BLAZE Kunskapsklassrum: Gasturbine

Grundläggande begrepp

Enligen "Gas Turbine Vocabulary" (GB/T 15135-2018), avser en gas turbine en kontinuerlig-ström rotationsmaskin (en enskild maskin) som omvandlar termisk energi till mekanisk arbetsprestation, inklusive en kompressor, utrustning för uppvärmning av arbetsmediet (som en förgasare), en turbine, ett styrsystem och bifrågor.

Industriella gasturbinmotorer, vanligtvis kallade gasturbiner eller turbiner, industriella gasmotorer, är i princip samma sak som flygturbingasmotorer (som kallas flygmotorer), men tillämpningsfallen skiljer sig något. De komprimerar högtrycksgas till en förgasarkammare och genom kemiska reaktioner omvandlar de kemisk energi till mekanisk arbetsprestation via en turbine (transkription av turbine).

Som en energiomvandlingsenhet är en gasturbine en flygmotor som omvandlar flygbränsle till mekanisk energi för propellern när man flyger i luften; en gasturbine som används på marken omvandlar naturgas och olja till mekanisk energi för generatören.

Ångturbiner, inre brännkamermotorer och gasturbiner utvecklades först för användning på krigsskepp. Ångturbiner användes före första världskriget, inre brännkamermotorer användes under första och andra världskriget, och gasturbiner för krigsskepp utvecklades efter andra världskriget. De modifierades från flygmotorer och användes främst på stora ytorfartyg.

Gasturbiner har flera egenskaper:

För det första kan den teoretiska energikonverteringseffektiviteten nå 88 %, vilket är enheten med högst energikonverteringseffektivitet i världen hittills. Brandceller sägs kunna uppnå en konverteringseffektivitet på 90 %, men de har ännu inte fullständigt kommersialiseras; den teoretiska energikonverteringseffektiviteten för brennmotorer är 88 %, vilket har testats i decennier.

För det andra är förgasningstemperaturen för gasmaskiner relativt hög och utsläppet av skadliga gaser är relativt lågt.

För det tredje är effektdensiteten relativt stor. En enskild maskin i storlek med en container kan leverera energi till ett destroyerskepp; två container är i princip tillräckligt för civil el i en län. Ångturbiner är mycket stora, till exempel dieselmotorer och kombuster som har en kapacitet på mer än 10 megawatt, som vanligtvis är apparater som väger tusentals ton och är tiotals meter höga.

Fjärde, gasturbiner liknar inte inre Förbränningsmotorn, som är en stödmotor och utför arbete en gång var fjärde stöt. Gasturbinerna fungerar kontinuerligt, och turbinen är en virvelrad. Det är den termiska motordragenhet med högst energikonverterings-effektivitet, konverterar kemisk energi till värmeenergi och mekanisk energi.

I 1970-talet kom gasturbinerna in i den amerikanska oljeindustrin, vilket gav upphov till industriella gasturbiner. Flygmotorer kräver relativt hög prestanda, är relativt sofistikerade och har en relativt kort livslängd; industriella motorer behöver inte minska vikten, är mycket robusta och kräver en relativt lång livslängd. Kring 1980-talet, med utvecklingen av naturgas, kom de in i elproduktionsindustrin.

Efter andra världskriget var teknisk nivå i Förenta staterna inte särskilt hög. De äldsta förvärvade var italienska företag, som utgör kapitalet för roterande utrustning i Europa. Det typiska brittiska företaget är Rolls-Royce, som tillverkar flygmotorer. I allmänhet så tillverkar företag som gör flygmotorer också gasdriftsturbiner. Tysklands Siemens blev förvärvad över hela Europa och förvärvade även Rolls-Royces flygmodifikationer. Rysslands gasdriftsturbiner samarbetar främst med Ukraina. Designerna är alla i Ryssland, och vissa av tillverkningsanläggningarna finns i Mariupol, Ukraina.

Under de senaste decennierna har endast Mitsubishi i Japan utvecklat en riktig tunglastig gasturbin, och Kawasaki tillverkar mindre modeller, så det finns fortfarande en viss tröskel. Små och medelstora gasturbiner är främst GE, särskilt för militärt bruk. De huvudsakliga destroyrarna är mestadels GE, modellen LM-2500. Siemens köpte några av sina små gasturbiner i Lincoln, Storbritannien, med en kapacitet under 15 MW, och några i Finspång, Sverige. Det bästa företaget inom små gasturbiner är Solar i USA, som ligger mycket nära sina kunder och har den högsta marknadsandelen i världen för små gasturbiner med en kapacitet under 15 MW.

Klassificering

Enligt den strukturella formen och utgångsmaten kan gasodlare delas in i tre kategorier: mikro, lätt och tung. Däribland kan mikro- och lättgasodlare modifieras från flygmotorer (känt som "flyg-till-gas"), med en vanlig effekt på mindre än 50MW, och användas för industriell energiproduktion, skeppsdrift, rörledningsförstärkning, pansarfordon, distribuerad energiproduktion och kombinerat värme och kraft. Tunglastiga gasodlare har en effekt på mer än 50MW och används främst som fasta generatorer på land, såsom stadsnät.

Tunglastiga gasmotorer klassas vanligtvis enligt temperatur. Klass E, F, G och H motsvarar olika bränn temperaturer. Ur teknisk synvinkel är det fördelaktigare att klassa dem baserat på den temperatur som allogen kan bära.

I Kina är det i huvudsak små gasturbiner. Små gasturbiner klassas vanligtvis efter struktur: enaxlig, tvåaxlig, treaxlig, luftmodifierad, industriell, och sällan klassas de efter temperatur, eftersom temperaturen på små gasturbiner inte är så hög jämfört med tunga gasturbiner. De med effektnivåer under 30 megawatt är faktiskt ekviauxla kristaller, det vill säga E-nivå. Detta är inte absolut, och vissa mer avancerade har nått F-nivå. E-nivå producerades först i Kina 1995. Cirka 50 megawatt svarar förmodligen mot F-nivå, vilket är riktad kristall. Kina producerade nivån först 2005, och vi har nu alla dessa material. De mest avancerade gasturbinerna har nått H-nivå, och vi har nu vår andra generation av enskristaller.

I allmänhet kallas de under 1 MW för mikrogasturbiner. I själva verket använder mikrogasturbiner utomlands inte så bra legeringar på grund av den låga temperaturen. De använder vissa specialstål och sällan ekviaksa kristaller. De runt 15 MW kallas för små gasturbiner, vilka främst använder ekviaksa kristaller. Det finns också några speciella företag utomlands som använder specialstål, men eftersom deras beläggningar är särskilt bra, gör man dem bättre. Små och medelstora 30~50 MW använder vanligtvis fler orienterade kristaller, det vill säga F-nivå. Större modeller använder första- och andra generationens enkristaller, vilka är våra inhemska märken.

Lilla, mellanstora och mikro gasmaskiner används främst för decentraliserad energi och kombinerad värme och kraft. De under 30 MW och 15 MW används främst i Sichuan, medan de under 7 MW används främst i Chongqing. Detta hänger samman med storleken på deras industriområden. De runt 30 MW används främst i Jiangsu, och de mellan 50 MW och 100 MW används främst i industriområden i Guangdong, vanligen för decentraliserad energi eller kombinerad värme och kraft. De över 100 MW används i princip endast för nätreglering av stora elnät eller som basbelastningskraftverk. Olje- och gasindustrin använder i huvudsak små maskiner. I den övre delen av utvinningsindustrin används i huvudsak 7 MW och 15 MW, och i mittenivån av rörledningstransport är det främst 15 MW och 30 MW.

Utformningssystemet för gasturbiner under 30 MW är relativt matures, och processmaterialsystemet är också relativt matures. Utdelningsgraden av OBT kan nå 85%. Industriella gasturbiner måste fortfarande fokusera på ekonomisk prestanda, teknisk-ekonomisk utvärdering eller kostnadsprestanda, och den huvudsakliga utvärderingsindikatorn är utdelningsgraden.

När det gäller medium- och storskaliga gasdrivna turbiner har vi (inhemskt) lite begränsad erfarenhet av designprogram, designspecifikationer och databaser för vissa material och processer i vårt designsystem. Därför är detta designsystem inte fullt utvecklat och produktionsfrekvensen är inte hög. F-nivå eller riktad kristall är en vändpunkt. Under riktad kristall känner vi oss tillräckligt självsäkra för att delta i internationell konkurrens. Över riktad kristall, på industrinivå, finns fortfarande en viss skillnad. Detta område har överlämnats till den nationella gruppen. Några centrala företag utför grundforskning och utveckling, och investeringarna i grundmaterial och grundprocesser är enorma.

industriell kedja

I upstream av min lands gasdynamokedjor finns högtemperaturslegerings-, titanlegerings-, sammansatta material-, aluminiumlegerings- och allmänna stål framställare som inkluderar Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group, etc. I mittenströms delar och komponenter länk, utförs material i gjutning, smide eller andra processer för att göra turbinblad, axlar och andra delar. Bladen och andra delar formades genom gjutningsprocessen. De viktigaste inhemsk gjutning och smide tillverkare inkluderar Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd., etc. Därefter, nederströms hela maskinföretag sammanfogar olika delar till hela maskiner. De viktigaste tillverkarna inkluderar AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric, etc.

Uppströmsindustrier, särskilt produkter som högtemperaturslegeringar, högtemperaturtitanlegeringar, termiska barriärbeläggningar och avancerade keramiska kompositmaterial, har en betydande roll att spela för att främja försvarsindustrin och högteknologisk maskinfabrikation. Inhemskagasturbiner används huvudsakligen för elproduktion, och en mindre del används för vatteninjektion, luftintag, tryckhöjning i olje- och gasfält samt fördrivning av skepp och pansarfordon. Fokus ligger på distribuerad elproduktion, kombinerad värme och kraft, naturgaslednings transporter, skeppsdrivning och mekanisk drivning. Min landets gasturbiner har enorma potentiella marknader inom distribuerad energiförsörjning, tryckhöjningsstationer och industriell elproduktion, och politiken stöder branschens snabba utveckling. De nuvarande storskaliga projekt som "Väst till Öst Gasförsäljning", "Väst till Öst Elförsäljning" och "Söder till Norr Vattenförsäljning" i vårt land, tillsammans med den snabba utvecklingen av vårt skeppsbygnadsnäringsliv, har lett till en snabb ökning av efterfrågan på gasturbiner i vårt land.

Industripolitik

Den 14:e femårsplanens moderna energisystem listar också gasodlare som en kärnteknologi, vilket i princip placerar dem på samma nivå som kärnkraft, nya kraftsystem, energilagring och väteenergi.

State Power Investment Corporation har gjort två specialprojekt, ett är ett stort projekt för tunga gasodlare, inklusive väteblandade gasodlare. En ren väteodlar har byggts i Inre Mongoliet men har ännu inte satts in drift. Jingmen-kraftverket har blandat 15%. Harbin Electric och Guangdong Electric Group, som är Guangdong Energy Group, har gjort ett väteblandningsprojekt i Daya Bay, och Hangzhou Steam Turbine och Siemens har gjort ett väteblandningsprojekt i Zhoushan.

Gasodlare används omfattande i Gasleden Väst-Ost och på offshore oljeplattformar. Som ett militärt relaterat företag har CNOOC också utsatts för sanktioner från Förenta staterna och står inför risken för leveranskortkomster. Under kriget mellan Ryssland och Ukraina blev de Siemens-gasodlar som Ryssland köpt inbesatta när de skickades till Kanada för reparation, vilket påverkade energisäkerheten. Lokalisering måste genomföras så snart som möjligt.

Marknadsutrymme

I 2022 var ministrans gasodlarproduktion i mitt land 4,0563 miljoner kilowatt, och efterfrågan kommer att vara ungefär 6,7986 miljoner kilowatt.

Enligt statistik uppnådde storleken på mitt lands gasodlarmarknad 61,669 miljarder yuan 2022, där marknadstorleken för mikrogasodlar var 8,93 miljarder yuan, marknadstorleken för lättgasodlar var 56,569 miljarder yuan och marknadstorleken för tunga gasodlar var 4,207 miljarder yuan.

Min hemland har nu förmågan att självständigt producera lätta gasdriftsmotorer (effekt under 50MW), och de enklare kan till och med exporteras, men tyngre gasdriftsmotorer (effekt över 50MW) är fortfarande i stort sett beroende av import. Kärntekniken är i stort sett monopoliserad av internationella tillverkare som GE i USA, Mitsubishi i Japan och Siemens i Tyskland. Det finns ett risk för att bli "avskuren" på den inhemsk marknad. Enligt data från General Administration of Customs var gasdriftsmotorernas importer år 2022 US$4,161 miljarder och exporterna US$735 miljoner.