u našoj zemlji.

Prometna politika

Savremeni energetsni sustav Petogodišnjeg plana četrnaestog reda također navede plinske turbine kao jezgra ključne tehnologije, osnovno stavljajući je na isti nivo kao jedrska energija, nove električne sustave, čuvanje energije i hidrogensku energiju.

Državna korporacija za ulaganja u elektroenergetiku izvela je dva posebna projekta, jedan od kojih je veliki projekt za teške plinske turbine, uključujući plinske turbine s mješavinom hidrogena. Čisto hidrogenska je izgrađena u Unutarnjoj Mongoliji, ali još nije u funkciji. Elektrana u Jingmen-u je smiješila 15%. Harbin Electric i Guangdong Electric Group, koji je Guangdong Energy Group, izveli su projekt s mješavinom hidrogena u Daya Bay-u, a Hangzhou Steam Turbine i Siemens izveli su projekt s mješavinom hidrogena u Zhoushan-u.

Plinske turbine su široko korištene u cijevnom vodu za plin Istočno-Zapadni i na odmorskim naftnim platformama. Kao poduzeće povezano s vojskom, CNOOC je također bio sankcioniran od strane Sjedinjenih Država i suočen riziku prekida ponude. Tijekom rusko-ukrajinske rata, Siemensove plinske turbine koje je Rusija kupila bile su zadržane kada su poslane u Kanadu za popravku, što je utjecalo na energetsku sigurnost. Lokalizacija mora biti provedena što prije.

Tržišni prostor

Godine 2022, proizvodnja plinskih turina u našoj zemlji će biti 4,0563 milijuna kilowati, a potraznja će iznositi oko 6,7986 milijuna kilowati.

Prema statistici, veličina tržišta plinskih turina u našoj zemlji 2022. iznosila je 61,669 milijardi juana, od kojih je veličina tržišta mikro plinskih turina bila 893 milijuna juana, veličina tržišta laganih plinskih turina bila 56,569 milijardi juana, a veličina tržišta teških plinskih turina bila 4,207 milijarde juana.

Moja zemlja sada ima mogućnost neovisnog proizvodnje laki plinske turbine (snaga ispod 50MW), a niže kvalitete čak mogu biti izvozne, ali su teške plinske turbine (snaga iznad 50MW) još uvijek uglavnom ovisne o uvozu, a jezgra tehnologije je uglavnom monopoloizirana od međunarodnih proizvođača poput GE-a iz Sjedinjenih Država, Mitsubishija iz Japana i Siemensa iz Njemačke. Postoji rizik da će se na domaćem tržištu doći do "udusavanja". Prema podacima Generalne uprave carine, uvoz plinskih turina 2022. godine bit će 4,161 milijarde američkih dolara, a izvoz 735 milijuna američkih dolara.