BLAZE Znanstvena Učionica: Gasna Turbina

Osnovni koncepti

Prema "Vokabularu plinske turbine" (GB/T 15135-2018), plinska turbina se odnosi na kontinualno tokujuću rotirajuću mašinu (jedna mašina) koja pretvara termalnu energiju u mehaničku rad, uključujući kompresor, opremu za grejanje radne tečnosti (kao što je gorenje), turbinu, sistem upravljanja i pomoćnu opremu.

Industrijske plinske turbine, obično nazivane plinskim turbinama ili turbinama, industrijskim plinskim motorima, su po svojoj suti isto što i aviacione turbine plinskih motora (nazivane aviacionim motorima), ali su scenariji primene malo drugačiji. One komprimiraju visokotlak plin u gorenje, a kroz reakciju hemijske energije pretvaraju tu hemijsku energiju u mehanički rad putem turbine (transliteracija turbine).

Kao uređaj za pretvaranje energije, plinska turbine je motora letelica koja pretvara avionski kerozin u mehaničku energiju za vint dok lete u zraku; plinska turbine koja se koristi na zemlji pretvara prirodni plin i naftu u mehaničku energiju za generator.

Parne turbine, unutarnjeg sagorevanja i plinske turbine su prvi put razvijene za upotrebu na ratnim brodovima. Parne turbine su bile u upotrebi pre Prvog svetskog rata, motove unutarnjeg sagorevanja su se koristili tijekom Prvog i Drugog svjetskog rata, a plinske turbine za ratne brodove su razvijene nakon Drugog svetskog rata. One su modifikovane iz avijskih motora i glavno su se koristile na velikim površinskim brodovima.

Plinske turbine imaju nekoliko karakteristika:

Prvo, teorijska efikasnost pretvorbe energije može dostići 88%, što je uređaj sa najvećom efikasnošću pretvorbe energije na svetu do sada. Vodenotečne pile mogu postići efikasnost pretvorbe od 90%, ali još nisu potpuno komercijalizovane; teorijska efikasnost pretvorbe energije kod savremenih motora je 88%, što je testirano decenijama.

Drugo, temperatura sagorevanja pri gasnim turbine je relativno visoka, a emisija štetnih plinova je relativno niska.

Treće, gustina snage je relativno velika. Jedna mašina veličine kontejnera može obezbediti energiju uništavaču; dva kontejnera su uglavnom dovoljna za građansku elektroenergetsku potrošnju celog okruga. Parne turbine su veoma velike, kao i dizel motori i unutrašnjeg sagorevanja kapaciteta preko 10 megavata koji su uglavnom uređaji težak hiljadama toni i desetaka metara visine.

Četvrto, plinske turbine nisu kao unutarnje sagorevanje motore koji su tipa sa udarciima i obavlja se posao jednom za 4 udarca. Plinske turbine rade neprestano, a turbina je vrtlog reda. To je uređaj termičkog motora sa najvećom efikasnošću pretvorbe energije, pretvara hemijsku energiju u toplinsku i mehaničku energiju.

U 1970-ima, plinske turbine su ulazile u američku naftnu industriju, što je dovelo do industrijskih plinskih turina. Motore za letelice se zahteva relativno visoka performansa, relativno su sofisticirani i imaju relativno kratku životinju; industrijski motori ne moraju smanjivati težinu, izrađuju se vrlo čvrsto i zahtevaju relativno dugu životinju. Oko 1980-ih, uz razvoj prirodnog plina, ulazi u elektroenergetski sektor.

Posle Drugog svetskog rata, tehnološki nivo Sjedinjenih Država nije bio baš vrlo visok. Najranije su nabavljene italijanske kompanije, koje su bile vodeće u oblasti rotacionog opreme u Evropi. Tipična engleska kompanija je Rolls-Royce, koja proizvodi avionske motorе. Opšte govoreći, kompanije koje proizvode avione motore takođe proizvode i plinske turbine. Nemačka Siemens je bila aktivna u nabavkama širom Europe, a takođe je nabavila modifikacije Rolls-Royce avionskih motora. Rusija je uglavnom u saradnji sa Ukrajinom kada je reč o plinskim turbinama. Dizajni su svi iz Rusije, dok su neki od proizvodnih baza bili u Mariupolu, Ukrajina.

U poslednjim decenijama, samo Mitsubishi iz Japana je razvio pravu tešku plinsku turbine, a Kawasaki proizvodi manje, pa postoji i dalje određena pragova. Male i srednje plinske turbine su uglavnom GE, posebno za vojnu upotrebu. Glavni uništavači koriste uglavnom GE, model LM-2500. Siemens je nabavio neke male plinske turbine u Lincolnu, Ujedinjeno Kraljevstvo, sa kapacitetom manjim od 15 MW, a neke u Finspångu, Švedska. Najbolja kompanija u malim plinskim turbinama je Solar iz SAD-a, koja je veoma blizu svojim klijentima i poseduje najveći tržišni udio na svetu za male plinske turbine sa kapacitetom manjim od 15 MW.

Класификација

Prema strukturnoj formi i izlaznoj snazi, plinske turbine se mogu podeliti u tri kategorije: mikro, laka i teška. Među njima, mikro i laka plinska turbina mogu biti modifikovana iz avionskih motora (poznato i kao "aero-to-gas"), sa snadženjem obično ispod 50MW, i mogu se koristiti za industrijsko proizvodnju električne energije, brodsku snagu, poticanje cijevi, tenkove, lokomotive, distribuirano proizvodnje energije i kombinirano proizvodnje topline i električne energije. Teške plinske turbine imaju snagu preko 50MW i uglavnom se koriste kao fiksni generatori na kopnu, kao što su urbani elektromreže.

Teške plinske motore općenito klasificiramo prema temperaturi. Klasa E, F, G i H odgovaraju različitim temperaturama sagorevanja. Sa inženjerske tačke gledišta, bolje je ih klasificirati na osnovu temperature koju aluminijumska legira može da izdrži.

U Kini, u suštini je riječ o malim plinskim turbine. Mali plinski turbine obično se klasificiraju prema strukturi: jednoosni, dvoosni, troosni, aero-modifikovani, industrijski, i retko se klasificiraju prema temperaturi, zato što temperatura malih plinskih turbine nije toliko visoka u poređenju sa teškim plinskim turbine. One s snaga ispod 30 megavata zapravo su jednoodosi kristali, odnosno E-kategorije. To nije apsolutno, i neke naprednije su dostigli F-kategoriju. E-kategorija je bila probno proizvedena u Kiniji 1995. godine. Oko 50 megavata verovatno odgovara F-kategoriji, koja je orijentisani kristal. Kina je probno proizvela tu kategoriju 2005. godine, i sada imamo sve te materijale. Najnaprednije plinske turbine su dostigle H-kategoriju, i sada imamo naše druge generacije jednokristalnih.

Opšte rečeno, one ispod 1 MW se nazivaju mikro-gasne turbine. Zapravo, mikro-gasne turbine u inozemstvu ne koriste takve dobre legure zbog niske temperature. One koriste neke posebne ocele, rijetko koriste jednako orijentisane kristale. One oko 15 MW se nazivaju male gasne turbine, koje glavno koriste jednako orijentisane kristale. Takođe postoje neki posebni kompanije u inozemstvu koje koriste posebne ocele, ali zato što su njihove obloge posebno dobre, one su bolje izrađene. Male i srednje dimenzije 30~50 MW općenito više koriste usmereno orijentisane kristale, to jest F-razreda. Veće koriste prve i druge generacije jednokristalnih kristala, a to su naše domaće marke.

Male, srednje i mikro plinske turbine uglavnom se koriste u raspoređenoj elektroenergetski i u kombinovanoj 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 sa skalom 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, opšte za raspoređenu energetsku ili kombinovanu proizvodnju topline i električne energije. One preko 100 MW su osnovno namenjene nekom velikom regulaciji mreže snage ili kao bazne elektrane. Neftegazna industrija uglavnom koristi male turbine. U gornjem toku rudarske industrije uglavnom se koriste turbine od 7 MW i 15 MW, a transport cevi u srednjem toku uglavnom ima turbine od 15 MW i 30 MW.

Sistem dizajna plinskih turbine ispod 30 MW je relativno zrelo, a procesualni materijalni sistem je takođe relativno zrelo. Stopa efikasnosti OBT može dostići 85%. Industrijske plinske turbine još uvek moraju da se fokusiraju na ekonomske performanse, tehniko-ekonomsku procenu ili odnos cena-performanse, a glavni pokazatelj procene jeste stopa efikasnosti.

Za srednje i velike plinske turbine, mi (domaći) imamo malo nakupljanja dizajnerskog softvera, dizajnerskih specifikacija i baza podataka za neke materijale i procese u našem sistemskom dizajnu, pa ovaj sistem za dizajn nije baš dozvoljno zrelo i stopa uspešnosti nije visoka. Nivo F ili orijentisani kristal predstavlja vodeniču. Ispod orijentisanog kristala, još uvijek imamo dovoljno samopouzdanja da sudjelujemo u međunarodnoj konkurenciji. Iznad orijentisanog kristala, na industrijskoj razini, još uvijek postoji određena razlika. Ova oblast je predata nacionalnoj ekipi. Nekoliko centralnih poduzeća vrši neke osnovne istraživanja i razvoj, a ulaganje u osnovne materijale i osnovne procese je ogroman.

Industrijska lanac

U gornjem toku lanca industrije plinskih turbine u mojoj zemlji, proizvođači visokotemperaturnih alata, titanijumskih alata, složenih materijala, aluminijumske legure i opšte ocele uključuju Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itd. U srednjem toku delova i komponenti, materijali se litaju, forge ili se primenjuju druge procedure za izradu turbine lopatica, osa i drugih delova. Lopati i drugi delovi se oblikuju putem litarskog procesa. Glavni domaći proizvođači litanja i forge uključuju Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itd. Zatim, proizvođači celih mašina u donjem toku montiraju razne delove u cele mašine. Glavni proizvođači uključuju AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itd.

Gornostream industrije, posebno proizvodi kao što su visokotemperaturne aleje, visokotemperaturne titan aleje, toplinske barijerske oblike i napredne keramičke kompozitne materijale, imaju značajan ulog u promociji odbrambene industrije i proizvodnje visoke opreme. Domasti plinovi turbine uglavnom se koriste za generisanje električne energije, a malobrojni su za upotrebu u vodenju, uzimanju vazduha, pritisak u naftnim i plinskim poljima i snagu brodova i tenkova. Fokus je na distributivnoj generaciji, kombinovanoj proizvodnji topline i elektriciteta, transportu prirodnog plina, pogonskim sistemima brodova i mehaničkom pogonu. U poslovnim aspektima, plinove turbine naše zemlje imaju ogroman potencijalni tržište u oblastima distributivne energetske ponude, stajališta za povećanje pritiska, industrijske proizvodnje električne energije i druge oblasti, a politike podržavaju brzo razvoj ovog sektora. Trenutne velike projekte naše zemlje kao što su "Prevoz plina sa Zapada na Istok", "Prevoz elektre sa Zapada na Istok" i "Preusmeravanje vode sa Juga na Sever", kao i brzi razvoj brodogradnje naše zemlje, su doveli do brze raste kućne potrebe za plinovima turbinama.

Промишлена политика

Савремени енергетски систем Петогодишњег плана број 14 такође наводи газне турбине као једну од основних кључних технологија, стављајући их у суштини на исти ниво као атомску енергију, нове енергетске системе, чување енергије и хидрогенску енергију.

Државна корпорација за електране је извела два специјална пројекта, један је велики пројекат за тешке газне турбине, укључујући оне које се мешају са хидрогеном. Чисто хидрогена је изgraђено у Унутрашњој Монголији, али је још увек не активирано. Електрана у Јингменима је мешала 15%. Харбинска електрична компанija и Гуандонгска електрична група, која је Гуандонгска енергетска група, су извели пројекат мешања хидрогена у Дая Беју, док су Ханчоуска парна турбина и Сименс извели пројекат мешања хидрогена у Жоушану.

Gazne turbine su široko korišćene u cevovodu za plin Istočno-Zapadni Plin i na offshore naftnim platformama. Kao vojno povezana preduzeća, CNOOC je takođe bila sanksionirana od strane Sjedinjenih Država i suočena je sa rizikom prekida ponude. Tijekom rusko-ukrajinske rata, Siemensove gazne turbine koje je Rusija kupila bile su zadržane kada su poslale u Kanadu za popravku, što je uticalo na energetsku sigurnost. Lokalizacija mora biti obavljena što prije.

Tržišni prostor

U 2022. godini, proizvodnja gaznih turbin u našoj zemlji će biti 4.0563 miliona kilovata, a potražnja će biti oko 6.7986 miliona kilovata.

Prema statistici, veličina tržišta gaznih turbin u našoj zemlji iznosenje 61.669 milijardi juana u 2022. godini, od kojih je veličina tržišta mikro gaznih turbin bila 893 milijarde juana, veličina tržišta laganih gaznih turbin bila 56.569 milijardi juana, a veličina tržišta teških gaznih turbin bila 4.207 milijarde juana.

Moja zemlja sada ima mogućnost da neovisno proizvodi laka plinska turbine (snaga ispod 50MW), a čak i niža kvaliteta može biti izvozna, ali su teške plinske turbine (snaga iznad 50MW) još uvijek uglavnom zavisne od uvoza, a jezgra tehnologije je uglavnom monopoloizovana od strane međunarodnih proizvođača poput GE-a u Sjedinjenim Američkim Državama, Mitsubishi u Japanu i Siemens u Nemačkoj. Postoji rizik "udusenja" na domaćem tržištu. Prema podacima Generalne uprave carine, uvoz plinskih turina 2022. godine će biti 4,161 milijarde dolara SAD, a izvoz 735 miliona dolara SAD.