Conoscenza di base delle turbine a gas
Le turbine a gas sono principalmente composte da tre componenti principali: compressore, camera di combustione e turbina a gas. Il ciclo della turbina a gas è generalmente chiamato ciclo semplice. La maggior parte delle turbine a gas utilizza un semplice schema di ciclo e solo le turbine a gas pesante utilizza uno schema di ciclo combinato. A causa di diversi background storici, le turbine a gas si sono sviluppate in diversi percorsi tecnici. Le turbine a gas leggero aeroperistico industriale e marino (comunemente note come "macchine aeroportative") sono formate modificando i motori dell'aeromobile; Le turbine a gas industriali pesanti (comunemente note come "macchine industriali") sono sviluppate seguendo il tradizionale concetto di turbina a vapore, che sono utilizzate principalmente per unità meccanica e grandi centrali elettriche.
Una turbina a gas può essere divisa in tre parti da sinistra a destra: compressore (blu), camera di combustione (rosso) e turbina (giallo).
Classificazione delle turbine a gas
Ci sono dozzine di aziende impegnate nella ricerca, nella progettazione e nella produzione di turbine a gas nel mondo. Attualmente, le quattro società che hanno padroneggiato completamente la tecnologia delle turbine a gas pesanti sono elettriche generali degli Stati Uniti, Siemens di Germania, Mitsubishi Heavy Industries del Giappone (che ha introdotto la tecnologia di Westinghouse dagli Stati Uniti nei primi giorni) e Ansaldo d'Italia. Secondo Chen Xuewen, vicepresidente della Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., non c'è mai stato uno standard internazionale per il livello modello di turbine a gas e sta diventando sempre più vago oggi. L'autore può raccogliere opinioni solo da varie parti e riassumerle come segue:
1.Secondo la temperatura di combustione della turbina a gas è divisa (ogni 100 gradi è un livello):
Stati Uniti GE (Harbin Electric Introduction): 1100 gradi per la classe E, 1200 gradi per la classe F, 1400 gradi per la classe H.
Giappone Mitsubishi (introdotto da Dongfang Electric): 1400 gradi è la classe F, 1500 gradi è la classe G, la classe H è un prodotto di prova intermedio, la classe 1600/1700 è la classe J.
Germania Siemens (Shanghai Electric Introduction): il vecchio numero V64.3A, V84.3A, V94.3a è la classe 6F. Nel 1997, Westinghouse ha venduto la sua divisione generatore non nucleare a Siemens. Il nuovo numero è stato modificato in Sgt 6-5000 f e Sgt -8000 h. La classe F è di 1200 gradi C e la classe H è di 1500 gradi C.
2. Classificazione della produzione di riferimento per turbine a gas pesante:
Le turbine a gas pesante per la produzione di energia sono generalmente classificate in base alla produzione quando la temperatura di combustione della camera di combustione è compresa tra 1100 gradi Celsius e 1500 gradi Celsius. Ad esempio, l'output delle turbine a gas di classe B è inferiore o uguale a 100 MW, l'output delle turbine a gas di classe E è compresa tra 100 MW e 200 MW, l'output delle turbine a gas di classe F è compresa tra 200 MW e 300 MW e gradi più alti come la classe G e la classe H sono compresi tra 300 MW a 400mW. Secondo Chen Xuewen, poiché la produzione di turbine a gas di vari produttori si è sviluppata rapidamente, questo metodo di classificazione è leggermente dietro il prodotto reale.
Sviluppo di turbine a gas internazionali
Siemens: il prodotto rappresentativo Sgt 5-8000 H Super Gas Turbine pesa 390 tonnellate (equivalente a un Airbus A380 completamente alimentato), è lungo 13,1 metri, larga 4,9 metri, alta 4,9 metri e ha una potenza di ciclo combinata di 595mW. La generazione di energia di un Sgt 5-8000 H è sufficiente per alimentare una grande città industriale. Le sue pale della turbina devono resistere a una temperatura elevata di oltre 1500 gradi, che supera la temperatura di ingresso della turbina del motore dell'aeromobile Turbofan GE90 e del motore a getto F404. Poiché la velocità della punta della lama della turbina supera 1700 chilometri all'ora, l'enorme forza centrifuga fa un'estremità di ogni lama di contatto 10, 000 volte la gravità della terra. La lama non può avere alcun difetto e l'errore è solo decine di micron, altrimenti verrà demolito. Pertanto, si dice che una lama sia equivalente a una BMW.
Mitsubishi Corporation: l'ultimo modello è la turbina M701J Super Gas con una potenza di ciclo combinata di 650 MW. È dotato di un compressore assiale 15- stadio con un rapporto di pressione di 23: 1. Il bruciatore e la turbina assiale 4- stage sono tutti raffreddati all'aria e le prime 3 fasi utilizzano gli ultimi rivestimenti protettivi ad alta temperatura, rivestimenti per barriera termica ceramica e raffreddamento a pellicola ad aria ad alte prestazioni e altre tecnologie ad alta tecnologia. Con la più alta temperatura di ingresso della turbina a gas al mondo di 1600 gradi, può comunque garantire la vita a lungo termine di componenti ad alta temperatura. Le ultime innovazioni nella serie J sono progettate per ridurre ulteriormente le emissioni di carbonio. Nel marzo 2020, gli MHP ricevettero un ordine per due propulsori M501JAC dall'Intermountain Power Authority nello Utah, negli Stati Uniti. Le due turbine a gas si basano su un sistema di combustione a basso livello a bassa nox raffreddato ad aria e sono in grado di utilizzare fino al 30% di combustibile per idrogeno rinnovabile. Rispetto alle centrali elettriche a carbone delle stesse dimensioni, un sistema di idrogeno al 30% ridurrà le emissioni di carbonio di oltre il 75%, mentre un sistema di idrogeno al 100% eliminerà completamente le emissioni di carbonio. Tra il 2025 e il 2045, l'impianto raggiungerà gradualmente la generazione di elettricità idrogeno rinnovabile al 100%.
General Electric: le turbine a gas pesante della serie 9HA sono le turbine a gas a ciclo combinate più efficienti al mondo; La sua ultima turbina a gas pesante 9H02 non ha solo un'efficienza del ciclo combinata superiore al 64%, ma ha anche una potenza di potenza fino a 826 MW. Questi due indicatori chiave superano di gran lunga i suoi due principali concorrenti e la tecnologia di stampa 3D più all'avanguardia viene utilizzata per produrre componenti chiave.
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