1. Podstawowa wiedza na temat turbin gazowych

Turbiny gazowe składają się przede wszystkim z trzech podstawowych komponentów: sprężarka, komora spalania, I turbina. Cykl turbiny gazowej jest powszechnie określany jako prosty cykl, która jest najczęściej używaną konfiguracją. Jednakże, turbiny gazowe do dużych obciążeń często zatrudniają cykl łączony w celu zwiększenia wydajności. W przeszłości turbiny gazowe ewoluowały wzdłuż różnych ścieżek technicznych. Lotnicze turbiny gazowe, wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych i morskich, pochodzą ze zmodyfikowanych silników lotniczych. W przeciwieństwie do nich, przemysłowe turbiny gazowe do dużych obciążeń zostały opracowane w oparciu o tradycyjne koncepcje turbin parowych i są wykorzystywane głównie do napędów mechanicznych i wytwarzania energii na dużą skalę.

Turbina gazowa może być wizualizowana jako trzy sekcje od lewej do prawej strony sprężarka (niebieska), komora spalania (czerwona), I turbina (żółta).

2. Klasyfikacja turbin gazowych

Na całym świecie dziesiątki firm zajmują się badaniami, projektowaniem i produkcją turbin gazowych. Obecnie cztery firmy, które w pełni opanowały technologia turbin gazowych do dużych obciążeń są General Electric (GE) Stanów Zjednoczonych, Siemens Niemiec, Mitsubishi Heavy Industries (MHI) Japonii (która początkowo licencjonowała technologię od Westinghouse w USA) oraz Ansaldo Włoch. Według pana Chen Xuewen, wiceprezesa Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., nie ma międzynarodowego standardu klasyfikacji modeli turbin gazowych, a rozróżnienia stają się coraz bardziej rozmyte. W oparciu o dostępne informacje, turbiny gazowe można sklasyfikować w następujący sposób:

2.1 Klasyfikacja według temperatury spalania (co 100°C):

• General Electric (GE):
  • Klasa E: 1100°C
  • Klasa F: 1200°C
  • Klasa H: 1400°C
• Mitsubishi Heavy Industries (MHI):
  • Klasa F: 1400°C
  • Klasa G: 1500°C
  • Klasa H: Pośredni produkt testowy
  • Klasa J: 1600-1700°C
• Siemens:
  • Starsze modele (V64.3A, V84.3A, V94.3A): klasa 6F
  • Nowsze modele (SGT6-5000F, SGT-8000H):
    • Klasa F: 1200°C
    • Klasa H: 1500°C

2.2 Klasyfikacja według mocy dla turbin gazowych o dużej mocy:

Turbiny gazowe o dużej mocy do wytwarzania energii są zwykle klasyfikowane według mocy, gdy temperatura spalania mieści się w zakresie od 1100°C do 1500°C:

• Klasa B≤100MW
• Klasa E: 100-200 MW
• Klasa F200-300 MW
• Klasa G/H: 300-400 MW

Jednak wraz z szybkim rozwojem mocy turbin gazowych, ta metoda klasyfikacji stała się nieco przestarzała.

3. Rozwój międzynarodowych turbin gazowych

Siemens:

Ten SGT5-8000H Super turbina gazowa jest flagowym produktem, ważącym 390 ton (odpowiednik w pełni zatankowanego Airbusa A380) i mierzącym 13,1 metra długości, 4,9 metra szerokości i 4,9 metra wysokości. Moc wyjściowa w cyklu łączonym wynosi 595 MW, może dostarczyć energię elektryczną do dużego miasta przemysłowego. Łopatki turbiny wytrzymują temperatury przekraczające 1500°C, przewyższając temperatury wlotu turbiny silników turbowentylatorowych GE90 i odrzutowych F404. Prędkość końcówki łopatki przekracza 1700 km/h, poddając każdą łopatkę działaniu sił odśrodkowych równoważnych 10 000 razy grawitacja ziemska. Tolerancje produkcyjne mieszczą się w zakresie dziesiątki mikronów, ponieważ nawet niewielkie wady mogą sprawić, że ostrze będzie bezużyteczne. Często mówi się, że pojedyncze ostrze jest warte tyle, co BMW.

Mitsubishi Heavy Industries (MHI):

Ten M701J Super turbina gazowa o mocy wyjściowej w cyklu łączonym wynoszącej 650 MW, Posiada 15-stopniową sprężarkę osiową o stosunku ciśnień wynoszącym 23:1. Palnik i 4-stopniowa turbina osiowa są chłodzone powietrzem, a pierwsze trzy stopnie wykorzystują zaawansowane technologie, takie jak wysokotemperaturowe powłoki ochronne, ceramiczne powłoki barierowe, I Wysokowydajne chłodzenie powietrzem. Przy temperaturze wlotowej turbiny wynoszącej 1600°C, Zapewnia to długą żywotność komponentów pracujących w wysokich temperaturach. Innowacje serii J koncentrują się na redukcji emisji dwutlenku węgla. W marcu 2020 r. firma MHI otrzymała zamówienie na dwa M501JAC od Intermountain Power Authority w stanie Utah w USA. Turbiny te wykorzystują chłodzony powietrzem, suchy system spalania o niskiej zawartości NOx i mogą pracować z maksymalnie 30% odnawialne paliwo wodorowe. W porównaniu z elektrowniami węglowymi o podobnej mocy, system wodorowy 30% zmniejsza emisję dwutlenku węgla o ponad 75%, podczas gdy system wodorowy 100% całkowicie eliminuje emisję dwutlenku węgla. Zakład ma na celu osiągnięcie 100% wytwarzanie energii elektrycznej z wodoru odnawialnego w latach 2025-2045.

General Electric (GE):

Ten Seria 9HA są najbardziej wydajnymi turbinami gazowymi pracującymi w cyklu kombinowanym na świecie. Najnowsze 9HA.02 Model ten może pochwalić się wydajnością cyklu łączonego przekraczającą 64% i moc wyjściową 826 MW, przewyższając swoich konkurentów. GE wykorzystuje najnowocześniejsze Technologia druku 3D do produkcji kluczowych komponentów, jeszcze bardziej zwiększając wydajność i niezawodność.

Wniosek

Branża turbin gazowych wciąż się rozwija, napędzana innowacjami w zakresie materiałów, technologii chłodzenia i systemów spalania. Firmy takie jak Siemens, Mitsubishi Heavy Industries i General Electric są liderami w dziedzinie turbin, które oferują niespotykaną dotąd wydajność, moc wyjściową i zrównoważony rozwój. Postępy te nie tylko zaspokajają rosnące zapotrzebowanie na energię, ale także są zgodne z globalnymi wysiłkami na rzecz ograniczenia emisji dwutlenku węgla i przejścia na czystsze źródła energii.