BLAZE Sala Wiedzy: Turbina Gazowa

Podstawowe Pojęcia

Zgodnie z „Słownictwem Turbin Gazuowych” (GB/T 15135-2018), turbiną gazową nazywamy maszynę obrotową o ciągłym przepływie (jedna maszyna), która przekształca energię cieplną w pracę mechaniczną, w tym kompresor, urządzenie do nagrzewania płynu roboczego (takie jak komora spalania), turbinę, system sterowania i wyposażenie pomocnicze.

Silniki gazowe przemysłowe, zazwyczaj nazywane turbinami gazowymi lub turbinami, silnikami przemysłowymi gazowymi, są zasadniczo tą samą rzeczą co silniki gazowe turbinowe lotnicze (nazywane silnikami lotniczymi), ale ich zastosowanie różni się nieco. Kompresują one gaz o wysokim ciśnieniu do komory spalania, a przez reakcję energii chemicznej przekształcają energię chemiczną w pracę mechaniczną za pomocą turbiny (przepisanie słowa turbine).

Jako urządzenie do konwersji energii, turbinę gazową stosuje się jako silnik lotniczy, który przekształca lotnicze kerosynę w energię mechaniczną dla wirnika podczas lotu w powietrzu; turbinę gazową użytkowaną na ziemi przekształca natomiast gaz ziemny i ropa na energię mechaniczną dla generatora.

Turbiny parowe, silniki spalinowe oraz turbiny gazowe zostały po raz pierwszy opracowane do użytku na okrętach wojennych. Turbiny parowe były stosowane przed I wojną światową, silniki spalinowe używano podczas I i II wojny światowej, a turbiny gazowe dla okrętów wojennych zostały opracowane po II wojnie światowej. Były one zmodyfikowane z silników lotniczych i主要用于e głównie na dużych okrętach powierzchniowych.

Turbiny gazowe mają kilka charakterystycznych cech:

Po pierwsze, efektywność teoretyczna konwersji energii może osiągnąć 88%, co jest urządzeniem o najwyższej efektywności konwersji energii na świecie do tej pory. Paliwo komórek paliwowych ma osiągnąć efektywność konwersji 90%, ale jeszcze nie są one w pełni skomercjalizowane; efektywność teoretyczna konwersji energii silników spalinowych wynosi 88%, co zostało sprawdzone przez dziesięciolecia.

Po drugie, temperatura spalania turbin gazowych jest stosunkowo wysoka, a emisja szkodliwych gazów jest stosunkowo niska.

Po trzecie, gęstość mocy jest stosunkowo duża. Urządzenie o rozmiarach kontenera może dostarczać energii dla niszowca; dwa kontenery wystarczają zazwyczaj do zapewnienia prądu cywilnemu w powiecie. Turbiny parowe są bardzo duże, na przykład silniki spalinowe i silniki Diesla o mocy ponad 10 megawatów są zazwyczaj urządzeniami ważącymi tysiące ton i mającymi kilkadziesiąt metrów wysokości.

Po czwartych, turbiny gazowe nie są podobne do silników spalinowych, które są typu taktowego i wykonywują pracę raz na 4 takty. Turbiny gazowe działają ciągle, a turbina to linia wirów. Jest to urządzenie silnikowe o najwyższym współczynniku przekształcania energii, które przekształca energię chemiczną w energię cieplną i mechaniczną.

W latach 70., turbiny gazowe wszedł do amerykańskiej przemysłu naftowego, co dało początek przemysłowym turbinom gazowym. Silniki lotnicze wymagają relatywnie wysokiej wydajności, są relatywnie złożone i mają relatywnie krótki okres użytkowania; silniki przemysłowe nie muszą redukować masy, są bardzo solidnie wykonane i wymagają dłuższego okresu użytkowania. Wokół lat 80., wraz z rozwojem gazu ziemnego, wszedł do przemysłu energetycznego.

Po II wojnie światowej poziom techniczny Stanów Zjednoczonych nie był zbyt wysoki. Najwcześniejsze nabytki dotyczyły firm włoskich, które są liderami w dziedzinie obrotowych urządzeń w Europie. Typowym przykładem brytyjskiej firmy jest Rolls-Royce, która produkowała silniki lotnicze. Ogólnie rzecz biorąc, firmy produkujące silniki lotnicze tworzyły również turbiny gazowe. Niemiecka firma Siemens dokonała zakupów na całym kontynencie europejskim i nabyła również modyfikacji samolotów od Rolls-Royce. Rosyjskie turbiny gazowe współpracują głównie z Ukrainą. Projektowanie odbywa się w Rosji, a niektóre bazy produkcyjne znajdują się w Mariupolu, na Ukrainie.

W ostatnich dekadach tylko Mitsubishi z Japonii rozwijało prawdziwy ciężki turbinę gazową, a Kawasaki produkowało mniejsze, więc pewien próg wciąż istnieje. Małe i średnie turbiny gazowe to przede wszystkim GE, zwłaszcza dla użytku wojskowego. Główna flota niszczycieli opiera się głównie na produktach GE, modelu LM-2500. Siemens nabył część swoich małych turbin gazowych w Lincoln w Wielkiej Brytanii, o mocy poniżej 15 MW, oraz w Finspång w Szwecji. Najlepszym przedsiębiorstwem w zakresie małych turbin gazowych jest Solar w Stanach Zjednoczonych, które działa blisko swoich klientów i posiada najwyższy udział rynkowy na świecie w dziedzinie małych turbin gazowych o mocy poniżej 15 MW.

Klasifikacja

Zgodnie z formą konstrukcyjną i mocą wyjściową, turbiny gazowe mogą być podzielone na trzy kategorie: mikro, lekkie i ciężkie. Spośród nich, mikro i lekkie turbiny gazowe mogą zostać zmodyfikowane z silników lotniczych (znane również jako "od lotniczego do gazowego"), z mocą zazwyczaj nie przekraczającą 50 MW, które mogą być wykorzystywane w elektrowniach przemysłowych, napędzie okrętów, wzmacnianiu rurociągów, lokomotyw pancernych, generowaniu energii rozproszonej oraz ciepła i mocy. Ciężkie涡轮ines mają moc powyżej 50 MW i są głównie stosowane jako stałe generatory na lądzie, takie jak sieci elektryczne miast.

Ciężkie silniki gazowe są ogólcznie klasyfikowane według temperatury. Klasy E, F, G i H odpowiadają różnym temperaturom spalania. Z perspektywy inżynierskiej jest to bardziej preferowane, aby klasyfikować je na podstawie zdolności wytrzymywania temperatury przez stop.

W Chinach są to w zasadzie małe turbiny gazowe. Małe turbiny gazowe podzielone są ogólnie według struktury: o jednym osiowym, dwuosiu, trzyosiowym, modyfikowanym lotniczym, przemysłowym i rzadko klasyfikowane według temperatury, ponieważ temperatura małych turbin gazowych nie jest tak wysoka jak w przypadku ciężkich turbin gazowych. Te o mocy poniżej 30 megawatów są w rzeczywistości krystalami równoosiowymi, czyli klasa E. To nie jest bezwzględne, a niektóre bardziej zaawansowane osiągnęły klasę F. Klasa E została wypróbowana w Chinach w 1995 roku. Mniej więcej 50 megawatów odpowiada prawdopodobnie klasie F, która jest krystalami zorientowanymi. Chiny wypróbowywały tę klasę w 2005 roku, a teraz dysponujemy już wszystkimi tymi materiałami. Najbardziej zaawansowane涡turbiny gazowe osiągnęły klasę H, a obecnie mamy nasze drugie pokolenie pojedynczych krystalicznych materiałów.

Ogólnie rzecz biorąc, te poniżej 1 MW nazywane są mikroturbinami gazowymi. W rzeczywistości zagraniczne mikroturbiny gazowe nie używają tak dobrych stopów z powodu niskiej temperatury. Używają one niektórych specjalnych stali, rzadko zaś krystalizacji równoosiowej. Te w okolicach 15 MW nazywane są małymi turbinami gazowymi, które przede wszystkim korzystają z krystalizacji równoosiowej. Istnieją również pewne specjalistyczne firmy za granicą, które stosują specjalne stali, ale ponieważ ich nawiercenia są szczególnie dobre, wykonują je lepiej. Małe i średnie, 30~50 MW, ogólnie używają więcej krystalizacji kierunkowych, czyli klasy F. Większe wykorzystują pojedyncze kryształy pierwszej i drugiej generacji, które są naszymi rodzimymi markami.

Male, średnie i mikro gazowe turbiny są przede wszystkim wykorzystywane w rozproszonej energetyce i ciepłej koprodukcji. Te o mocy poniżej 30 MW i 15 MW są głównie stosowane w Syczuanie, a te poniżej 7 MW przeważnie w Czongqingu. Jest to związane z skalą ich parków przemysłowych. Te w okolicach 30 MW są przede wszystkim używane w Jiangsu, a te od 50 MW do 100 MW znajdują zastosowanie w parkach przemysłowych w Guangdong, ogólnie do celów rozproszonej energetyki lub ciepłej koprodukcji. Te powyżej 100 MW są podstawowo wykorzystywane do regulacji szczytowej dużych sieci elektroenergetycznych lub jako elektrownie podstawowe. W przemyśle naftowym i gazowym zazwyczaj stosuje się małe涡轮y. W górnictwie surowców naftowych i gazowych przeważnie stosuje się turbiny o mocy 7 MW i 15 MW, a w transporcie rurociągowym主要是 15 MW i 30 MW.

System projektowy turbin gazowych poniżej 30 MW jest względnie dojrzały, a system materiałowy procesowy również jest stosunkowo dojrzały. Wynik OBT może osiągnąć 85%. Przemysłowe turbiny gazowe nadal muszą skupiać się na wydajności ekonomicznej, ocenie techniczno-ekonomicznej lub kosztach-wydajności, a głównym wskaźnikiem oceny jest wynik produkcji.

W przypadku turbin gazowych średnich i dużych rozmiarów (krajowych) mamy niewielkie osiągnięcia w zakresie oprogramowania projektowego, norm projektowych oraz baz danych dotyczących niektórych materiałów i procesów w naszym systemie projektowym, dlatego ten system projektowy nie jest jeszcze dojrzały, a wydajność nie jest wysoka. Poziom F lub kierunkowe krystalizacje to punkt przegrody. Poniżej kierunkowej krystalizacji mamy wystarczająco dużo pewności siebie, aby brać udział w konkurencji międzynarodowej. Powyżej kierunkowej krystalizacji na poziomie przemysłowym nadal istnieje pewien rozdźwięk. Ten obszar przekazano zespołowi narodowemu. Kilka przedsiębiorstw centralnych prowadzi pewne podstawowe badania i rozwój, a inwestycje w podstawowe materiały i podstawowe procesy są ogromne.

łańcuch przemysłowy

W górnym szacie łańcucha przemysłu turbin gazowych w moim kraju, producenci stopów wysokotemperaturowych, stopów tytanowych, materiałów kompozytowych, stopów aluminium oraz ogólnej stali obejmują firmy Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itp. W środkowym szacie, w łańcuchu części i komponentów, materiały są lejone, kułane lub poddawane innym procesom w celu wytworzenia łopatek turbinowych, wałów i innych części. Łopatki i inne części są formowane za pomocą procesu lejenia. Głównymi krajowymi producentami lejenia i kułania są firmy Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itp. Następnie, w dolnym szacie, producenci maszyn całkowitych montują różne części w całościowe maszyny. Główni producenci obejmują AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itp.

Przemysły upstream, zwłaszcza produkty takie jak wysokotemperaturowe stopy, wysokotemperaturowe stopy tytanu, termiczne bariery ochronne oraz zaawansowane materiały kompozytowe ceramiczne, odgrywają istotną rolę w promowaniu przemysłu obronnego i wysoce rozwiniętej produkcji sprzętu. Krajowe turbiny gazowe są przede wszystkim wykorzystywane do generowania energii, a mniejsza ich liczba służy do wtrysku wody, doprowadzania powietrza, zwiększenia ciśnienia na polach ropy i gazu oraz napędu statków i czołgów. Akcent kładziony jest na dystrybuowanym generowaniu energii, ciepła i elektrowni, transportowaniu gazu ziemnego rurociągiem, napędzie statków oraz mechanizacji. W obszarze zasilania dystrybuowanego, stacji zwiększenia ciśnienia, przemysłowej produkcji energii i innych sektorach turybin gazowych kraju istnieje ogromny niezrealizowany potencjał rynkowy, a polityki wspierają szybki rozwój tego przemysłu. Obecne w kraju duże projekty, takie jak "Transmisja Gazu Zachód-Wschód", "Transmisja Energii Zachód-Wschód" i "Przekачanie Wody Południe-Północ", oraz szybki rozwój przemysłu okrętowego kraju spowodowały gwałtowny wzrost popytu na turbiny gazowe.

Polityka przemysłowa

System nowoczesnej energii w 14. Pięcioletnim Planie wymienia turbiny gazowe jako podstawową kluczową technologię, praktycznie umieszczając je na tym samym poziomie co energia jądrowa, nowe systemy energetyczne, magazynowanie energii i energia wodorowa.

Państwowa Korporacja Inwestycji Energetycznych wykonała dwa specjalne projekty, jeden z nich to duży projekt turbin gazowych, w tym turbin mieszających wodór. W Inner Mongolia zbudowano turbinę czysto wodorową, która jednak jeszcze nie została uruchomiona. Elektrownia w Jingmen zmieszała 15%. Harbin Electric i Guangdong Electric Group, czyli Guangdong Energy Group, wykonały projekt mieszania wodoru w Zatoce Daya, a Hangzhou Steam Turbine i Siemens wykonały projekt mieszania wodoru w Zhoushan.

Turbiny gazowe są powszechnie wykorzystywane w Rurociągach Gazowych Zachód-Wschód oraz na platformach naftowych położonych na morzu. Jako przedsiębiorstwo związane z wojskiem, CNOOC zostało również objęte sankcjami przez Stany Zjednoczone i stoi przed ryzykiem przerwania dostaw. W trakcie wojny rosyjsko-ukraińskiej, zakupione przez Rosję turbiny gazowe firmy Siemens zostały zatrzymane podczas ich remontu w Kanadzie, co miało wpływ na bezpieczeństwo energetyczne. Lokalizacja musi zostać przeprowadzona jak najszybciej.

Przestrzeń rynkowa

W 2022 roku produkcja turbin gazowych w naszym kraju wyniosła 4,0563 miliona kilowatów, a popyt osiągnął około 6,7986 miliona kilowatów.

Według statystyk, w 2022 roku rozmiar rynku turbin gazowych w naszym kraju osiągnął 61,669 miliarda yuanów, w tym rozmiar rynku mikroturbin gazowych wyniósł 893 miliony yuanów, rozmiar rynku lekkich turbin gazowych wyniósł 56,569 miliarda yuanów, a rozmiar rynku ciężkich turbin gazowych wyniósł 4,207 miliarda yuanów.

Mój kraj dysponuje teraz możliwościami niezależnej produkcji lekkich turbin gazowych (moc poniżej 50 MW), a nawet niższe klasy mogą być eksportowane, ale ciężkie turbiny gazowe (moc powyżej 50 MW) są wciąż zasadniczo zależne od importów, a technologia rdzeniowa jest praktycznie zmonopolizowana przez międzynarodowych producentów, takich jak GE w Stanach Zjednoczonych, Mitsubishi w Japonii i Siemens w Niemczech. Istnieje ryzyko "uduszenia" na rynku krajowym. Według danych Generalnej Administracji Celnego, w 2022 roku import turbin gazowych wyniósł 4,161 miliarda dolarów amerykańskich, a eksport 735 milionów dolarów amerykańskich.