OBT Knowledge Classroom: Gass Turbin

Grundlæggende Begreper

Ifølge "Gas Turbine Vocabulary" (GB/T 15135-2018) refererer en gass turbin til en kontinuerlig-strøm roterende maskin (enkel maskin) som konverterer termisk energi til mekanisk arbeid, og omfatter en kompressor, utstyr for oppvarming av arbeidsmediet (som en forbrenningskammer), en turbin, et kontrollsystem og hjelpeutstyr.

Industrielle gass turbiner, generelt referert til som gass turbiner eller turbiner, industrielle gass motorer, er i prinsippet det samme som flyturbine gassmotorer (referert til som flymotorer), men bruksområdene er litt forskjellige. De komprimerer høyttrykksgass til et forbrenningskammer, og gjennom reaksjonen av kjemisk energi, konverteres den kjemiske energien til mekanisk arbeid gjennom en turbin (transliterasjon av turbin).

Som en energikonverteringsenhet er en gass turbine et flymotor som konverterer jetbensin til mekanisk energi for propellen når det flyr i luften; en gass turbine som brukes på jorda konverterer naturgass og olje til mekanisk energi for generatoren.

Damp turbines, forbrenningsmotorer og gass turbines ble først utviklet til bruk på krigsskip. Damp turbines ble brukt før første verdenskrig, forbrenningsmotorene ble brukt under første og andre verdenskrig, og skipsbrukte gass turbines ble utviklet etter andre verdenskrig. De ble modifisert fra flymotorer og ble hovedsakelig brukt på store overflateskip.

Gass turbines har flere karakteristikk:

Først, den teoretiske energikonverterings-effektiviteten kan nå 88%, som er enheten med høyest energikonverterings-effektivitet i verden så langt. Brenselceller sies å kunne oppnå en konverterings-effektivitet på 90%, men de er ikke ennå fullt kommersialisert; den teoretiske energikonverterings-effektiviteten for forbrenningsmotorer er 88%, som har blitt testet i tiår.

Andre, forbrennings temperaturen til gassrøster er relativt høy, og utslippet av skadelige gasser er relativt lavt.

Tredje, effektdensiteten er relativt stor. En enkelt maskin i størrelse med en container kan levere energi til et destroyer; to containere er nesten nok for borgerlig strøm i en fylke. Dampmaskiner er veldig store, for eksempel diesel motorene og innendriftsmotorene over 10 megawatt, som vanligvis er store apparater på flere tusen tonn og ti meter høyde.

Fjerde, gass turbine er ikke som innvendige brennmotorer, som er strekningstyper, og arbeid gjøres en gang i hvert 4 strekninger. Gass turbine fungerer kontinuerlig, og turbinen er en vifte linje. Det er et varmeanleggsapparat med den høyeste energikonverteringsnivået, som konverterer kjemisk energi til varmeenergi og mekanisk energi.

I 1970-tallet kom gass turbine inn i den amerikanske oljeindustrien, hvilket førte til industrielle gass turbine. Flymotorer krever relativt høy ytelse, er relativt avanserte, og har en relativt kort levetid; industrielle motorene trenger ikke å redusere vekt, de er laget meget robust, og krever en relativt lang levetid. Omkring 1980-tallet, med utviklingen av naturgass, kom det inn i kraftnæringen.

Etter andre verdenskrig var ikke USA's teknologinivå særlig høyt. Den første anskaffelsen var italienske selskaper, som er hovedstaden for roterende utstyr i Europa. Det typiske britiske selskapet er Rolls-Royce, som produserer flymotorer. Generelt vil selskaper som lager flymotorer også lage gass turbiner. Tysklands Siemens kjøpte opp selskaper over hele Europa og kjøpte også Rolls-Royces flymodifikasjon. Russlands gass turbiner drives hovedsakelig i samarbeid med Ukraina. Designene er alle i Russland, og en del av produksjonsbasene er i Mariupol, Ukraina.

I de siste tiårene har kun Mitsubishi i Japan utviklet en virkelig tung gass turbine, og Kawasaki lager mindre modeller, så det finnes fortsatt en viss terskel. Små og mellomstore gass turbines er hovedsakelig GE, spesielt for militær bruk. De mest brukte øyredragerne er mye GE, LM-2500-modellen. Siemens kjøpte noen av sine små gass turbines i Lincoln, Storbritannia, med en kapasitet på mindre enn 15 MW, og noen i Finspång, Sverige. Det beste selskapet innen små gass turbines er Solar i USA, som er meget nærme sine kunder og har den største markedsandelen i verden for små gass turbines med en kapasitet på mindre enn 15 MW.

Klassifisering

Avhengig av strukturell form og utgangseffekt, kan gass turbiner deles inn i tre kategorier: mikro, lett og tung. Mikro og lette gass turbiner kan bli omgjort fra flymotorer (også kjent som "aero-to-gas"), med en effekt vanligvis under 50 MW, og kan brukes til industriell kraftproduksjon, skipskraft, rørledningskomprimering, tanks lokomotiver, distribuert kraftproduksjon og kombinert varme- og kraftproduksjon. Tunge gass turbiner har en effekt på over 50 MW og brukes hovedsakelig som faste generatorer på land, for eksempel i bystrømnett.

Tunge gassmotorer klassifiseres generelt etter temperatur. Klasse E, F, G og H tilsvarer forskjellige forbrenningstemperaturer. Sett fra en ingeniørperspektiv, er det å foretrekke å klassifisere dem basert på legeringens temperaturbestandighet.

I Kina er det små gass turbiner. Små gass turbiner klassifiseres generelt etter struktur: enkeltaksel, dobbelaksel, trippelaksel, aero-modifisert, industriell, og sjelden etter temperatur fordi temperaturen til små gass turbiner ikke er så høy sammenlignet med tungvekts gass turbiner. De med en effekt under 30 megawatt er likeaksede krystaller, altså E-klasse. Dette er ikke absolutt, og noen mer avanserte har nådd F-klasse. E-klasse ble forsøksprodusert i Kina i 1995. Omtrent 50 megawatt tilsvarer sannsynligvis F-klasse, som er en rettet krystall. Kina forsøksproduserte denne klassen i 2005, og vi har nå alle disse materialene. De mest avanserte gass turbinene har nådd H-klasse, og vi har nå våre andregenerasjons enkeltkrystaller.

Generelt kalles de under 1 MW for mikrogasturbiner. Mikrogasturbiner i utlandet bruker ikke slike gode legeringer på grunn av den lave temperaturen. De bruker noen spesialstål og bruker sjelden ekviksedekrystaller. De rundt 15 MW kalles små gasturbiner, som hovedsakelig bruker ekviksedekrystaller. Det finnes også noen spesielle selskaper i utlandet som bruker spesialstål, men fordi beleggene deres er spesielt gode, produseres bedre varianter. Små og mellomstore på 30–50 MW bruker generelt mer rettet krystalldannelse, det vil si F-klassifisering. Større bruker enkrystaller av første og andre generasjon, som er våre hjemlige varianter.

Små og mellomstore mikrogass turbiner brukes hovedsakelig i distribuert kraft og kombinert varme og kraft. De under 30 MW og 15 MW brukes hovedsakelig i Sichuan, og de under 7 MW brukes hovedsakelig i Chongqing. Dette henger sammen med størrelsen på deres industriområder. De rundt 30 MW brukes hovedsakelig i Jiangsu, og de fra 50 MW til 100 MW brukes hovedsakelig i industriområder i Guangdong, generelt for distribuert kraft eller kombinert varme og kraft. De over 100 MW brukes til noen store strømnetts spisslastregulering eller som grunnlastkraftverk. Olje- og gassindustrien bruker små enheter. I den oppstrøms minerale industrin brukes 7 MW og 15 MW hovedsakelig, og midtstrem rørtransport er hovedsakelig 15 MW og 30 MW.

Designsystemet for gasturbiner under 30 MW er relativt moden, og prosessmaterialsystemet er også relativt moden. Avkastningsgraden av OBT kan nå 85%. Industrielle gasturbiner må likevel fokusere på økonomisk ytelse, teknisk-økonomisk vurdering eller kostnadsytelse, og den hovedvurderingsindikatoren er avkastningsgraden.

For mellomstore og store gass turbiner har vi (innenlandske) lite oppsamling av design programvare, design spesifikasjoner og databaser for visse materialer og prosesser i vårt designsystem, så dette designsystemet er ikke særlig modent og utbyttet er ikke høyt. F-nivå eller rettet krystall er et vendepunkt. Under rettet krystall er vi fremdeles selvsikre nok til å delta i internasjonale konkurranser. Over rettet krystall er det på industri nivå fremdeles en viss kløft. Dette området er overlevert til landslaget. Flere sentrale selskaper driver med grunnleggende forskning og utvikling, og investeringene i basis materialer og basis prosesser er enorme.

Næringskjede

I oppstrøms i min lands gass turbinenæring, produsenter av høytemperatur legeringer, titanlegeringer, sammensetningsmaterialer, aluminiumslegeringer og generell stål inkluderer Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group osv. I mellomstrøms deler og komponenter lenke, blir materialer støpt, smidde eller andre prosesser utført for å lage turbinblad, aksler og andre deler. Blad og andre deler dannes gjennom støpeprosessen. Major hjemlandsbaserte støperi og smiede produsenter inkluderer Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. osv. Deretter setter nedstrøms hele maskinprodusentene sammen ulike deler til hele maskiner. Major produsenter inkluderer AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric osv.

Opstrømsindustrier, spesielt produkter som høytemperaturslegemer, høytemperaturtitanlegemer, varmebarrieredyrking og avanserte keramiske sammensatte materialer, har en betydelig rolle i å fremme forsvarsindustrien og toppnivåproduksjon. Hjemmede gassdriftsturbiner brukes hovedsakelig til kraftgenerering, og et lite antall brukes for vanninjskning, luftinnhenting, trykkforsterkning i olje- og gassfelt, og skips- og tankedrivstoff. Fokuset ligger på distribuert kraftgenerering, kombinert varme og kraft, naturgasspipeledningstransport, skipstrappe og maskinndrev. I mitt land har gassdriftsturbinene store potensielle markeder innen fordelt energiforsyning, trykkstasjoner, industriell kraftgenerering og andre områder, og politikken støtter den rask utviklingen av industrien. Store prosjekter i dag som "Vest-Øst Gass-overføring", "Vest-Øst Strøm-overføring" og "Sør-Nord Vannomledning", samt den raske utviklingen av mitt lands skipbygningsindustri, har ført til en raskestigning i kravet på gassdriftsturbiner i mitt land.

Industriell politikk

Den 14. femårsplanens moderne energisystem lister også gass turbinene som en kjerne teknologinøkkel, plasserer den i prinsippet på samme nivå som kjernekraft, nye strømsystemer, energilagring og hydrogengenerering.

State Power Investment Corporation har gjort to spesialprosjekter, ett er et stort prosjekt for tunge gassøyler, herunder brintblandingsgassøyler. En ren brinngassøyle er bygget i Innere Mongolia, men er ikke enda i drift. Jingmen-kraftverket har blandet 15%. Harbin Electric og Guangdong Electric Group, som er Guangdong Energy Group, har gjort et brinnblandingprosjekt i Daya Bay, og Hangzhou Steam Turbine og Siemens har gjort et brinnblandingprosjekt i Zhoushan.

Gasturbiner brukes mye i Vest-Øst Gassledningen og på offshore oljeplattformer. Som et militært relateret selskap har CNOOC også blitt sanksjonert av USA og står overfor risiko for leveranseavbrott. Under krigen mellom Russland og Ukraina ble Siemens-gasturbiner som Russland kjøpte innholdt da de ble sendt til Canada for reparasjon, noe som påvirket energisikkerheten. Lokalisering må gjennomføres så raskt som mulig.

Markedsrom

I 2022 vil produksjonen av gasturbiner i mitt land være 4,0563 millioner kilowatt, og etterspørselen vil være omtrent 6,7986 millioner kilowatt.

Ifølge statistikk nådde størrelsen på markedsområdet for gasturbiner i mitt land 61,669 milliarder yuan i 2022, derav var mikrogasturbine-markedet 8,93 milliarder yuan, lettgasturbine-markedet 56,569 milliarder yuan, og tunggasturbine-markedet 4,207 milliarder yuan.

Mitt land kan nå produsere lette gassg turboer (kraft under 50 MW) uavhengig. De lavere kvalitetsmodellene kan til og med eksporteres, men tunge gassg turboer (kraft over 50 MW) er fremdeles i stor grad avhengige av import. Kjernekunnskapen er stort sett monopolisert av internasjonale produsenter som GE i USA, Mitsubishi i Japan og Siemens i Tyskland. Det er en risiko for å bli «kvæl» i det lokale markedet. Ifølge data fra Skatteforvaltningen vil importen av gassg turboer i 2022 være på 4,161 milliarder dollar og eksporten på 735 millioner dollar.