מושגים בסיסיים
על פי "אוצר המילים של טורבינת הגז" (GB/T 15135-2018), טורבינת גז מתייחסת למכונה מסתובבת בזרימה מתמשכת (מכונה בודדת) הממירה אנרגיה תרמית לעבודה מכנית, כולל מדחס, ציוד לחימום נוזל עבודה (כגון תא בעירה), טורבינה, מערכת בקרה וציוד עזר.
מנועי טורבינת גז תעשייתיים, המכונים בדרך כלל טורבינות גז או טורבינות, מנועי גז תעשייתיים, הם בעצם אותו הדבר כמו מנועי גז טורבינות תעופה (המכונים מנועי תעופה), אך תרחישי היישום שונים במקצת. הם דוחסים גז בלחץ גבוה לתוך תא בעירה, ובאמצעות תגובה של אנרגיה כימית הופכים את האנרגיה הכימית לעבודה מכנית באמצעות טורבינה (התעתיק של טורבינה).
כמכשיר להמרת אנרגיה, טורבינת גז היא מנוע מטוס הממיר נפט תעופתי לאנרגיה מכנית עבור המדחף בעת טיסה בשמים; טורבינת גז המשמשת על הקרקע ממירה גז טבעי ונפט לאנרגיה מכנית עבור הגנרטור.
טורבינות קיטור, מנועי בעירה פנימית וטורבינות גז פותחו לראשונה לשימוש בספינות מלחמה. טורבינות קיטור שימשו לפני מלחמת העולם הראשונה, מנועי בעירה פנימית שימשו במהלך מלחמת העולם הראשונה ומלחמת העולם השנייה, וטורבינות גז לספינות מלחמה פותחו לאחר מלחמת העולם השנייה. הם שונו ממנועי מטוסים ושימשו בעיקר על ספינות שטח גדולות.
לטורבינות גז יש מספר מאפיינים:
ראשית, יעילות המרת האנרגיה התיאורטית יכולה להגיע ל-88%, שזה המכשיר עם יעילות המרת האנרגיה הגבוהה ביותר בעולם עד כה. אומרים שתאי דלק מסוגלים להשיג יעילות המרה של 90%, אך הם עדיין לא ממוסחרים במלואם; יעילות המרת האנרגיה התיאורטית של מנועי בעירה היא 88%, אשר נבדקה במשך עשרות שנים.
שנית, טמפרטורת הבעירה של טורבינות גז גבוהה יחסית, ופליטת גזים מזיקים נמוכה יחסית.
שלישית, צפיפות ההספק גדולה יחסית. מכונה בודדת בגודל של מיכל יכולה לספק אנרגיה למשחית; שתי מכולות מספיקות בעצם לחשמל האזרחי של מחוז. טורבינות קיטור גדולות מאוד, כמו מנועי דיזל ומנועי בעירה פנימית בהספק של יותר מ-10 מגה וואט, שהם בעצם מכשירים גדולים במשקל של אלפי טונות וגובה עשרות מטרים.
רביעית, טורבינות גז אינן כמו מנועי בעירה פנימית, שהם מסוג שבץ, והעבודה מתבצעת אחת ל-4 פעימות. טורבינות גז עובדות ברציפות, והטורבינה היא קו מערבולת. זהו מכשיר מנוע תרמי עם יעילות המרת האנרגיה הגבוהה ביותר, הממיר אנרגיה כימית לאנרגיה תרמית ולאנרגיה מכנית.
בשנות ה-70 נכנסו טורבינות גז לתעשיית הנפט האמריקאית, והולידו טורבינות גז תעשייתיות. מנועי מטוסים דורשים ביצועים גבוהים יחסית, מתוחכמים יחסית ובעלי אורך חיים קצר יחסית; מנועים תעשייתיים אינם צריכים להפחית משקל, עשויים יציבים מאוד ודורשים תוחלת חיים ארוכה יחסית. בסביבות שנות ה-80, עם פיתוח הגז הטבעי, הוא נכנס לתעשיית החשמל.
לאחר מלחמת העולם השנייה, הרמה הטכנית של ארצות הברית לא הייתה גבוהה במיוחד. הרכישה המוקדמת ביותר הייתה של חברות איטלקיות, שהן בירת הציוד המסתובב באירופה. החברה הבריטית האופיינית היא רולס רויס, המייצרת מנועי מטוסים. בדרך כלל, חברות המייצרות מנועי מטוסים ייצרו טורבינות גז. סימנס הגרמנית נרכשה בכל רחבי אירופה, וגם רכשה את שינוי המטוס של רולס רויס. טורבינות הגז של רוסיה הן בעיקר בשיתוף פעולה עם אוקראינה. העיצובים כולם ברוסיה, וחלק מבסיסי הייצור נמצאים במריופול, אוקראינה.
בעשורים האחרונים רק מיצובישי היפנית פיתחה טורבינת גז כבדה של ממש, וקוואסאקי מייצרת כאלה קטנות יותר, כך שעדיין יש סף מסוים. טורבינות גז קטנות ובינוניות הן בעיקר GE, במיוחד לשימוש צבאי. המשחתות המיינסטרים הן בעיקר GE, דגם LM-2500. סימנס רכשה חלק מטורבינות הגז הקטנות שלה בלינקולן, בריטניה, בהספק של פחות מ-15 מגה-וואט, וחלקן ב-Finspång, שבדיה. החברה הטובה ביותר בטורבינות גז קטנות היא סולאר בארה"ב, הקרובה מאוד ללקוחותיה ובעלת נתח השוק הגבוה בעולם לטורבינות גז קטנות בהספק של פחות מ-15 מגוואט.
מִיוּן
על פי הצורה המבנית והספק התפוקה, ניתן לחלק את טורבינות הגז לשלוש קטגוריות: מיקרו, קל וכבד. ביניהן, ניתן לשנות טורבינות גז מיקרו וקלות ממנועי מטוסים (הידועים גם כ"אוויר-לגז"), עם הספק בדרך כלל בטווח של 50MW, וניתן להשתמש בהן בייצור חשמל תעשייתי, כוח אוניות, הגברת צינורות, טנק קטרים, ייצור חשמל מבוזר ומשולב חום וכוח. טורבינות גז כבדות בעלות הספק של יותר מ-50MW והן משמשות בעיקר כגנרטורים קבועים ביבשה, כמו רשתות חשמל עירוניות.
מנועי גז כבדים מסווגים בדרך כלל לפי טמפרטורה. Class E, F, G ו-H תואמים לטמפרטורות בעירה שונות. מנקודת מבט הנדסית, עדיף יותר לסווג אותם על סמך יכולת נשיאת הטמפרטורה של הסגסוגת.
בסין, זה בעצם טורבינות גז קטנות. טורבינות גז קטנות מסווגות בדרך כלל לפי מבנה: חד-ציר, דו-צירי, תלת-צירי, אוירו-מודפי, תעשייתי, ולעיתים נדירות מסווגות לפי טמפרטורה, מכיוון שהטמפרטורה של טורבינות גז קטנות לא כל כך גבוהה בהשוואה לגז כבד. טורבינות. אלה עם רמות הספק מתחת ל-30 מגה וואט הם למעשה גבישים בעלי שווי ציר, כלומר בדרגה E. זה לא מוחלט, וכמה מתקדמים יותר הגיעו לדרגת F. E-grade הופק בניסיון בסין בשנת 1995. כ-50 מגה וואט כנראה תואמים ל-F-grade, שהוא קריסטל מכוון. סין ייצרה את הציון בניסיון בשנת 2005, וכעת יש לנו את כל החומרים הללו. טורבינות הגז המתקדמות ביותר הגיעו לדרגת H, וכעת יש לנו את הדור השני של גבישים בודדים.
בדרך כלל, אלה מתחת ל-1 MW נקראים טורבינות מיקרו-גז. למעשה, טורבינות מיקרו-גז בחו"ל אינן משתמשות בסגסוגות כל כך טובות בגלל הטמפרטורה הנמוכה. הם משתמשים בכמה פלדות מיוחדות, ולעתים רחוקות משתמשים בגבישים בעלי שווי ציר. אלה בסביבות 15 MW נקראות טורבינות גז קטנות, שמשתמשות בעיקר בגבישים בעלי שווי ציר. יש גם כמה חברות מיוחדות בחו"ל שמשתמשות בפלדות מיוחדות, אבל בגלל שהציפויים שלהן טובים במיוחד, הם עשויים טוב יותר. קטנים ובינוניים 30~50 MW משתמשים בדרך כלל בקריסטלים מכוונים יותר, כלומר בדרגת F. גדולים יותר משתמשים בקריסטלים בודדים מהדור הראשון והשני, שהם המותגים המקומיים שלנו.
טורבינות גז קטנות ובינוניות ומיקרו משמשות בעיקר בכוח מבוזר וחום וכוח משולב. אלה מתחת ל-30 MW ו-15 MW משמשים בעיקר בסצ'ואן, ואלה מתחת ל-7 MW משמשים בעיקר בצ'ונגצ'ינג. זה קשור לקנה המידה של פארקי התעשייה שלה. אלה בסביבות 30 MW משמשים בעיקר בג'יאנגסו, ואלה מ-50 MW עד 100 MW משמשים בעיקר בפארקים תעשייתיים בגואנגדונג, בדרך כלל להספק מבוזר או חום וכוח משולב. אלה מעל 100 מגה וואט משמשים בעצם לוויסות שיא של רשת חשמל גדולה או כתחנות כוח בסיס. תעשיית הנפט והגז משתמשת בעצם בקטנים. בתעשיית הכרייה במעלה הזרם, משתמשים בעיקר ב-7 MW ו-15 MW, והובלת הצינורות באמצע הזרם היא בעיקר 15 MW ו-30 MW.
מערכת התכנון של טורבינות גז מתחת ל-30 מגוואט בוגרת יחסית, וגם מערכת החומרים בתהליך בוגרת יחסית. שיעור התשואה של OBT יכול להגיע ל-85%. טורבינות גז תעשייתיות עדיין צריכות להתמקד בביצועים כלכליים, בהערכה טכנית וכלכלית, או בביצועי עלות, ואינדיקטור ההערכה העיקרי הוא שיעור התשואה.
עבור טורבינות גז בינוניות וגדולות, יש לנו (בבית) הצטברות מועטה של תוכנות תכנון, מפרטי תכנון ומאגרי מידע של כמה חומרים ותהליכים במערכת התכנון שלנו, כך שמערכת התכנון הזו לא מאוד בשלה ושיעור התשואה אינו גבוה . גביש ברמת F או מכוון הוא קו פרשת מים. מתחת לקריסטל מכוון, אנחנו עדיין בטוחים מספיק כדי להשתתף בתחרות בינלאומית. מעל גביש מכוון, ברמה התעשייתית, עדיין יש לנו פער מסוים. אזור זה נמסר לנבחרת הלאומית. כמה מפעלים מרכזיים עושים מחקר ופיתוח בסיסיים, וההשקעה בחומרים בסיסיים ובתהליכים בסיסיים היא עצומה.
שרשרת תעשייתית
במעלה הזרם של שרשרת תעשיית טורבינות הגז של ארצי, יצרנים של סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, סגסוגות טיטניום, חומרים מרוכבים, סגסוגות אלומיניום ופלדה כללית כוללים את Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group, וכו'. בקישור החלקים והרכיבים באמצע הזרם, חומרים נוצקים, מחושלים או תהליכים אחרים מופעלים לייצור להבי טורבינה, פירים וחלקים אחרים. להבים וחלקים אחרים נוצרים בתהליך היציקה. יצרני היציקה והפרזול המקומיים העיקריים כוללים את Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. וכו'. לאחר מכן, יצרני מכונות שלמות במורד הזרם מרכיבים חלקים שונים למכונות שלמות. היצרנים הגדולים כוללים את AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric וכו'.
לתעשיות במעלה הזרם, במיוחד למוצרים כגון סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, סגסוגות טיטניום בטמפרטורה גבוהה, ציפוי מחסום תרמי וחומרים מרוכבים קרמיים מתקדמים, יש תפקיד משמעותי בקידום התעשייה הביטחונית הלאומית וייצור ציוד מתקדם. טורבינות גז ביתיות משמשות בעיקר לייצור חשמל, וחלקן מצומצם משמשות להזרקת מים, כניסת אוויר, הפעלת לחץ בשדות נפט וגז וכוח אוניות ומכלים. ההתמקדות היא בייצור חשמל מבוזר, חום וכוח משולב, הובלת צינורות גז טבעי, הנעת אוניות והנעה מכנית. אַספֶּקט. לטורבינות הגז של ארצי יש שווקים פוטנציאליים עצומים באספקת אנרגיה מבוזרת, תחנות לחץ, ייצור חשמל תעשייתי ותחומים אחרים, ומדיניות תומכת בהתפתחות המהירה של התעשייה. הפרויקטים הנוכחיים בקנה מידה גדול של ארצי, כגון "הולכת גז ממערב למזרח", "הולכת חשמל ממערב למזרח" ו"הסטת מים מדרום לצפון" וכן הפיתוח המהיר של תעשיית בניית הספינות במדינה שלי הובילו לעלייה מהירה בביקוש של ארצי לטורבינות גז.
מדיניות תעשייתית
מערכת האנרגיה המודרנית של תוכנית החומש ה-14 מפרטת גם את טורבינות הגז כטכנולוגיית מפתח מרכזית, ובעצם ממקמת אותה באותה רמה כמו אנרגיה גרעינית, מערכות חשמל חדשות, אגירת אנרגיה ואנרגיית מימן.
State Power Investment Corporation ביצעה שני פרויקטים מיוחדים, האחד הוא פרויקט גדול לטורבינות גז כבדות, כולל טורבינות גז מעורבות במימן. מימן טהור נבנה במונגוליה הפנימית אך טרם הופעל. תחנת הכוח ג'ינגמן השתלבה ב-15%. Harbin Electric ו-Guangdong Electric Group, שהיא Guangdong Energy Group, עשו פרויקט מימן מימן במפרץ Daya, ו-Hangzhou Steam Turbine וסימנס עשו פרויקט מימן מימן בג'ושאן.
טורבינות גז נמצאות בשימוש נרחב בצינור הגז המערבי-מזרחי ובפלטפורמות נפט ימיות. כמיזם הקשור לצבא, CNOOC קיבל גם סנקציות על ידי ארצות הברית ועומד בפני סיכון של קיצוץ באספקה. במהלך המלחמה הרוסית-אוקראינית, עוכבו טורבינות הגז של סימנס שנרכשו על ידי רוסיה כאשר נשלחו לקנדה לתיקון, מה שהשפיע על ביטחון האנרגיה. יש לבצע לוקליזציה בהקדם האפשרי.
מרחב שוק
בשנת 2022, ייצור טורבינות הגז במדינה שלי יהיה 4.0563 מיליון קילוואט, והביקוש יהיה כ-6.7986 מיליון קילוואט.
לפי הסטטיסטיקה, גודל שוק טורבינות הגז של ארצי הגיע ל-61.669 מיליארד יואן בשנת 2022, מתוכם גודל השוק של טורבינות גז מיקרו היה 893 מיליון יואן, גודל השוק של טורבינות גז קלות היה 56.569 מיליארד יואן, וגודל השוק של טורבינות גז כבדות היו 4.207 מיליארד יואן.
למדינה שלי יש כעת את היכולת לייצר באופן עצמאי טורבינות גז קלות (הספק מתחת ל-50MW), וניתן אפילו לייצא טורבינות גז נמוכות, אבל טורבינות גז כבדות (הספק מעל 50MW) עדיין תלויות בעצם ביבוא, וטכנולוגיית הליבה היא בעצם. מונופול על ידי יצרנים בינלאומיים כמו GE בארצות הברית, מיצובישי ביפן וסימנס בגרמניה. קיים סיכון ל"חנק" בשוק המקומי. על פי נתוני מינהל המכס הכללי, יבוא טורבינות גז ב-2022 יעמוד על 4.161 מיליארד דולר והיצוא יעמוד על 735 מיליון דולר.
