OBT Knowledge Classroom: Plynová turbína

Základné pojmy

Podľa "Slovníka plynových turbín" (GB/T 15135-2018) sa plynová turbína vzťahuje na neustále prúdiacu rotačnú sústroj (samostatnú sústroj), ktorá mení tepelnú energiu na mechanickú prácu, vrátane kompresora, zariadenia na ohrev pracovnej tekutiny (napr. spaľovacej komory), turbíny, riadiaceho systému a pomocných zariadení.

Priemyselné plynové turbínové motory, všeobecne označované ako plynové turbíny alebo turbíny, priemyselné plynové motory, sú v podstate to isté ako lietadlové plynové turbínové motory (označované ako lietadlové motory), ale ich oblasti použitia sú mierne odlišné. Stláčajú vysokotlakový plyn do spaľovacej komory a prostredníctvom reakcie chemickej energie ju premieňajú na mechanickú prácu cez turbínu (doslovný preklad turbíny).

Jako zařadenie na prevod energie je plynový turbine letectvom, ktoré převádza letecký kerosín na mechanickú energiu pre vrtuli pri letení v nebi; plynový turbine používaný na zemi prevádza prirodzený plyn a ropa na mechanickú energiu pre generátor.

Parní turbines, vnútrobustné motory a plynové turbines boli po prvýkrát vyvinuté na použitie na vojnových lodiach. Parné turbines sa používali pred prvého svetového vojny, vnútrobustné motory sa používali počas prvej a druhej svetovej vojny, a plynové turbines pre vojnové lodie boli vyvinuté po druhej svetovej vojne. Boli modifikované z letectvá a hlavne sa používali na veľkých povrchových lodiach.

Plynové turbines majú niekoľko charakteristík:

Najprv, teoretická účinnosť prevodu energie môže dosiahnuť 88 %, čo je zariadenie s najvyššou účinnosťou prevodu energie na svete doteraz. Palivové články by mohli dosiahnuť účinnosť prevodu 90 %, ale ešte neboli úplne komercializované; teoretická účinnosť prevodu energie u spalovacích motorov je 88 %, čo bolo testované desaťročiami.

Druhé, teplota spaľovania plynových turbín je relatívne vysoká a výstup škodlivých plynov je relatívne nízky.

Tretie, hustota výkonu je relatívne veľká. Jedna jednotka veľkosti kontajnera môže dodávať energiu ničniči; dva kontajnery sú väčšinou postačujúce na obyvateľskú elektroenergiu celého okresu. Parnícky motory sú veľmi veľké, napríklad dizelové motory a vnútrobuchové motory s výkonmi viac ako 10 megawattov sú zásadne tisícky ton vážuce zariadenia a desiatky metrov vysoké.

Štvrté, plynové turbíny nie sú ako vnútroblokove motory, ktoré sú typu s víkovo-pohybovým systémom a vykonávajú prácu raz za 4 víky. Plynové turbíny pracujú neustále, a turbína je vortická čiara. Je to tepelná strojová zariadenie s najvyššou účinnosťou prevodu energie, ktoré premení chemickú energiu na tepelnú a mechanickú energiu.

V 70. rokoch vstúpili plynové turbíny do americkej ropyárskej odvetvia, čo viedlo k vzniku priemyselných plynových turbín. Motor letounov vyžaduje relatívne vyššiu výkonnosť, je relatívne sofistikovaný a má relatívne krátka životnosť; priemyselné motory nemusia znížiť hmotnosť, sú veľmi pevné a vyžadujú relatívne dlhú životnosť. Okolo 80. rokov, s rozvojom prirodzeného plynu, vstúpili do elektromotorného priemyslu.

Po druhej svetovej vojne nebol technický level Spojených štátov veľmi vysoký. Najskoršie nadobudnutia boli talianskych spoločností, ktoré sú stolicou rotujúcich zariadení v Európe. Typickou britskou spoločnosťou je Rolls-Royce, ktorá vyrába lietadlové motory. Zvyčajne spoločnosti vyrábajúce lietadlové motory budú vyrábať aj plynové turbíny. Nemecká spoločnosť Siemens nadobudla spoločnosti po celej Európe a tiež nadobudla úpravu lietadiel od Rolls-Royce. Plynové turbíny v Rusku sú hlavne vo spolupráci s Ukrajinou. Návrhy sú všetky v Rusku a niektoré výrobné závody sú v Mariupole na Ukrajine.

V posledných desaťročiach vyvinul len Mitsubishi v Japonsku skutočnú tiažnú plynovú turbínu, a Kawasaki vyrábajú menšie, takže stále existuje určitá prahová hodnota. Malé a stredné plynové turbíny sú hlavne od GE, osobitne na vojenské účely. Hlavné ničiči sú väčšinou s pohonmi od GE, model LM-2500. Siemens zakúpil niektoré z malých plynových turbín v Lincolnu, Spojené kráľovstvo, s výkonom menej ako 15 MW, a niektoré v Finspångu, Švédsko. Najlepším podnikom v oblasti malých plynových turbín je spoločnosť Solar v USA, ktorá je veľmi blízka svojim zákazníkom a má najvyššiu trhovú zastúpenosť na svete pre malé plynové turbíny s výkonom menej ako 15 MW.

Klasifikácia

Podľa štruktúrneho tvaru a výstupného výkonu sa plynové turbíny môžu rozdeľovať na tri kategórie: mikro, ľahké a ťažké. Medzi nimi môžu byť mikro a ľahké plynové turbíny upravené z lietadlových motorov (známe aj ako „aero-to-gas“), s výkonom zvyčajne do 50 MW a môžu sa používať pri priemyselnej výrobe elektriny, lodných pohonoch, čerpacích stanicách, tankových lokomotívach, decentralizovanej výrobe elektriny a kombinovanej výrobe tepla a elektriny. Ťažké plynové turbíny majú výkon vyšší než 50 MW a hlavne sa používajú ako pevné generátory na súši, napríklad mestské elektrické siete.

Ťažké plynové motory sú zvyčajne klasifikované podľa teploty. Trieda E, F, G a H zodpovedá rôznym spaľovacím teplotám. Z inžinierskeho hľadiska je vhodnejšie ich klasifikovať podľa odolnosti zliatiny proti teplote.

V Číne sú to malé plynové turbíny. Malé plynové turbíny sa zvyčajne klasifikujú podľa konštrukcie: jednoosé, dvojosé, trojosé, upravené z lietadlových, priemyselné a zriedka podľa teploty, pretože teplota malých plynových turbín nie je voči ťažkým plynovým turbínam tak vysoká. Tie s výkonovou úrovňou pod 30 megawattov sú rovnocenné kryštály, teda trieda E. Toto nie je absolútna miera a niektoré pokročilejšie už dosiahli triedu F. Trieda E bola v Číne skúšobne vyrábaná v roku 1995. Pravdepodobne výkon okolo 50 megawattov zodpovedá triede F, čo je orientovaný kryštalický materiál. Túto triedu sme v Číne skúšobne vyrábali v roku 2005 a teraz vlastníme všetky tieto materiály. Najpokročilejšie plynové turbíny dosiahli triedu H a teraz máme k dispozícii naše monokrystaly druhej generácie.

Zvyčajne sa jedná o mikroplynové turbíny s výkonom pod 1 MW. Mikroplynové turbíny v zahraničí nepoužívajú také kvalitné zliatiny kvôli nízkej teplote. Používajú niektoré špeciálne ocele a zriedka sa používajú izotropné kryštály. Tie okolo 15 MW sa nazývajú malé plynové turbíny, ktoré hlavne využívajú izotropné kryštály. V zahraničí existujú aj niektoré špeciálne spoločnosti, ktoré používajú špeciálne ocele, ale keďže ich povlaky sú mimoriadne dobré, vyrábajú lepšie komponenty. Stredné veľkosti 30~50 MW zvyčajne viac využívajú orientované kryštály, teda trieda F. Väčšie turbíny používajú monokryštály prvej a druhej generácie, čo sú naše domáce značky.

Malé a stredné mikrogazové turbíny sa najmä používajú na rozmiestnenú výrobu energie a kombinovanú výrobu tepla a elektriny. Tie pod 30 MW a 15 MW sa najmä používajú v S’ Čchuan, a tie pod 7 MW sa najmä používajú v Čchung-kingu. To súvisí so škálou priemyselných zón. Tie okolo 30 MW sa najmä používajú v Ťiang-su a tie od 50 MW do 100 MW sa najmä používajú vo veľkých priemyselných zónach Kuang-tungu, všeobecne pre rozmiestnenú výrobu energie alebo kombinovanú výrobu tepla a elektriny. Tie nad 100 MW sa používajú pre niektoré regulácie špičkových zaťažení veľkých energetických sietí alebo ako základné elektrárne. V ropnom a plynárenskom priemysle sa používajú menšie jednotky. V hornom dolnom priemysle sa najmä používajú 7 MW a 15 MW a v prostredníctve potrubných dopravných trás sa najmä používajú 15 MW a 30 MW.

Systém dizajnu plynových turbín nižšie 30 MW je relatívne zrelý a procesný materiálový systém je tiež relatívne zrelý. Výnosnosť OBT môže dosiahnuť 85 %. Priemyselné plynové turbíny stále musia venovať pozornosť ekonomickým vlastnostiam, technicko-ekonomickému hodnoteniu alebo nákladovému výkonu, a hlavným ohodnotením je výnosnosť.

Pri stredných a veľkých plynových turbínach máme (domáce podniky) len malé množstvo nahromadeného návrhového softvéru, návrhových špecifikácií a databáz niektorých materiálov a procesov v našom návrhovom systéme, takže tento návrhový systém nie je veľmi vyspelý a výnosové percento nie je vysoké. Úroveň F alebo orientované kryštály predstavujú hranicu. Pri úrovni nižšej ako orientované kryštály sa stále cítimo sebadôverne, aby sme mohli konkurovať na medzinárodnej úrovni. Nad úrovňou orientovaných kryštálov existuje určitá medzera aj na priemyselnej úrovni. Táto oblasť bola prenesená na národný tím. Niekoľko centrálnych podnikov vykonáva základný výskum a vývoj a investície do základných materiálov a základných procesov sú obrovské.

Priemyselná reťazca

V závodoch na výrobu turbín na plyn v mojej krajine patria výrobcovia zliatin s vysokou teplotou, titánových zliatin, kompozitných materiálov, hliníkových zliatin a ocele do skupiny podnikov ako Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group atď. V strednom článku súčiastok a komponentov sa materiály lietujú, kujú alebo spracovávajú inými spôsobmi na výrobu lopatiek, hriadeľov a iných dielov. Lopatky a ďalšie súčiastky sú vytvorené procesom liatia. Medzi hlavných domácich výrobcov odliatkov a kovaných dielov patria spoločnosti Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. atď. Potom montujú rôzne súčiastky do kompletných jednotiek výrobcovia celých strojov v dolnej časti toku. Medzi hlavných výrobcov patrí AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric atď.

Hornorodosné priemyselné odvetvia, osobitne produkty ako sú vysokočastotné ligatúry, vysokočastotné titanové ligatúry, teplová izolačná nátiera, a pokročilé keramické kompozitné materiály, majú významnú úlohu v podpore obrannej premyselnej výroby a výroby vysoce kvalifikovaného zariadenia. Domáce plynové turbíny sa využívajú hlavne na výrobu elektriny, a menšie množstvo je používané na vodnú inječiu, vzduchové nasávacie procesy, tlačenie v ropy a plynu, a ako pohonná jednotka pre lode a tanky. Dôraz je na rozdelenú výrodu energie, kombinovanú výrodu tepla a elektivity, prepravu prirodzeného plynu cez potrubia, pohon lodí a mechanické otočné systémy. V oblastiach rozdeleného dodávania energie, stanic na zvyšovanie tlaku, priemyselnej výroby elektriny a iných sektoroch má moja krajina obrovský potenciál trhov pre plynové turbíny, a politiky podporujú rýchly rozvoj tejto odvetvie. Aktuálne veľké projekty v mojej krajine ako "Prevod plynu Západ - Východ", "Prevod elektriny Západ - Východ" a "Presmerovanie vody Južná - Severná", spolu s rýchlym rozvojom loďařského priemyslu v mojej krajine, spôsobili rýchly nárast poptávky po plynových turbínach.

Promyslová politika

Moderný energetický systém päťročného plánu 14. programu tiež uvádza plynové turbíny ako kľúčovú technológiu, čo ich zhruba stavuje na rovnakú úroveň ako jadrová energia, nové energetické systémy, ukladanie energie a vodíková energia.

Státna investičná korporácia v oblasti elektrárstiev vykonala dva špeciálne projekty, jeden je veľký projekt týkajúci sa ťažkých plynových turbín, vrátane turbín na zmiešaný vodík. Čistá vodíková bola postavená vo vnútornom Mongolsku, ale ešte nebola spustená. Elektrárňa v Jingmeni má zmiešanú väzduch 15%. Harbinská elektárňa a skupina Guangdong Electric Group, ktorá je Guangdong Energy Group, vykonali projekt na zmiešanie vodíka v Dajabanskej zátoke, a Hangzhou Steam Turbine a Siemens vykonali projekt na zmiešanie vodíka v Zhoushane.

Gazové turbíny sú široko používané v potrubníku na prepravu plynu z Západu na Východ a na offshore ropačné platformy. ako podnik spojený s vojenskými operáciami, CNOOC bolo tiež sankcionované Spojenými štátmi a čelí riziku prerušenia dodávok. Počas vojny medzi Ruskom a Ukrajinou boli gazové turbíny spoločnosti Siemens zakúpené Ruskom zadržané pri ich odoslaní do Kanady na opravu, čo ovplyvnilo energetickú bezpečnosť. Lokalizácia musí byť uskutočnená čo najskôr.

Trhový priestor

V roku 2022 bude výroba gazových turbín v našej krajine dosahovať 4,0563 milióna kilowátov, poptanie bude asi 6,7986 milióna kilowátov.

Podľa štatistik sa veľkosť trhu gazových turbín v našej krajine v roku 2022 dostala na úroveň 61,669 miliardy yuanov, z toho veľkosť trhu mikrogazových turbín bola 893 miliónov yuanov, veľkosť trhu ľahkých gazových turbín bola 56,569 miliardy yuanov a veľkosť trhu ťažkých gazových turbín bola 4,207 miliardy yuanov.

Naša krajina teraz dokáže nezávisle vyrábať ľahké plynové turbíny (výkon pod 50 MW). Dokonca aj lacnejšie modely je možné vyvážať, no ťažké plynové turbíny (výkon nad 50 MW) sú stále v zásade závislé od dovozu. Kľúčové technológie sú v podstate monopolizované medzinárodnými výrobцami ako GE v USA, Mitsubishi v Japonsku a Siemens v Nemecku. Na domácom trhu hrozí riziko „udusenia“. Podľa údajov Generálneho úradu colníctva dosiahli dovoz plynových turbín v roku 2022 4,161 miliardy USD a vývoz 735 miliónov USD.