OBT Час упознавања са знањем: Гасни турбине

Osnovni koncepti

Према „Речнику термина о гасним турбинама“ (GB/T 15135-2018), гасна турбина је непрекидно-токовна ротирајућа машина (јединачна машина) која претвара топлотну енергију у механички рад, укључујући компресор, опрему за загревање радног флуида (као што је комора сагоревања), турбину, систем управљања и помоћну опрему.

Индустријски мотори са гасним турбинама, уобичајено познати као гасне турбине или турбине, индустријски гасни мотори, по суштини су иста ствар као и авионски мотори са гасним турбинама (познати као авионски мотори), али се користе у благо различитим условима. Они компрумују високотлачни гас у комору сагоревања и путем хемијске реакције претварају хемијску енергију у механички рад кроз турбину (транслитерација речи турбина).

Kao uređaj za pretvaranje energije, plinska turbine je motora letelica koja pretvara avionski kerozin u mehaničku energiju za vint dok lete u zraku; plinska turbine koja se koristi na zemlji pretvara prirodni plin i naftu u mehaničku energiju za generator.

Parne turbine, unutarnjeg sagorevanja i plinske turbine su prvi put razvijene za upotrebu na ratnim brodovima. Parne turbine su bile u upotrebi pre Prvog svetskog rata, motove unutarnjeg sagorevanja su se koristili tijekom Prvog i Drugog svjetskog rata, a plinske turbine za ratne brodove su razvijene nakon Drugog svetskog rata. One su modifikovane iz avijskih motora i glavno su se koristile na velikim površinskim brodovima.

Plinske turbine imaju nekoliko karakteristika:

Prvo, teorijska efikasnost pretvorbe energije može dostići 88%, što je uređaj sa najvećom efikasnošću pretvorbe energije na svetu do sada. Vodenotečne pile mogu postići efikasnost pretvorbe od 90%, ali još nisu potpuno komercijalizovane; teorijska efikasnost pretvorbe energije kod savremenih motora je 88%, što je testirano decenijama.

Drugo, temperatura sagorevanja pri gasnim turbine je relativno visoka, a emisija štetnih plinova je relativno niska.

Treće, gustina snage je relativno velika. Jedna mašina veličine kontejnera može obezbediti energiju uništavaču; dva kontejnera su uglavnom dovoljna za građansku elektroenergetsku potrošnju celog okruga. Parne turbine su veoma velike, kao i dizel motori i unutrašnjeg sagorevanja kapaciteta preko 10 megavata koji su uglavnom uređaji težak hiljadama toni i desetaka metara visine.

Četvrto, plinske turbine nisu kao unutarnje sagorevanje motore koji su tipa sa udarciima i obavlja se posao jednom za 4 udarca. Plinske turbine rade neprestano, a turbina je vrtlog reda. To je uređaj termičkog motora sa najvećom efikasnošću pretvorbe energije, pretvara hemijsku energiju u toplinsku i mehaničku energiju.

U 1970-ima, plinske turbine su ulazile u američku naftnu industriju, što je dovelo do industrijskih plinskih turina. Motore za letelice se zahteva relativno visoka performansa, relativno su sofisticirani i imaju relativno kratku životinju; industrijski motori ne moraju smanjivati težinu, izrađuju se vrlo čvrsto i zahtevaju relativno dugu životinju. Oko 1980-ih, uz razvoj prirodnog plina, ulazi u elektroenergetski sektor.

Након Другог светског рата, технички ниво Сједињених Америчких Држава није био веома висок. Најраније преузимање је обухватало италијанске компаније, које су главни град ротационне опреме у Европи. Типичан пример британске компаније је Ролс-Ројс, која производи моторе за авионе. Углавном, компаније које производе авионске моторе праве и гасне турбине. Немачки Сиеменс је стекао компаније широм Европе и такође је преузео модификацију авионских мотора од Ролс-Ројса. Гасне турбине из Русије се углавном развијају у сарадњи са Украjinом. Пројекти су сви у Русији, а нека од места производње су у Мариуполу, Украjinи.

U poslednjim decenijama, samo Mitsubishi iz Japana je razvio pravu tešku plinsku turbine, a Kawasaki proizvodi manje, pa postoji i dalje određena pragova. Male i srednje plinske turbine su uglavnom GE, posebno za vojnu upotrebu. Glavni uništavači koriste uglavnom GE, model LM-2500. Siemens je nabavio neke male plinske turbine u Lincolnu, Ujedinjeno Kraljevstvo, sa kapacitetom manjim od 15 MW, a neke u Finspångu, Švedska. Najbolja kompanija u malim plinskim turbinama je Solar iz SAD-a, koja je veoma blizu svojim klijentima i poseduje najveći tržišni udio na svetu za male plinske turbine sa kapacitetom manjim od 15 MW.

Класификација

Prema strukturnom obliku i izlaznoj snazi, gasne turbine se mogu podeliti u tri kategorije: mikro, lagane i teške. Među njima, mikro i lagane gasne turbine mogu biti modifikovane iz avionskih motora (poznate i kao „aero-na-gas“), sa snagom obično do 50 MW, i mogu se koristiti za proizvodnju električne energije u industriji, brodske pogone, povećanje pritiska u cevovodima, tenkovske lokomotive, distribuiranu proizvodnju električne energije i kombinovanu proizvodnju toplote i električne energije. Teške gasne turbine imaju snagu veću od 50 MW i uglavnom se koriste kao stacionarne generatore na kopnu, npr. gradske elektrodistributivne mreže.

Teški gasni motori generalno se klasifikuju prema temperaturi. Klase E, F, G i H odgovaraju različitim temperaturama sagorevanja. Sa inženjerskog aspekta, poželjnije je da se klasifikacija vrši na osnovu otpornosti legure na temperaturu.

У Кини су то мале гасне турбине. Мале гасне турбине углавном се класификују по структури: једноосовинске, двоосовинске, троосовинске, аеропримењене, индустријске, а врло ретко и по температури, зато што температура малих гасних турбина није толико висока у поређењу са тешким гасним турбинама. Оне чија је снага испод 30 мегавата су изогона еутектика, односно Е-класе. Ово није апсолутно, неке напредније су достизале Ф-класу. Е-класа је први пут пробно произведена у Кини 1995. године. Снага око 50 мегавата вероватно одговара Ф-класи, која је оријентисана кристална структура. Кина је пробно производила ову класу 2005. године, а сада располажемо свим тим материјалима. Најнапредније гасне турбине су достизале Х-класу, а данас имамо другу генерацију монокристала.

Углавном, они испод 1 MW се називају микро гасним турбинама. Микро гасне турбине у иностранству не користе тако добре легуре због ниске температуре. Оне користе неке специјалне челике и врло ретко користе равноосне кристале. Они од око 15 MW називају се мале гасне турбине, које углавном користе равноосне кристале. Постоје и неке специјалне компаније у иностранству које користе специјалне челике, али зато што имају посебно добре премазе, производе их боље. Мали и средњи 30~50 MW углавном користе више оријентисане кристале, то јест F-класе. Веће турбине користе монокристале првог и другог поколења, који су наше домаће марке.

Мали и средњи микротурбине на природни гас се углавном користе за дистрибуирану производњу електричне енергије и комбиновану производњу топлоте и електричне енергије. Они испод 30 МW и 15 МW углавном се користе у Сечуану, а они испод 7 МW углавном се користе у Чонгкингу. То је повезано са размером индустријских паркова. Они око 30 МW углавном се користе у Џангсуу, а они од 50 МW до 100 МW углавном се користе у индустријским парковима у Гуангдонгу, углавном за дистрибуирану производњу електричне енергије или комбиновану производњу топлоте и електричне енергије. Они изнад 100 МW користе се за неке велике регулације вршног оптерећења у електричним мрежама или као базне електране. Мале турбине користе се у индустрији нafte и гаса. У горњим индустријама рударства углавном се користе 7 МW и 15 МW, док се у транспорту средњих линија углавном користе 15 МW и 30 МW.

Sistem dizajna plinskih turbine ispod 30 MW je relativno zrelo, a procesualni materijalni sistem je takođe relativno zrelo. Stopa efikasnosti OBT može dostići 85%. Industrijske plinske turbine još uvek moraju da se fokusiraju na ekonomske performanse, tehniko-ekonomsku procenu ili odnos cena-performanse, a glavni pokazatelj procene jeste stopa efikasnosti.

Kod srednjih i velikih gasnih turbina, mi (domaći) imamo malo akumulaciju softvera za projektovanje, specifikacija projektovanja i baza podataka određenih materijala i procesa u našem sistemu projektovanja, pa je stoga ovaj sistem projektovanja ne dovoljno zreo, a stopa iskoristivosti nije visoka. Nivo F-i ili usmereno kristalizovani materijali predstavljaju prelomnu tačku. Ispod nivoa usmereno-kristalizovanih materijala, još uvek imamo dovoljno samopouzdanja da se takmičimo na međunarodnom nivou. Iznad nivoa usmereno-kristalizovanih materijala, na industrijskom nivou, još uvek postoji određena jaz. Ova oblast je predata nacionalnoj ekipi. Nekoliko centralnih preduzeća radi na osnovnim istraživanjima i razvoju, dok su investicije u osnovne materijale i osnovne procese ogromne.

Industrijska lanac

Na nivou gore navedenog lanca proizvodnje gasnih turbina u mojoj zemlji, proizvođači legura otpornih na visoke temperature, titanijumskih legura, kompozitnih materijala, aluminijumskih legura i opšteg čelika uključuju Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group itd. U srednjem delu lanca, na nivou delova i komponenti, materijali se livaju, kovaju ili obradjuju drugim procesima radi proizvodnje lopatica turbina, vratila i drugih delova. Lopatice i drugi delovi formiraju se postupkom livenja. Vodeći domaći proizvođači livenih i kovanih delova uključuju Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. itd. Zatim, na nizvodnom nivou, proizvođači kompletnih mašina montiraju razne delove u potpune sisteme. Glavni proizvođači uključuju AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric itd.

Gornostream industrije, posebno proizvodi kao što su visokotemperaturne aleje, visokotemperaturne titan aleje, toplinske barijerske oblike i napredne keramičke kompozitne materijale, imaju značajan ulog u promociji odbrambene industrije i proizvodnje visoke opreme. Domasti plinovi turbine uglavnom se koriste za generisanje električne energije, a malobrojni su za upotrebu u vodenju, uzimanju vazduha, pritisak u naftnim i plinskim poljima i snagu brodova i tenkova. Fokus je na distributivnoj generaciji, kombinovanoj proizvodnji topline i elektriciteta, transportu prirodnog plina, pogonskim sistemima brodova i mehaničkom pogonu. U poslovnim aspektima, plinove turbine naše zemlje imaju ogroman potencijalni tržište u oblastima distributivne energetske ponude, stajališta za povećanje pritiska, industrijske proizvodnje električne energije i druge oblasti, a politike podržavaju brzo razvoj ovog sektora. Trenutne velike projekte naše zemlje kao što su "Prevoz plina sa Zapada na Istok", "Prevoz elektre sa Zapada na Istok" i "Preusmeravanje vode sa Juga na Sever", kao i brzi razvoj brodogradnje naše zemlje, su doveli do brze raste kućne potrebe za plinovima turbinama.

Промишлена политика

Moderni energetski sistem iz 14. petogodišnjeg plana takođe navodi gasne turbine kao ključnu tehnologiju, praktično ih postavljajući na isti nivo kao nuklearnu energiju, nove energetske sisteme, skladištenje energije i hidrogenu energiju.

Државна корпорација за електране је извела два специјална пројекта, један је велики пројекат за тешке газне турбине, укључујући оне које се мешају са хидрогеном. Чисто хидрогена је изgraђено у Унутрашњој Монголији, али је још увек не активирано. Електрана у Јингменима је мешала 15%. Харбинска електрична компанija и Гуандонгска електрична група, која је Гуандонгска енергетска група, су извели пројекат мешања хидрогена у Дая Беју, док су Ханчоуска парна турбина и Сименс извели пројекат мешања хидрогена у Жоушану.

Gazne turbine su široko korišćene u cevovodu za plin Istočno-Zapadni Plin i na offshore naftnim platformama. Kao vojno povezana preduzeća, CNOOC je takođe bila sanksionirana od strane Sjedinjenih Država i suočena je sa rizikom prekida ponude. Tijekom rusko-ukrajinske rata, Siemensove gazne turbine koje je Rusija kupila bile su zadržane kada su poslale u Kanadu za popravku, što je uticalo na energetsku sigurnost. Lokalizacija mora biti obavljena što prije.

Tržišni prostor

U 2022. godini, proizvodnja gaznih turbin u našoj zemlji će biti 4.0563 miliona kilovata, a potražnja će biti oko 6.7986 miliona kilovata.

Prema statistici, veličina tržišta gaznih turbin u našoj zemlji iznosenje 61.669 milijardi juana u 2022. godini, od kojih je veličina tržišta mikro gaznih turbin bila 893 milijarde juana, veličina tržišta laganih gaznih turbin bila 56.569 milijardi juana, a veličina tržišta teških gaznih turbin bila 4.207 milijarde juana.

Моја земља сада може независно да производи лагане гасне турбине (снага испод 50 MW). Чак и јефтиније варијанте се могу извозити, али су тешке гасне турбине (снага изнад 50 MW) и даље углавном зависне од увоза. Кључна технологија у основи је монополизована од стране међународних произвођача као што су GE из САД, Мицубиши из Јапана и Сименс из Немачке. Постоји ризик да ће домаћински тржишни положај довести до „задављења“. Према подацима Главне таможне управе, увоз гасних турбина 2022. године биће 4.161 милион долара, а извоз 735 милиона долара.