Aula Scientiae OBT: Turbo Gasifera

Principia basica

Secundum «Vocabularium Turbinum Gasorum» (GB/T 15135-2018), turbo gasifera est machina rotans fluxus continuus (machina singularis) quae energiam thermicam in opus mechanicum convertit, comprehendens compressorem, apparatus ad calefaciendum fluidum operativum (ut camara combustionis), turbinem, systema regulatorium, et apparatus auxiliares.

Motores industriales turbinarum gasorum, qui vulgo turbo gasiferae aut turbinis, aut motores industriales gasorum appellantur, essentialiter idem sunt atque motores aeroplanorum turbinarum gasorum (qui motores aeroplanorum vocantur), sed scenaria applicationum leviter differunt. Hi aera ad altam pressionem comprimunt in camaram combustionis, et per reactionem energiae chemicae energiam chemicae in opus mechanicum per turbinem convertunt (translitteratio vocis «turbo»).

Ut instrumentum conversionis energiae, turbo gas est motor aeroplani qui kerosenum aviationis in energiam mechanicam ad elices convertit dum in caelo volat; turbo gas in terra usus convertit gas naturale et oleum in energiam mechanicam ad generatorem.

Turboe vaporis, motores combustionis internae, et turboe gas primum sunt elaboratae ad usum in navibus bellicis. Turboe vaporis ante Primum Bellum Mundanum sunt usae, motores combustionis internae in Primo et Secundo Bellis Mundanis sunt usi, et turboe gas pro navibus bellicis post Secundum Bellum Mundanum sunt elaboratae. Ex motoribus aeroplanorum sunt modificatae et praecipue in magnis navibus superficialibus sunt adhibitae.

Turboe gas plura habent characteristicas:

Primum, theoretica efficiēntia conversiōnis energiae ad 88% pervenire potest, quae est machina cum maxima efficiēntiā conversiōnis energiae in mundo hactenus. Dicitur cellulās combustibiles efficiēntiam conversiōnis ad 90% attingere posse, sed nondum plēnē in commercio sunt; theoretica efficiēntia conversiōnis energiae motorum combustionis est 88%, quae iam per decennia examināta est.

Secundum, temperātūra combustionis turbinārum gassōrum relātīvē alta est, et emissiō gasōrum noxiorum relātīvē parva.

Tertium, dēnsitās potentiālis relātīvē magna est. Singula machina magnitudinis unius continēns energiam ad dēstrūctōrem suppeditāre potest; duo continēntia prope sufficiunt ad elēctricitātem cīvīlem unius comitātūs. Turbinae vāpōris valdē magnae sunt, ut mōtōrēs dīesel et mōtōrēs internae combustionis capacitāte superante 10 megawattōs, quae fere omnia magna sunt, pondere millibus tōnnae et altitūdine decem metris.

Quartum, turbinæ gaseæ non sunt ut motus interni combustionis, qui sunt generis impulsionis, et opus fit semel in quattuor impulsionibus. Turbinæ gaseæ operantur continue, et turbo est linea vorticosa. Est instrumentum motorium thermicum quod maximam efficaciam conversionis energiæ habet, transformans energiam chemicam in energiam thermicam et mechanicam.

Decennio 1970 turbinæ gaseæ in industriam petrolei Americanam ingressæ sunt, unde ortæ sunt turbinæ gaseæ industriales. Motus aëronautici requirunt performancem relativam altam, sunt relativé artificiosi, et vitam breviorem habent; motus autem industriales non necesse est leviores fieri, sed valdē robusti fiunt et vitam longiorem postulant. Circiter decennio 1980, cum evoluta esset industria gasis naturalis, in industriam electricitatis ingressæ sunt.

Post Secundum Bellum Mundanum, gradus technicus Civitatum Unitarum non erat valde altus. Prima acquisitio fuit societatum Italicarum, quae erant caput apparatus rotantis in Europa. Exemplaris societas Britannica est Rolls-Royce, quae fabricat motoris aeroplanorum. In genere, societates quae motoris aeroplanorum fabricant etiam turbinas gasi fabricant. Siemens Germanica societates per totam Europam acquisivit et etiam mutationes motorum aeroplanorum Rolls-Royce acquisivit. Turbinae gasi Russiarum praecipue in cooperatione cum Ucraina sunt. Omnes descriptio in Russia sunt, et quaedam basium fabricationis in Mariupoli, Ucraina.

In recentibus decenniis, sola Mitsubishi Iaponiae turbomachinam gazosam vere robustam elaboravit, et Kawasaki machinas minores fabricat, itaque adhuc quidam limen manet. Turbomachinae gazosae parvae et mediocres sunt praecipue apud societatem GE, maxime ad usus militares. Destructorum principale genus est apud GE, modello LM-2500. Siemens quasdam suas turbomachinas gazosas parvas emit in Lincoln, Anglia, capacitate minori quam 15 MW, et quasdam in Finspång, Suecia. Optima societas in turbomachinis gazosis parvis est Solar in Civitatibus Foederatis, quae valde propinqua est suis clientibus et maximam partem mercati mundi obtinet in turbomachinis gazosis parvis capacitate minori quam 15 MW.

Classification

Secundum formam structuralem et potestatem emissam, turbinæ gasificæ in tres classes dividuntur: micro, leves, et graves. Inter has, turbinæ gasificæ micro et leves ex motoribus aeris (quæ etiam «aero-ad-gas» appellantur) modificari possunt, cuius potestas saepe infra 50 MW est, et ad generationem industrialem electricitatis, propulsionem navium, auxilium ductuum, trahentes cisternarum, generationem distributam electricitatis, et coniunctam generationem caloris ac electricitatis uti possunt. Turbinæ gasificæ gravis oneris potestatem ultra 50 MW habent et praecipue ut generatores fixi in terra, ut rete urbanum electricitatis, adhibentur.

Graves motoræ gasificæ generaliter secundum temperaturam classificantur. Classis E, F, G, et H ad diversas temperaturas combustionis respondent. Ex perspectiva technica, optabile est eas secundum capacitates temperaturales legatorum classificare.

In Sinis, sunt parvae turbinēs gaseae. Parvae turbinēs gaseae generaliter classificantur secundum structuram: monocaxiales, bicaxiales, tricaxiales, aero-modificatae, industriales; rarius autem secundum temperāturam, quia temperātūra parvarum turbinum gasearum non est tam alta quam turbinum gasearum graviorum. Eae, quarum potēntia est infra 30 megawattos, sunt cristalla equiaxialia, id est gradus E. Haec non est regula absoluta; quaedam enim praestantiora ad gradum F pervenerunt. Gradus E in Sinis anno 1995 primum exprobātus est. Circa 50 megawattos probābiliter ad gradum F pertinet, qui est cristallum orientātum. Hunc gradum Sinīs anno 2005 primum exprobāvērunt, et nunc iam omnia haec materiales habēmus. Praestantissimae turbinēs gaseae ad gradum H pervēnērunt, et iam secundam generātiōnem cristallōrum singulārium habēmus.

Primum, quae sub 1 MW sunt, microturbinae gasiferae appellantur. Microturbinae gasiferae apud exteriores non eiusmodi optimas leges metallicas utuntur propter temperaturam infimam; sed quaedam aera specialia adhibent et raro cristalla isogona. Quae circa 15 MW sunt, parvae turbinae gasiferae vocantur, quae praecipue cristalla isogona utuntur. Sunt etiam quaedam societates speciales apud exteriores, quae aera specialia utuntur, sed quia earum tegmina praecellent, meliora fiunt. Parvae et mediocres (30–50 MW) plerumque cristalla orientata, id est gradus F, utuntur. Maioribus vero cristalla singularia primae et secundae generationis utuntur, quae sunt nostra domestica nomina.

Turbinae gassae microscopicae parvae et mediocres maxime utuntur in distributione electricitatis et in coniunctione caloris et electricitatis. Quae infra 30 MW et 15 MW sunt maxime in Sichuan adhibitae, atque quae infra 7 MW sunt maxime in Chongqing adhibitae. Haec ad magnitudinem suorum parcorum industrialium pertinet. Quae circa 30 MW sunt maxime in Iangsu adhibitae, atque quae a 50 MW ad 100 MW sunt maxime in parvis industrialibus Guangdong adhibitae, generaliter pro distributione electricitatis aut pro coniunctione caloris et electricitatis. Quae supra 100 MW sunt ad quaedam magna electricitatis retia ad regulandos culmina vel ut stationes basim electricitatis praebentes. Industria olei et gas naturalis parvas adhibet. In industria extractionis superioris, 7 MW et 15 MW maxime adhibentur; in transportu per ductus mediorum, maxime 15 MW et 30 MW.

Systema designis turbinarum gasearum infra 30 MW relativē mātūrum est, et systema materiae prōcessūs etiam relativē mātūrum est. Rātius reditus OBT ad 85% pervenire potest. Turbinae gaseae industriāles adhūc in praestātiōne ōconomica, in aequātiōne technicō-ōconomica, aut in praestātiōne pretiī concentrāre dēbent; principalis indicātor aequātiōnis est rātius reditus.

Pro turbinis gazosis mediis et magnis, nos (domestici) pauca habemus instrumenta designandi, specificata designandi, et bases datos quorundam materialium et processuum in nostro systemate designandi; itaque hoc systema designandi non est valde maturum, nec ratio fructus alta est. Gradus F vel crystallum orientatum est terminus inter duas aequales. Sub crystallum orientatum, adhuc satis confidimus posse in certaminibus internationalibus participare. Super crystallum orientatum, adhuc quaedam distantia adhuc manet in gradu industriali. Haec regio ad aequipes nationales traditur. Plura entia centralia aliqua studia et investigationes fundamentales agunt, et investitio in materiales fundamentales et processus fundamentales magna est.

Catena industrialis

In parte superiori catenae industriae turbinum gazearum patriae meae, fabricantes legatorum ad altas temperaturas, legatorum titani, materiarum compositarum, legatorum aluminium, et ferri communis includunt Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group, aliosque. In parte media catenae, quae partes et componentes complectitur, materiae funduntur, forgiuntur, aut aliis processibus tractantur ut paleae, axis, et aliae partes turbinum fiant. Paleae et aliae partes per processum fusionis formantur. Praecipui domi fabricantes fusionis et forgiae sunt Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd., aliique. Deinde, fabricantes machinarum integrarum in parte inferiori catenae varia membra in machinas integras coniungunt. Praecipui fabricantes sunt AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric, aliique.

Industriae superiores, praesertim producta ut legationes ad altas temperaturas, legationes titani ad altas temperaturas, strata barriera thermica, et materiae compositae ceramicae provectae, magnam partem agunt in promovenda industria defensionis nationalis et in fabricandis apparatus superioris ordinis. Turbinae gaseae domesticae praecipue ad generationem electricitatis utuntur, et paucae ad injectionem aquae, admissionem aeris, pressurizationem in campis petrolei et gas, et ad vim navium et carrocarum. Accentus in generatione distributa electricitatis, in coniunctione caloris et electricitatis, in transportu per ductus gas naturalis, in propulsione navium, et in motu mechanico ponitur. Turbinae gaseae nostrae magnos potestiales mercatus habent in suppeditatione energiae distributae, in stationibus pressurizationis, in generatione electricitatis industriali, et in aliis campis, et politicae favent celeri incremento huius industriae. Nunc proiecta magna nostra, ut "Transmissio Gas ab Occidente ad Orientem", "Transmissio Electricitatis ab Occidente ad Orientem", et "Divisio Aquae a Meridie ad Septentrionem", necnon celeris progressus industriae navifabricandae nostrae, ad rapidum incrementum nostri desiderii turbinarum gasearum duxerunt.

Politica Industrialis

Systema modernum energiae Plani Quinquennalis XIV enumerat etiam turbinas gaseas inter technologias claves fundamentales, eisque fere aequalem statum attribuit atque energiae nucleari, novis systematibus electricis, accumulationi energiae, et energiae hydrogenii.

Corporatio Status pro Investitionibus Electricis duos fecit projectus speciales: unus est magnus projectus pro turbinibus gaseis gravioribus, qui turbinas gaseas cum hydrogenio mistas complectitur. Turbina pura hydrogenii in Mongolia Interiori iam constructa est, sed adhuc non in operationem data. In Centrali Electrica Jingmen 15 % hydrogenii admixtum est. Harbin Electric et Guangdong Electric Group — quae est Guangdong Energy Group — projectum hydrogenii admixti in Baia Daya perfecerunt; similiter Hangzhou Steam Turbine et Siemens projectum hydrogenii admixti in Zhoushan perfecerunt.

Turbinae gasiferae late in occidente et oriente ductu gasifero et in platformis petrolei maritimis utuntur. Quod est institutum ad rem militarem pertinent, CNOOC etiam a Civitatibus Foederatis sancitum est et periculum interruptionis suppeditationis subit. Durante bello Russo-Ucrainico, turbinae gasiferae Siemens a Russia emptae detentae sunt cum in Canadam pro reficiendo mitterentur, quod securitatem energiae affecit. Localizationem quam primum perficere oportet.

Spatium Mercati

Anno 2022, productio turbinum gasiferarum patriae nostrae erit 4,0563 millionum kilowattorum, et desiderium erit fere 6,7986 millionum kilowattorum.

Ex statisticis, magnitudo mercatus turbinum gasiferarum patriae nostrae anno 2022 ad 61,669 miliardos yuan pervenit, ex quibus magnitudo mercatus turbinum gasiferarum minutissimarum fuit 893 miliones yuan, magnitudo mercatus turbinum gasiferarum leviump 56,569 miliardos yuan, et magnitudo mercatus turbinum gasiferarum gravissimarum 4,207 miliardos yuan.

Nunc patria mea turbineas gasificas leves (potentia infra 50 MW) per se producere potest. Quae sunt humilioris generis, etiam exportari possunt; turbineae autem gasificae graves (potentia supra 50 MW) adhuc praesertim importatione nituntur. Technologia principalis a fabricantibus internationalibus ut GE in Civitatibus Foederatis, Mitsubishi in Iaponia, et Siemens in Germania fere monopolizatur. Periculum est ne in foro domestico suffocemur. Ex datis Administrationis Generalis Custodum, importatio turbinearum gasificarum anno 2022 erit 4,161 miliardis dolariorum Americanorum, exportatio vero 735 milionibus dolariorum Americanorum.