Bilik Pengetahuan OBT: Turbin Gas

Konsep Asas

Menurut "Gas Turbine Vocabulary" (GB/T 15135-2018), turbin gas merujuk kepada mesin berputar aliran berterusan (mesin tunggal) yang menukar tenaga haba kepada kerja mekanikal, termasuk kompresor, peralatan untuk memanaskan bendalir bekerja (seperti ruang pembakaran), turbin, sistem kawalan, dan peralatan bantuan.

Enjin turbin gas industri, secara umumnya dirujuk sebagai turbin gas atau turbin, enjin gas industri, pada asasnya adalah sama dengan enjin turbin gas penerbangan (dirujuk sebagai enjin penerbangan), tetapi senario aplikasinya sedikit berbeza. Ia memampatkan gas bertekanan tinggi ke dalam ruang pembakaran, dan melalui tindak balas tenaga kimia, menukarkan tenaga kimia kepada kerja mekanikal melalui turbin (transliterasi bagi turbin).

Sebagai peranti penukaran tenaga, turbin gas adalah enjin pesawat yang menukar kerosen penerbangan kepada tenaga mekanik untuk baling-baling ketika terbang di langit; turbin gas yang digunakan di atas tanah menukar gas asli dan minyak kepada tenaga mekanik untuk generator.

Turbin uap, enjin pembakaran dalaman, dan turbin gas pertama kali dibangunkan untuk digunakan pada kapal perang. Turbin uap digunakan sebelum Perang Dunia I, enjin pembakaran dalaman digunakan semasa Perang Dunia I dan Perang Dunia II, dan turbin gas untuk kapal perang dibangunkan selepas Perang Dunia II. Mereka dimodifikasi daripada enjin pesawat dan主要用于 pada kapal permukaan besar.

Turbin gas mempunyai beberapa ciri:

Pertama, kecekapan penukaran tenaga teoretikal boleh mencapai 88%, yang merupakan peranti dengan kecekapan penukaran tenaga tertinggi di dunia sehingga kini. Sel bahan dikatakan boleh mencapai kecekapan penukaran 90%, tetapi mereka belum sepenuhnya diperdagangkan; kecekapan penukaran tenaga teoretikal enjin pembakaran adalah 88%, yang telah dikesan selama beberapa dekad.

Kedua, suhu pembakaran turbin gas adalah relatif tinggi, dan pelepasan gas berbahaya adalah relatif rendah.

Ketiga, ketumpatan kuasa adalah relatif besar. Mesin tunggal saiz sebuah bekas boleh menyediakan tenaga kepada sebuah penghancur; dua bekas pada asasnya mencukupi untuk elektrik awam sebuah daerah. Turbin hujan sangat besar, seperti enjin diesel dan enjin pembakaran dalaman dengan kapasiti lebih dari 10 megawatt, yang pada asasnya adalah peranti besar yang berat ribuan tan dan puluhan meter tinggi.

Keempat, turbin gas tidak seperti enjin pembakaran dalam, yang beroperasi secara berkala dan melakukan kerja sekali setiap 4 langkah. Turbin gas berfungsi secara selamat, dan turbinnya adalah garis putaran. Ia merupakan peranti mesin terma dengan kecekapan penukaran tenaga tertinggi, menukar tenaga kimia kepada tenaga terma dan mekanikal.

Pada tahun 1970-an, turbin gas memasuki industri minyak AS, menghasilkan turbin gas industri. Enjin pesawat memerlukan prestasi relatif tinggi, lebih rumit, dan mempunyai umur relatif pendek; enjin industri tidak perlu ringan, dibuat sangat kukuh, dan memerlukan umur yang agak panjang. Pada akhir 1980-an, dengan perkembangan gas asli, ia telah memasuki industri kuasa.

Selepas Perang Dunia Kedua, tahap teknologi Amerika Syarikat tidak terlalu tinggi. Pembelian awal adalah syarikat-syarikat Itali, yang merupakan pusat peralatan berputar di Eropah. Syarikat British yang klasik ialah Rolls-Royce, yang menghasilkan enjin kapal terbang. Secara amnya, syarikat yang membuat enjin kapal terbang juga akan membuat turbin gas. Jerman Siemens memperoleh syarikat-syarikat di seluruh Eropah dan turut memperoleh pengubahsuaian kapal terbang Rolls-Royce. Turbin gas Rusia kebanyakannya bekerjasama dengan Ukraine. Reka bentuk kesemuanya berada di Rusia, manakala sebahagian pengeluaran berada di Mariupol, Ukraine.

Dalam dekad terkini, hanya Mitsubishi dari Jepun yang telah mengembangkan turbin gas berat sebenar, dan Kawasaki membuat yang lebih kecil, jadi masih terdapat ambang tertentu. Turbin gas sederhana dan sederhana terutamanya GE, terutamanya untuk penggunaan tentera. Ketenteraan utama kebanyakannya adalah GE, model LM-2500. Siemens memperolehi beberapa daripada turbin gas kecilnya di Lincoln, UK, dengan kapasiti kurang daripada 15 MW, dan beberapa di Finspång, Sweden. Syarikat terbaik dalam turbin gas kecil adalah Solar di AS, yang sangat hampir dengan pelanggan mereka dan mempunyai pangsa pasaran tertinggi di dunia untuk turbin gas kecil dengan kapasiti kurang daripada 15 MW.

Pengelasan

Berdasarkan bentuk struktur dan kuasa output, turbin gas boleh dibahagikan kepada tiga kategori: mikro, ringan, dan berat. Diantaranya, turbin gas mikro dan ringan boleh diubah suai daripada enjin kapal terbang (juga dikenali sebagai "aero-to-gas"), dengan kuasa biasanya kurang daripada 50MW, dan boleh digunakan dalam penjanaan kuasa industri, kuasa kapal, pam saluran paip, lokomotif kereta kebal, penjanaan kuasa teragih, dan kuasa haba bergabung. Turbin gas berat mempunyai kuasa melebihi 50MW dan terutamanya digunakan sebagai penjana pegun di daratan, seperti grid kuasa bandar.

Enjin gas berat secara umumnya dikelaskan mengikut suhu. Kelas E, F, G, dan H sepadan dengan suhu pembakaran yang berbeza. Dari perspektif kejuruteraan, adalah lebih baik untuk mengelaskannya berdasarkan keupayaan tahan suhu aloi.

Di China, ia adalah turbin gas kecil. Turbin gas kecil secara umum dikelaskan mengikut struktur: paksi-tunggal, dwi-paksi, tri-paksi, aero-ubahsuai, perindustrian, dan jarang dikelaskan mengikut suhu kerana suhu turbin gas kecil tidak setinggi turbin gas berat. Yang mempunyai tahap kuasa di bawah 30 megawatt adalah hablur ekuaksis, iaitu gred E. Ini bukan mutlak, dan beberapa yang lebih canggih telah mencapai gred F. Gred E telah dihasilkan secara uji oleh China pada tahun 1995. Sekitar 50 megawatt berkemungkinan besar sepadan dengan gred F, iaitu hablur berarah. China telah menghasilkan gred ini secara uji pada tahun 2005, dan kini kita memiliki semua bahan ini. Turbin gas yang paling canggih telah mencapai gred H, dan kini kita memiliki generasi kedua hablur tunggal.

Secara amnya, yang di bawah 1 MW dikenali sebagai turbin gas mikro. Turbin gas mikro di luar negara tidak menggunakan aloi sebaik ini disebabkan suhu yang rendah. Mereka menggunakan keluli khas tertentu dan jarang menggunakan hablur ekuaksis. Yang berhampiran 15 MW dikenali sebagai turbin gas kecil, yang terutamanya menggunakan hablur ekuaksis. Terdapat juga beberapa syarikat khusus di luar negara yang menggunakan keluli khas, tetapi kerana salutan mereka sangat baik, maka hasilnya lebih baik. Turbin bersaiz sederhana 30~50 MW biasanya menggunakan lebih banyak hablur berarah, iaitu gred F. Yang lebih besar menggunakan hablur tunggal generasi pertama dan kedua, iaitu jenama tempatan kita.

Turbin gas mikro berskala kecil dan sederhana kebanyakannya digunakan dalam kuasa teragih dan kuasa haba gabungan. Turbin di bawah 30 MW dan 15 MW kebanyakannya digunakan di Sichuan manakala yang di bawah 7 MW kebanyakannya digunakan di Chongqing. Ini berkaitan dengan skala taman perindustriannya. Turbin sekitar 30 MW kebanyakannya digunakan di Jiangsu, manakala yang berkuasa antara 50 MW hingga 100 MW kebanyakannya digunakan di taman perindustrian di Guangdong, biasanya untuk kuasa teragih atau kuasa haba gabungan. Turbin melebihi 100 MW digunakan untuk beberapa pengaturacaraan puncak grid kuasa besar atau sebagai stesen kuasa asas. Industri minyak dan gas menggunakan turbin berskala kecil. Dalam industri perlombongan hulu, turbin 7 MW dan 15 MW kebanyakannya digunakan, manakala pengangkutan paip hilir utamanya menggunakan 15 MW dan 30 MW.

Sistem reka bentuk turbin gas di bawah 30 MW adalah relatif matang, dan sistem bahan proses juga relatif matang. Kadar hasil OBT boleh mencapai 85%. Turbin gas industri masih perlu memfokuskan kepada prestasi ekonomi, penilaian teknikal dan ekonomi, atau prestasi kos, dan penanda penilaian utama adalah kadar hasil.

Bagi turbin gas bersaiz sederhana dan besar, kami (tempatan) mempunyai sedikit pengumpulan perisian reka bentuk, spesifikasi reka bentuk, dan pangkalan data bagi sesetengah bahan dan proses dalam sistem reka bentuk kami, maka sistem reka bentuk ini tidak begitu matang dan kadar hasilnya tidak tinggi. Tahap F atau hablur berarah adalah sebagai sempadan. Di bawah hablur berarah, kami masih cukup yakin untuk menyertai persaingan antarabangsa. Di atas hablur berarah, pada tahap industri, kami masih mempunyai jurang tertentu. Kawasan ini telah diserahkan kepada pasukan kebangsaan. Beberapa syarikat berkaitan kerajaan sedang menjalankan penyelidikan dan pembangunan asas, serta pelaburan dalam bahan asas dan proses asas adalah sangat besar.

Rantai Industri

Di hulu rantai industri turbin gas negara saya, pengeluar aloi suhu tinggi, aloi titanium, bahan komposit, aloi aluminium dan keluli umum termasuk Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group dan lain-lain. Dalam pautan bahagian dan komponen tengah, bahan tersebut dicetak, ditempa atau melalui proses lain untuk membuat bilah turbin, aci dan bahagian-bahagian lain. Bahagian seperti bilah dibentuk melalui proses pengekastan. Pengeluar tempatan utama dalam pengekastan dan penempaan termasuk Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. dan lain-lain. Seterusnya, pengeluar mesin lengkap di hilir memasang pelbagai bahagian menjadi mesin lengkap. Pengeluar utama termasuk AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric dan lain-lain.

Industri hulu, terutamanya produk seperti aloi suhu tinggi, aloi titanium suhu tinggi, pelapakhalangan haba, dan bahan komposit keramik canggih memainkan peranan penting dalam mendorong pembuatan semula industri pertahanan negara dan pengeluaran peralatan premium. Turbin gas tempatan主要用于发电，dan sejumlah kecil digunakan untuk penyuntikan air, penyerapan udara, pemampatan di ladang minyak dan gas, serta kuasa kapal dan tangki. Fokusnya adalah pada pengeluaran tenaga teragih, penghasilan haba dan kuasa, pengangkutan paip gas alam, pemberian kuasa kapal, dan pegerakan mekanikal. Aspek-aspek tersebut menunjukkan bahawa turbin gas negara kita mempunyai potensi pasaran yang besar dalam bekalan tenaga teragih, stesen pemampatan, pengeluaran kuasa industri dan bidang lain, dengan dasar-dasar yang menyokong perkembangan pantas industri ini. Projek-projek besar skala besar negara kita kini seperti "Penjanaan Gas Barat ke Timur", "Penjanaan Kuasa Barat ke Timur" dan "Pemindahan Air Selatan ke Utara" serta perkembangan pantas industri pembinaan kapal negara kita telah menyebabkan peningkatan pantas dalam permintaan turbin gas di negara kita.

Dasar Perindustrian

Sistem tenaga moden dalam Rancangan Lima Tahun ke-14 juga menyenaraikan turbin gas sebagai teknologi teras yang utama, secara asasnya menempatkannya pada tahap yang sama dengan tenaga nuklear, sistem kuasa baharu, penyimpanan tenaga dan tenaga hidrogen.

Syarikat Pelabuhan Negara telah menjalankan dua projek khas, satu adalah projek besar untuk turbin gas berat, termasuk turbin gas bercampur hidrogen. Satu yang murni hidrogen telah dibina di Dalam Mongolia tetapi belum dimasukkan ke dalam operasi. Pembangkit Kuasa Jingmen telah mencampurkan 15%. Harbin Electric dan Kumpulan Elektrik Guangdong, yang merupakan Kumpulan Tenaga Guangdong, telah menjalankan projek pencampuran hidrogen di Daya Bay, dan Hangzhou Steam Turbine dan Siemens telah menjalankan projek pencampuran hidrogen di Zhoushan.

Turbina gas meluas digunakan dalam Paip Gas Barat-Timur dan di platform minyak lepas pantai. Sebagai sebuah enterprise berkaitan tentera, CNOOC juga telah dikenakan sanksi oleh Amerika Syarikat dan menghadapi risiko pemotongan bekalan. Semasa perang Rusia-Ukraine, turbina gas Siemens yang dibeli oleh Rusia ditahan apabila mereka dihantar ke Kanada untuk penyelenggaraan, mempengaruhi keselamatan tenaga. Penempatan tempatan mesti dilakukan secepat mungkin.

Ruang Pasaran

Pada tahun 2022, pengeluaran turbina gas negara kita akan menjadi 4.0563 juta kilowatt, dan permintaan akan kira-kira 6.7986 juta kilowatt.

Menurut statistik, saiz pasaran turbina gas negara kita mencapai 61.669 bilion yuan pada tahun 2022, di mana saiz pasaran mikro turbina gas adalah 893 juta yuan, saiz pasaran turbina gas ringan adalah 56.569 bilion yuan, dan saiz pasaran turbina gas berat adalah 4.207 bilion yuan.

Negara saya kini mampu menghasilkan turbin gas ringan (kuasa di bawah 50MW) secara bebas. Turbin yang berada di bahagian rendah julat ini malah boleh dieksport, tetapi turbin gas berat (kuasa di atas 50MW) masih bergantung sepenuhnya kepada import. Teknologi terasnya dikuasai hampir sepenuhnya oleh pengeluar antarabangsa seperti GE dari Amerika Syarikat, Mitsubishi dari Jepun, dan Siemens dari Jerman. Terdapat risiko pasaran tempatan mengalami kekangan bekalan. Menurut data daripada Jabatan Kastam Am, import turbin gas pada tahun 2022 bernilai AS$4.161 bilion manakala eksportnya bernilai AS$735 juta.