Podstawowe pojęcia
Zgodnie ze „Słownikiem turbin gazowych” (GB/T 15135-2018) turbina gazowa oznacza maszynę wirującą o ciągłym przepływie (pojedynczą maszynę), która przekształca energię cieplną na pracę mechaniczną, obejmującą sprężarkę, sprzęt do ogrzewania płyn roboczy (np. komora spalania), turbina, układ sterowania i urządzenia pomocnicze.
Przemysłowe silniki turbinowe gazowe, ogólnie określane jako turbiny gazowe lub turbiny, przemysłowe silniki gazowe, to w zasadzie to samo, co lotnicze turbinowe silniki gazowe (określane jako silniki lotnicze), ale scenariusze zastosowań są nieco inne. Sprężają gaz pod wysokim ciśnieniem do komory spalania i poprzez reakcję energii chemicznej przekształcają ją w pracę mechaniczną za pośrednictwem turbiny (transliteracja turbiny).
Jako urządzenie do konwersji energii, turbina gazowa to silnik lotniczy, który przekształca naftę lotniczą w energię mechaniczną dla śmigła podczas lotu na niebie; turbina gazowa stosowana na ziemi przekształca gaz ziemny i ropę naftową w energię mechaniczną dla generatora.
Turbiny parowe, silniki spalinowe i turbiny gazowe zostały po raz pierwszy opracowane do użytku na okrętach wojennych. Turbiny parowe stosowano przed I wojną światową, silniki spalinowe podczas I i II wojny światowej, a turbiny gazowe dla okrętów wojennych opracowano po II wojnie światowej. Zostały one zmodyfikowane z silników lotniczych i były używane głównie na dużych statkach nawodnych.
Turbiny gazowe mają kilka cech:
Po pierwsze, teoretyczna sprawność konwersji energii może sięgać 88%, co stanowi urządzenie o najwyższej jak dotąd sprawności konwersji energii na świecie. Mówi się, że ogniwa paliwowe są w stanie osiągnąć sprawność konwersji na poziomie 90%, ale nie zostały jeszcze w pełni skomercjalizowane; teoretyczna sprawność konwersji energii w silnikach spalinowych wynosi 88%, co jest testowane od dziesięcioleci.
Po drugie, temperatura spalania turbin gazowych jest stosunkowo wysoka, a emisja szkodliwych gazów stosunkowo niska.
Po trzecie, gęstość mocy jest stosunkowo duża. Pojedyncza maszyna wielkości kontenera może dostarczyć energię niszczycielowi; dwa kontenery w zasadzie wystarczą do zaopatrzenia cywilnego w energię elektryczną powiatu. Turbiny parowe są bardzo dużymi urządzeniami, takimi jak silniki wysokoprężne i silniki spalinowe o mocy ponad 10 megawatów, które są w zasadzie dużymi urządzeniami o wadze tysięcy ton i wysokości kilkudziesięciu metrów.
Po czwarte, turbiny gazowe nie przypominają silników spalinowych, które są typu suwowego, a praca jest wykonywana raz na 4 uderzenia. Turbiny gazowe pracują w sposób ciągły, a turbina jest linią wirową. Jest to urządzenie z silnikiem cieplnym o najwyższej sprawności konwersji energii, przetwarzające energię chemiczną na energię cieplną i energię mechaniczną.
W latach 70. XX wieku turbiny gazowe weszły do amerykańskiego przemysłu naftowego, dając początek przemysłowym turbinom gazowym. Silniki lotnicze wymagają stosunkowo wysokich osiągów, są stosunkowo wyrafinowane i mają stosunkowo krótką żywotność; silniki przemysłowe nie muszą zmniejszać masy, są bardzo wytrzymałe i wymagają stosunkowo długiej żywotności. Około lat 80-tych wraz z rozwojem gazu ziemnego wkroczył do energetyki.
Po II wojnie światowej poziom techniczny Stanów Zjednoczonych nie był zbyt wysoki. Najwcześniejsze przejęcie dotyczyło firm włoskich, które są stolicą sprzętu obrotowego w Europie. Typową brytyjską firmą jest Rolls-Royce, która produkuje silniki lotnicze. Generalnie firmy produkujące silniki lotnicze będą produkować turbiny gazowe. Niemiecki Siemens został przejęty w całej Europie, a także przejął modyfikację samolotu Rolls-Royce'a. Rosyjskie turbiny gazowe współpracują głównie z Ukrainą. Wszystkie projekty powstają w Rosji, a część baz produkcyjnych znajduje się w Mariupolu na Ukrainie.
W ostatnich dziesięcioleciach tylko japońskie Mitsubishi opracowało naprawdę wytrzymałe turbiny gazowe, a Kawasaki produkuje mniejsze, więc nadal istnieje pewien próg. Małe i średnie turbiny gazowe to głównie GE, zwłaszcza do zastosowań wojskowych. Główne niszczyciele to głównie GE, model LM-2500. Siemens nabył część swoich małych turbin gazowych w Lincoln w Wielkiej Brytanii o mocy poniżej 15 MW, a część w Finspång w Szwecji. Najlepszą firmą w branży małych turbin gazowych jest firma Solar w USA, która jest bardzo blisko swoich klientów i ma najwyższy na świecie udział w rynku małych turbin gazowych o mocy poniżej 15 MW.
Klasyfikacja
Ze względu na formę konstrukcyjną i moc wyjściową turbiny gazowe można podzielić na trzy kategorie: mikro, lekkie i ciężkie. Wśród nich mikroturbiny i lekkie turbiny gazowe mogą być modyfikowane z silników lotniczych (znanych również jako „aero-gaz”), o mocy zwykle w granicach 50 MW i mogą być stosowane w energetyce przemysłowej, energetyce statków, wzmacnianiu rurociągów, zbiornikach lokomotywy, rozproszone wytwarzanie energii oraz kogeneracja. Turbiny gazowe o dużej wytrzymałości mają moc ponad 50 MW i są wykorzystywane głównie jako generatory stacjonarne na lądzie, np. w miejskich sieciach elektroenergetycznych.
Silniki gazowe o dużej wytrzymałości są ogólnie klasyfikowane według temperatury. Klasy E, F, G i H odpowiadają różnym temperaturom spalania. Z inżynierskiego punktu widzenia korzystniej jest klasyfikować je na podstawie wytrzymałości stopu na temperaturę.
W Chinach są to w zasadzie małe turbiny gazowe. Małe turbiny gazowe są ogólnie klasyfikowane według konstrukcji: jednoosiowe, dwuosiowe, trzyosiowe, modyfikowane aerodynamicznie, przemysłowe i rzadko klasyfikowane według temperatury, ponieważ temperatura małych turbin gazowych nie jest tak wysoka w porównaniu z wysokowydajnymi turbinami gazowymi turbiny. Te o poziomie mocy poniżej 30 megawatów są w rzeczywistości kryształami równoosiowymi, czyli klasy E. Nie jest to absolutne, a niektóre bardziej zaawansowane osiągnęły klasę F. Klasa E została wyprodukowana próbnie w Chinach w 1995 roku. Około 50 megawatów prawdopodobnie odpowiada klasie F, która jest kryształem zorientowanym. Ten gatunek wyprodukowano próbnie w Chinach w 2005 roku i obecnie posiadamy wszystkie te materiały. Najbardziej zaawansowane turbiny gazowe osiągnęły klasę H, a teraz mamy monokryształy drugiej generacji.
Generalnie te o mocy poniżej 1 MW nazywane są mikroturbinami gazowymi. Tak naprawdę w mikroturbinach gazowych za granicą nie stosuje się tak dobrych stopów ze względu na niską temperaturę. Używają specjalnych stali i rzadko używają kryształów równoosiowych. Te o mocy około 15 MW nazywane są małymi turbinami gazowymi, które wykorzystują głównie kryształy równoosiowe. Za granicą istnieją również specjalne firmy, które używają stali specjalnych, ale ponieważ ich powłoki są szczególnie dobre, są one ulepszane. Małe i średnie 30 ~ 50 MW na ogół wykorzystują kryształy bardziej zorientowane, to znaczy klasy F. Większe wykorzystują monokryształy pierwszej i drugiej generacji, które są naszymi krajowymi markami.
Małe i średnie turbiny gazowe oraz mikroturbiny gazowe są najczęściej stosowane w energetyce rozproszonej oraz kogeneracji. Moce poniżej 30 MW i 15 MW są najczęściej stosowane w Syczuanie, a poniżej 7 MW w Chongqing. Ma to związek ze skalą istniejących tam parków przemysłowych. Te o mocy około 30 MW są najczęściej wykorzystywane w Jiangsu, a te o mocy od 50 MW do 100 MW są najczęściej wykorzystywane w parkach przemysłowych w Guangdong, zazwyczaj do wytwarzania energii rozproszonej lub kogeneracji. Moce powyżej 100 MW są zasadniczo wykorzystywane do regulacji szczytowej niektórych dużych sieci elektroenergetycznych lub jako elektrownie przy obciążeniu podstawowym. Przemysł naftowy i gazowy zasadniczo wykorzystuje małe. W górnictwie wydobywczym wykorzystuje się głównie moce 7 MW i 15 MW, a transport rurociągami śródlądowymi to głównie 15 MW i 30 MW.
System projektowy turbin gazowych o mocy poniżej 30 MW jest stosunkowo dojrzały, podobnie jak system materiałów procesowych jest również stosunkowo dojrzały. Stopa wydajności OBT może osiągnąć 85%. Przemysłowe turbiny gazowe nadal muszą skupiać się na wynikach ekonomicznych, ocenie technicznej i ekonomicznej lub wynikach kosztowych, a głównym wskaźnikiem oceny jest stopa wydajności.
W przypadku średnich i dużych turbin gazowych my (krajowi) zgromadziliśmy niewielką ilość oprogramowania do projektowania, specyfikacji projektowych i baz danych niektórych materiałów i procesów w naszym systemie projektowania, więc ten system projektowania nie jest zbyt dojrzały, a stopa wydajności nie jest wysoka . Kryształ na poziomie F lub zorientowany jest przełomem. Poniżej zorientowanego kryształu nadal jesteśmy wystarczająco pewni siebie, aby wziąć udział w międzynarodowej konkurencji. Powyżej zorientowanego kryształu, na poziomie przemysłowym, wciąż mamy pewną lukę. Teren ten zostaje przekazany drużynie narodowej. Kilka centralnych przedsiębiorstw prowadzi podstawowe badania i rozwój, a inwestycje w podstawowe materiały i podstawowe procesy są ogromne.
Łańcuch przemysłowy
Do producentów stopów wysokotemperaturowych, stopów tytanu, materiałów kompozytowych, stopów aluminium i stali ogólnej w moim kraju należą: Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itp. Na wczesnym etapie łańcucha przemysłu turbin gazowych w moim kraju itp. W środkowym nurcie części i komponentów łącze: materiały są odlewane, kute lub poddawane są innym procesom w celu wytworzenia łopatek, wałów i innych części turbin. Ostrza i inne części powstają w procesie odlewania. Główni krajowi producenci odlewów i kuć to Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itp. Następnie producenci całych maszyn na dalszych etapach łańcucha montują różne części w całe maszyny. Główni producenci to AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itp.
Przemysł wydobywczy, zwłaszcza produkty takie jak stopy wysokotemperaturowe, wysokotemperaturowe stopy tytanu, powłoki stanowiące barierę termiczną i zaawansowane ceramiczne materiały kompozytowe, odgrywają znaczącą rolę w promowaniu krajowego przemysłu obronnego i produkcji wysokiej klasy sprzętu. Domowe turbiny gazowe są wykorzystywane głównie do wytwarzania energii, a niewielka ich liczba jest wykorzystywana do wtryskiwania wody, pobierania powietrza, utrzymywania ciśnienia w polach naftowych i gazowych oraz zasilania statków i zbiorników. Koncentrujemy się na rozproszonym wytwarzaniu energii, kogeneracji, transporcie gazu ziemnego, napędach statków i napędach mechanicznych. aspekt. Turbiny gazowe w moim kraju mają ogromny potencjał rynkowy w zakresie rozproszonych dostaw energii, stacji sprężania, wytwarzania energii przemysłowej i innych dziedzin, a polityka wspiera szybki rozwój przemysłu. bieżących dużych projektów w moim kraju, takich jak „Przesył gazu z Zachodu na Wschód”, „Przesył energii elektrycznej z Zachodu na Wschód” i „Przekierowanie wody z południa na północ”, a także szybki rozwój przemysłu stoczniowego w moim kraju doprowadziły do szybkiego wzrostu zapotrzebowania mojego kraju na turbiny gazowe.
Polityka przemysłowa
Nowoczesny system energetyczny przewidziany w 14. planie pięcioletnim również wymienia turbiny gazowe jako kluczową technologię, co zasadniczo stawia je na tym samym poziomie co energia jądrowa, nowe systemy elektroenergetyczne, magazynowanie energii i energia wodorowa.
State Power Investment Corporation wykonała dwa projekty specjalne, jeden to duży projekt dotyczący wysokowydajnych turbin gazowych, w tym turbin gazowych z mieszanką wodorową. W Mongolii Wewnętrznej zbudowano elektrownię na czysty wodór, ale nie została ona jeszcze uruchomiona. Elektrownia Jingmen zmieszała 15%. Harbin Electric i Guangdong Electric Group, czyli Guangdong Energy Group, zrealizowały projekt mieszania wodoru w zatoce Daya, a Hangzhou Steam Turbine i Siemens wykonały projekt mieszania wodoru w Zhoushan.
Turbiny gazowe są szeroko stosowane w gazociągu Zachód-Wschód i na morskich platformach wiertniczych. Jako przedsiębiorstwo o charakterze wojskowym CNOOC zostało również objęte sankcjami Stanów Zjednoczonych i stoi przed ryzykiem cięć w dostawach. W czasie wojny rosyjsko-ukraińskiej zakupione przez Rosję turbiny gazowe Siemensa zostały zatrzymane, gdy zostały wysłane do Kanady w celu naprawy, co naruszyło bezpieczeństwo energetyczne. Lokalizację należy przeprowadzić możliwie jak najszybciej.
Przestrzeń Targowa
W 2022 r. produkcja turbin gazowych w moim kraju wyniesie 4,0563 mln kilowatów, a zapotrzebowanie wyniesie około 6,7986 mln kilowatów.
Według statystyk wielkość rynku turbin gazowych w moim kraju osiągnęła w 2022 r. 61,669 miliardów juanów, z czego wielkość rynku mikroturbin gazowych wyniosła 893 miliony juanów, wielkość rynku lekkich turbin gazowych wyniosła 56,569 miliardów juanów, a wielkość rynku ciężkich turbin gazowych wyniosła 4,207 miliarda juanów.
Mój kraj ma obecnie możliwość samodzielnej produkcji lekkich turbin gazowych (o mocy poniżej 50 MW), a te z niższej półki można nawet eksportować, ale ciężkie turbiny gazowe (o mocy powyżej 50 MW) w dalszym ciągu są w zasadzie zależne od importu, a podstawowa technologia opiera się w zasadzie na zmonopolizowane przez międzynarodowych producentów, takich jak GE w Stanach Zjednoczonych, Mitsubishi w Japonii i Siemens w Niemczech. Istnieje ryzyko „zadławienia” na rynku krajowym. Według danych Głównej Administracji Ceł import turbin gazowych w 2022 roku wyniesie 4,161 mld USD, a eksport 735 mln USD.
