1. Základní znalosti o plynových turbínách

Plynové turbíny se primárně skládají ze tří základních součástí: motoru. kompresor, spalovací komoraa turbína. Cyklus plynové turbíny se běžně označuje jako jednoduchý cyklus, což je nejpoužívanější konfigurace. Nicméně, těžké plynové turbíny často využívají kombinovaný cyklus systém pro zvýšení efektivity. Historicky se plynové turbíny vyvíjely různými technickými cestami. Plynové turbíny s aerodynamickou derivací, používané v průmyslových a námořních aplikacích, jsou odvozeny z upravených leteckých motorů. Naproti tomu, těžké průmyslové plynové turbíny jsou vyvinuty na základě tradičních koncepcí parních turbín a využívají se především pro mechanické pohony a výrobu energie ve velkém měřítku.

Plynovou turbínu si můžeme představit jako tři části zleva doprava:. kompresor (modrý), spalovací komora (červená)a turbína (žlutá).

2. Klasifikace plynových turbín

Výzkumem, konstrukcí a výrobou plynových turbín se celosvětově zabývají desítky společností. V současné době jsou čtyři společnosti, které plně zvládly technologie těžkých plynových turbín jsou General Electric (GE) Spojených států, Siemens Německa, Mitsubishi Heavy Industries (MHI) z Japonska (která si původně licencovala technologii od společnosti Westinghouse v USA) a Ansaldo Itálie. Podle pana Chen Xuewena, místopředsedy představenstva Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., neexistuje žádný mezinárodní standard pro klasifikaci modelů plynových turbín a rozdíly se stále více stírají. Na základě dostupných informací lze plynové turbíny klasifikovat takto:

2.1 Klasifikace podle teploty spalování (v krocích po 100 °C):

• General Electric (GE):
  • Třída E: 1100°C
  • Třída F: 1200°C
  • Třída H: 1400°C
• Mitsubishi Heavy Industries (MHI):
  • Třída F: 1400°C
  • Třída G: 1500°C
  • Třída H: Meziprodukt
  • Třída J: 1600-1700°C
• Siemens:
  • Starší modely (V64.3A, V84.3A, V94.3A): třída 6F
  • Novější modely (SGT6-5000F, SGT-8000H):
    • Třída F: 1200°C
    • Třída H: 1500°C

2.2 Klasifikace podle výkonu pro těžké plynové turbíny:

Těžké plynové turbíny pro výrobu elektrické energie se obvykle klasifikují podle výkonu, pokud se teplota spalování pohybuje mezi 1100 °C a 1500 °C:

• Třída B: ≤100MW
• Třída E: 100-200 MW
• Třída F: 200-300 MW
• Třída G/H: 300-400 MW

Vzhledem k rychlému vývoji výkonů plynových turbín je však tato klasifikační metoda poněkud zastaralá.

3. Vývoj mezinárodních plynových turbín

Siemens:

Ten/Ta/To SGT5-8000H super plynová turbína je stěžejním produktem, váží 390 tun (což odpovídá plně natankovanému Airbusu A380) a měří 13,1 metru na délku, 4,9 metru na šířku a 4,9 metru na výšku. S kombinovaným cyklickým výkonem 595MW, může zásobovat elektřinou velké průmyslové město. Lopatky turbíny snášejí teploty přesahující 1500°C, což překonává vstupní teploty turbín proudových motorů GE90 a F404. Otáčky na špičce lopatek překračují 1700 km/h, přičemž na každou lopatku působí odstředivé síly rovnající se 10 000násobek zemské gravitace. Výrobní tolerance jsou v rámci desítky mikronů, protože i drobné vady mohou způsobit nepoužitelnost čepele. Často se říká, že jedna čepel má hodnotu vozu BMW.

Mitsubishi Heavy Industries (MHI):

Ten/Ta/To M701J super plynové turbíny s kombinovaným výkonem cyklu 650 MW, je vybaven 15stupňovým axiálním kompresorem s tlakovým poměrem 23:1. Hořák a čtyřstupňová axiální turbína jsou chlazené vzduchem, přičemž první tři stupně využívají pokročilé technologie, jako např. vysokoteplotní ochranné nátěry, keramické tepelně bariérové nátěrya vysoce výkonné chlazení vzduchovou vrstvou. Při vstupní teplotě turbíny 1600°C, zajišťuje dlouhou životnost komponentů pracujících při vysokých teplotách. Inovace řady J se zaměřují na snížení emisí uhlíku. V březnu 2020 obdržela společnost MHI objednávku na dvě M501JAC pohonných jednotek od společnosti Intermountain Power Authority v americkém Utahu. Tyto turbíny využívají vzduchem chlazený suchý spalovací systém s nízkým obsahem NOx a mohou pracovat až na 100 % výkonu. 30% obnovitelné vodíkové palivo. V porovnání s uhelnými elektrárnami podobného výkonu snižuje vodíkový systém 30% emise uhlíku o. přes 75%, zatímco vodíkový systém 100% zcela eliminuje emise uhlíku. Cílem elektrárny je dosáhnout 100% výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů vodíku mezi lety 2025 a 2045.

General Electric (GE):

Ten/Ta/To Řada 9HA těžkých plynových turbín jsou celosvětově nejúčinnější plynové turbíny s kombinovaným cyklem. Nejnovější 9HA.02 se může pochlubit kombinovanou účinností přesahující 64% a výkonem 826MW, čímž překonává své konkurenty. Společnost GE využívá nejmodernější Technologie 3D tisku k výrobě klíčových komponentů, což dále zvyšuje výkon a spolehlivost.

Závěr

Průmysl plynových turbín se neustále vyvíjí díky inovacím v oblasti materiálů, technologií chlazení a spalovacích systémů. Společnosti jako Siemens, Mitsubishi Heavy Industries a General Electric jsou lídry v oblasti turbín, které nabízejí nebývalou účinnost, výkon a ekologickou udržitelnost. Tyto pokroky nejen uspokojují rostoucí poptávku po energii, ale jsou také v souladu s celosvětovým úsilím o snížení emisí uhlíku a přechod na čistší zdroje energie.