OBT Knowledge Classroom: Plinska turbina

Osnovni pojmovi

Prema "Rječniku plinskih turbina" (GB/T 15135-2018), plinska turbina se odnosi na neprekidnog toka rotacijsku stroj (jedinični stroj) koji pretvara toplnu energiju u mehanički rad, uključujući kompresor, opremu za zagrijavanje radnog medija (kao što je komora izgaranja), turbinu, sustav upravljanja i pomoćnu opremu.

Industrijski motori s plinskom turbinom, općenito poznati kao plinske turbine ili turbine, industrijski plinski motori, u osnovi su ista stvar kao i aviacioni gasno-turbinski motori (poznati kao aviacioni motori), ali primjena je nešto različita. Oni komprimiraju visokotlačni plin u komoru izgaranja i putem reakcije kemijske energije pretvaraju kemijsku energiju u mehanički rad kroz turbinu (transliteracija turbine).

Kao uređaj za pretvoru energije, plinska turbine je motorni pogon zrakoplova koji pretvara avionski kerozin u mehaničku energiju za vijanje tijekom leta; plinska turbine koja se koristi na zemlji pretvara prirodni plin i naftu u mehaničku energiju za generator.

Parne turbine, unutarnjeg sagorevanja i plinske turbine prvi put su razvijene za uporabu na ratnim brodovima. Parne turbine su bile u upotrebi prije Prvog svjetskog rata,动机e unutarnjeg sagorevanja su bile u upotrebi tijekom Prvog i Drugog svjetskog rata, a plinske turbine za ratne brodove su razvijene nakon Drugog svjetskog rata. One su modifikovane iz zrakoplovnih motora i glavno su se koristile na velikim površinskih brodovima.

Plinske turbine imaju nekoliko karakteristika:

Prvo, teorijska učinkovitost pretvorbe energije može dostići 88%, što je uređaj s najvećom učinkovitostištom pretvorbe energije na svijetu do danas. Vodikovni članci mogu postići učinkovitost pretvorbe od 90%, ali još nisu potpuno komercijalizirani; teorijska učinkovitost pretvorbe energije kod spaljivača iznosi 88%, a to je testirano desetljećima.

Drugo, temperatura spalja gasnih turbine je relativno visoka, a emisija štetnih plinova je relativno niska.

Treće, gustoća snage je relativno velika. Jedna strojna jedinica veličine kontejnera može pružati energiju uništavaču; dva kontejnera su uglavnom dovoljni za građansku elektroenergiju cijelog okruga. Parne turbine su vrlo velike, kao što su dizel motori i unutarnjeg sagorevanja kapaciteta preko 10 megawata, koji su uglavnom uređaji tisućama tuna težine i desetaka metara visine.

Četvrto, plinske turbine nisu kao unutarnje goreće motore koji rade po principu četverozubaca i obavlja se posao jednom za 4 udara. Plinske turbine rade neprestano, a turbina je vrtložna linija. To je uređaj termičkog motora s najvećom učinkovitostišćom pretvorbe energije, koja pretvara kemijsku energiju u toplinski i mehanički rad.

U 1970-ima su plinske turbine stuple u naftnu industriju Sjedinjenih Država, što je dalo početak promjetskim plinskim turbinama. Motore za letelice se zahtijeva da imaju relativno visoku performansu, jesu relativno sofisticirani i imaju relativno kratku životnu dobu; prometni motori ne moraju smanjivati težinu, napravljeni su vrlo čvrsto i zahtijevaju relativno dugu životnu dobu. Oko 1980-ih, uz razvoj prirodnog plina, stupile su u elektroenergetski sektor.

Nakon Drugog svjetskog rata, tehnički nivo Sjedinjenih Američkih Država nije bio vrlo visok. Najranije stečajevi su bili talijanskih kompanija, koje su glavno mjesto za rotacionu opremu u Europi. Tipična britanska kompanija je Rolls-Royce, koja proizvodi avionske motore. Općenito, kompanije koje proizvode avionske motore prave i plinske turbine. Njemački Siemens je stekao kompanije širom Europe te također i Rolls-Royce-ov program izrade avionskih motora. Ruske plinske turbine su uglavnom u suradnji s Ukrajinom. Dizajnovi su svi u Rusiji, a neke proizvodne baze se nalaze u Mariupolu na Ukrajini.

U posljednjim desetljećima, jedino je Mitsubishi iz Japana razvio pravi teški plinski turbine, dok Kawasaki proizvodi manje, pa postoji i dalje određeni prag. Male i srednje plinske turbine su uglavnom GE, posebno za vojnu uporabu. Glavni uništavači koriste uglavnom GE, model LM-2500. Siemens je nabavio neke male plinske turbine u Lincolnu, Ujedinjeno Kraljevstvo, s kapacitetom manjim od 15 MW, a neke u Finspångu, Švedska. Najbolja tvrtka u malim plinskim turbinama je Solar u Sjedinjenim Državama, koja je vrlo blizu svojim klijentima i ima najveći udio na svjetskom tržištu za male plinske turbine s kapacitetom manjim od 15 MW.

Klasifikacija

Prema strukturnom obliku i izlaznoj snazi, plinske turbine mogu se podijeliti u tri kategorije: mikro, lagane i teške. Mikro i lagane plinske turbine mogu biti modificirane zračne motore (također poznate kao „zračni-prema-plini“), s snagom obično unutar 50 MW i mogu se koristiti za proizvodnju industrijske energije, brodske pogone, povećanje tlaka u cjevovodima, tenkovske lokomotive, distribuiranu proizvodnju energije i kombiniranu proizvodnju topline i energije. Teške plinske turbine imaju snagu veću od 50 MW i uglavnom se koriste kao stacionarne električne centrale na kopnu, poput gradske mreže.

Teški plinski motori generalno su klasificirani prema temperaturi. Razred E, F, G i H odgovaraju različitim temperaturama izgaranja. S inženjerskog gledišta, prikladnije je da se klasificiraju prema otpornosti legure na temperaturu.

U Kini su to male plinske turbine. Male plinske turbine generalno se klasificiraju prema strukturi: jednoosne, dvoosne, troosne, aero-modificirane, industrijske, a vrlo rijetko prema temperaturi jer je temperatura malih plinskih turbina u usporedbi s teškim plinskim turbinama relativno niska. One koje imaju snagu ispod 30 megavata pripadaju jednakostranim kristalima, odnosno E razredu. Ovo nije apsolutno, neke naprednije već dosegnu F razred. E razred proizveden je u probnoj seriji u Kini 1995. godine. Snaga od oko 50 megavata vjerojatno odgovara F razredu, koji je orijentirani kristal. Razred F proizveden je u probnoj seriji u Kini 2005. godine, a sada već raspolažemo svim tim materijalima. Najnaprednije plinske turbine dostigle su H razred, a mi već imamo naše turbine s drugom generacijom monokristala.

Općenito, oni koji su ispod 1 MW nazivaju se mikro plinske turbine. Mikro plinske turbine u inozemstvu ne koriste takve dobre legure zbog niske temperature. Koriste neke posebne čelike i rijetko koriste ekipedne kristale. Oni oko 15 MW nazivaju se male plinske turbine, koje uglavnom koriste ekipedne kristale. Postoje i neke posebne tvrtke u inozemstvu koje koriste posebne čelike, ali zato što im premazi izuzetno dobri, napravljeni su bolji. Srednje velike 30~50 MW općenito koriste više orijentirane kristale, to jest F-razreda. Veće koriste monokristale prvih i drugih generacija, što su naši domaći brendovi.

Mikro plinske turbine male i srednje veličine uglavnom se koriste za distribuiranu proizvodnju energije i kombiniranu proizvodnju topline i energije. One ispod 30 MW i 15 MW uglavnom se koriste u Sichuanu, a one ispod 7 MW uglavnom u Chongqingu. To je povezano s razmjerima njihovih industrijskih parkova. One oko 30 MW uglavnom se koriste u Jiangsuu, a one od 50 MW do 100 MW uglavnom su u industrijskim parkovima u Guangdongu, pri čemu se općenito koriste za distribuiranu proizvodnju energije ili kombiniranu proizvodnju topline i energije. One iznad 100 MW koriste se za regulaciju vršnog opterećenja na nekim velikim elektroenergetskim mrežama ili kao elektrane baze. U naftno-gasnoj industriji koriste se manje turbine. U gornjem dijelu rudarske industrije najčešće se koriste 7 MW i 15 MW, dok se u transportu cijevovodima uglavnom koriste 15 MW i 30 MW.

Sustav dizajna plinskih turbine ispod 30 MW je relativno zreli, a procesni materijalni sustav je također relativno zreli. Stopa uspjeha OBT-a može dostići 85%. Industrijske plinske turbine i dalje moraju fokusirati na ekonomske performanse, tehniko-ekonomski procjenu ili odnos cijena i performansi, a glavni evaluacijski pokazatelj je stopa uspjeha.

Za srednje i velike plinske turbine, mi (domaći) imamo malo akumulacije dizajnerskog softvera, specifikacija dizajna te baza podataka za neke materijale i procese u našem sustavu dizajniranja, pa je stoga ovaj dizajnerski sustav dosta nedovršen i stopa iskoristivosti nije visoka. Razina F ili strukturirani kristal predstavlja prelomnicu. Ispod strukturiranog kristala, još uvijek smo dovoljno samopouzdani da se možemo natjecati na međunarodnoj razini. Iznad strukturiranog kristala, na industrijskoj razini, još uvijek postoji određena jama. Ovo područje je prepušteno nacionalnoj ekipi. Upravo ga rade nekoliko centralnih poduzeća koja obavljaju osnovna istraživanja i razvoj, a investicija u osnovne materijale i osnovne procese ogromna.

Industrijska lanac

Na gornjem toku lanca industrije plinske turbine u mojoj zemlji, proizvođači visokotemperaturnih legura, titanijevih legura, kompozitnih materijala, aluminijevih legura i opće čelika uključuju Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itd. U srednjem dijelu lanca za dijelove i komponente, sirovine se preko lijevanja, kovanja ili drugih procesa preradjuju u lopatice turbine, vratila i druge dijelove. Lopatice i drugi dijelovi formiraju se procesom lijevanja. Vodeći domaći proizvođači lijevanih i kovanih dijelova uključuju Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itd. Zatim nizvodni proizvođači cijelih mašina montiraju razne dijelove u cjeline. Glavni proizvođači uključuju AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itd.

Gornostromne industrije, posebice proizvodi kao što su visokotemperaturne legure, visokotemperaturni titan alijansi, toplinska barijerska obloženja i napredne keramičke kompozitne materijale, imaju značajan ulog u promicanju obrambene industrije i proizvodnje visoke opreme. Domaći plinovi turbine uglavnom se koriste za proizvodnju električne energije, a manji broj se koristi za uljezanje, uzimanje zraka, pritisak u naftnim i plinovima poljama te snagu za brodove i tenkove. Fokus je na distribuiranoj proizvodnji energije, kombiniranom proizvodnji topline i energije, prijenosu prirodnog plina cijevima, brodskoj propulziji i mehaničkom pogonu. U područjima distribuirane dobave energije, stanicama za povećanje tlaka, industrijskoj proizvodnji energije i drugim područjima, plinovi turbine u našoj zemlji imaju ogroman potencijalni tržište, a politike podržavaju brzi razvoj industrije. Trenutni veliki projekti u našoj zemlji kao što su "Prenos plina s zapada na istok", "Prenos elektroenergije s zapada na istok" i "Prebacivanje vode sa jug-a na sjever", te brzi razvoj brodogradnje u našoj zemlji, doveli su do brzog rasta potrebe za plinovima turbinama u našoj zemlji.

Prometna politika

Moderni energetski sustav iz 14. petogodišnjeg plana također navodi plinske turbine kao ključnu tehnologiju, praktički ih smještajući na istu razinu kao i nuklearnu energiju, nove energetske sustave, pohranu energije i energetsku hidrogen.

Državna korporacija za ulaganja u elektroenergetiku izvela je dva posebna projekta, jedan od kojih je veliki projekt za teške plinske turbine, uključujući plinske turbine s mješavinom hidrogena. Čisto hidrogenska je izgrađena u Unutarnjoj Mongoliji, ali još nije u funkciji. Elektrana u Jingmen-u je smiješila 15%. Harbin Electric i Guangdong Electric Group, koji je Guangdong Energy Group, izveli su projekt s mješavinom hidrogena u Daya Bay-u, a Hangzhou Steam Turbine i Siemens izveli su projekt s mješavinom hidrogena u Zhoushan-u.

Plinske turbine su široko korištene u cijevnom vodu za plin Istočno-Zapadni i na odmorskim naftnim platformama. Kao poduzeće povezano s vojskom, CNOOC je također bio sankcioniran od strane Sjedinjenih Država i suočen riziku prekida ponude. Tijekom rusko-ukrajinske rata, Siemensove plinske turbine koje je Rusija kupila bile su zadržane kada su poslane u Kanadu za popravku, što je utjecalo na energetsku sigurnost. Lokalizacija mora biti provedena što prije.

Tržišni prostor

Godine 2022, proizvodnja plinskih turina u našoj zemlji će biti 4,0563 milijuna kilowati, a potraznja će iznositi oko 6,7986 milijuna kilowati.

Prema statistici, veličina tržišta plinskih turina u našoj zemlji 2022. iznosila je 61,669 milijardi juana, od kojih je veličina tržišta mikro plinskih turina bila 893 milijuna juana, veličina tržišta laganih plinskih turina bila 56,569 milijardi juana, a veličina tržišta teških plinskih turina bila 4,207 milijarde juana.

Moja zemlja sada može neovisno proizvoditi lagane plinske turbine (snaga ispod 50 MW). One niže klase čak se mogu izvoziti, ali teške plinske turbine (snaga iznad 50 MW) i dalje u osnovi ovise o uvozu. Ključna tehnologija u osnovi je monopolizirana od strane međunarodnih proizvođača poput GE-a u Sjedinjenim Američkim Državama, Mitsubishiya u Japanu i Siemensa u Njemačkoj. Postoji rizik da će nas u unutarnjem tržištu „zadaviti“. Prema podacima Glavne carinske uprave, uvoz plinskih turbina 2022. godine iznosio je 4.161 milijun američkih dolara, a izvoz 735 milijuna američkih dolara.