BLAZE Knowledge Classroom: Gas Turbine

Osnovni koncepti

Po "Vokabularju plinske turbine" (GB/T 15135-2018) je plinska turbine obratna točilna strojna enota (enostavna enota), ki pretvori termično energijo v mehansko delo, vsebovalna stiskalnik, opremo za segrevanje delovne tekočine (kot so na primer globovi), turbine, nadzorno sistem in pomožno opremo.

Industrijske plinske turbine, običajno imenovane le turbine ali industrijske plinske motorje, so po bistu isto kot letalske turbine plinskih motorjev (imenovali jih letalski motorji), a se razlikujejo v uporabi. Ti stisnejo viskokotno plin v globo, in skozi reakcijo kemikalne energije pretvarjajo kemikalno energijo v mehansko delo preko turbine (transliteracija turbine).

Kot naprava za pretvorbo energije je plinski turbine letalski motor, ki pretvori letečo kerosin v mehansko energijo za vrtalnik med letenjem; plinska turbine, uporabljena na zemlji, pretvori naravni plin in olje v mehansko energijo za generator.

Parne turbine, notranjegoreče motore in plinske turbine so bile prvič razvite za uporabo na vojaških ladjah. Parne turbine so bile uporabljene pred prvo svetovno vojno, notranjegoreče motore med prvo in drugo svetovno vojno, plinske turbine za vojaške ladje pa so bile razvite po drugi svetovni vojni. Bile so spremenjene iz letalskih motorjev in so bile glavno uporabljane na velikih ploščah na površju morja.

Plinske turbine imajo nekaj lastnosti:

Najprej, teoretična učinkovitost pretvorbe energije lahko doseže 88 %, kar je naprava z najvišjo učinkovitostjo pretvorbe energije v svetu do zdaj. Toplične črpalke bi morale doseči učinkovitost pretvorbe do 90 %, vendar še niso popolnoma komercializirane; teoretična učinkovitost pretvorbe energije pri sprožni motorji je 88 %, kar je bilo izkuščeno skozi desetletja.

Drugo, temperaturna toplota plinovnih turbin je relativno visoka, medtem ko je emisija škodljivih plinov relativno nizka.

Tretje, gostota moči je relativno velika. Ena naprava velikosti poštnega vsebine lahko zagotavlja energijo uničenju; dva poštna vsebina sta praktično zadostna za civilno porabo električne energije celotne okrožne. Parne turbine so zelo velike, kot na primer dizeljski in notranje krmiljeni motorji z močjo nad 10 megavat, ki so v bistvu naprave, ki utežijo tisoče ton in so desetine metrov visoke.

Četrti, plinske turbine niso enake kot notranjezhope motorji, ki so tipa zasebnega ciklusa in pri katerih se delo izvaja vsakih 4 zacepov. Plinske turbine delujejo neprestano, in turbine je vrteča črta. To je naprava termičnega motora z najvišjo učinkovitostjo pretvorbe energije, ki pretvarja kemično energijo v toploto in mehansko energijo.

V 70. letih so plinske turbine vstopile v ameriško naftno industrijo, kar je pripomoglo k nastanku industrijskih plinskih turbin. Motorji letal zahtevajo relativno visoko zmogljivost, so relativno sofisticirani in imajo relativno krati življenjski cikel; industrijski motorji ne morejo težiti po zmanjšanju teže, so zgrajeni zelo trdno in zahtevajo relativno dolg življenjski cikel. Okoli leta 1980, s razvojem naravne pline, so vstopile v elektroenergetsko industrijo.

Po drugi svetovni vojni ni bil tehnični ravnilnik Združenih držav Amerike zelo visok. Najstarejše pridobitve so bile italijanske podjetja, ki so v Evropi kapital rotacijske opreme. Tipično britansko podjetje je Rolls-Royce, ki proizvaja letalske motorje. Splošno velja, da podjetja, ki proizvajajo letalske motorje, proizvajajo tudi plinske turbine. Nemčija Siemens je bila pridobljena po vsej Evropi in tudi pridobila spremembo letalskih motorjev Rolls-Royce. Rusijeve plinske turbine so predvsem v sodelovanju z Ukrajino. Oblikovanja so vse v Rusiji, nekateri pa so proizvodni bazini v Mariupolu na Ukrajini.

V zadnjih desetletjih je iz Japonske Mitsubishi edina, ki je razvila resnično težko plinski turbine, Kawasaki pa izdeluje manjše, zato obstaja še nekakšen prag. Manjše in srednje plinske turbine so glavno GE, posebno za vojaške namene. Glavni uničevalci so predvsem s GE, model LM-2500. Siemens je pridobil nekatere od svojih manjših plinskih turbin v Lincolnu v Združenem kraljestvu, z močjo manj kot 15 MW, ter nekatere v Finspångu v Švedskem. Najboljša družba v manjših plinskih turbinah je Solar v ZDA, ki je zelo povezana z svojimi strankami in ima največjo tržno deležo na svetu za male plinske turbine z močjo manj kot 15 MW.

Klasifikacija

Po vrsti konstrukcije in izhodni moči se plinske turbine lahko razdelijo na tri kategorije: mikro, svetle in težke. Med njimi se mikro in svetle plinske turbine lahko spremenijo iz letalskih motorjev (tudi znano kot "aero-to-gas"), pri čemer je njihova moč običajno pod 50 MW, in jih je mogoče uporabiti v industrijski proizvodnji električne energije, pohodenju ladjev, povečanju tlaka v ceviščih, cisternskih lokomotivah, porazdeljeni proizvodnji energije in združeni proizvodnji toplote in električne energije. Težke plinske turbine imajo moč več kot 50 MW in se uporabljajo predvsem kot fiksni generatorji na kopnu, kot so mestni elektroproizvodni omrežji.

Težke plinske motornike splošno razvrstimo glede na temperaturo. Razredi E, F, G in H odgovarjajo različnim goriškim temperaturam. S stališča inženiringa je bolj priljubljeno, da jih razvrstimo glede na temperature, ki jih lahko nosijo spoji.

V Kitajski je praktično le malo plinskih turbine. Male plinske turbine so splošno razvrščene po strukturi: enoosične, dvoosične, troosične, zračno spreminjane, industrijske, redko pa so razvrščene po temperaturi, ker temperatura malih plinskih turbine ni tako visoka v primerjavi s težkimi plinskimi turbine. One z močjo pod 30 megavat je v resnici enakoosična kristalna, torej E-razreda. To ni apsolutno, in nekatere bolj napredne so dosegle F-razred. E-razred je bil v Kitajski poskusno proizveden leta 1995. Okoli 50 megavatov verjetno odgovarja F-razredu, ki je usmerjeni kristal. Kitajska je ta razred poskusno proizvela leta 2005, in zdaj imamo vse te material. Najnaprednejše plinske turbine so dosegle H-razred, in zdaj imamo naše druge generacije enoosičnih kristalov.

Splošno se tiste pod 1 MW imenujejo mikroplinske turbine. Resnično pa se tujne mikroplinske turbine ne uporabljajo takih dobre kovin zaradi nizejše temperature. Namesto tega uporabljajo nekatere posebne jekle, redko pa enoosne kristale. Tiste okoli 15 MW se imenujejo male plinske turbine, ki glavno uporabljajo enoosne kristale. Tudi nekateri tujsi proizvajalci uporabljajo posebne jekle, vendar jih zaredi izjemno dobro ojačevalne revitve izdelajo še bolje. Male in srednje velikosti 30~50 MW splošno več uporabljajo usmerjene kristale, kar pomeni F-razred. Večje pa uporabljajo prve in druge generacije enokristalnih rešitev, ki so naša domača znamka.

Male in srednje velikosti ter mikro plinske turbine se v glavnem uporabljajo v porazdeljeni proizvodnji električne energije in vzdružni proizvodnji toplote in elektrike. One pod 30 MW in 15 MW se v glavnem uporabljajo v Sichuanu, one pod 7 MW pa se v glavnem uporabljajo v Chongqingu. To je povezano z velikostjo njihovih industrijskih parkov. One okoli 30 MW se v glavnem uporabljajo v Jiansu, one med 50 MW in 100 MW pa se v glavnem uporabljajo v industrijskih parkih v Guangdongu, splošno za porazdeljeno proizvodnjo ali vzdružno proizvodnjo. One nad 100 MW se v osnovi uporabljajo za nekatero veliko regulacijo vrha mreže ali kot osnovne elektrarne. Naftno-gasna industrija v osnovi uporablja male. V gorovju rudarstva na višjem odseku se v glavnem uporabljajo 7 MW in 15 MW, vmesno prevoz cevovoda pa je glavno 15 MW in 30 MW.

Sistemska arhitektura plinskih turbine pod 30 MW je relativno zrela, pritrdno pa je tudi procesni materialni sistem. Stopnja uspešnosti OBT lahko doseže 85 %. industrijskim plinskim turbinam je še vedno potrebno posvetovati pozornost gospodarski učinkovitosti, tehnični in gospodarski oceni ali stroškovni učinkovitosti, pri čemer je glavni ocenjevalni kazalec stopnja uspešnosti.

Za srednje in večje plinske turbine imamo (doma) malo zbiranja dizajnske programske opreme, dizajnskih standardov in podatkovnih baz nekaterih materialov in postopkov v našem sistemskem načrtovanju, zato ni ta sistemsko načrtovanje preveč zrelo in stopnja odbirnosti ni visoka. Razred F ali usmerjeni kristal je prelomna točka. Spodaj usmerjenega kristala smo še dovolj zaupajoči, da se udeležimo mednarodne konkurence. Zgoraj usmerjenega kristala, na industrijski ravni, še vedno obstaja določena razlika. Ta področja je prevzela nacionalna ekipa. Nekaj centralnih podjetij izvaja nekatere osnovne raziskave in razvoj, pri čemer so investicije v osnovne material in osnovne postopke ogromne.

Proizvodna veriga

V zgorajšnji delu verige dodane vrednosti naše države v industriji plinskih turbine so proizvajalci visoko temperaturnih legur, titanovih legur, sestavin in aluminijevih legur ter splošnih jekel, kot so Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itd. V srednjem delu verige, povezanem s komponentami, so materiali lečeni s kovino, litjem ali drugimi postopki za izdelavo turbinskih listov, osi in drugih delov. Listovi in drugi deli so oblikovani z litjem. Glavni domači proizvajalci litin in kovin vključujejo Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itd. Nato v spodnjem delu verige skupni proizvajalci strojev sestavijo različne dele v celotne stroje. Glavni proizvajalci vključujejo AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itd.

Gornje industrije, posebej produkte kot so visoko temperaturne aleje, visoko temperaturni titanovi legiri, toplinska barjavna oblačila in napredne keramične kompozitne material, imajo pomembno vlogo pri spopadu z narodno obrambno industrijo in visoko kakovostnim strojniškim proizvodnjo. Domestini plinovi turbine se glavno uporabljajo za proizvodnjo električne energije, manjša števila pa za vodo, vzdušje, povečanje tlaka v naftni in plinskih poljih ter za pogon ladjev in tenkov. Glavni nagib je na distributivni proizvodnji električne energije, kombiniranem topliškem in električnem proizvodnji, prevozu naravnega plina cevi, ladjski propulziji in strojni gonilnik. V distributivni energetski ponudi, postajah povečanja tlaka, industrijski proizvodnji električne energije in drugih področjih imajo plinove turbine ogromen potencialni trg. Trenutne velike projekte, kot so "Prenos plina iz Zahoda na Vzhod", "Prenos energije iz Zahoda na Vzhod" in "Preusmerjanje vode iz Juzne na Sever", ter hitra razvoja ladijske industrije v naši državi, je privedlo do hitrega naraščanja zahtevke po plinovih turbinah.

Promishljena politika

Sistem moderne energije Petletnega načrta št. 14 podaja plinske turbine kot jedro ključne tehnologije, temelječe jo praktično na enakem ravnotu z jedrsko energijo, novimi sistemskimi rešitvami, shranjevanjem energije in hidrogensko energijo.

Državno elektro energetska korporacija je izvedla dva posebna projekta, eden je glavni projekt za tesne plinske turbine, vsebine vsebujejoče hidrogenske turbine. Čisto hidrogenov projekt je bil izgraden v Notranji Mongoliji, vendar ni še bil v uporabi. Elektrarna Jingmen je združila 15 %. Harbinski električni in Guangdong Electric Group, ki je Guangdong Energy Group, sta izvedla projekt s skupnim hidrogenom v Dajavi, medtem ko je Hangzhou Steam Turbine in Siemens izvedla projekt s skupnim hidrogenom v Žoušanu.

Plinske turbine so široko uporabljene v cevi West-East Gas Pipeline in na oddaljnih olajnih platformah. Kot podjetje povezano z vojsko, je CNOOC tudi izpostavljen sankcijam Združenih držav Amerike in s tem tudi tveganju prekinitve ponujanja. Med rusko-ukrajinsko vojno so bile plinske turbine Siemens, ki jih je Rusija kupila, zadržane, ko so jih poslale v Kanado za popravke, kar je vplivalo na energetsko varnost. Lokalizacija mora biti izvedena čim prej.

Tržno prostor

V letu 2022 bo proizvodnja plinskih turbin v naši državi 4,0563 milijona kilovatov, pri čemer bo poraba okoli 6,7986 milijona kilovatov.

Po statistikah je bila velikost trga plinskih turbin v naši državi leta 2022 61,669 milijard juanov, od koder je velikost trga mikro plinskih turbin bila 893 milijonov juanov, velikost trga lagun plinskih turbin 56,569 milijard juanov in velikost trga težkih plinskih turbin 4,207 milijard juanov.

Moja država zdaj ima možnost samostojnega proizvodnjega majhnih plinskih turbine (moč pod 50MW), in tudi nižje kakovosti lahko izvozimo, vendar so težke plinske turbine (moč nad 50MW) še vedno skoraj povsem odvisne od uvoza, medtem ko je jedrno tehnologijo skoraj povsem monopolizirali mednarodni proizvajalci kot so GE v ZDA, Mitsubishi v Japonski in Siemens v Nemčiji. Obstaja tudi tveganje "udusitve" na notranjem trgu. Po podatkih Generalne uprave za carino bodo uvozi plinskih turbine leta 2022 znesli 4,161 milijarde USD, medtem ko bodo izvozi znašali 735 milijonov USD.