BLAZE Bilgi Sınıfı: Gaz Türbini

Temel kavramlar

«Gaz Turbini Sözlüğü» (GB/T 15135-2018)'e göre, bir gaz turbininin, termal enerjiyi mekanik işe dönüştüren sürekli akışlı döner bir makine (tek makineli) olduğu belirtilmektedir ve bu, bir sürtkümesi, işleyen sıvıyı ısıtmak için ekipman (örneğin yanma odası), bir turbin, kontrol sistemi ve yardımcı ekipmanlar içermektedir.

Sanayi gaz türbini motorları, genellikle gaz türbinleri veya türbinler, sanayi gaz motorları olarak adlandırılır ve temelde havacılık türbini gaz motorlarıyla (havacılık motorları olarak adlandırılır) aynı şeydir, ancak uygulama senaryoları biraz farklıdır. Bu sistemler, yüksek basınçlı gazı bir yanma odasına sıkıştırır ve kimyasal enerjinin reaksiyonu yoluyla bu enerjiyi mekanik işe turbin aracılığıyla dönüştürür.

Enerji dönüşüm cihazı olarak bir gaz türbini, gökyüzünde uçarken propeller için mekanik enerjiye dönüştürmek amacıyla havacılık keroseni kullanan bir uçak motörüdür; yerde kullanılan bir gaz türbini ise doğalgazı ve yağı jeneratör için mekanik enerjiye dönüştürür.

Buhar türbinleri, içten yanmalı motorlar ve gaz türbinleri ilk olarak savaş gemileri için geliştirilmiştir. Birinci Dünya Savaşı öncesi buhar türbinleri kullanılmıştır, Birinci ve İkinci Dünya Savaşları sırasında içten yanmalı motorlar kullanılmıştır ve savaş gemisi için gaz türbinleri İkinci Dünya Savaşı sonrası geliştirilmiştir. Uçak motorlarından değiştirilmişlerdir ve çoğunlukla büyük yüzey gemilerinde kullanılmışlardır.

Gaz türbinleri birkaç özellik taşır:

Öncelikle, teorik enerji dönüşüm verimi %88'e ulaşabilir ki, bu da şu ana kadar dünyada en yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahip cihazdır. Yakıt hücrelerinin %90'luk bir dönüşüm verimliliği sağlayabileceği söylenmektedir, ancak henüz tamamen ticari hale getirilmemişlerdir; yanmalı motorların teorik enerji dönüşüm verimi %88'dir ve bu, onlarca yıldır test edilmiştir.

İkincisi, gaz türbinlerinin yanma sıcaklığı göreceli olarak yüksektir ve zararlı gazların emisyonu göreceli olarak düşüktür.

Üçüncüsü, güç yoğunluğu göreceli olarak büyüktür. Konteyner boyutundaki tek bir makine, bir miğfer gemisine enerji sağlayabilir; iki konteyner ise temel olarak bir ilçenin sivil elektrik ihtiyacını karşılamak için yeterlidir. Buhar türbinleri çok büyüktür, örneğin 10 megawatt kapasiteli dizel motorlar ve içten yanmalı motorlar genellikle binlerce ton ağırlığındaki ve onlarca metre yüksekliğindeki büyük cihazlardır.

Dördüncü olarak, gaz türbinleri içten yanmalı motoller gibi değil, vuruş tipli çalışır ve her 4 vuruşta bir iş yapılır. Gaz türbinleri sürekli çalışır ve türbin bir dolu çizgisidır. Bu, kimyasal enerjiyi ısı ve mekanik enerjiye çeviren en yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahip termal motor cihazıdır.

1970'lerde, gaz türbinleri ABD petrol endüstrisine girdi ve bu da sanayi gaz türbinlerinin ortaya çıkmasına neden oldu. Hava araçları motorları göreceli olarak yüksek performansa ihtiyaç duyar, göreceli olarak daha karmaşık ve göreceli olarak kısa ömürlüdür; sanayi motorları ağırlığı azaltmaya gerek duymaz, çok dayanıklı yapılmıştır ve göreceli olarak uzun bir ömür gerektirir. 1980'lerde, doğalgazın gelişimiyle birlikte güç endüstrisine girdi.

II. Dünya Savaşı sonrası, Amerika Birleşik Devletleri'nin teknik seviyesi çok yüksek değildi. En erken edinilen şirketler İtalyan firmalarıydı, ki bunlar Avrupa'daki döner ekipmanların sermayesidir. Tipik bir İngiliz şirketi olan Rolls-Royce, hava araçları motorları üreten bir firmadır. Genelde, hava araçları motorları yapan şirketler gaz türbinleri de yapar. Almanya'nın Siemens'i tüm Avrupa'da edinimler yaptı ve aynı zamanda Rolls-Royce'in hava aracı değiştirme bölümünü de satın aldı. Rusya'nın gaz türbinleri çoğunlukla Ukrayna ile işbirliği içinde geliştirilmiştir. Tasarımlar tümüyle Rusya'dadır ve bazı üretim temelleri ise Ukrayna'nın Mariupol şehrinde bulunmaktadır.

Son on yıllarda, sadece Japonya'nın Mitsubishi'si gerçek anlamda ağır işlevli bir gaz türbini geliştirmiştir ve Kawasaki daha küçük boyutlarda olanlarını yapmaktadır, bu nedenle hala belirli bir eşik bulunmaktadır. Orta ve küçük boyuttaki gaz türbinleri çoğunlukla GE'dir, özellikle askeri kullanım için. Ana akım muhrip gemilerinin çoğu GE'dir, LM-2500 modelidir. Siemens, Birleşik Krallık'taki Lincoln'da bulunan bazı küçük gaz türbinlerini (15 MW'den daha az kapasiteli) ve İsveç'in Finspång'ında bulunanlarını satın almıştır. Küçük gaz türbinleri alanında en iyi şirket, ABD'nin Solar şirketi olup, müşterilerine çok yakın ve 15 MW'den daha düşük kapasitedeki küçük gaz türbinlerinde dünya genelinde en yüksek pazar payına sahiptir.

Sınıflandırma

Yapısal forma ve çıkış gücüne göre, gaz türbinleri üç kategoriye ayrılır: mikro, hafif ve ağır. Bunların arasında, mikro ve hafif gaz türbinleri, hava araçları motorlarından değiştirilebilir (ayrıca "hava-dan-gaz-a" olarak bilinir), güç genellikle 50MW'ın altında olup, endüstriyel elektrik üretimi, gemi gücü, boru hatları için güç artırma, tank lokomotifleri, dağıtık enerji üretim ve birleşik ısı ve güçte kullanılabilir. Ağır gaz türbinlerinin gücü 50MW'dan fazladır ve çoğunlukla kara üzerinde sabit jeneratörler olarak kullanılır, örneğin şehir elektrik şebekeleri.

Ağır gaz motorları genellikle sıcaklığa göre sınıflandırılır. E, F, G ve H sınıfları farklı yanma sıcaklıklarına karşılık gelir. Mühendislik açısıyla, bu alaşımın sıcaklık taşıma kapasitesine göre sınıflandırmak daha tercih edilir.

Çin'de temel olarak küçük gaz türbinleri kullanılmaktadır. Küçük gaz türbinleri genellikle yapısına göre sınıflandırılır: tek-eksenli, çift-eksenli, üç-eksenli, hava alanından değiştirilmiş, endüstriyel ve nadiren sıcaklığa göre sınıflandırılır, çünkü ağır görevli gaz türbinlerine kıyasla küçük gaz türbinlerinin sıcaklığı o kadar yüksek değildir. 30 megavat altı güce sahip olanlar aslında eşit eksenlere sahip kristallerdir, yani E-sınıfıdır. Bu kesin değildir ve bazı daha ileri olanlar F-sınıfına ulaşmıştır. E-sınıfı 1995'te Çin'de deneme üretiminde bulundu. Yaklaşık 50 megavat muhtemelen F-sınıfına karşılık gelir, bu da yönlü kristaldir. Çin bu sınıfı 2005'te deneme üretti ve şimdi tüm bu malzemelerimiz var. En ileri gaz türbinleri H-sınıfına ulaşmıştır ve şu anda ikinci nesil tek kristallerimiz bulunmaktadır.

Genel olarak, 1 MW'nin altındakiler mikro-gaz türbini olarak adlandırılır. Aslında, yurtdışında mikro-gaz türbinleri düşük sıcaklık nedeniyle bu kadar iyi alaşonlara sahip değildir. Bazı özel çeliği kullanır ve nadiren eşkenar kristaller kullanırlar. 15 MW civarlarındakilere küçük gaz türbinleri denir, bunlar çoğunlukla eşkenar kristaller kullanır. Ayrıca yurtdışında bazı özel şirketler özel çelikler kullanır, ancak köşe kaplamaları özellikle iyi olduğundan daha iyi yapılır. 30~50 MW olan küçük ve orta boyutta genellikle daha fazla yönlü kristal kullanır, yani F-sınıfı. Daha büyüklerinde birinci ve ikinci nesil tek kristaller kullanılır, ki bunlar yerli markalarımızdır.

Küçük, orta ve mikro gaz türbinleri çoğunlukla dağıtık enerji ve birleşik ısı ve güç (BİG) uygulamalarında kullanılır. 30 MW ve 15 MW altı türbinler çoğunlukla Sichuan'da kullanılırken, 7 MW altı türbinler çoğunlukla Chongqing'de kullanılmaktadır. Bu, endüstriyel parklarının ölçeğiyle ilgilidir. 30 MW civarındaki türbinler çoğunlukla Jiangsu'da kullanılırken, 50 MW ile 100 MW arasındaki türbinler çoğunlukla Guangdong'daki endüstriyel parklarda, genellikle dağıtık güç veya BİG amacıyla kullanılmaktadır. 100 MW üzerindeki türbinler ise temel olarak büyük elektrik şebekelerinde zirve düzenlemesi ya da temel yükle güç santralleri olarak kullanılmaktadır. Petrol ve doğalgaz endüstrisi ise çoğunlukla küçük türbinleri kullanmaktadır. Üst akışta madencilik sektöründe 7 MW ve 15 MW türbinler çoğunlukla tercih edilirken, orta akışta boru hatları taşımacılığında anahtar türbin boyutları 15 MW ve 30 MW'dur.

30 MW'den düşük olan gaz türbinlerinin tasarım sistemi nispeten olgun durumda ve süreç malzeme sistemi de nispeten olgunlaşmıştır. OBT'nin verimlilik oranı %85'e ulaşabilir. Endüstriyel gaz türbinleri hala ekonomik performans, teknik ve ekonomik değerlendirme veya maliyet performansına odaklanmalıdır ve ana değerlendirme göstergesi verimlilik oranıdür.

Orta ve büyük boyutlu gaz türbinleri için, tasarım yazılımı, tasarım belirtileri ve bazı malzemelerle ilgili veritabanları konusunda tasarımsal birikimimiz (yerli) azdır, bu nedenle bu tasarım sistemi pek olgun değil ve verimlilik oranı yüksek değildir. F seviyesi veya yöneye bağlı kristal bir ayrım noktasıdır. Yöneye bağlı kristalın altında, uluslararası rekabetçi olmaya yeterince güvenimiz vardır. Yöneye bağlı kristalın üzerinde ise sanayi düzeyinde hala belirli bir farkımız var. Bu alan ulusal takıma bırakılmıştır. Birkaç merkezi işletme firması temel araştırmalar ve geliştirmelerde bulunmakta ve temel malzemeler ve süreçlerde yapılan yatırımlar Quite büyüktür.

endüstriyel zincir

Ülkemizin gaz türbini endüstri zincirinin yukarısında, yüksek sıcaklık ittinaları, titan ittinaları, bileşik malzemeler, alüminyum ittinaları ve genel çelik üreticileri arasında Gangyan Gaona, Fushun Özel Çelik, Baoti Grubu vb. bulunur. Orta akım parçalar ve bileşenler bağlantısında, malzemeler döküm, forje veya diğer süreçlerle türbin bıçakları, makineler ve diğer parçalar yapılmaktadır. Bıçaklar ve diğer parçalar döküm süreciyle şekillenir. Önemli yerel döküm ve forje üreticileri arasında Yingliu A.Ş., Wanze A.Ş., Tunan A.Ş. vb. bulunur. Daha sonra, aşağı akım tam makine üreticileri çeşitli parçaları tam makineler halinde birleştirir. Önemli üreticiler arasında AECC, Shanghai Electric, Helan Türbini, Harbin Electric vb. bulunur.

Yukarı akım sanayii, özellikle yüksek sıcaklıkli alaşım, yüksek sıcaklıkta titanium alaşımı, termal engel kaplamaları ve gelişmiş keramik bileşik malzemeler gibi ürünler, ulusal savunma endüstrisini ve yüksek teknoloji ekipman imalatını teşvik etmede önemli bir rol oynar. İç mekan gaz türbinleri çoğunlukla elektrik üretiminde kullanılırken, az bir kısmı petrol ve doğalgaz alanlarındaki su enjeksiyonu, hava emme, basınç artırma ve gemi ile tank güçlerinde kullanılmaktadır. Öncelikler dağıtık enerji üretimi, ısı ve güç birlikte üretimi, doğal gaz boru hatları taşımacılığı, gemi iticiliği ve mekanik sürme yönünde odaklanmaktadır. Ülkenin gaz türbinleri dağıtık enerji sağlama, basınç istasyonları, sanayi gücü üretimi ve diğer alanlarda büyük potansiyel pazarlara sahiptir ve politikalar endüstrinin hızlı kalkınmasına destek olmaktadır. "Batıdan Doğuya Gaz Taşıma", "Batıdan Doğuya Elektrik Taşıma" ve "Güneyden Kuzeye Su Dağıtım" gibi şu anki büyük projelerimiz ve hızlı kalkan gemilik endüstrimiz, ülkenin gaz türbini talebinin hızla artmasına neden olmuştur.

Sanayi Politikası

14. Beş Yıllık Plan'ın modern enerji sistemi, gaz türbinlerini de bir dizi çekirdek ana teknoloji olarak sıralıyor, temelde bunu nükleer enerji, yeni güç sistemleri, enerji depolama ve hidrojen enerjisi ile aynı seviyeye koyuyor.

Devlet Enerji Yatırımları Korporasyonu iki özel proje gerçekleştirmiştir; biri ağır gaz türbinleri için büyük bir proje olup, hidrojen karışımı olan gaz türbinlerini içerir. Sadece hidrojen kullanan bir türbin İç Mongolya'da inşa edilmiştir ancak henüz faaliyete geçmemiştir. Jingmen Elektrik Santrali %15 oranında karışım yapmıştır. Harbin Elektrik ve Guangdong Elektrik Grubu (Guangdong Enerji Grubu), Daya Bay'de bir hidrojen karışımı projesi gerçekleştirdi ve Hangzhou Buhar Türbini ile Siemens, Zhoushan'da bir hidrojen karışımı projesi yaptı.

Doğalgaz türbinleri Batı-Doğru Doğalgaz Boru Hatında ve deniz dışı petrol platformlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Askeri ilişkili bir işletmedir, CNOOC aynı zamanda ABD tarafından yaptırıma tabi tutulmuş ve tedarik kesintisi riskiyle karşı karşıya bulunmaktadır. Rus-Ukrayna savaşı sırasında Rusya tarafından satın alınan Siemens doğalgaz türbinleri, tamir için Kanada'ya gönderildiklerinde gözaltına alındı ve enerji güvenliği etkilendi. Yerelleştirme mümkün olan en kısa sürede yapılmalıdır.

Piyasa Alanı

2022 yılında ülkenin doğalgaz türbini üretimi 4.0563 milyon kilovat olacak ve talep yaklaşık 6.7986 milyon kilovat olacaktır.

İstatistiklere göre, 2022 yılında ülkenin doğalgaz türbini piyasası boyutu 616.69 milyar yuan'a ulaşmıştır; bunun arasında mikro doğalgaz türbini piyasa boyutu 8.93 milyar yuan, hafif doğalgaz türbini piyasa boyutu 565.69 milyar yuan ve ağır doğalgaz türbini piyasa boyutu 42.07 milyar yuandır.

Ülkem şu anda 50MW'den düşük güçteki hafif gaz türbinlerini bağımsız olarak üretme yeteneğine sahip, ve düşük seviyelerindekiler hatta ihracat edilebilir, ancak 50MW üzerindeki güçteki ağır gaz türbinleri hala neredeyse tamamen ithale bağlıdır ve temel teknoloji ABD'deki GE, Japonya'daki Mitsubishi ve Almanya'daki Siemens gibi uluslararası üreticiler tarafından neredeyse tamamen kontrol edilmektedir. Bu, iç pazarda "boğulma" riski yaratmaktadır. Gümrükler Genel İdaresi'ne ait verilere göre, 2022'de gaz türbini ithalatlari 4.161 milyar ABD doları ve ihracatlari 735 milyon ABD doları olacaktır.