Grundkonzepte
Gemäß dem „Gas Turbine Vocabulary“ (GB/T 15135-2018) bezieht sich eine Gasturbine auf eine kontinuierlich strömende rotierende Maschine (einzelne Maschine), die thermische Energie in mechanische Arbeit umwandelt, einschließlich eines Kompressors und einer Ausrüstung zum Erhitzen Arbeitsflüssigkeit (z. B. eine Brennkammer), eine Turbine, ein Steuersystem und Hilfsgeräte.
Industriegasturbinentriebwerke, im Allgemeinen als Gasturbinen oder Turbinen, Industriegasmotoren bezeichnet, sind im Wesentlichen dasselbe wie Luftfahrtturbinengastriebwerke (sogenannte Flugmotoren), die Anwendungsszenarien unterscheiden sich jedoch geringfügig. Sie komprimieren Hochdruckgas in einer Brennkammer und wandeln durch die Reaktion chemischer Energie die chemische Energie über eine Turbine in mechanische Arbeit um (die Transliteration von Turbine).
Als Energieumwandlungsgerät ist eine Gasturbine ein Flugzeugtriebwerk, das beim Flug am Himmel Flugkerosin in mechanische Energie für den Propeller umwandelt; Eine am Boden eingesetzte Gasturbine wandelt Erdgas und Öl in mechanische Energie für den Generator um.
Dampfturbinen, Verbrennungsmotoren und Gasturbinen wurden zunächst für den Einsatz auf Kriegsschiffen entwickelt. Vor dem Ersten Weltkrieg wurden Dampfturbinen eingesetzt, im Ersten und Zweiten Weltkrieg wurden Verbrennungsmotoren eingesetzt und nach dem Zweiten Weltkrieg wurden Gasturbinen für Kriegsschiffe entwickelt. Sie waren eine Modifikation von Flugzeugmotoren und wurden hauptsächlich auf großen Überwasserschiffen eingesetzt.
Gasturbinen haben mehrere Eigenschaften:
Erstens kann der theoretische Energieumwandlungswirkungsgrad 88 % erreichen, was das Gerät mit dem bislang höchsten Energieumwandlungswirkungsgrad der Welt ist. Brennstoffzellen sollen einen Umwandlungswirkungsgrad von 90 % erreichen können, ihre vollständige Kommerzialisierung ist jedoch noch nicht erfolgt; Der theoretische Energieumwandlungswirkungsgrad von Verbrennungsmotoren liegt bei 88 %, was seit Jahrzehnten erprobt ist.
Zweitens ist die Verbrennungstemperatur von Gasturbinen relativ hoch und der Ausstoß schädlicher Gase relativ gering.
Drittens ist die Leistungsdichte relativ groß. Eine einzelne Maschine von der Größe eines Containers kann einen Zerstörer mit Energie versorgen; Zwei Container reichen grundsätzlich für die zivile Stromversorgung eines Landkreises. Dampfturbinen sind sehr groß, wie Dieselmotoren und Verbrennungsmotoren mit einer Leistung von mehr als 10 Megawatt, bei denen es sich im Grunde um große Geräte mit einem Gewicht von Tausenden Tonnen und einer Höhe von mehreren Dutzend Metern handelt.
Viertens sind Gasturbinen nicht wie Verbrennungsmotoren, bei denen es sich um Taktmotoren handelt, bei denen alle vier Takte einmal Arbeit verrichtet wird. Gasturbinen arbeiten kontinuierlich und die Turbine ist eine Wirbellinie. Es handelt sich um eine Wärmekraftmaschine mit der höchsten Energieumwandlungseffizienz, die chemische Energie in thermische Energie und mechanische Energie umwandelt.
In den 1970er Jahren hielten Gasturbinen Einzug in die US-Ölindustrie und führten zur Entwicklung von Industriegasturbinen. Flugzeugtriebwerke erfordern eine relativ hohe Leistung, sind relativ hochentwickelt und haben eine relativ kurze Lebensdauer; Industriemotoren müssen nicht an Gewicht eingespart werden, sind sehr robust gebaut und erfordern eine relativ lange Lebensdauer. Etwa in den 1980er Jahren gelangte es mit der Entwicklung von Erdgas in die Energiewirtschaft.
Nach dem Zweiten Weltkrieg war das technische Niveau der Vereinigten Staaten nicht sehr hoch. Die früheste Übernahme erfolgte durch italienische Unternehmen, die die Hauptstadt rotierender Maschinen in Europa sind. Das typische britische Unternehmen ist Rolls-Royce, das Flugzeugmotoren herstellt. Im Allgemeinen stellen Unternehmen, die Flugzeugtriebwerke herstellen, Gasturbinen her. Das deutsche Unternehmen Siemens wurde in ganz Europa übernommen und erwarb auch die Flugzeugmodifikation von Rolls-Royce. Russlands Gasturbinen entstehen hauptsächlich in Zusammenarbeit mit der Ukraine. Die Entwürfe stammen alle aus Russland und einige der Produktionsstandorte befinden sich in Mariupol, Ukraine.
In den letzten Jahrzehnten hat nur Mitsubishi aus Japan eine echte Hochleistungsgasturbine entwickelt, und Kawasaki stellt kleinere her, sodass es immer noch eine gewisse Schwelle gibt. Kleine und mittlere Gasturbinen werden überwiegend von GE betrieben, vor allem für militärische Zwecke. Die Mainstream-Zerstörer sind meist GE, das LM-2500-Modell. Siemens erwarb einige seiner kleinen Gasturbinen im britischen Lincoln mit einer Leistung von weniger als 15 MW und einige im schwedischen Finspång. Das beste Unternehmen bei kleinen Gasturbinen ist Solar in den USA, das sehr nah an seinen Kunden ist und den weltweit höchsten Marktanteil bei kleinen Gasturbinen mit einer Leistung von weniger als 15 MW hat.
Einstufung
Je nach Bauform und Ausgangsleistung lassen sich Gasturbinen in drei Kategorien einteilen: Mikro-, Leicht- und Schwergasturbinen. Darunter können Mikro- und Leichtgasturbinen aus Flugzeugtriebwerken (auch bekannt als „Aero-to-Gas“) mit einer Leistung von üblicherweise 50 MW modifiziert werden und in der industriellen Stromerzeugung, Schiffsenergie, Pipeline-Boosting und Tanks eingesetzt werden Lokomotiven, dezentrale Stromerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung. Hochleistungsgasturbinen haben eine Leistung von mehr als 50 MW und werden hauptsächlich als stationäre Generatoren an Land, beispielsweise in städtischen Stromnetzen, eingesetzt.
Hochleistungsgasmotoren werden im Allgemeinen nach der Temperatur klassifiziert. Die Klassen E, F, G und H entsprechen unterschiedlichen Verbrennungstemperaturen. Aus technischer Sicht ist es besser, sie anhand der Temperaturbeständigkeit der Legierung zu klassifizieren.
In China handelt es sich im Wesentlichen um kleine Gasturbinen. Kleine Gasturbinen werden im Allgemeinen nach Struktur klassifiziert: einachsig, zweiachsig, dreiachsig, aeromodifiziert, industriell und selten nach Temperatur klassifiziert, da die Temperatur kleiner Gasturbinen im Vergleich zu Hochleistungsgasturbinen nicht so hoch ist Turbinen. Diejenigen mit einer Leistung unter 30 Megawatt sind eigentlich gleichachsige Kristalle, also E-Klasse. Dies ist nicht absolut und einige fortgeschrittenere haben die F-Klasse erreicht. Die E-Klasse wurde 1995 in China versuchsweise hergestellt. Etwa 50 Megawatt entsprechen wahrscheinlich der F-Klasse, bei der es sich um orientierte Kristalle handelt. China hat die Sorte im Jahr 2005 versuchsweise hergestellt, und jetzt verfügen wir über alle diese Materialien. Die fortschrittlichsten Gasturbinen haben die H-Klasse erreicht, und wir verfügen jetzt über unsere Einkristalle der zweiten Generation.
Im Allgemeinen werden Anlagen mit einer Leistung unter 1 MW als Mikrogasturbinen bezeichnet. Tatsächlich werden für Mikrogasturbinen im Ausland aufgrund der niedrigen Temperatur keine so guten Legierungen verwendet. Sie verwenden einige Spezialstähle und selten gleichachsige Kristalle. Bei solchen um die 15 MW handelt es sich um sogenannte Kleingasturbinen, bei denen überwiegend gleichachsige Kristalle zum Einsatz kommen. Es gibt auch einige Spezialfirmen im Ausland, die Spezialstähle verwenden, diese aber aufgrund der besonders guten Beschichtung besser machen. Kleine und mittlere 30- bis 50-MW-Kristalle verwenden im Allgemeinen stärker ausgerichtete Kristalle, d. h. F-Klasse. Größere verwenden Einkristalle der ersten und zweiten Generation, unsere heimischen Marken.
Kleine und mittlere Gasturbinen sowie Mikrogasturbinen werden hauptsächlich in der dezentralen Energieversorgung und Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt. Anlagen mit einer Leistung unter 30 MW und 15 MW werden hauptsächlich in Sichuan und Anlagen mit einer Leistung unter 7 MW hauptsächlich in Chongqing eingesetzt. Dies hängt mit der Größe seiner Industrieparks zusammen. Kraftwerke mit einer Leistung von etwa 30 MW werden hauptsächlich in Jiangsu genutzt, und solche mit einer Leistung von 50 bis 100 MW werden überwiegend in Industrieparks in Guangdong eingesetzt, im Allgemeinen für dezentrale Energieversorgung oder Kraft-Wärme-Kopplung. Anlagen über 100 MW werden hauptsächlich für die Spitzenregulierung einiger großer Stromnetze oder als Grundlastkraftwerke eingesetzt. Die Öl- und Gasindustrie verwendet grundsätzlich kleine Anlagen. In der Upstream-Bergbauindustrie werden meist 7 MW und 15 MW eingesetzt, und der Midstream-Pipeline-Transport beträgt hauptsächlich 15 MW und 30 MW.
Das Konstruktionssystem von Gasturbinen unter 30 MW ist relativ ausgereift, und auch das Prozessmaterialsystem ist relativ ausgereift. Die Ausbeute von OBT kann 85 % erreichen. Bei Industriegasturbinen muss der Schwerpunkt weiterhin auf der wirtschaftlichen Leistung, der technischen und wirtschaftlichen Bewertung oder der Kostenleistung liegen, und der wichtigste Bewertungsindikator ist die Ausbeute.
Für mittelgroße und große Gasturbinen verfügen wir (im Inland) nur über eine geringe Anhäufung von Konstruktionssoftware, Konstruktionsspezifikationen und Datenbanken einiger Materialien und Prozesse in unserem Konstruktionssystem, sodass dieses Konstruktionssystem nicht sehr ausgereift ist und die Ausbeute nicht hoch ist . F-Level oder orientierter Kristall ist ein Wendepunkt. Unterhalb des orientierten Kristalls sind wir immer noch zuversichtlich genug, am internationalen Wettbewerb teilzunehmen. Oberhalb des orientierten Kristalls gibt es auf industrieller Ebene immer noch eine gewisse Lücke. Dieser Bereich wird der Nationalmannschaft übergeben. Mehrere zentrale Unternehmen betreiben grundlegende Forschung und Entwicklung, und die Investitionen in Grundmaterialien und Grundprozesse sind enorm.
Industriekette
Zu den Herstellern von Hochtemperaturlegierungen, Titanlegierungen, Verbundwerkstoffen, Aluminiumlegierungen und allgemeinem Stahl gehören Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group usw. im Vorfeld der Gasturbinenindustriekette meines Landes. Zur Herstellung von Turbinenschaufeln, Wellen und anderen Teilen werden Materialien gegossen, geschmiedet oder andere Prozesse angewendet. Klingen und andere Teile werden im Gussverfahren geformt. Zu den wichtigsten inländischen Herstellern von Guss- und Schmiedeteilen gehören Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. usw. Anschließend bauen nachgelagerte Hersteller ganzer Maschinen verschiedene Teile zu ganzen Maschinen zusammen. Zu den wichtigsten Herstellern gehören AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric usw.
Vorgelagerte Industrien, insbesondere Produkte wie Hochtemperaturlegierungen, Hochtemperatur-Titanlegierungen, Wärmedämmschichten und fortschrittliche Keramikverbundwerkstoffe, spielen eine wichtige Rolle bei der Förderung der nationalen Verteidigungsindustrie und der Herstellung hochwertiger Ausrüstung. Inländische Gasturbinen werden hauptsächlich zur Stromerzeugung verwendet, und eine kleine Anzahl wird zur Wassereinspritzung, Luftansaugung, Druckbeaufschlagung in Öl- und Gasfeldern sowie zur Schiffs- und Tankenergie eingesetzt. Der Schwerpunkt liegt auf dezentraler Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplung, Erdgastransport, Schiffsantrieb und mechanischem Antrieb. Aspekt. Die Gasturbinen meines Landes verfügen über riesige potenzielle Märkte in der dezentralen Energieversorgung, in Druckstationen, in der industriellen Stromerzeugung und in anderen Bereichen, und die Politik unterstützt die schnelle Entwicklung der Branche. die aktuellen Großprojekte meines Landes wie die „West-Ost-Gasübertragung“, die „West-Ost-Stromübertragung“ und die „Süd-Nord-Wasserumleitung“ sowie die rasante Entwicklung der Schiffbauindustrie meines Landes haben zu einem raschen Anstieg der Nachfrage meines Landes nach Gasturbinen geführt.
Industriepolitik
Auch das moderne Energiesystem des 14. Fünfjahresplans listet Gasturbinen als zentrale Schlüsseltechnologie auf und stellt sie damit grundsätzlich auf die gleiche Stufe wie Kernenergie, neue Energiesysteme, Energiespeicherung und Wasserstoffenergie.
Die State Power Investment Corporation hat zwei Sonderprojekte durchgeführt, eines davon ist ein Großprojekt für Hochleistungsgasturbinen, darunter wasserstoffgemischte Gasturbinen. In der Inneren Mongolei wurde ein reines Wasserstoffkraftwerk gebaut, aber noch nicht in Betrieb genommen. Das Kraftwerk Jingmen hat 15 % beigemischt. Harbin Electric und die Guangdong Electric Group, also die Guangdong Energy Group, haben ein Projekt zur Wasserstoffmischung in Daya Bay durchgeführt, und Hangzhou Steam Turbine und Siemens haben ein Projekt zur Wasserstoffmischung in Zhoushan durchgeführt.
Gasturbinen werden häufig in der West-Ost-Gaspipeline und auf Offshore-Ölplattformen eingesetzt. Als militärbezogenes Unternehmen wurde CNOOC auch von den Vereinigten Staaten sanktioniert und ist dem Risiko von Lieferkürzungen ausgesetzt. Während des russisch-ukrainischen Krieges wurden die von Russland gekauften Siemens-Gasturbinen festgehalten, als sie zur Reparatur nach Kanada geschickt wurden, was die Energiesicherheit beeinträchtigte. Die Lokalisierung muss schnellstmöglich erfolgen.
Marktraum
Im Jahr 2022 wird die Gasturbinenproduktion meines Landes 4,0563 Millionen Kilowatt betragen, und der Bedarf wird etwa 6,7986 Millionen Kilowatt betragen.
Laut Statistik erreichte die Größe des Gasturbinenmarktes meines Landes im Jahr 2022 61,669 Milliarden Yuan, wovon die Marktgröße von Mikrogasturbinen 893 Millionen Yuan, die Marktgröße von Leichtgasturbinen 56,569 Milliarden Yuan und die Marktgröße von betrug schwere Gasturbinen betrug 4,207 Milliarden Yuan.
Mein Land ist jetzt in der Lage, selbstständig leichte Gasturbinen (Leistung unter 50 MW) zu produzieren, und Low-End-Turbinen können sogar exportiert werden, schwere Gasturbinen (Leistung über 50 MW) sind jedoch immer noch grundsätzlich von Importen abhängig, und die Kerntechnologie ist im Grunde genommen von Importen abhängig von internationalen Herstellern wie GE in den USA, Mitsubishi in Japan und Siemens in Deutschland monopolisiert. Es besteht die Gefahr, auf dem heimischen Markt „erstickt“ zu werden. Nach Angaben der Allgemeinen Zollverwaltung werden sich die Importe von Gasturbinen im Jahr 2022 auf 4,161 Milliarden US-Dollar und die Exporte auf 735 Millionen US-Dollar belaufen.
