Основні поняття
Відповідно до «Словника газових турбін» (GB/T 15135-2018), газова турбіна відноситься до безперервної обертової машини (окремої машини), яка перетворює теплову енергію в механічну роботу, включаючи компресор, обладнання для нагріву робоче тіло (наприклад, камера згоряння), турбіна, система керування та допоміжне обладнання.
Промислові газотурбінні двигуни, які зазвичай називаються газовими турбінами або турбінами, промисловими газовими двигунами, по суті є тим самим, що й авіаційні турбінні газові двигуни (іменовані авіаційними двигунами), але сценарії застосування дещо відрізняються. Вони стискають газ під високим тиском у камеру згоряння, і через реакцію хімічної енергії перетворюють хімічну енергію на механічну роботу через турбіну (транслітерація «турбіна»).
Як пристрій перетворення енергії газова турбіна — авіаційний двигун, який під час польоту в небі перетворює авіаційний гас у механічну енергію для гвинта; газова турбіна, що використовується на землі, перетворює природний газ і нафту в механічну енергію для генератора.
Парові турбіни, двигуни внутрішнього згоряння та газові турбіни вперше були розроблені для використання на військових кораблях. Парові турбіни використовувалися до Першої світової війни, двигуни внутрішнього згоряння використовувалися під час Першої та Другої світових воєн, а газові турбіни для військових кораблів були розроблені після Другої світової війни. Вони були модифіковані з авіаційних двигунів і в основному використовувалися на великих надводних кораблях.
Газові турбіни мають кілька характеристик:
По-перше, теоретична ефективність перетворення енергії може досягати 88%, що є пристроєм з найвищою ефективністю перетворення енергії в світі. Кажуть, що паливні елементи здатні досягти ефективності перетворення 90%, але вони ще не були повністю комерціалізовані; теоретична ефективність перетворення енергії двигунів внутрішнього згоряння становить 88%, що перевірено десятиліттями.
По-друге, температура згоряння газових турбін відносно висока, а викид шкідливих газів відносно низький.
По-третє, щільність потужності відносно велика. Одна машина розміром з контейнер може забезпечити енергією есмінець; двох контейнерів в основному достатньо для цивільної електроенергії округу. Парові турбіни дуже великі, наприклад, дизельні двигуни та двигуни внутрішнього згоряння потужністю понад 10 мегават, які в основному є великими пристроями вагою тисячі тонн і десятками метрів у висоту.
По-четверте, газові турбіни не схожі на двигуни внутрішнього згоряння, які є тактними, і робота відбувається один раз на 4 такти. Газові турбіни працюють безперервно, причому турбіна являє собою вихрову лінію. Це пристрій теплового двигуна з найвищою ефективністю перетворення енергії, перетворюючи хімічну енергію в теплову енергію та механічну енергію.
У 1970-х роках газові турбіни увійшли в нафтову промисловість США, що дало початок промисловим газовим турбінам. Авіаційні двигуни вимагають відносно високої продуктивності, є відносно складними та мають відносно короткий термін служби; промислові двигуни не потребують зменшення ваги, вони дуже міцні та потребують відносно тривалого терміну служби. Приблизно у 1980-х роках, з розвитком природного газу, він увійшов в енергетику.
Після Другої світової війни технічний рівень США був не дуже високим. Перше придбання було з боку італійських компаній, які є капіталом обертового обладнання в Європі. Типовою британською компанією є Rolls-Royce, яка виробляє авіаційні двигуни. Як правило, компанії, які виробляють авіаційні двигуни, виготовлятимуть газові турбіни. Німецька компанія Siemens була придбана по всій Європі, а також придбала модифікацію літака Rolls-Royce. Російські газові турбіни в основному кооперуються з Україною. Усі проекти знаходяться в Росії, а деякі виробничі бази знаходяться в Маріуполі, Україна.
За останні десятиліття лише японська Mitsubishi розробила справжню важку газову турбіну, а Kawasaki виробляє менші, тому певний поріг все ще існує. Газові турбіни малого та середнього розміру в основному GE, особливо для військового використання. Основні есмінці – це переважно GE, модель LM-2500. Siemens придбав деякі зі своїх малих газових турбін у Лінкольні, Великобританія, потужністю менше 15 МВт, а також деякі у Фінспанзі, Швеція. Найкращою компанією з малих газових турбін є Solar у США, яка дуже близька до своїх клієнтів і має найвищу частку ринку малих газових турбін потужністю менше 15 МВт у світі.
Класифікація
За конструктивною формою і вихідною потужністю газові турбіни можна розділити на три категорії: мікро, легкі і важкі. Серед них мікро- та легкі газові турбіни можуть бути модифіковані з авіаційних двигунів (також відомих як «повітряно-газові»), з потужністю, як правило, у межах 50 МВт, і можуть використовуватися в промисловому виробництві електроенергії, судновій енергетиці, форсуванні трубопроводів, резервуарах. локомотиви, розподілене виробництво електроенергії та комбіноване тепло та електроенергія. Надпотужні газові турбіни мають потужність понад 50 МВт і в основному використовуються як стаціонарні генератори на землі, наприклад, у міських електромережах.
Потужні газові двигуни зазвичай класифікують за температурою. Клас E, F, G і H відповідають різним температурам горіння. З інженерної точки зору краще класифікувати їх на основі температурної несучої здатності сплаву.
У Китаї це в основному малі газові турбіни. Малі газові турбіни, як правило, класифікують за структурою: одноосьові, двоосьові, тривісні, авіамодифіковані, промислові та рідко класифікують за температурою, оскільки температура малих газових турбін не така висока порівняно з важкими газовими турбінами. турбіни. Ті, що мають рівень потужності нижче 30 мегават, фактично є рівновісними кристалами, тобто Е-класу. Це не є абсолютним, і деякі більш просунуті досягли рівня F. Клас E був пробно вироблений у Китаї в 1995 році. Приблизно 50 мегават, ймовірно, відповідає класу F, який є орієнтованим кристалом. У 2005 році цей сорт було вироблено в Китаї, і зараз ми маємо всі ці матеріали. Найсучасніші газові турбіни досягли класу H, і тепер у нас є монокристали другого покоління.
Як правило, турбіни потужністю менше 1 МВт називають мікрогазовими турбінами. Насправді мікрогазові турбіни за кордоном не використовують такі хороші сплави через низьку температуру. Вони використовують деякі спеціальні сталі та рідко використовують рівновісні кристали. Ті, що близько 15 МВт, називаються малими газовими турбінами, які в основному використовують рівновісні кристали. За кордоном також є деякі спеціальні компанії, які використовують спеціальні сталі, але оскільки їхні покриття особливо гарні, вони виготовляються краще. Малі та середні 30~50 МВт зазвичай використовують більш орієнтовані кристали, тобто F-класу. У більших використовуються монокристали першого та другого покоління, які є нашими вітчизняними марками.
Газові турбіни малого та середнього розміру та мікрогазові турбіни в основному використовуються в розподіленій електроенергії та комбінованому виробництві тепла та електроенергії. Ті, що менше 30 МВт і 15 МВт, в основному використовуються в Сичуані, а ті, що менше 7 МВт, в основному використовуються в Чунціні. Це пов’язано з масштабами індустріальних парків. Ті, що близько 30 МВт, в основному використовуються в Цзянсу, а ті, що мають потужність від 50 МВт до 100 МВт, в основному використовуються в індустріальних парках в Гуандуні, як правило, для розподіленої електроенергії або комбінованого виробництва тепла та електроенергії. Ті, що перевищують 100 МВт, в основному використовуються для регулювання пікових навантажень великої електромережі або як електростанції базового навантаження. У нафтогазовій промисловості в основному використовуються малі. У гірничодобувній промисловості в основному використовуються 7 МВт і 15 МВт, а трубопровідне транспортування в основному становить 15 МВт і 30 МВт.
Проектна система газових турбін потужністю менше 30 МВт є відносно зрілою, і система технологічних матеріалів також відносно зріла. Вихідність ОБТ може досягати 85%. Промислові газові турбіни все ще повинні зосереджуватися на економічних показниках, техніко-економічній оцінці або ефективності витрат, а основним показником оцінки є коефіцієнт виходу.
Для газових турбін середнього та великого розміру ми (національні) маємо невеликі накопичення проектного програмного забезпечення, проектних специфікацій і баз даних про деякі матеріали та процеси в нашій системі проектування, тому ця система проектування не дуже зріла, а коефіцієнт виходу невисокий . F-рівень або орієнтований кристал є вододілом. Нижче орієнтованого кристала ми все ще достатньо впевнені, щоб брати участь у міжнародному конкурсі. Над орієнтованим кристалом, на промисловому рівні, ми все ще маємо певний розрив. Ця ділянка передана збірній. Кілька центральних підприємств проводять певні фундаментальні дослідження та розробки, і інвестиції в основні матеріали та основні процеси є величезними.
Промисловий ланцюг
Серед виробників високотемпературних сплавів, титанових сплавів, композитних матеріалів, алюмінієвих сплавів і загальної сталі в першій частині ланцюжка газотурбінної промисловості моєї країни є Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group тощо. матеріали відливаються, куються або застосовуються інші процеси для виготовлення турбінних лопаток, валів та інших частин. Леза та інші частини формуються за допомогою процесу лиття. До основних вітчизняних виробників лиття та кування належать Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. тощо. Потім виробники цілих машин збирають різні частини в цілі машини. Основні виробники включають AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric тощо.
Виробничі галузі, особливо такі продукти, як високотемпературні сплави, високотемпературні титанові сплави, теплозахисні покриття та сучасні керамічні композитні матеріали, відіграють значну роль у просуванні національної оборонної промисловості та виробництва високоякісного обладнання. Побутові газові турбіни в основному використовуються для виробництва електроенергії, і невелика їх кількість використовується для закачування води, забору повітря, підвищення тиску на нафтових і газових родовищах, а також для живлення суден і танків. Основна увага приділяється розподіленій генерації електроенергії, комбінованому виробництву тепла та електроенергії, транспортуванню природного газу по трубопроводах, судновій тязі та механічному приводу. аспект. газові турбіни моєї країни мають величезні потенційні ринки розподіленого енергопостачання, станцій підвищення тиску, промислового виробництва електроенергії та інших галузей, і політика підтримує швидкий розвиток галузі. поточні великомасштабні проекти моєї країни, такі як «Транспорт газу із заходу на схід», «Транспорт електроенергії із заходу на схід» і «Відведення води з півдня на північ», а також швидкий розвиток суднобудівної промисловості моєї країни призвели до швидкого зростання попиту моєї країни на газові турбіни.
Промислова політика
У сучасній енергетичній системі 14-го п’ятирічного плану також перераховані газові турбіни як ключова технологія, фактично ставлячи її на той самий рівень, що й атомна енергетика, нові енергетичні системи, накопичувачі енергії та воднева енергія.
Державна енергетична інвестиційна корпорація виконала два спецпроекти, один – це великий проект для надпотужних газових турбін, у тому числі газових турбін на водневій суміші. У Внутрішній Монголії була побудована чиста воднева, але ще не введена в експлуатацію. Електростанція Jingmen змішала 15%. Harbin Electric і Guangdong Electric Group, яка є Guangdong Energy Group, виконали проект із змішування водню в Дайя-Бей, а Hangzhou Steam Turbine і Siemens виконали проект із змішування водню в Чжоушані.
Газові турбіни широко використовуються в газопроводі Захід-Схід і на морських нафтових платформах. Як військове підприємство, CNOOC також потрапило під санкції Сполучених Штатів і стикається з ризиком скорочення поставок. Під час російсько-української війни закуплені Росією газові турбіни Siemens були затримані під час відправки на ремонт до Канади, що вплинуло на енергетичну безпеку. Локалізацію необхідно провести якнайшвидше.
Ринковий простір
У 2022 році виробництво газових турбін у моїй країні становитиме 4,0563 мільйона кіловат, а попит становитиме приблизно 6,7986 мільйона кіловат.
Згідно зі статистичними даними, розмір ринку газових турбін моєї країни досяг 61,669 мільярдів юанів у 2022 році, з яких розмір ринку мікрогазових турбін становив 893 мільйони юанів, розмір ринку легких газових турбін становив 56,569 мільярдів юанів, а розмір ринку важких газових турбін склала 4,207 млрд юанів.
Моя країна зараз має можливість самостійно виробляти легкі газові турбіни (потужністю менше 50 МВт), а низькоякісні турбіни можна навіть експортувати, але важкі газові турбіни (потужністю понад 50 МВт) все ще в основному залежать від імпорту, а основна технологія в основному монополізовані міжнародними виробниками, такими як GE у Сполучених Штатах, Mitsubishi в Японії та Siemens у Німеччині. Є ризик «захлинутися» на внутрішньому ринку. Згідно з даними Головного митного управління, імпорт газових турбін у 2022 році становитиме 4,161 мільярда доларів США, а експорт – 735 мільйонів доларів США.
