Основные понятия
Согласно «Словарю газовых турбин» (GB/T 15135-2018), газовая турбина относится к вращающейся машине непрерывного действия (одиночной машине), преобразующей тепловую энергию в механическую работу, включая компрессор, оборудование для нагревания рабочее тело (например, камера сгорания), турбина, система управления и вспомогательное оборудование.
Промышленные газотурбинные двигатели, обычно называемые газовыми турбинами или турбинами, промышленными газовыми двигателями, по сути, представляют собой то же самое, что и авиационные газотурбинные двигатели (называемые авиационными двигателями), но сценарии применения немного отличаются. Они сжимают газ под высоким давлением в камеру сгорания и посредством реакции химической энергии преобразуют химическую энергию в механическую работу с помощью турбины (транслитерация слова «турбина»).
В качестве устройства преобразования энергии газовая турбина представляет собой авиационный двигатель, преобразующий авиационный керосин в механическую энергию для воздушного винта при полете в небе; газовая турбина, используемая на земле, преобразует природный газ и нефть в механическую энергию для генератора.
Паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины были впервые разработаны для использования на военных кораблях. Паровые турбины использовались до Первой мировой войны, двигатели внутреннего сгорания использовались во время Первой и Второй мировых войн, а газовые турбины для военных кораблей были разработаны после Второй мировой войны. Они были модифицированы из авиационных двигателей и в основном использовались на крупных надводных кораблях.
Газовые турбины имеют несколько характеристик:
Во-первых, теоретическая эффективность преобразования энергии может достигать 88%, что на данный момент является устройством с самой высокой эффективностью преобразования энергии в мире. Говорят, что топливные элементы способны достичь эффективности преобразования 90%, но они еще не полностью коммерциализированы; теоретический КПД преобразования энергии двигателей внутреннего сгорания составляет 88%, что проверено десятилетиями.
Во-вторых, температура сгорания газовых турбин относительно высока, а выбросы вредных газов относительно низки.
В-третьих, плотность мощности относительно велика. Одна машина размером с контейнер может обеспечить энергией эсминец; двух контейнеров в основном достаточно для обеспечения гражданского электроснабжения округа. Паровые турбины очень велики, например, дизельные двигатели и двигатели внутреннего сгорания мощностью более 10 мегаватт, которые по своей сути представляют собой крупные устройства весом в тысячи тонн и высотой в десятки метров.
В-четвертых, газовые турбины не похожи на двигатели внутреннего сгорания, которые тактового типа и работа совершается один раз за 4 такта. Газовые турбины работают непрерывно, а турбина представляет собой вихревую линию. Это тепловое двигательное устройство с высочайшим КПД преобразования энергии, преобразующее химическую энергию в тепловую и механическую энергию.
В 1970-х годах газовые турбины вошли в нефтяную промышленность США, дав начало промышленным газовым турбинам. Авиационные двигатели требуют относительно высоких характеристик, относительно сложны и имеют относительно короткий срок службы; промышленные двигатели не требуют снижения веса, они очень прочные и требуют относительно длительного срока службы. Примерно в 1980-х годах, с развитием добычи природного газа, он вошел в энергетику.
После Второй мировой войны технический уровень США был не очень высоким. Первым приобретением стала итальянская компания, являющаяся столицей вращающегося оборудования в Европе. Типичная британская компания — Rolls-Royce, производящая авиационные двигатели. Обычно компании, производящие авиационные двигатели, производят газовые турбины. Немецкую компанию Siemens приобрели по всей Европе, а также приобрели модификацию самолета Rolls-Royce. Газовые турбины России в основном производятся в сотрудничестве с Украиной. Все разработки находятся в России, а некоторые производственные базы находятся в Мариуполе, Украина.
В последние десятилетия только японская компания Mitsubishi разработала настоящую сверхмощную газовую турбину, а Kawasaki производит меньшие по размеру, так что определенный порог все же существует. Малые и средние газовые турбины в основном производятся GE, особенно для военного использования. Основные эсминцы — это в основном GE, модель LM-2500. Siemens приобрела несколько своих небольших газовых турбин в Линкольне, Великобритания, мощностью менее 15 МВт, а также несколько в Финспонге, Швеция. Лучшей компанией по производству малых газовых турбин является компания Solar в США, которая очень близка к своим клиентам и имеет самую высокую в мире долю рынка малых газовых турбин мощностью менее 15 МВт.
Классификация
По конструктивной форме и выходной мощности газовые турбины можно разделить на три категории: микро, легкие и тяжелые. Среди них микро- и легкие газовые турбины могут быть модифицированы из авиационных двигателей (также известных как «аэро-газовые») с мощностью обычно в пределах 50 МВт и могут использоваться в промышленной энергетике, судостроении, наддуве трубопроводов, резервуарах. локомотивы, распределенное производство электроэнергии и комбинированное производство тепла и электроэнергии. Газовые турбины большой мощности имеют мощность более 50 МВт и в основном используются в качестве стационарных генераторов на суше, например, в городских электросетях.
Газовые двигатели большой мощности обычно классифицируются по температуре. Классы E, F, G и H соответствуют различным температурам горения. С инженерной точки зрения предпочтительнее классифицировать их по температурной несущей способности сплава.
В Китае это в основном небольшие газовые турбины. Малые газовые турбины обычно классифицируются по конструкции: одноосные, двухосные, трехосные, авиамодифицированные, промышленные и редко классифицируются по температуре, поскольку температура малых газовых турбин не так высока по сравнению с тяжелыми газовыми турбинами. турбины. Те, мощность которых ниже 30 мегаватт, на самом деле представляют собой равноосные кристаллы, то есть Е-класса. Это не абсолютно, и некоторые более продвинутые из них достигли F-класса. Класс E был произведен в Китае в 1995 году. Мощность около 50 мегаватт, вероятно, соответствует классу F, то есть ориентированному кристаллу. В 2005 году Китай произвел пробное производство этого материала, и теперь у нас есть все эти материалы. Самые совершенные газовые турбины достигли класса H, и теперь у нас есть монокристаллы второго поколения.
Обычно турбины мощностью ниже 1 МВт называются микрогазовыми турбинами. На самом деле, в зарубежных микрогазовых турбинах не используются такие хорошие сплавы из-за низкой температуры. Они используют некоторые специальные стали и редко используют равноосные кристаллы. Те, что около 15 МВт, называются малыми газовыми турбинами, в которых в основном используются равноосные кристаллы. За рубежом также есть специальные компании, которые используют специальные стали, но поскольку их покрытия особенно хороши, их делают лучше. Малые и средние мощности 30–50 МВт обычно используют более ориентированные кристаллы, то есть F-класса. В более крупных используются монокристаллы первого и второго поколений, которые являются нашими отечественными брендами.
Малые, средние и микрогазовые турбины в основном используются в распределенной энергетике и комбинированном производстве тепла и электроэнергии. Электростанции мощностью ниже 30 МВт и 15 МВт в основном используются в провинции Сычуань, а мощности мощностью ниже 7 МВт в основном используются в Чунцине. Это связано с масштабами индустриальных парков. Электростанции мощностью около 30 МВт в основном используются в Цзянсу, а мощности от 50 МВт до 100 МВт в основном используются в промышленных парках провинции Гуандун, как правило, для распределенной энергетики или комбинированного производства тепла и электроэнергии. Электростанции мощностью выше 100 МВт в основном используются для регулирования пиковых нагрузок в крупных энергосистемах или в качестве электростанций с базовой нагрузкой. В нефтегазовой отрасли в основном используются мелкие. В горнодобывающей промышленности в основном используются мощности 7 МВт и 15 МВт, а в средней трубопроводной транспортировке - в основном 15 МВт и 30 МВт.
Система проектирования газовых турбин мощностью менее 30 МВт является относительно зрелой, как и система технологических материалов. Доходность ОБТ может достигать 85%. Промышленные газовые турбины по-прежнему должны ориентироваться на экономические показатели, технико-экономическую оценку или экономическую эффективность, а основным показателем оценки является уровень доходности.
Для газовых турбин среднего и большого размера у нас (отечественных) мало накопленного программного обеспечения для проектирования, проектных спецификаций и баз данных по некоторым материалам и процессам в нашей системе проектирования, поэтому эта система проектирования не очень зрелая, а уровень доходности невысокий. . F-уровень или ориентированный кристалл – это водораздел. Ниже ориентированного кристалла мы все еще достаточно уверены в себе, чтобы участвовать в международных соревнованиях. Выше ориентированного кристалла, на промышленном уровне, у нас все еще есть определенный пробел. Эта территория передана национальной сборной. Несколько центральных предприятий проводят фундаментальные исследования и разработки, а инвестиции в основные материалы и базовые процессы огромны.
Промышленная цепочка
В восходящей цепочке газотурбинной промышленности моей страны к производителям жаропрочных сплавов, титановых сплавов, композиционных материалов, алюминиевых сплавов и стали общего назначения относятся Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group и т. д. В средней части цепочки деталей и компонентов материалы отливаются, куются или используются другие процессы для изготовления лопаток турбин, валов и других деталей. Лезвия и другие детали формируются методом литья. Крупнейшие отечественные производители литья и ковки включают Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. и т. д. Затем последующие производители целых машин собирают различные детали в целые машины. Основные производители включают AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric и т. д.
Отрасли добывающей промышленности, особенно такие продукты, как жаропрочные сплавы, жаропрочные титановые сплавы, термобарьерные покрытия и современные керамические композиционные материалы, играют значительную роль в развитии национальной оборонной промышленности и производства высокотехнологичного оборудования. Отечественные газовые турбины в основном используются для выработки электроэнергии, а небольшое их количество используется для нагнетания воды, забора воздуха, создания наддува на нефтяных и газовых месторождениях, а также для питания судов и танков. Основное внимание уделяется распределенной выработке электроэнергии, комбинированному производству тепла и электроэнергии, трубопроводному транспорту природного газа, судовым двигательным установкам и механическому приводу. аспект. Газовые турбины моей страны имеют огромные потенциальные рынки в сфере распределенного энергоснабжения, станций наддува, промышленного производства электроэнергии и других областях, а политика поддерживает быстрое развитие отрасли. текущие крупномасштабные проекты моей страны, такие как «Передача газа с запада на восток», «Передача электроэнергии с запада на восток» и «Отвод воды с юга на север», а также быстрое развитие судостроительной промышленности моей страны. привели к быстрому увеличению спроса моей страны на газовые турбины.
Промышленная политика
В современной энергетической системе 14-й пятилетки газовые турбины также указаны в качестве ключевой технологии, что фактически ставит ее на один уровень с ядерной энергетикой, новыми энергосистемами, накоплением энергии и водородной энергетикой.
Государственная энергетическая инвестиционная корпорация реализовала два специальных проекта, один из которых является крупным проектом по газовым турбинам большой мощности, включая газовые турбины, работающие на водороде. Во Внутренней Монголии построена установка на чистом водороде, но она еще не введена в эксплуатацию. Акции электростанции Цзинмэнь выросли на 15%. Harbin Electric и Guangdong Electric Group, которая является Guangdong Energy Group, реализовали проект по смешиванию водорода в заливе Дайя, а Hangzhou Steam Turbine и Siemens реализовали проект по смешиванию водорода в Чжоушане.
Газовые турбины широко используются на газопроводе Запад-Восток и на морских нефтяных платформах. Как предприятие, связанное с военными, CNOOC также подверглась санкциям со стороны США и сталкивается с риском сокращения поставок. Во время российско-украинской войны закупленные Россией газовые турбины Siemens были задержаны при отправке в Канаду для ремонта, что нанесло ущерб энергетической безопасности. Локализация должна быть проведена как можно скорее.
Рыночное пространство
В 2022 году производство газовых турбин в моей стране составит 4,0563 миллиона киловатт, а спрос составит около 6,7986 миллиона киловатт.
Согласно статистике, объем рынка газовых турбин моей страны в 2022 году достиг 61,669 млрд юаней, из которых размер рынка микрогазовых турбин составил 893 млн юаней, объем рынка легких газовых турбин - 56,569 млрд юаней, а объем рынка тяжелых газовых турбин составила 4,207 млрд юаней.
Моя страна теперь имеет возможность самостоятельно производить легкие газовые турбины (мощностью ниже 50 МВт), а низкопроизводительные турбины можно даже экспортировать, но тяжелые газовые турбины (мощностью выше 50 МВт) по-прежнему в основном зависят от импорта, а основная технология в основном монополизирована международными производителями, такими как GE в США, Mitsubishi в Японии и Siemens в Германии. Есть риск «задохнуться» на внутреннем рынке. По данным Главного таможенного управления, импорт газовых турбин в 2022 году составит 4,161 миллиарда долларов США, а экспорт — 735 миллионов долларов США.
