OBT Zināšanu klase: Gāzes turbīna

Pamatajoti

Saskaņā ar "Gāzes turbīnas vārdnīcu" (GB/T 15135-2018), gāzes turbīna ir nepārtrauktā plūsmas rotējošā mašīna (viena mašīna), kas pārvērš siltumenerģiju mehāniskajā darbā, tostarp kompresors, iekārta darba šķidruma apsildīšanai (piemēram, degkamera), turbīna, kontroles sistēma un palīgekipējums.

Rūpnieciskie gāzes turbīnas dzinēji, parasti saukti par gāzes turbīnām vai turbīnām, rūpnieciskiem gāzes dzinējiem, būtībā ir tas pats, kas aviācijas turbīnas gāzes dzinēji (saucami par aviācijas dzinējiem), taču lietošanas scenāriji ir nedaudz atšķirīgi. Tie saspiež augstspiediena gāzi degkamerā un caur ķīmiskās enerģijas reakciju pārvērš ķīmisko enerģiju mehāniskajā darbā, izmantojot turbīnu (turbīnas transliterācija).

Kā enerģijas pārvērtētāja iekāpa, gāzes turbiņa ir lidmašīnas motoru, kas pārvērš aviācijas kerosīnu par mehānisku energiju propeleram, kad lido debesīs; gāzes turbiņa, kas tiek izmantota zemūdenē, pārvērš dabas gāzi un naftu par mehānisko energiju ģeneratoram.

Dūmu turbiņas, iekštspalvas motory un gāzes turbiņas tika pirmo reizi izstrādātas kara kuģu izmantošanai. Dūmu turbiņas tika izmantotas pirms Pirmā pasaules kara, iekštspalvas motory tika izmantoti laikā no Pirmā līdz Otrajam pasaules karam, un kara kuģu gāzes turbiņas tika izstrādātas pēc Otrā pasaules kara. Tās tika adaptētas no lidmašīnu motoriem un galvenokārt tika izmantotas lielos virsmas kuģos.

Gāzes turbiņas ir dažādas īpatnības:

Pirmkārt, teorētiskā enerģijas pārvēršanas efektivitāte var sasniegt 88%, kas ir aparāts ar augstāko enerģijas pārvēršanas efektivitāti pasaulē līdz šim. Degvielas elements tiek minēts kā spējams sasniegt pārvēršanas efektivitāti 90%, taču tas vēl nav pilnībā komerciāli izmantots; degļu dzinēju teorētiskā enerģijas pārvēršanas efektivitāte ir 88%, kas ir pārbaudīta desmitgadēs.

Otrkārt, gāzes turbīnu degšanas temperatūra ir relatīvi augsta, un kaitīgo gāzu emisija ir relatīvi zema.

Treškārt, spējamais blīvums ir relatīvi liels. Viens konteiners tā lielumā var nodrošināt enerģiju nāvējamam kuģim; divi konteineri pamatoti ir pietiekami, lai nodrošinātu iedzīvotāju elektroenerģiju apgabalā līdz ar to, ka garmašīnas ir ļoti lielas, piemēram, diesela dzinēji un iekustības dzinēji ar kapacitāti vairāk nekā 10 megavatās, kas parasti ir tūkstošiem tonnu smagi un desmitiem metru augsti.

Ceturkšdaļa, gāzes turbīnas nav līdzīgas iekšējās degas dzinējiem, kuri ir slāpekļa tips un katrā 4. slāpekļā veic darbu. Gāzes turbīnas strādā nepārtraukti, un turbīna ir vijoliņa līnija. Tas ir termiskais dzinējs ar augstāko enerģijas pārvērtēšanas efektivitāti, kas pārvērš ķīmisko energiju par siltuma un mehānisko energiju.

1970. gados gāzes turbīnas ienira ASV naftas nozarē, radot rūpnieciskās gāzes turbīnas. Lidojuma dzinēji prasa relatīvi augstu izturību, ir relatīvi sarežģīti un ir ar relatīvi īsu dienestu ilgumu; rūpnieciskie dzinēji nav jāsvaidina, tie ir ļoti stipri izgatavoti un prasa relatīvi garu dienestu ilgumu. Ap 1980. gadu, ar dabas gāzes attīstību, tā ienira elektroenerģijas nozarē.

Pēc Otrā pasaules kara Amerikas Savienotajām Valstīm tehniskais līmenis nebija ļoti augsts. Agrākās iegūšanas bija Itālijas uzņēmumi, kas ir Eiropas rotējošo iekārtu galvaspilsēta. Tipisks britu uzņēmums ir Rolls-Royce, kas ražo lidmašīnu dzinējus. Parasti uzņēmumi, kas ražo lidmašīnu dzinējus, ražos arī gāzes turbīnas. Vācijas Siemens ieguva uzņēmumus visā Eiropā un ieguva arī Rolls-Royce lidmašīnu modernizēšanu. Krievijas gāzes turbīnas galvenokārt sadarbojas ar Ukrainu. Projektējums ir visur Krievijā, bet dažas ražošanas bāzes atrodas Ukrainas Mariupolē.

Pēdējos desmitgados tikai Japānas Mitsubishi ir izstrādājusi patiesu smagdabīgu gāzes turbīnu, un Kawasaki ražo mazākas, tāpēc noteikta robeža joprojām pastāv. Mazas un vidējas gāzes turbīnas galvenokārt ir GE, īpaši militārajā lietojumā. Galvenie mīnistrētāji vairumā ir GE, LM-2500 modelis. Siemens iegādājās dažas no savām mazajām gāzes turbīnām Lincolnas, Zviedzijā, ar spēku mazāk nekā 15 MW, un dažas Finspångā, Zviedrijā. Labākā uzņēmuma mazās gāzes turbīnās ir ASV Solar, kas ir ļoti tuvu saviem klientiem un pasaules tirgū mazām gāzes turbīnām ar spēku mazāk nekā 15 MW nodrošina augstāko tirgus kopu.

KLASIFIKĀCIJA

Atkarībā no struktūras veida un izvades jaudas, gāzes turbīnas iedala trīs kategorijās: mikro, vieglas un smagas. No tām mikro un vieglās gāzes turbīnas var modificēt no lidmašīnu dzinējiem (arī pazīstamas kā "aero-to-gas"), to jauda parasti ir līdz 50 MW un tās var izmantot rūpnieciskajā enerģijas ražošanā, kuģu enerģijas nodrošināšanā, cauruļvadu palielināšanā, cisternu lokomotīvēs, sadalītajā enerģijas ražošanā un kombinētā siltumenerģijas un elektroenerģijas ražošanā. Smagās gāzes turbīnas ir ar jaudu virs 50 MW un galvenokārt tiek izmantotas kā fiksēti ģeneratori uz sauszemes, piemēram, pilsētu elektrotīklos.

Smagās gāzes mašīnas parasti klasificē pēc temperatūras. E, F, G un H klase atbilst dažādām degšanas temperatūrām. No inženierijas viedokļa labāk ir klasificēt tās pēc sakausējuma izturības pret temperatūru.

Ķīnā tā ir mazjaudas gāzes turbīnas. Mazjaudas gāzes turbīnas parasti tiek klasificētas pēc struktūras: vienas ass, divu asi, trīs asi, aro modificētas, rūpnieciskas, un reti pēc temperatūras, jo mazjaudas gāzes turbīnu temperatūra salīdzinājumā ar smagajām gāzes turbīnām nav tik augsta. Ar jaudu līdz 30 megavatiem ir izotropie kristāli, tas ir E klase. Tas nav absolūts, dažas progresīvākas ir sasniegušas F klasi. E klase Ķīnā tika izmēģinājuma ražošanā 1995. gadā. Apmēram 50 megavati atbilst F klasei, kas ir virzīti kristāli. Ķīna šo klasi izmēģinājuma ražoja 2005. gadā, un tagad mums ir visi šie materiāli. Visattīstītākās gāzes turbīnas ir sasniegušas H klasi, un mums jau ir otrās paaudzes monokristāli.

Parasti tos, kas ir zem 1 MW, sauc par mikrogāzes turbīnām. Mikrogāzes turbīnas ārzemēs neizmanto tik labus sakausējumus kā līdz ar zemu temperatūru. Tās izmanto dažas speciālās tērauda markas un reti izmanto izotropiskos kristālus. Ap 15 MW lielumā esošās sauc par mazām gāzes turbīnām, kurās galvenokārt tiek izmantoti izotropiskie kristāli. Ir arī dažas speciālas uzņēmumi ārzemēs, kas izmanto speciālo tēraudu, taču, tā kā to pārklājums ir īpaši labs, tiek ražotas labākas ierīces. Vidēja izmēra 30~50 MW parasti izmanto vairāk orientētus kristālus, tas ir, F klase. Lielāki izmanto pirmās un otrās paaudzes monokristālus, kas ir mūsu vietējie zīmolni.

Mazi un vidēji lieli mikro gāzes turbīnas galvenokārt tiek izmantotas sadalītajā enerģijā un kombinētajā siltumenerģijā. Tie, kas zem 30 MW un 15 MW, galvenokārt tiek izmantoti Sičuanā, bet tiem zem 7 MW – Čžunčiņā. Tas ir saistīts ar rūpniecības parku apmēru. Ap 30 MW galvenokārt izmanto Dzjanfu, bet no 50 MW līdz 100 MW – rūpniecības parkos Guangdonā, parasti sadalītai enerģijai vai kombinētajai siltumenerģijai. Vairāk nekā 100 MW tiek izmantoti dažām lielām elektrotīklu pikas regulēšanas vajadzībām vai kā pamatnes elektrostacijām. Naftas un gāzes nozarē tiek izmantotas mazākas iekārtas. Rūpniecības nozares augštecē galvenokārt tiek izmantotas 7 MW un 15 MW, bet starpposma cauruļvadu transportā – galvenokārt 15 MW un 30 MW.

Gāzes turbinu dizaina sistēma zem 30 MW ir relatīvi izstrādāta, un procesa materiālu sistēma arī ir relatīvi izmantojama. OBT ražošanas efektivitāte var sasniegt 85%. Rūpju gāzes turbinām joprojām jāpievērš uzmanība ekonomiskajam attīstības potenciālam, tehnisko un ekonomisko novērtējumu vai izmaksu efektivitāti, un galvenais novērtējuma rādītājs ir ražošanas efektivitāte.

Vidējiem un lieliem gāzes turbīnām mums (iekšzemes) ir maz dizaina programmatūras, dizaina specifikāciju un datu bāžu uzkrājumu dažiem materiāliem un procesiem mūsu dizaina sistēmā, tādēļ šī dizaina sistēma nav ļoti nobriedusi un iznāmes līmenis nav augsts. F līmenis vai orientēta kristalizācija ir strauta ieleja. Zem orientētās kristalizācijas mēs joprojām esam pietiekami drosmīgi, lai piedalītos starptautiskajā konkurencē. Virs orientētās kristalizācijas rūpnieciskā līmenī mums joprojām pastāv noteikts atstarpe. Šo jomu nodod valsts komandai. Vairākas centrālās uzņēmējsabiedrības veic pamatfunkciju pētniecību un attīstību, un investīcijas pamatmateriālos un pamatprocesos ir milzīgas.

Rūpniecības ķēde

Augšupienes saimniecībā manas valsts gāzes turbīnu nozarē augstas temperatūras sakausējumu, titāna sakausējumu, kompozītmateriālu, alumīnija sakausējumu un parasto tērauda ražotāji ietver Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group utt. Vidējā posmā daļas un komponentu posmā materiālus liešanas, kalašanas vai citiem procesiem apstrādā, lai izgatavotu turbīnas lāpstiņas, vārpstas un citas detaļas. Lāpstiņas un citas detaļas veido ar liešanas procesu. Galvenie vietējie liešanas un kalašanas ražotāji ietver Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. utt. Tad lejupienes visu mašīnu ražotāji montē dažādas detaļas vienā veselā. Galvenie ražotāji ietver AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric utt.

Augstākajiem nozaru rūpniecības nozarēm, īpaši produktiem, piemēram, augsttemperatūras aliejumiem, augsttemperatūras tiņa aliejumiem, siltumbarjeru segumiem un uzlabotajiem keramisko kompozītlietotienu materiāliem, ir nozīmīga loma aizsardzības nozares attīstības veicināšanā un augstākās tehnikas ražošanas jomā. Mūsu valsts gāzes turbinas galvenokārt tiek izmantotas elektroenerģijas ražošanai, un mazāks daudzums tiek izmantots ūdens ievilkošanai, gāzes un naftas laukos notiekošajām gaisa ievilkošanas un spiediena palielināšanas darbībām, kā arī kuģu un tanku enerģijas nodrošināšanai. Galvenais fokus ir uz decentralizētu elektroenerģijas ražošanu, kopējo siltumu un elektroenerģiju, dabasgāzes cauruļvadu pārvadājumu, kuģu peldēšanu un mehāniskās pārslodzes aspektiem. Mūsu valsts gāzes turbinām decentralizētās enerģijas sniegšanas, spiediena stacijām, rūpnieciskās elektroenerģijas ražošanas un citu jomu potenciālā tirgus ir milzīgs, un politikas atbalsta industrijas strauji attīstīties. Mūsu valsts pašreizējie lielie projektu, piemēram, "Austrumi uz Rietumiem gāze", "Austrumi uz Rietumiem elektroenerģija" un "Dienvidi uz Ziemeļiem ūdens pārvadājums", kā arī mūsu valsts kuģubūves nozares straujā attīstība, ir izraisījuši mūsu valsts pieprasījuma pēc gāzes turbīnām strauji pieaugušu.

Industriālā politika

14. piecgades plāns modernajā enerģētikas sistēmā arī min gāzes turbīnas kā kodolenerģijas, jaunas elektroenerģijas sistēmas, energoapgādes, ūdeņraža enerģijas pamattechnoloģijas, būtībā tās novietojot vienā līmenī ar kodolenerģiju, jaunu elektroenerģijas sistēmu, uzglabāšanu un ūdeņraža enerģiju.

Valsts elektropiedziņas korporācija ir veikusi divus speciālus projektus, viens no tiem ir lielām gāzes turbiņām paredzēts galvenais projekts, ieskaitot hidrogēna sajaukumu turbiņas. Tuvākajā Mongolijā jau izveidota tīra hidrogēna turbiņa, taču tai vēl nav ievietots darbā. Jingmen Elektrostacijā ir sasniegts 15% sajaukums. Harbina Elektromontāža un Guangdong Elektropiedziņas grupa, kas ir Guangdong Enerģijas grupa, Daya Bay ir veikušas hidrogēna sajaukuma projektu, un Hangzhou Dūmu turbiņas kopā ar Siemens ir veikušas hidrogēna sajaukuma projektu Zhoushan.

Gāzes turbinas tiek plaši izmantotas Austrumu-Rietumu Gāzes caurullē un uz jūras olles platformām. Kā militārai attiecībām saistītajam uzņēmumam, CNOOC arī ir saskārusies ar ASV sankcijām un saskaras ar piegāžu samazinājuma risku. Krievijas-Ukrainas karā nopirktais Siemens gāzes turbīnu tika apstādināts, kad to nosūtīja Kanadā remontam, kas ietekmēja enerģētisko drošību. Lokalizācija jāveic kā var labāk.

Tirgus telpa

2022. gadā mūsu valsts gāzes turbīnu ražošana sasniegs 4,0563 miljonus kilovattpēdzu, bet pieprasījums būs aptuveni 6,7986 miljonus kilovattpēdzu.

Pēc statistikas, 2022. gadā mūsu valsts gāzes turbīnu tirgus lielums sasniedza 61,669 miljardus jūsu, no kuriem mikro gāzes turbīnu tirgus lielums bija 893 miljoni jūsu, gaismas gāzes turbīnu tirgus lielums bija 56,569 miljardi jūsu un smagās gāzes turbīnu tirgus lielums bija 4,207 miljardi jūsu.

Mana valsts tagad var neatkarīgi ražot vieglus gāzes turbīnas (jauda zem 50 MW). Pat zemas beigas var pat eksportēt, bet smagās gāzes turbīnas (jauda virs 50 MW) joprojām būtiski ir atkarīgas no importa. Kodoltehnoloģijas būtībā monopolizē starptautiskie ražotāji, piemēram, ASV General Electric, Japānas Mitsubishi un Vācijas Siemens. Pastāv risks tikt "aizsmorcētam" iekšzemes tirgū. Saskaņā ar Ģenerālmanyas datiem 2022. gadā gāzes turbīnu imports sastādīja 4 161 miljonus USD un eksports bija 735 miljoni USD.