1. Базовые знания о газовых турбинах

Газовые турбины в основном состоят из трех основных компонентов:. компрессор, камера сгорания, и турбина. Газотурбинный цикл принято называть простой цикл, которая является наиболее распространенной конфигурацией. Однако, сверхмощные газовые турбины часто используют комбинированный цикл схема для повышения эффективности. Исторически газовые турбины развивались по разным техническим направлениям. Аэродеривационные газовые турбины, Используемые в промышленности и судостроении, они производятся из модифицированных авиационных двигателей. В отличие от них, промышленные газовые турбины для тяжелых условий эксплуатации разработаны на основе традиционных концепций паровых турбин и используются в основном для механических приводов и крупномасштабной генерации электроэнергии.

Газовую турбину можно представить в виде трех секций слева направо:. компрессор (синий), камера сгорания (красная), и Турбина (желтая).

2. Классификация газовых турбин

Во всем мире десятки компаний занимаются исследованиями, проектированием и производством газовых турбин. В настоящее время четыре компании, которые полностью освоили технология газовых турбин для тяжелых условий эксплуатации это Дженерал Электрик (GE) Соединенных Штатов, Siemens Германии, Mitsubishi Heavy Industries (MHI) Японии (которая первоначально лицензировала технологию у Westinghouse в США), и Ansaldo Италии. По словам г-на Чэнь Сюэвэня, вице-председателя Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., не существует международного стандарта классификации моделей газовых турбин, и различия становятся все более размытыми. Исходя из имеющейся информации, газовые турбины можно классифицировать следующим образом:

2.1 Классификация по температуре горения (с шагом в 100°C):

• Дженерал Электрик (GE):
  • E-класс: 1100°C
  • F-класс: 1200°C
  • H-класс: 1400°C
• Mitsubishi Heavy Industries (MHI):
  • F-класс: 1400°C
  • G-класс: 1500°C
  • H-класс: Промежуточный продукт для испытаний
  • J-класс: 1600-1700°C
• Siemens:
  • Более старые модели (V64.3A, V84.3A, V94.3A): 6F-класс
  • Более новые модели (SGT6-5000F, SGT-8000H):
    • F-класс: 1200°C
    • H-класс: 1500°C

2.2 Классификация по мощности для сверхмощных газовых турбин:

Тяжелые газовые турбины для производства электроэнергии обычно классифицируются по мощности, когда температура сгорания находится в диапазоне от 1100°C до 1500°C:

• Класс B: ≤100 МВТ
• Класс E: 100-200 МВТ
• Класс F: 200-300 МВТ
• Класс G/H: 300-400 МВТ

Однако с ростом производительности газовых турбин этот метод классификации несколько устарел.

3. Разработка международных газовых турбин

Siemens:

The SGT5-8000H Супергазовая турбина - это флагманский продукт, весом 390 тонн (эквивалентно полностью заправленному топливом Airbus A380) и размерами 13,1 метра в длину, 4,9 метра в ширину и 4,9 метра в высоту. Мощность в комбинированном цикле составляет 595 МВТ, Он может обеспечить электроэнергией крупный промышленный город. Лопасти его турбины выдерживают температуру, превышающую 1500°C, превышая температуру на входе в турбину турбовентиляторных двигателей GE90 и реактивных двигателей F404. Скорость вращения кончика лопатки превышает 1700 км/ч, при этом на каждую лопасть действует центробежная сила, равная В 10 000 раз больше земного притяжения. Производственные допуски находятся в пределах десятки микрон, поскольку даже незначительные дефекты могут сделать клинок непригодным для использования. Часто говорят, что один клинок стоит как BMW.

Mitsubishi Heavy Industries (MHI):

The M701J супергазовая турбина с мощностью в комбинированном цикле 650 МВТ, оснащен 15-ступенчатым осевым компрессором с коэффициентом давления 23:1. Горелка и 4-ступенчатая осевая турбина имеют воздушное охлаждение, причем в первых трех ступенях используются такие передовые технологии, как высокотемпературные защитные покрытия, керамические термобарьерные покрытия, и высокоэффективное воздушно-пленочное охлаждение. При температуре на входе в турбину 1600°C, Это обеспечивает долговечность высокотемпературных компонентов. Инновации серии J направлены на снижение выбросов углекислого газа. В марте 2020 года MHI получила заказ на два M501JAC силовые агрегаты от Intermountain Power Authority в штате Юта, США. Эти турбины используют систему сухого сгорания с воздушным охлаждением и низким уровнем выбросов NOx и могут работать на мощности до 30% возобновляемое водородное топливо. По сравнению с угольными электростанциями аналогичной мощности, водородная система 30% снижает выбросы углерода на по телефону 75%, А водородная система 100% полностью исключает выбросы углерода. Целью завода является достижение 100% производство электроэнергии на основе возобновляемого водорода между 2025 и 2045 годами.

Дженерал Электрик (GE):

The Серия 9HA газовые турбины для тяжелых условий эксплуатации являются самыми эффективными газовыми турбинами комбинированного цикла во всем мире. Новейшие 9HA.02 Модель может похвастаться эффективностью комбинированного цикла, превышающей 64% и выходная мощность 826 МВТ, и превосходит своих конкурентов. GE использует передовые технологии Технология 3D-печати для производства ключевых компонентов, что еще больше повышает производительность и надежность.

Заключение

Газотурбинная промышленность продолжает развиваться благодаря инновациям в области материалов, технологий охлаждения и систем сгорания. Такие компании, как Siemens, Mitsubishi Heavy Industries и General Electric, лидируют в производстве турбин, которые отличаются беспрецедентной эффективностью, мощностью и экологической устойчивостью. Эти достижения не только удовлетворяют растущий спрос на энергию, но и соответствуют глобальным усилиям по сокращению выбросов углекислого газа и переходу на более чистые источники энергии.