OBT Tudásosztály: Gázturbinák

Alapvető fogalmak

A "Gázturbinák szótára" (GB\/T 15135-2018) szerint a gázturbina olyan folyamatos áramlású forgógép (egyetlen gép), amely a hőenergiát mechanikai munkává alakítja át, és tartalmaz kompresszort, a munkaközeg (például égéstér) melegítéséhez szükséges berendezéseket, turbinát, vezérlőrendszert és segédberendezéseket.

Az ipari gázturbinahajtóműveket általában gázturbináknak vagy turbináknak, illetve ipari gázmotoroknak nevezik, amelyek lényegében megegyeznek a repülőgépi gázturbinahajtóművekkel (repülőgép-hajtóművek), csupán az alkalmazási területek különbözőek. Ezek a rendszerek nagynyomású gázt juttatnak az égőtérbe, és a kémiai energia reakció révén történő felszabadításával alakítják át a kémiai energiát mechanikai munkává turbinán keresztül (a turbine magyar átírása).

Energiát átalakító eszként a gázgerendő egy repülőmotor, amely a léghajtón létező körülmények között az avíciós kerosinből mechanikus energiát termel a csavar számára; egy földön használt gázgerendő pedig a természetes gázot és olajat átalakítja mechanikus energiává a generátor számára.

A parásvatermotorok, belső égésű motorok és gázgerendők először hadihajókra fejleszték ki. A parásvatermotorokat I. világháború előtt használták, a belső égésű motorokat I. és II. világháború idején alkalmazták, míg a hadihajókért fejlesztett gázgerendőket második világháború után teremtették meg. Ezek repülőmotorokból alakították át, és főként nagy felszíni hajókon használták őket.

A gázgerendőknek több jellemzője van:

Először is, a téoriatikus energiaátalakítási hatékonyság elérheti a 88%-ot, ami eddig a világon a legmagasabb energiaátalakítási hatékonysággal rendelkező eszköz. A polgári sebeszereknek azt mondják, hogy 90%-os átalakítási hatékonyságot érhetnek el, de még nem terjesztették el teljes körűen; a felégetési motorok téoriatikus energiaátalakítási hatékonysága 88%, amit évtizedek óta teszteltek.

Másodszor, a gázgerendülékek égetési hőmérséklete viszonylag magas, és a káros gázok kibocsátása viszonylag alacsony.

Harmadszor, a teljesítmény-sűrűség viszonylag nagy. Egy tároló méretű egyetlen gép energiát szolgáltathat egy pusztahajónak; két tároló alapvetően elég ahhoz, hogy ellásson civil elektromos energiával egy vármegye településeit. A gőzgerendülékek nagyon nagyok, például a több mint 10 megawatt-os dizel- és belső égésű motorkal, amelyek alapvetően ezren tonnába súlyoznak és tíz méter felemelkedést biztosítanak.

Negyedik, a gázgerendek nem hasonlítanak az ütemmotorokhoz, amelyek ütemes típusúak, és minden 4 ütemben egy alkalommal végeznek munkát. A gázgerendek folyamatosan működnek, és a turbin egy vízivonal. Ez a forrómű motor eszköz a legnagyobb energiaátviteli hatékonysággal, ami kémiai energiát átalakít forró- és mechanikai energiává.

A 70-es években a gázgerendek beléptek az amerikai olajiparba, ahonnan származnak az ipari gázgerendek. Az repülőgép-motorok viszonylag magas teljesítményt igényelnek, viszonylag bonyolultak, és viszonylag rövid élettartamúak; az ipari motorok nem kellene súlyukat csökkenteniük, nagyon erősnek kell lenniük, és viszonylag hosszú élettartamra van szükségük. A 80-as évek körül, a természetes gáz fejlődésével, beléptek az elektromos iparba.

A második világháború után az Egyesült Államok technikai színvonala nem volt túl magas. Az első beszerzések olasz vállalatok voltak, amelyek Európa forgóberendezések központjai. A tipikus brit vállalat a Rolls-Royce, amely repülőgépmotorokat gyárt. Általában a repülőgépmotorokat gyártó vállalatok gyártanak gázturbinákat is. Németországi Siemens vállalat európai országokban szerzett vállalkozásokat, és megvásárolta a Rolls-Royce repülőgépátalakító egységét is. Oroszország gázturbinái főként Ukrajnával való együttműködésen alapulnak. A tervek mind Oroszországban készülnek, és néhány gyártási bázis Ukrajnában, Makszimilijanovkában található.

A múlt évtizedekben csak a japán Mitsubishi fejlesztett ki valódi nehéz gázgerendát, és a Kawasaki kisebbeket gyárt, tehát mindig is volt egy bizonyos küszöb. A közepes és kisebb gázgerendák terén főként a GE dominál, különösen a hadifelhasználás terén. Az általános hajótípusok többsége GE-gerendával rendelkezik, az LM-2500 típusú modellrel. A Siemens vásárolt be néhány kisebb gázgerendát az Egyesült Királyság Lincoln-ból, amelyek kapacitása 15 MW-nál kevesebb, valamint néhányat Svedország Finspång-jából. A legjobb vállalat a kisebb gázgerendákon az amerikai Solar, amely nagyon közel van vásárlói köréhez, és világszerte a legnagyobb piaci részesedést tartozza magának a 15 MW-nál alacsonyabb kapacitású gázgerendáknál.

Szabályozás

A gázturbinákat a szerkezeti forma és a leadott teljesítmény alapján három kategóriába sorolhatók: mikro, könnyű és nehéz. Ezek közül a mikro és könnyű gázturbinák repülőgépmotorokból is átalakíthatók (más néven „légi-gáz” típusúak), teljesítményük általában 50 MW alatt van, és ipari energiatermelésre, hajóhajtásra, csővezeték-meghajtásra, harckocsi-mozdonyokra, elosztott energiatermelésre és távfűtésre használhatók. A nehéz gázturbinák teljesítménye meghaladja az 50 MW-ot, és elsősorban szilárd generátorokként alkalmazzák őket szárazföldön, például városi villamosenergia-hálózatokban.

A nehéz gázmotorokat általában hőmérséklet alapján osztályozzák. Az E, F, G és H osztály különböző égési hőmérsékleteknek felel meg. Mérnöki szempontból célszerűbb lenne az ötvözetek hőállósági képessége alapján besorolni őket.

Kínában ez kis gázturbinákra vonatkozik. A kis gázturbinákat általában szerkezetük alapján osztályozzák: egytengelyes, két-tengelyes, háromtengelyes, repülőgép-származtatott, ipari típusok, és ritkán hőmérséklet alapján, mivel a kis gázturbinák hőmérséklete nem olyan magas, mint a nehéz ipari gázturbináké. Azoknál a teljesítményszinteknél, amelyek 30 megawatt alatt vannak, az anyag ekvidinamikus kristály, azaz E osztályú. Ez nem abszolút érvényű, néhány fejlettebb már elérte F osztályt. E osztályt Kínában 1995-ben próbálták először gyártani. Körülbelül 50 megawatt valószínűleg F osztálynak felel meg, ami irányított kristály. Ezt az osztályt Kínában 2005-ben próbálták először gyártani, és mára már rendelkezünk ezekkel az anyagokkal. A legfejlettebb gázturbinák már H osztályt értek el, és mára már második generációs egycsatornás kristályaink is vannak.

Általában az 1 MW alattiakat mikro-gázturbináknak nevezik. A külföldi mikro-gázturbinák nem használnak ilyen jó ötvözeteket a hőmérséklet alacsonysága miatt. Ők néhány speciális acélt használnak, és ritkán alkalmaznak egyenletes kristályszemcséket. A körülbelül 15 MW teljesítményűeket kis gázturbináknak hívják, amelyek főként egyenletes kristályszemcséket használnak. Külföldön vannak olyan speciális vállalatok is, amelyek speciális acélokat használnak, de mivel bevonataik különösen jók, így azokból jobb minőségű termékek készülnek. A közepes méretű, 30~50 MW-os gázturbinák általában irányított kristályszemcséket, azaz F osztályt használnak. A nagyobb egységek az első és második generációs monokristályokat alkalmazzák, amelyek már hazai márkáink termékei.

A kis- és közepes méretű mikro gázturbinákat elsősorban elosztott energiaprodukcióban és kombinált hő- és villamosenergia-termelésben használják. A 30 MW alattiakat és a 15 MW alattiakat elsősorban Sichuan tartományban, a 7 MW alattiakat pedig főként Csungkingban alkalmazzák. Ez összefügg az ottani ipari parkok méretével. A körülbelül 30 MW teljesítményűeket leginkább Dzsangszu tartományban használják, míg az 50 MW-tól 100 MW-ig terjedőket általában Kvangdung tartomány ipari parkjaiban, rendszerint elosztott energiaprodukcióhoz vagy kombinált hő- és villamosenergia-termeléshez. A 100 MW feletti egységeket egyes nagyobb erőművi csúcskiegyenlítési feladatokra, illetve alapteherként szolgáló erőművekben alkalmazzák. A kisebb méretű gázturbinákat az olaj- és gázipar használja. Az upstream bányászati ágazatban főként 7 MW-os és 15 MW-os egységeket alkalmaznak, míg a középső szakaszban, a csővezetékes szállítás során elsősorban 15 MW és 30 MW-es egységekkel dolgoznak.

A 30 MW-nál kisebb gázgerendelések tervezési rendszerrel kapcsolatosan viszonylag eredményes a fejlesztés, és a folyamatanyag-rendszer is viszonylag eredményes. Az OBT kifizetési aránya elérheti a 85%-ot. A ipari gázgerendeléseknek továbbra is figyelembe kell venniük az érdekességét, a technikai és gazdasági értékelést vagy költségeket, és a fő értékelési mutató az arányosság.

Közepes és nagy méretű gázturbinák esetén (belső) kis mértékben rendelkezünk a tervezőrendszereinkben tervező szoftverekkel, tervezési előírásokkal valamint egyes anyagok és folyamatok adatbázisaival, ezért ez a tervezőrendszer nem túl kiforrott és a termelékenység nem magas. Az F-szint vagy irányított kristályos megmunkálás egy kulcsfontosságú elválasztó pont. Irányított kristály alatt továbbra is kellően biztosak lehetünk ahhoz, hogy részt vegyünk a nemzetközi versenyekben. Irányított kristály felett ipari szinten még mindig jelentős lemaradás tapasztalható. Ezt a területet átadták az országos csapatnak. Több központi vállalat alapanyagokhoz és alapfolyamatokhoz kapcsolódó kutatásokat és fejlesztéseket folytat, amelyekbe az alapanyagokba és alapvető gyártási folyamatokba történő befektetés rendkívül nagy.

Iparch lánc

Az országom gázturbinás iparági láncolatának felsőbb szakaszában a magas hőmérsékletű ötvözetek, titánötvözetek, kompozitanyagok, alumíniumötvözetek és általános acél gyártók közé tartoznak a Gangyan Gaona, a Fushun Special Steel, valamint a Baoti Csoport. A köztes alkatrészek és komponensek gyártása során az anyagokat öntik, kovácsolják vagy más módon dolgozzák fel turbinapengékké, tengelyekké és egyéb alkatrészekké. Az öntési folyamat során pengék és más alkatrészek alakulnak ki. A vezető hazai öntödék és kovácsművek közé tartozik az Yingliu Co., Ltd., a Wanze Co., Ltd., a Tunan Co., Ltd. stb. Ezután az alsóbb szakaszban található teljes gépet gyártó vállalatok szerelik össze a különféle alkatrészeket teljes gépekké. A jelentős gyártók közé tartozik az AECC, a Shanghai Electric, a Helan Turbine, a Harbin Electric stb.

A felsőbb szintű iparágak, különösen az olyan termékek, mint a magas hőmérsékletű ötvözetek, a magas hőmérsékletű titanötvözetek, a hőálló revélyek és a haladó kerámiai összetevőanyagok jelentős szerepet játszanak a nemzeti védelmi iparág és a magas végpontú berendezés gyártásának elősegítésében. A belső gázgerendek főként a villamos energia termelésére használják, és kevesebb számú alkalmazása van vízbejtésre, légbecslésre, nyomásbővítésre az olaj- és gázmezőkben, valamint a hajók és a harckocsiak mozdonyain. Az értelemben a terjesztett villamosenergia, a hő és villamosenergia kombinált termelése, a természetes gázvezetékek közlekedése, a hajók propulziója és gépi hajtásra összpontosítanak. Országom gázgerendei rendkívüli potenciával bírnak a terjesztett energiaszállítás, a nyomásállomások, az ipari villamosenergia és más területeken, és politikai támogatás él a iparág gyors fejlődéséhez. Jelenlegi nagy projektek országomban, például a „Keletre irányuló gáz-szállítás”, a „Nyugatról Keletre Villamosenergia-szállítás” és a „Déli-Vészki Vízátviteli Rendszer”, valamint az országunk hajógyár-iparágának gyors fejlődése vezetett az országunkban a gázgerendekre vonatkozó igény gyors növekedéséhez.

Közép- és hosszú távú ipari stratégia

A 14. ötéves terv modern energiahálózata a gázturbinákat is kulcsfontosságú technológiának minősíti, lényegében ugyanazon szintre helyezi őket, mint a nukleáris energiát, az új energiaellátási rendszereket, az energiatárolást és a hidrogénenergiát.

A State Power Investment Corporation két speciális projektet végzett, egyikük egy nagyprojekt nehézig gázgerendekről, beleértve a hidrogénkeveréses gázgerendeket. Egy teljesen hidrogénfűtött már épült Binnor Mongoliában, de még nem került működtetésre. A Jingmen Elektramuszeripari Üzem 15%-os keveréket használ. A Harbin Electric és a Guangdong Electric Group, amely a Guangdong Energy Group, Daya Bay-ben végezett egy hidrogénkeveréses projekten, míg a Hangzhou Steam Turbine és a Siemens Zhoushan-ban végezett egy hidrogénkeveréses projekten.

A gázgerendelők széles körben használnak az Észak-Kínát összekötő gáztömeghajtott csöveken és a kontinentális szalectúrán lévő olajplatformokon. Mint haditársaság, a CNOOC-t is szankciók érintették az Egyesült Államok részéről, amelyek kockázatot jelentenek a beszerzési láncok szempontjából. A orosz-szlovák háború idején Oroszország által vásárolt Siemens gázgerendelők megtartásra kerültek, mikor őket Kanadába küldték javításra, ami befolyásolta az energia biztonságát. A helyi termelésre kell gyorsan áttérni.

Piaci tér

2022-ben az országunk gázgerendelő termelése 4,0563 millió kilowatt lesz, míg a kereslet kb. 6,7986 millió kilowatt lesz.

Statisztikai adatok szerint az országunk gázgerendelő-piac mérete 2022-ben 61,669 milliárd jüant volt, amely közül a mikrogázgerendelő-piac mérete 8,93 milliárd jüant, a könnyűgázgerendelő-piacé 56,569 milliárd jüant, és a nehéygázgerendelő-piacé 4,207 milliárd jüant.

Országunk most már függetlenül állítja elő a kis teljesítményű (50 MW alatti) gázturbinákat. Az olcsóbb modelleket akár exportálják is, de a nagy teljesítményű (50 MW feletti) gázturbinák esetében továbbra is jellemző az importtól való függés. A kulcstechnológiát lényegében monopolizálták olyan nemzetközi gyártók, mint az Egyesült Államokbeli GE, a japán Mitsubishi és a német Siemens. Ezért fennáll annak a kockázata, hogy hazai piacon „fojtásnak” lehetünk kitéve. Az Általános Vámigazgatóság adatai szerint 2022-ben a gázturbinák behozatala 4,161 milliárd amerikai dollárt, kiviteli értéke pedig 735 millió amerikai dollárt tett ki.