مبدأ تشغيل GTU كيف تختلف كفاءة وحدات التوربينات الغازية عن كفاءة وحدات التوربينات الغازية لمحطات الطاقة المحلية والأجنبية وكيف ترتبط قوة وحدات الطاقة في محطات توليد الكهرباء بدرجة الحرارة المحيطة؟
جريتسينا ف.ب.
نظرا للزيادة المتعددة في تعريفات الكهرباء في روسيا، تفكر العديد من الشركات في بناء محطات توليد الطاقة المنخفضة الطاقة الخاصة بها. في عدد من المناطق، يتم تطوير برامج لبناء محطات الطاقة الحرارية الصغيرة أو المصغرة، على وجه الخصوص، كبديل لبيوت الغلايات القديمة. في محطة الطاقة الحرارية الجديدة صغيرة الحجم، حيث يصل معدل استخدام الوقود إلى 90% مع الاستخدام الكامل للجسم في الإنتاج والتدفئة، يمكن أن تكون تكلفة الكهرباء المستلمة أقل بكثير من تكلفة الكهرباء المستلمة من الشبكة.
عند النظر في مشاريع بناء محطات الطاقة الحرارية الصغيرة، يسترشد مهندسو الطاقة والمتخصصون في المؤسسات بالمؤشرات التي تم تحقيقها في قطاع الطاقة الكبير. إن التحسين المستمر لتوربينات الغاز (GTU) لاستخدامها في توليد الطاقة على نطاق واسع قد أتاح زيادة كفاءتها إلى 36% أو أكثر، كما أدى استخدام دورة الغاز البخاري المركبة (CCG) إلى زيادة الكفاءة الكهربائية لتوربينات الغاز. محطات الطاقة الحرارية إلى 54%-57%.
ومع ذلك، في توليد الطاقة على نطاق صغير، من غير المناسب النظر في إمكانية استخدام مخططات معقدة من الدورات المركبة لوحدات CCGT لإنتاج الكهرباء. وبالإضافة إلى ذلك، مقارنة توربينات الغاز مع محركات الغاز، مثل محركات المولدات الكهربائية، تفقد بشكل كبير خصائص الكفاءة والأداء، خاصة عند الطاقة المنخفضة (أقل من 10 ميجاوات). نظرًا لأنه في بلدنا لم تنتشر بعد توربينات الغاز أو محركات مكبس الغاز في توليد الطاقة الثابتة الصغيرة، فإن اختيار حل تقني محدد يمثل مشكلة كبيرة.
هذه المشكلة ذات صلة أيضًا بالطاقة واسعة النطاق، أي. لأنظمة الطاقة. في الحديث ظروف اقتصادية، في ظل غياب الأموال اللازمة لبناء محطات توليد الكهرباء الكبيرة وفق المشاريع التي عفا عليها الزمن، والتي يمكن أن تشمل بالفعل مشروع محلي CCGT 325 ميجاوات، تم تصميمها قبل 5 سنوات. يجب أن تولي أنظمة الطاقة و RAO UES في روسيا اهتمامًا خاصًا لتطوير الطاقة على نطاق صغير، حيث يمكن اختبار التقنيات الجديدة في منشآتها، مما سيسمح ببدء إحياء محطات التوربينات المحلية وبناء الآلات والانتقال إلى قدرات أكبر فى المستقبل.
وفي العقد الماضي، تم بناء محطات طاقة حرارية كبيرة تعمل بالديزل أو الغاز بقدرة 100-200 ميجاوات في الخارج. تصل الكفاءة الكهربائية لمحطات توليد الطاقة بمحركات الديزل أو الغاز (DTEPS) إلى 47%، وهو ما يتجاوز مؤشرات محطات توربينات الغاز (36%-37%)، ولكنه أقل من مؤشرات محطات CCGT (51%-57%). تشمل محطات توليد الطاقة CCGT مجموعة كبيرة من المعدات: توربينات الغاز، ومراجل الحرارة المهدورة، توربينات البخار، مكثف، نظام معالجة المياه (بالإضافة إلى ضاغط معزز في حالة حرقه غاز طبيعيالضغط المنخفض أو المتوسط. يمكن لمولدات الديزل العمل بالوقود الثقيل، وهو أرخص مرتين من وقود توربينات الغاز، ويمكن تشغيلها بالغاز منخفض الضغط دون استخدام ضواغط معززة. وفقًا لـ S.E.M.T. PIELSTICK، التكاليف الإجمالية على مدار 15 عامًا لتشغيل وحدة طاقة تعمل بالديزل بسعة 20 ميجاوات أقل مرتين من محطة توليد الطاقة الحرارية بتوربينات الغاز بنفس الطاقة عندما تستخدم كلتا محطتي الطاقة الوقود السائل.
الشركة الروسية الواعدة لوحدات طاقة الديزل التي تصل طاقتها إلى 22 ميجاوات هي مصنع بريانسك لبناء الآلات، والذي يوفر للعملاء وحدات طاقة ذات كفاءة متزايدة تصل إلى 50٪ للتشغيل على الوقود الثقيل مع لزوجة تصل إلى 700 سنتي ستوك عند 50 درجة مئوية و نسبة كبريت تصل إلى 5%، وللتشغيل بالوقود الغازي.
قد يكون خيار محطة توليد الطاقة الحرارية الكبيرة بالديزل أفضل من محطة توليد الطاقة بتوربينات الغاز.
في توليد الطاقة على نطاق صغير، بقدرة وحدة أقل من 10 ميجاوات، تكون مزايا مولدات الديزل الحديثة أكثر وضوحًا.
دعونا نفكر في ثلاثة خيارات لمحطات الطاقة الحرارية المزودة بوحدات توربينات الغاز ومحركات مكبس الغاز.
يمكن أن يصل عامل استخدام الوقود في الخيارين الأولين لمحطة الطاقة (بكفاءات كهربائية مختلفة) بسبب الإمداد الحراري إلى 80%-94%، سواء في حالة توربينات الغاز أو محركات المحركات.
تعتمد كفاءة جميع خيارات محطات الطاقة على موثوقية وكفاءة "المرحلة الأولى" في المقام الأول - محرك المولد الكهربائي.
يقوم المتحمسون لتوربينات الغاز الصغيرة بحملات من أجل استخدامها على نطاق واسع، مستشهدين بكثافة الطاقة الأعلى. على سبيل المثال، في [1] ورد أن شركة Elliot Energy Systems (في الفترة 1998-1999) تقوم بإنشاء شبكة توزيع تضم 240 موزعًا في أمريكا الشماليةتقديم الدعم الهندسي والخدمي لبيع توربينات الغاز "الصغيرة". أمر نظام الطاقة بتصنيع توربين بقدرة 45 كيلووات، والذي كان من المقرر أن يكون جاهزًا للتسليم في أغسطس 1998. كما أشار إلى أن المحرك الكهربائي كفاءة التوربيناتتصل إلى 17%، ويلاحظ أن موثوقية توربينات الغاز أعلى من مولدات الديزل.
وهذا البيان هو العكس تماما!
إذا نظرت إلى الطاولة. 1. ثم سنرى أنه في مثل هذا النطاق الواسع من مئات كيلووات إلى عشرات ميجاوات، تكون كفاءة محرك المحرك أعلى بنسبة 13٪ -17٪. المورد المحدد للمحرك الخاص بشركة "Vyartsilya" يعني موردًا مضمونًا بالكامل إصلاح. يعد عمر خدمة توربينات الغاز الجديدة موردًا محسوبًا، ويتم تأكيده من خلال الاختبارات، ولكن ليس من خلال إحصائيات التشغيل في التشغيل الحقيقي. وفقا لمصادر عديدة، فإن مورد توربينات الغاز هو 30-60 ألف ساعة، ويتناقص مع انخفاض الطاقة. عمر خدمة محركات الديزل الأجنبية الصنع هو 40-100 ألف ساعة أو أكثر.
الجدول 1
المعلمات التقنية الرئيسية لمحركات المولدات الكهربائية
محطة توليد الطاقة التوربينية بالغاز G، ومحطة توليد المكبس بالغاز D في فيارتسيليا.
د - الديزل من كتالوج غازبروم
*الحد الأدنى المطلوب لضغط غاز الوقود = 48 آتا!!
خصائص الأداء
الكفاءة الكهربائية (والطاقة)وفقًا لشركة Vyartsilya، عندما يتم تقليل الحمل من 100% إلى 50%، فإن كفاءة المولد الكهربائي الذي يعمل بمحرك الغاز تتغير قليلاً.
تظل كفاءة محرك الغاز دون تغيير تقريبًا حتى 25 درجة مئوية.
تنخفض قوة توربين الغاز بشكل منتظم من -30 درجة مئوية إلى +30 درجة مئوية.
عند درجات حرارة أعلى من 40 درجة مئوية، يصل الانخفاض في طاقة توربينات الغاز (من القيمة الاسمية) إلى 20%.
وقت البدءمحرك البنزين من 0 إلى 100% الحمل أقل من دقيقة والطوارئ في 20 ثانية. يستغرق تشغيل توربين الغاز حوالي 9 دقائق.
ضغط إمدادات الغازبالنسبة لتوربينات الغاز يجب أن يكون 16-20 بار.
يمكن أن يصل ضغط الغاز الشبكي لمحرك الغاز إلى 4 بار (ABS) وحتى 1.15 بار لمحرك 175 SG.
النفقات الرأسماليةفي محطة الطاقة الحرارية بقدرة حوالي 1 ميغاواط، وفقًا لمتخصصي فيارتسيليا، تبلغ التكلفة 1400 دولار/كيلوواط لمحطة توليد الطاقة بتوربينات الغاز و900 دولار/كيلوواط لمحطة توليد الكهرباء بمكبس الغاز.
تطبيق الدورة المركبةفي محطات الطاقة الحرارية الصغيرة، يعد تركيب توربين بخاري إضافي أمرًا غير عملي، لأنه يضاعف كمية المعدات الميكانيكية الحرارية ومساحة قاعة التوربينات وعدد موظفي الخدمة مع زيادة الطاقة بمقدار 1.5 مرة فقط.
عندما يتم تخفيض قوة وحدة CCGT من 325 ميجاوات إلى 22 ميجاوات، وفقًا لبيانات محطة NPP "Mashproekt" (أوكرانيا، نيكولاييف)، تنخفض الكفاءة الاحتفالية لمحطة الطاقة من 51.5٪ إلى 43.6٪.
تبلغ كفاءة وحدة طاقة الديزل (باستخدام وقود الغاز) بقدرة 20-10 ميجاوات 43.3%. لاحظ أنه في فصل الصيف، في محطات CHP المزودة بوحدة ديزل، يمكن توفير الماء الساخن من نظام تبريد المحرك.
أظهرت حسابات القدرة التنافسية لمحطات الطاقة التي تعتمد على محركات الغاز أن تكلفة الكهرباء في محطات توليد الطاقة الصغيرة (1-1.5 ميجاوات) تبلغ حوالي 4.5 سنت / كيلووات في الساعة) والكبيرة 32-40 ميجاوات مع محركات الغاز 3 ، 8 الولايات المتحدة سنت/كيلوواط ساعة.
ووفقا لطريقة حسابية مماثلة، تبلغ تكلفة الكهرباء الناتجة عن محطة التكثيف للطاقة النووية حوالي 5.5 سنت أمريكي/كيلوواط ساعة. ، ويبلغ سعر الفحم IES حوالي 5.9 سنتًا. الولايات المتحدة / كيلوواط ساعة ومقارنة بمحطات الطاقة المركزة التي تعمل بالفحم، فإن المحطة المزودة بمحركات الغاز تولد الكهرباء بتكلفة أقل بنسبة 30%.
وتقدر تكلفة الكهرباء المنتجة بواسطة التوربينات الدقيقة، وفقا لمصادر أخرى، من 0.06 دولار إلى 0.10 دولار/كيلوواط ساعة.
السعر المتوقع لمولد توربين غاز كامل بقدرة 75 كيلووات (الولايات المتحدة الأمريكية) هو 40 ألف دولار، وهو ما يتوافق مع تكلفة الوحدة لمحطات توليد الطاقة الأكبر (أكثر من 1000 كيلووات). الميزة الكبيرة لوحدات الطاقة مع توربينات الغازأصغر حجمًا وأخف وزنًا بثلاث مرات أو أكثر.
علماً بأن تكلفة الوحدة من وحدات التوليد الكهربائية الإنتاج الروسييمكن أن تكون المحركات المعتمدة على محركات السيارات بقوة 50-150 كيلووات أقل بعدة مرات من الوحدات التوربينية المذكورة (الولايات المتحدة الأمريكية)، مع مراعاة الإنتاج التسلسلي للمحركات وانخفاض تكلفة المواد.
إليكم رأي الخبراء الدنماركيين في تقييم تجربتهم في تنفيذ محطات توليد الطاقة الصغيرة.
"يبلغ الاستثمار في محطة توليد كهرباء تعمل بالغاز الطبيعي جاهزة للاستخدام بقدرة 0.5-40 ميجاوات ما بين 6.5-4.5 مليون كرونة دانمركية لكل 1 ميجاوات (كانت 1 كرونة تعادل تقريبًا 1 روبل في صيف عام 1998). ستحقق القدرة التي تقل عن 50 ميجاوات كفاءة كهربائية بنسبة 40-44٪.
تكاليف التشغيل لزيوت التشحيم، صيانةوتصل صيانة العاملين في محطات الطاقة الحرارية إلى 0.02 كرونة لكل 1 كيلوواط ساعة تنتجها توربينات الغاز. بالنسبة لمحطات CHP المزودة بمحركات الغاز، تبلغ تكاليف التشغيل حوالي 0.06 تمر. كرونة تشيكية لكل 1 كيلوواط ساعة بأسعار الكهرباء الحالية في الدنمارك، فإن الأداء العالي لمحركات الغاز يعوض تكاليف التشغيل المرتفعة.
ويعتقد الخبراء الدنماركيون أن غالبية محطات الطاقة الحرارية التي تقل طاقتها عن 10 ميغاواط سيتم تجهيزها بمحركات الغاز في السنوات المقبلة.
الاستنتاجات
يبدو أن التقديرات المذكورة أعلاه تظهر بشكل لا لبس فيه مزايا المحرك لمحطات الطاقة المنخفضة الطاقة.
ومع ذلك، في الوقت الحاضر، لا تتجاوز قوة محرك المحرك الروسي الصنع المقترح على الغاز الطبيعي قوة 800 كيلوواط - 1500 كيلوواط (مصنع رومو، ومصنع إن-نوفغورود وكولومنا لبناء الآلات)، ويمكن للعديد من المصانع أن تقدم أعلى محركات توربو الطاقة.
مصنعان في روسيا: مصنع سمي باسمه. Klimova (سانت بطرسبورغ) وPerm Motors على استعداد لتزويد وحدات الطاقة الصغيرة الكاملة CHP بغلايات الحرارة المهدرة.
في حالة تنظيم إقليمي مركز خدماتيمكن حل مشكلات صيانة وإصلاح توربينات التوربينات الصغيرة عن طريق استبدال التوربين بآخر احتياطي خلال 2-4 ساعات وإصلاحه بشكل أكبر في ظروف المصنع بالمركز الفني.
يمكن حاليا زيادة كفاءة توربينات الغاز بنسبة 20-30%عن طريق استخدام حقن الطاقة من البخار في توربينات الغاز (دورة STIG أو دورة غاز الدورة المركبة في توربين واحد). هذا حل تقنيتم التحقق منها في اختبارات ميدانية واسعة النطاق في السنوات السابقة محطة توليد الكهرباء"فودولي" في نيكولاييف (أوكرانيا) NPP "Mashproekt" و PA "Zarya"، مما جعل من الممكن زيادة قوة وحدة التوربينات من 16 إلى 25 ميجاوات وزيادة الكفاءة من 32.8٪ إلى 41.8٪.
لا يوجد ما يمنعنا من نقل هذه التجربة إلى قدرات أصغر وبالتالي تنفيذ وحدات CCGT الموردة بشكل تسلسلي. في هذه الحالة، تكون الكفاءة الكهربائية مماثلة لتلك الموجودة في محركات الديزل، وتزداد كثافة الطاقة كثيرًا بحيث يمكن أن تكون تكاليف رأس المال أقل بنسبة 50٪ من محطات الطاقة والحرارة والحرارة التي تعمل بالغاز، وهو أمر جذاب للغاية.
تم إجراء هذه المراجعة بهدف إظهار: أنه عند النظر في خيارات بناء محطات توليد الطاقة في روسيا، وحتى أكثر من ذلك، توجيهات إنشاء برنامج لبناء محطات توليد الطاقة، فمن الضروري النظر في الخيارات الفردية التي ممكن يعرض منظمات التصميم، ولكن مجموعة واسعة من القضايا مع الأخذ في الاعتبار قدرات ومصالح الشركات المصنعة للمعدات المحلية والإقليمية.
الأدب
1. قيمة الطاقة، المجلد 2، العدد 4، يوليو/أغسطس 1998، الولايات المتحدة الأمريكية، فينتورا، كاليفورنيا.
سوق التوربينات الصغيرة
ستان برايس، مجلس كفاءة الطاقة في الشمال الغربي، سياتل، واشنطن وبورتلاند، أوريغون
2. الاتجاهات الجديدة لإنتاج الطاقة في فنلندا
أسكو فورينن، أستاذ مشارك تقنية. العلوم، JSC Vyartsila NSD Corporation، "ENERGETIK" -11.1997. ص 22
3. التدفئة المركزية. البحث والتطوير التكنولوجي في الدنمارك. وزارة الطاقة. إدارة الطاقة، 1993
4. محطات توليد الطاقة بالديزل. S.E.M.T. عصا العلاج. معرض POWERTEK 2000، 14-17 مارس 2000
5. يوصى باستخدام محطات توليد الطاقة والوحدات الكهربائية في مرافق شركة OAO GAZPROM. فهرس. موسكو 1999
6. الديزل محطة طاقة. احتمالية "مصنع بريانسك لبناء الآلات" JSC. 1999 نشرة المعرض POWERTEK 2000/
7. محطة الطاقة الحرارية NK-900E. سميت المجمع العلمي والتقني JSC سمارة باسم. اختصار الثاني. كوزنتسوفا. نشرة معرض POWERTEK 2000
توربين حراري مستمر فيه طاقة حراريةيتم تحويل الغاز المضغوط والمسخن (عادةً منتجات احتراق الوقود) إلى عمل دوراني ميكانيكي على العمود؛ هو عنصر هيكلي لمحرك التوربينات الغازية.
يتم تسخين الغاز المضغوط عادة في غرفة الاحتراق. من الممكن أيضًا إجراء التدفئة في مفاعل نووي وما إلى ذلك. ظهرت توربينات الغاز لأول مرة في نهاية القرن التاسع عشر. كمحرك توربيني غازي وفي التصميم كانوا قريبين من التوربينات البخارية. التوربين الغازي عبارة عن سلسلة من حواف الشفرات الثابتة المرتبة بشكل منظم لجهاز الفوهة والحواف الدوارة للمكره، والتي تشكل نتيجة لذلك جزء التدفق. مرحلة التوربين عبارة عن جهاز فوهة مدمج مع دافعة. تتكون المرحلة من الجزء الثابت، والذي يتضمن الأجزاء الثابتة (المبيت، وشفرات الفوهة، وحلقات الضمادات)، والدوار، وهو عبارة عن مجموعة من الأجزاء الدوارة (مثل الشفرات الدوارة، والأقراص، والعمود).
يتم تصنيف توربينات الغاز وفقًا للكثيرين ميزات التصميم: حسب اتجاه تدفق الغاز وعدد المراحل وطريقة استخدام فرق الحرارة وطريقة إمداد الغاز للدافع. بناءً على اتجاه تدفق الغاز، يمكن التمييز بين توربينات الغاز بين التوربينات المحورية (الأكثر شيوعًا) والقطرية، وكذلك القطرية والمماسية. في توربينات الغاز المحورية، يتم نقل التدفق في القسم الطولي بشكل أساسي على طول محور التوربين بأكمله؛ الخامس توربينات شعاعية، على العكس من ذلك، عمودي على المحور. تنقسم التوربينات الشعاعية إلى توربينات جاذبة وطاردة مركزية. في التوربينات القطرية، يتدفق الغاز بزاوية معينة إلى محور دوران التوربين. لا تحتوي دافعة التوربين العرضي على شفرات، وتستخدم هذه التوربينات لمعدلات تدفق غاز منخفضة جدًا، عادةً في أدوات القياس. تأتي توربينات الغاز بأنواع مفردة ومزدوجة ومتعددة المراحل.
يتم تحديد عدد المراحل من خلال العديد من العوامل: الغرض من التوربين، وتصميمه، وإجمالي الطاقة التي يتم تطويرها بواسطة مرحلة واحدة، بالإضافة إلى انخفاض الضغط الناتج. ووفقا لطريقة استخدام فرق الحرارة المتوفر، يتم التمييز بين التوربينات ذات مراحل السرعة، التي يدور فيها التدفق فقط في المكره، دون تغيير الضغط (التوربينات النشطة)، والتوربينات ذات مراحل الضغط، التي يتحول فيها الضغط يتناقص في جهاز الفوهة وعلى الشفرات الدوارة (التوربينات النفاثة). في توربينات الغاز الجزئية، يتم إمداد الغاز إلى المكره على طول جزء من محيط جهاز الفوهة أو على طول محيطه الكامل.
في التوربينات متعددة المراحل، تتكون عملية تحويل الطاقة من عدد من العمليات المتسلسلة في مراحل فردية. يتم إمداد الغاز المضغوط والمسخن إلى القنوات البينية لجهاز الفوهة بسرعة أولية، حيث، أثناء عملية التمدد، يتم تحويل جزء من فرق الحرارة المتاح إلى طاقة حركية لنفاث التدفق الخارجي. يحدث المزيد من التوسع في الغاز وتحويل نقل الحرارة إلى عمل مفيد في القنوات بين الشفرات للمكره. يؤدي تدفق الغاز، الذي يعمل على الشفرات الدوارة، إلى إنشاء عزم دوران على العمود الرئيسي للتوربين. في هذه الحالة، تنخفض سرعة الغاز المطلقة. كلما انخفضت هذه السرعة معظمتم تحويل طاقة الغاز إلى عمل ميكانيكي على عمود التوربين.
الكفاءة هي ما يميز كفاءة توربينات الغاز، وهي نسبة العمل المزال من العمود إلى طاقة الغاز المتاحة أمام التوربين. الكفاءة الفعالة للتوربينات الحديثة متعددة المراحل عالية جدًا وتصل إلى 92-94٪.
مبدأ تشغيل التوربينات الغازية هو كما يلي: يتم ضخ الغاز إلى غرفة الاحتراق بواسطة ضاغط، ويخلط مع الهواء، ويشكل خليط وقود ويتم إشعاله. تمر منتجات الاحتراق الناتجة ذات درجة الحرارة المرتفعة (900-1200 درجة مئوية) عبر عدة صفوف من الشفرات المثبتة على عمود التوربين وتؤدي إلى دوران التوربين. يتم نقل الطاقة الميكانيكية الناتجة للعمود عبر علبة التروس إلى مولد يولد الكهرباء.
طاقة حراريةتدخل الغازات الخارجة من التوربين إلى المبادل الحراري. كما أنه بدلاً من إنتاج الكهرباء، يمكن استخدام الطاقة الميكانيكية للتوربين لتشغيل المضخات والضواغط المختلفة وما إلى ذلك. الوقود الأكثر استخدامًا لتوربينات الغاز هو الغاز الطبيعي، على الرغم من أن هذا لا يستبعد إمكانية استخدام أنواع الوقود الغازي الأخرى. ولكن في الوقت نفسه، تكون توربينات الغاز متقلبة للغاية وتفرض متطلبات متزايدة على جودة تحضيرها (تتطلب بعض الادراج الميكانيكية والرطوبة).
درجة حرارة الغازات المنبعثة من التوربين هي 450-550 درجة مئوية. تتراوح النسبة الكمية للطاقة الحرارية إلى الطاقة الكهربائية لتوربينات الغاز من 1.5: 1 إلى 2.5: 1، مما يجعل من الممكن بناء أنظمة توليد مشترك تختلف في نوع سائل التبريد:
1) الاستخدام المباشر (المباشر) لغازات العادم الساخنة؛
2) إنتاج البخار ذو الضغط المنخفض أو المتوسط (8-18 كجم/سم2) في غلاية خارجية.
3) إنتاج الماء الساخن (أفضل عندما تتجاوز درجة الحرارة المطلوبة 140 درجة مئوية)؛
4) إنتاج البخار عالي الضغط.
قدم العلماء السوفييت B. S. Stechkin، G. S. Zhiritsky، N. R. Briling، V. V. Uvarov، K. V. Kholshchevikov، I. I. Kirillov وآخرون مساهمة كبيرة في تطوير توربينات الغاز. وقد حقق إنشاء توربينات الغاز لوحدات توربينات الغاز الثابتة والمتنقلة شركات اجنبية(Swiss Brown-Boveri، حيث عمل العالم السلوفاكي الشهير A. Stodola، وSulzer، American General Electric، إلخ).
في مزيد من التطويرتعتمد التوربينات الغازية على إمكانية زيادة درجة حرارة الغاز أمام التوربينة. ويرجع ذلك إلى إنشاء مواد جديدة مقاومة للحرارة وأنظمة تبريد موثوقة لشفرات العمل مع تحسينات كبيرة في جزء التدفق، وما إلى ذلك.
بفضل التحول الواسع النطاق في التسعينيات. احتلت توربينات الغاز شريحة كبيرة من السوق لاستخدام الغاز الطبيعي كوقود رئيسي لتوليد الطاقة الكهربائية. بالرغم من أقصى قدر من الكفاءةيتم تحقيق المعدات بقدرة 5 ميجاوات وأعلى (ما يصل إلى 300 ميجاوات)، وتنتج بعض الشركات المصنعة نماذج في حدود 1-5 ميجاوات.
تستخدم توربينات الغاز في محطات الطيران والطاقة.
- السابق: محلل الغاز
- التالي: محرك الغاز
توضح المقالة كيفية حساب كفاءة أبسط توربينات الغاز، وتقدم جداول لتوربينات الغاز المختلفة وتوربينات الغاز ذات الدورة المركبة لمقارنة كفاءتها وخصائصها الأخرى.
وفي مجال الاستخدام الصناعي لتوربينات الغاز وتقنيات الدورة المركبة، تتخلف روسيا بشكل كبير عن الدول المتقدمة في العالم.
رواد العالم في إنتاج محطات توليد الطاقة بالغاز والدورة المركبة ذات الطاقة العالية: GE وSiemens Wistinghouse وABB - حققوا قيم طاقة وحدة لوحدات توربينات الغاز تتراوح بين 280-320 ميجاوات وكفاءة تزيد عن 40%، مع استغلال البنية الفوقية للطاقة البخارية في الدورة المركبة (وتسمى أيضًا الثنائية) - قدرة 430-480 ميجاوات بكفاءة تصل إلى 60٪. إذا كانت لديك أسئلة حول موثوقية وحدات CCGT، فاقرأ المقالة.
تعمل هذه الأرقام المثيرة للإعجاب بمثابة مبادئ توجيهية في تحديد مسارات تطوير صناعة هندسة الطاقة الروسية.
كيف يتم تحديد كفاءة وحدة التوربينات الغازية؟
فيما يلي بعض الصيغ البسيطة لإظهار كفاءة محطة توربينات الغاز:
الطاقة الداخلية للتوربينات:
- Nт = Gух * Lт، حيث Lт – تشغيل التوربينات، Gух – معدل تدفق غاز العادم؛
الطاقة الداخلية لوحدة التوربينات الغازية:
- Ni gtu = Nt – Nk، حيث Nk هي الطاقة الداخلية لضاغط الهواء؛
القوة الفعالة لوحدة التوربينات الغازية:
- Neeff = Ni gtu * الكفاءة الميكانيكية، الكفاءة الميكانيكية - الكفاءة المرتبطة بالفقد الميكانيكي في المحامل، يمكن أخذها 0.99
الطاقة الكهربائية:
- Nel = Ne * Eg الكفاءة، حيث Eg الكفاءة هي الكفاءة المرتبطة بالفاقد في المولد الكهربائي، يمكننا أن نأخذ 0.985
حرارة الوقود المتوفرة:
- Q run = Gtop * Qrn، حيث Gtop هو استهلاك الوقود، Qrn هي حرارة العمل المنخفضة لاحتراق الوقود
الكفاءة الكهربائية المطلقة لوحدة توربينية غازية:
- الكفاءة = Nel/Q disp
كفاءة CCGT أعلى من كفاءة GTUحيث أن محطة الغاز البخاري تستخدم حرارة الغازات العادمة لوحدة التوربينات الغازية. يتم تركيب غلاية حرارة النفايات خلف التوربينات الغازية حيث يتم نقل الحرارة من غازات العادم في التوربينات الغازية إلى سائل العمل (مياه التغذية)، ويتم إرسال البخار المتولد إلى التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء والحرارة.
إقرأ أيضاً: كيفية اختيار وحدة توربينات الغاز لمحطة بها وحدة CCGT
عادة ما يتم تمثيل كفاءة وحدة CCGT بنسبة:
- كفاءة PSU = كفاءة GTU*B+(1-كفاءة GTU*B)*كفاءة PSU
ب – درجة ثنائية الدورة
كفاءة PSU - كفاءة محطة توليد الطاقة البخارية
- ب = Qks/(Qks+Qku)
Qks – حرارة الوقود المحروق في غرفة الاحتراق لتوربينات الغاز
Qку – حرارة الوقود الإضافي المحروق في غلاية الحرارة المهدرة
ويلاحظ أنه إذا كان Qky = 0، فإن B = 1، أي أن التثبيت ثنائي تمامًا.
تأثير درجة الثنائية على كفاءة وحدات CCGT
| ب | كفاءة جي تي يو | كفاءة الكلاب | كفاءة PGU |
| 1 | 0,32 | 0,3 | 0,524 |
| 1 | 0,36 | 0,32 | 0,565 |
| 1 | 0,36 | 0,36 | 0,590 |
| 1 | 0,38 | 0,38 | 0,612 |
| 0,3 | 0,32 | 0,41 | 0,47 |
| 0,4 | 0,32 | 0,41 | 0,486 |
| 0,3 | 0,36 | 0,41 | 0,474 |
| 0,4 | 0,36 | 0,41 | 0,495 |
| 0,3 | 0,36 | 0,45 | 0,51 |
| 0,4 | 0,36 | 0,45 | 0,529 |
لنعرض بالتسلسل الجداول التي توضح خصائص كفاءة الوحدة التوربينية الغازية، وبعدها أداء وحدات التوربينات الغازية ذات الدورة المركبة مع هذه الآلات الغازية، ونقارن بين كفاءة وحدة توربينة غازية فردية وكفاءة الدورة المركبة وحدة توربينات الغاز.
خصائص توربينات الغاز القوية الحديثة
توربينات غازية من شركة ABB
| صفة مميزة | نموذج جي تي يو | |
| GT26GTU مع إعادة التسخين | GT24GTU مع إعادة التسخين | |
| قوة ايزو ميغاواط | 265 | 183 |
| كفاءة ٪ | 38,5 | 38,3 |
| 30 | 30 | |
| 562 | 391 | |
| 1260 | 1260 | |
| 610 | 610 | |
| 50 | 50 | |
محطات الدورة المركبة مع توربينات الغاز ABB
توربينات الغاز جنرال إلكتريك
| صفة مميزة | نموذج جي تي يو | |||
| MS7001FA | MS9001FA | MS7001G | MS9001G | |
| قوة ايزو ميغاواط | 159 | 226,5 | 240 | 282 |
| كفاءة ٪ | 35,9 | 35,7 | 39,5 | 39,5 |
| نسبة ضغط الضاغط | 14,7 | 14,7 | 23,2 | 23,2 |
| معدل تدفق سائل العمل عند عادم التوربينات الغازية كجم/ثانية | 418 | 602 | 558 | 685 |
| درجة الحرارة الأولية أمام شفرات العمل 1 ملعقة كبيرة. مع | 1288 | 1288 | 1427 | 1427 |
| درجة حرارة سائل العمل عند العادم C | 589 | 589 | 572 | 583 |
| تردد دوران المولد 1/ثانية | 60 | 50 | 60 | 50 |
إقرأ أيضاً: لماذا بناء محطات الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبة؟ ما هي مميزات محطات الغاز ذات الدورة المركبة؟
محطات الدورة المركبة مع توربينات الغاز من جنرال إلكتريك
| صفة مميزة | نموذج جي تي يو | |||
| MS7001FA | MS9001FA | MS7001G | MS9001G | |
| تكوين جزء التوربينات الغازية لوحدة CCGT | 1xMS7001FA | 1xMS9001FA | 1xMS9001G | 1xMS9001H |
| نموذج CCGT | S107FA | S109FA | S109G | S109H |
| قوة CCGT ميجاوات | 259.7 | 376.2 | 420.0 | 480.0 |
| كفاءة CCGT٪ | 55.9 | 56.3 | 58.0 | 60.0 |
توربينات الغاز من شركة سيمنز
| صفة مميزة | نموذج جي تي يو | |||
| V64.3A | V84.3A | V94.3A | ||
| قوة ايزو ميغاواط | 70 | 170 | 240 | |
| كفاءة ٪ | 36,8 | 38 | 38 | |
| نسبة ضغط الضاغط | 16,6 | 16,6 | 16,6 | |
| معدل تدفق سائل العمل عند عادم التوربينات الغازية كجم/ثانية | 194 | 454 | 640 | |
| درجة الحرارة الأولية أمام شفرات العمل 1 ملعقة كبيرة. مع | 1325 | 1325 | 1325 | |
| درجة حرارة سائل العمل عند العادم C | 565 | 562 | 562 | |
| تردد دوران المولد 1/ثانية | 50/60 | 60 | 50 | |
محطات الدورة المركبة مع توربينات الغاز من شركة سيمنز
توربينات الغاز وستنجهاوس-ميتسوبيشي-فيات
| صفة مميزة | نموذج جي تي يو | ||||
| 501ف | 501 جرام | 701ف | 701G1 | 701G2 | |
| قوة ايزو ميغاواط | 167 | 235,2 | 251,1 | 271 | 308 |
| كفاءة ٪ | 36,1 | 39 | 37 | 38,7 | 39 |
| نسبة ضغط الضاغط | 14 | 19,2 | 16,2 | 19 | 21 |
| معدل تدفق سائل العمل عند عادم التوربينات الغازية كجم/ثانية | 449,4 | 553,4 | 658,9 | 645 | 741 |
| درجة الحرارة الأولية أمام شفرات العمل 1 ملعقة كبيرة. مع | 1260 | 1427 | 1260 | 1427 | 1427 |
| درجة حرارة سائل العمل عند العادم C | 596 | 590 | 569 | 588 | 574 |
| تردد دوران المولد 1/ثانية | 60 | 60 | 50 | 50 | 50 |
مثل محرك الديزل أو البنزين، التوربين الغازي هو محرك احتراق داخلي مع دورة عمل مكونة من ضغط السحب والاحتراق (التمدد) والعادم. لكن الحركة الأساسية مختلفة بشكل كبير. يدور الجسم العامل لتوربينات الغاز، ويتحرك في المحرك المكبس ذهابًا وإيابًا.
يظهر مبدأ عمل توربين الغاز في الشكل أدناه. أولاً، يتم ضغط الهواء بواسطة ضاغط، ثم يتم إمداد الهواء المضغوط إلى غرفة الاحتراق. هنا، يحترق الوقود بشكل مستمر، وينتج غازات ذات درجة حرارة وضغط مرتفعين. من غرفة الاحتراق، يضغط الغاز، المتوسع في التوربين، على الشفرات ويدور دوار التوربين (عمود به دافعات على شكل أقراص تحمل شفرات العمل)، والذي بدوره يقوم بتدوير عمود الضاغط مرة أخرى. تتم إزالة الطاقة المتبقية من خلال عمود التشغيل.
مميزات توربينات الغاز
أنواع توربينات الغاز حسب التصميم والغرض
النوع الأساسي من توربينات الغاز هو النوع الذي يولد الدفع بواسطة تيار نفاث، وهو أيضًا أبسط أنواع التوربينات في التصميم.
هذا المحرك مناسب للطائرات التي تحلق عليه السرعه العاليهويستخدم في الطائرات الأسرع من الصوت والطائرات المقاتلة.
يحتوي هذا النوع على توربين منفصل خلف المحرك النفاث الذي يقوم بتدوير مروحة كبيرة في الأمام. تعمل هذه المروحة على زيادة تدفق الهواء ومشروعه.
هذا النوع منخفض الضوضاء واقتصادي عند السرعات دون سرعة الصوت، ولهذا السبب يتم استخدام توربينات الغاز من هذا النوع لتشغيل محركات طائرات الركاب.
تنتج هذه التوربينة الغازية الطاقة على شكل عزم دوران، حيث يتشارك التوربين والضاغط في عمود مشترك. يتم استخدام جزء من الطاقة المفيدة للتوربين لتدوير عمود الضاغط، ويتم نقل بقية الطاقة إلى عمود العمل.
يُستخدم هذا النوع عند الحاجة إلى سرعة دوران ثابتة، على سبيل المثال، كمحرك مولد.
وفي هذا النوع يتم وضع توربين ثانٍ بعد توربين المولد الغازي وتنتقل إليه قوة الدوران عن طريق التيار النفاث. ويسمى هذا التوربين الخلفي توربينات الطاقة. نظرًا لأن أعمدة توربينات الطاقة والضاغط غير متصلة ميكانيكيًا، فإن سرعة دوران عمود العمل قابلة للتعديل بحرية. مناسب كمحرك ميكانيكي مع نطاق واسع من سرعات الدوران.
يستخدم هذا النوع على نطاق واسع في الطائرات والمروحيات ذات المحركات المروحية، وكذلك في تطبيقات مثل محركات المضخات/الضواغط، والمحركات البحرية الرئيسية، ومحركات المولدات، وما إلى ذلك.
ما هي توربينات الغاز من السلسلة الخضراء؟
لقد أتاحت لنا الفلسفة التي اتبعتها شركة Kawasaki في مجال توربينات الغاز منذ تطوير أول توربين غاز لدينا في عام 1972 أن نقدم للعملاء معدات متقدمة بشكل متزايد وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة وصديقة للبيئة. لقد حظيت الأفكار المضمنة في منتجاتنا بتقدير كبير من قبل السوق العالمية وسمحت لنا بتجميع المراجع لأكثر من 10000 توربين (في نهاية مارس 2014) كجزء من المولدات الاحتياطية وأنظمة التوليد المشترك للطاقة.
لقد حققت توربينات الغاز Kawasaki دائمًا نجاحًا كبيرًا، ولإظهار التزامنا بهذا المبدأ بشكل أكبر، أطلقنا عليها الاسم الجديد "GREEN Gas Turbines".
إن تطوير أنواع جديدة من توربينات الغاز، وتزايد معدل الطلب على الغاز مقارنة بأنواع الوقود الأخرى، والخطط واسعة النطاق للمستهلكين الصناعيين لإنشاء قدراتهم الخاصة، كلها عوامل تدفع الاهتمام المتزايد ببناء توربينات الغاز.
ريتمتع سوق التوليد صغير الحجم بآفاق تطوير كبيرة. ويتوقع الخبراء زيادة الطلب على الطاقة الموزعة من 8% (حالياً) إلى 20% (بحلول عام 2020). ويفسر هذا الاتجاه بتعريفة الكهرباء المنخفضة نسبياً (2-3 مرات أقل من تعريفة الكهرباء من شبكة مركزية). بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لمكسيم زاجورنوف، عضو المجلس العام لرجال الأعمال في روسيا، ورئيس جمعية الطاقة الصغيرة في جبال الأورال، ومدير مجموعة شركات MKS، فإن التوليد على نطاق صغير أكثر موثوقية من التوليد عبر الشبكة: في حالة وقوع حادث على الشبكة الخارجية، لا يتوقف التيار الكهربائي. ومن المزايا الإضافية للطاقة اللامركزية سرعة التشغيل: 8-10 أشهر، مقابل 2-3 سنوات لإنشاء خطوط الشبكة وتوصيلها.
ويقول دينيس تشيريبانوف، الرئيس المشارك للجنة الأعمال الروسية المعنية بالطاقة، إن المستقبل يكمن في أيدي جيلنا. وفقا للنائب الأول لرئيس لجنة مجلس الدوما للطاقة سيرجي يسياكوف، في حالة الطاقة الموزعة في سلسلة "مستهلك الطاقة"، فإن الرابط الحاسم هو المستهلك، وليس قطاع الطاقة. عند توليد الكهرباء الخاصة به، يعلن المستهلك عن الطاقة المطلوبة والتكوينات وحتى نوع الوقود، مع توفير سعر كيلووات من الطاقة المستلمة. من بين أمور أخرى، يعتقد الخبراء أنه يمكن تحقيق وفورات إضافية إذا كانت محطة توليد الكهرباء تعمل في وضع التوليد المشترك: سيتم استخدام الطاقة الحرارية المستردة للتدفئة. ثم سيتم تخفيض فترة الاسترداد لمحطة توليد الطاقة بشكل كبير.
إن مجال الطاقة الموزعة الأكثر تطوراً هو بناء محطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز منخفضة الطاقة. تم تصميم محطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز للتشغيل في أي ظروف مناخية كمصدر رئيسي أو احتياطي للكهرباء والحرارة للمرافق الصناعية والمنزلية. إن استخدام محطات الطاقة هذه في المناطق النائية يجعل من الممكن تحقيق وفورات كبيرة في التكاليف من خلال القضاء على تكاليف بناء وتشغيل خطوط الكهرباء الطويلة، وفي المناطق المركزية - لزيادة موثوقية إمدادات الكهرباء والحرارة لكل من المؤسسات والمنظمات الفردية ، والأقاليم ككل. دعونا نلقي نظرة على بعض توربينات الغاز ووحدات توربينات الغاز التي تقدمها الشركات المصنعة المعروفة لبناء محطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز في السوق الروسية.
جنرال إلكتريك
تتميز حلول التوربينات الهوائية من جنرال إلكتريك بالموثوقية العالية ومناسبة للاستخدام في مجموعة من الصناعات، من النفط والغاز إلى المرافق. على وجه الخصوص، في عمليات التوليد على نطاق صغير، يتم استخدام وحدات توربينات الغاز التابعة لشركة GE من عائلة LM2500 بقدرة تتراوح من 21 إلى 33 ميجاوات وكفاءة تصل إلى 39٪. يستخدم LM2500 كمحرك ميكانيكي ومولد كهربائي، ويعملان في محطات توليد الطاقة في الدورة البسيطة، والدورة المركبة، ووضع التوليد المشترك، المنصات البحريةوخطوط الأنابيب.
على مدار الأربعين عامًا الماضية، كانت توربينات GE من هذه السلسلة هي الأكثر مبيعًا في فئتها. في المجمل، تم تركيب أكثر من 2000 توربين من هذا الطراز في العالم بزمن تشغيل إجمالي يزيد عن 75 مليون ساعة.
الخصائص الرئيسية لتوربينات LM2500: تصميم خفيف الوزن وصغير الحجم للتركيب السريع وسهولة الصيانة؛ الوصول إلى الطاقة الكاملة من لحظة الإطلاق خلال 10 دقائق؛ كفاءة عالية (في دورة بسيطة)، والموثوقية والتوافر في فئتها؛ إمكانية استخدام غرف احتراق الوقود المزدوج لنواتج التقطير والغاز الطبيعي؛ إمكانية استخدام الكيروسين والبروبان وغاز فرن فحم الكوك والإيثانول والغاز الطبيعي المسال كوقود؛ مستوى منخفضانبعاثات أكاسيد النيتروجين باستخدام غرف الاحتراق DLE أو SAC؛ معامل الموثوقية - أكثر من 99٪؛ معدل التوفر - أكثر من 98%؛ انبعاثات أكاسيد النيتروجين - 15 جزء في المليون (تعديل DLE).
لتزويد العملاء بدعم موثوق طوال الوقت دورة الحياةتم افتتاح معدات توليد GE مركز متخصصتقنيات الطاقة في كالوغا. وتقدم للعملاء حلولاً حديثة لصيانة وفحص وإصلاح توربينات الغاز. قامت الشركة بتطبيق نظام إدارة الجودة وفقا ل معيار الأيزو 9001.
كاواساكي للصناعات الثقيلة
الشركة اليابانية كاواساكي للصناعات الثقيلة المحدودة. (KHI) هي شركة هندسية متنوعة. تحتل توربينات الغاز مكانًا مهمًا في برنامج إنتاجها.
في عام 1943، أنشأت كاواساكي أول محرك توربيني غازي في اليابان، وهي حاليًا واحدة من الشركات الرائدة عالميًا في إنتاج محركات توربينات الغاز الصغيرة والمتوسطة الطاقة، حيث جمعت مراجع لأكثر من 11000 منشأة.
مع مراعاة الصداقة البيئية والكفاءة كأولوية، خطت الشركة خطوات كبيرة في تطوير تقنيات توربينات الغاز وتسعى بنشاط تطورات واعدةبما في ذلك في مجال مصادر الطاقة الجديدة كبديل للوقود الأحفوري.
تتمتع كاواساكي بخبرة جيدة في مجال التقنيات المبردة وتقنيات إنتاج وتخزين ونقل الغازات المسالة، وتقوم بإجراء بحث وتطوير نشط في مجال استخدام الهيدروجين كوقود.
وعلى وجه الخصوص، تمتلك الشركة بالفعل نماذج أولية من التوربينات التي تستخدم الهيدروجين كمادة مضافة لوقود الميثان. في المستقبل، من المتوقع أن تحل التوربينات محل الهيدروكربونات، وهي أكثر ثراءً بالطاقة وصديقة للبيئة تمامًا.
توربينات الغاز من سلسلة كاواساكي GPBمصممة لتشغيل الحمل الأساسي، بما في ذلك مخططات تفاعل الشبكة المتوازية والمعزولة، مع نطاق الطاقة الأساسي للآلات من 1.7 إلى 30 ميجاوات.
تشتمل مجموعة الطرازات على توربينات تستخدم حقن البخار لقمع الانبعاثات الضارة وتستخدم تقنية DLE، التي تم تعديلها من قبل مهندسي الشركة.
الكفاءة الكهربائية، اعتمادًا على دورة التوليد والطاقة، على التوالي، من 26.9% للتوربينات GPB17 وGPB17D (التوربينات M1A-17 وM1A-17D) إلى 40.1% للتوربينات GPB300D (التوربينات L30A). الطاقة الكهربائية - من 1700 إلى 30120 كيلوواط؛ الطاقة الحرارية - من 13400 إلى 8970 كيلوجول/كيلوواط ساعة؛ درجة حرارة غاز العادم - من 521 إلى 470 درجة مئوية؛ استهلاك غاز العادم - من 29.1 إلى 319.4 ألف م3/ساعة؛ أكاسيد النيتروجين (عند 15% O2) - 9/15 جزء في المليون لتوربينات الغاز M1A-17D، M7A-03D، 25 جزء في المليون للتوربينات M7A-02D و15 جزء في المليون للتوربينات L20A وL30A.
ومن حيث الكفاءة، فإن توربينات غاز كاواساكي، كل في فئتها، هي إما الرائدة عالميًا أو واحدة من الشركات الرائدة. تصل الكفاءة الحرارية الإجمالية لوحدات الطاقة في تكوينات التوليد المشترك إلى 86-87%. تنتج الشركة عددًا من وحدات توربينات الغاز في إصدارات الوقود المزدوج (الغاز الطبيعي والوقود السائل) مع التبديل التلقائي. حاليًا، هناك ثلاثة نماذج لتوربينات الغاز هي الأكثر طلبًا بين المستهلكين الروس - GPB17D، GPB80D وGPB180D.
تتميز توربينات الغاز كاواساكي بما يلي: الموثوقية العالية و مورد عظيم; تصميم مدمج، وهو جذاب بشكل خاص عند استبدال معدات مرافق التوليد الحالية؛ سهولة الصيانة بسبب التصميم المنفصل للهيكل، والشعلات القابلة للإزالة، وفتحات الفحص الموجودة في الموقع الأمثل، وما إلى ذلك، مما يبسط الفحص والصيانة، بما في ذلك من قبل موظفي المستخدم؛
صديقة للبيئة واقتصادية. تم تصميم غرف الاحتراق في توربينات كاواساكي باستخدام أحدث الأساليب، مما يسمح بتحسين عملية الاحتراق وتحقيق كفاءة أفضل للتوربينات، فضلاً عن تقليل محتوى أكاسيد النيتروجين والمواد الضارة الأخرى في العادم. كما تم تحسين الأداء البيئي من خلال استخدام تكنولوجيا محسنة لقمع الانبعاثات الجافة (DLE)؛
إمكانية استخدام مجموعة واسعة من الوقود. الغاز الطبيعي، الكيروسين، ديزلوزيوت الوقود الخفيفة من النوع "أ" وكذلك الغاز البترولي المصاحب؛
خدمة ما بعد البيع موثوقة. مستوى عالٍ من الخدمة، بما في ذلك نظام المراقبة المجاني عبر الإنترنت (TechnoNet) مع التقارير والتنبؤات، دعم فنيمن قبل موظفين مؤهلين تأهيلاً عاليًا، بالإضافة إلى استبدال محرك التوربينات الغازية أثناء عملية الإصلاح الرئيسية (يتم تقليل وقت تعطل توربينات الغاز إلى 2-3 أسابيع)، وما إلى ذلك.
في سبتمبر 2011، قدمت كاواساكي نظامًا جديدًا لغرفة الاحتراق أدى إلى خفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين إلى أقل من 10 جزء في المليون لمحرك توربين الغاز M7A-03، حتى أقل من اللوائح الحالية. أحد أساليب الشركة في التصميم هو إنشاء معدات جديدة لا تلبي المتطلبات البيئية الحديثة فحسب، بل أيضًا المتطلبات البيئية المستقبلية الأكثر صرامة.
تستخدم وحدة توربينات الغاز GPB50D ذات الكفاءة العالية بقدرة 5 ميجاوات مع توربين Kawasaki M5A-01D أحدث التقنيات المثبتة. الكفاءة العالية للوحدة تجعلها مثالية للكهرباء والتوليد المشترك. كما أن التصميم المدمج لـ GPB50D مفيد بشكل خاص عند ترقية المصانع الحالية. تعتبر الكفاءة الكهربائية المقدرة بنسبة 31.9% هي الأفضل في العالم بين المنشآت فئة 5 ميجاوات.
التوربين M1A-17D بسبب استخدام غرفة الاحتراق التصميم الاصليمع قمع الانبعاثات الجافة (DLE) يتمتع بأداء بيئي رائد في فئته (NOx< 15 ppm) и эффективности.
كتلة التوربينات المنخفضة للغاية (1470 كجم)، وهي الحد الأدنى في فئتها، ترجع إلى استخدامها على نطاق واسع المواد المركبةوالسيراميك الذي تصنع منه شفرات المكره على سبيل المثال. السيراميك أكثر مقاومة للعمل تحته درجات حرارة مرتفعة، أقل عرضة للتلوث من المعادن. تتمتع وحدة التوربينات الغازية بكفاءة كهربائية تقارب 27٪.
في روسيا، حاليا شركة كاواساكي للصناعات الثقيلة المحدودة. بالتعاون مع الشركات الروسيةتنفيذ عدد من المشاريع الناجحة:
محطة الطاقة الحرارية المصغرة "المركزية" في فلاديفوستوك
بأمر من JSC Far Eastern Energy شركة الإدارة» (JSC DVEUK) تم توريد 5 وحدات توربينات غازية GPB70D (M7A-02D) إلى TPP “Tsentralnaya”. توفر المحطة الكهرباء والحرارة للمستهلكين في الجزء الأوسط من مشروع تطوير جزيرة روسكي وحرم الشرق الأقصى الجامعة الفيدرالية. TPP "Tsentralnaya" هي أول منشأة للطاقة في روسيا مزودة بتوربينات كاواساكي.
محطة الطاقة الحرارية المصغرة "Oceanarium" في فلاديفوستوك
تم تنفيذ هذا المشروع أيضًا من قبل JSC DVEUK لتوفير الطاقة للمجمع العلمي والتعليمي Primorsky Oceanarium الموجود في الجزيرة. تم تسليم وحدتين توربينات غازية GPB70D.
تم تصنيع GTU بواسطة Kawasaki في PJSC Gazprom
تقوم شركة MPP Energotekhnika LLC، الشريك الروسي لشركة Kawasaki، على أساس توربين الغاز M1A-17D، بإنتاج محطة توليد كهرباء بحاويات Corvette 1.7K لتركيبها على المناطق المفتوحةمع نطاق من درجات الحرارة المحيطة من -60 إلى +40 درجة مئوية.
كجزء من اتفاقية التعاون، تم تطوير وتجميع خمس طائرات EGTE CORVET-1.7K في مرافق الإنتاج التابعة لشركة MPP Energotekhnika. وتوزعت مسؤوليات الشركات في هذا المشروع على النحو التالي: قامت شركة كاواساكي بتزويد المحرك التوربيني الغازي M1A-17D وأنظمة التحكم التوربينية، وقامت شركة سيمنز إيه جي بتوريد مولد الجهد العالي. تنتج شركة MPP Energotekhnika LLC حاوية كتلة، وجهاز سحب الهواء والعادم، ونظام التحكم في وحدة الطاقة (بما في ذلك نظام الإثارة SHUVGm)، والمعدات الكهربائية - الرئيسية والمساعدة، وتكمل جميع الأنظمة، وتجميع وتوريد محطات توليد الطاقة الكاملة، وكذلك المبيعات ناقلات الجنود المدرعة.
لقد اجتازت EGTES Corvette-1.7K اختبارات مشتركة بين الأقسام ويوصى باستخدامها في مرافق شركة PJSC Gazprom. تم تطوير وحدة الطاقة التوربينية الغازية بواسطة شركة LLC MPP Energotekhnika وفقًا للمواصفات الفنية لشركة PJSC Gazprom في إطار برنامج التعاون العلمي والتقني لشركة PJSC Gazprom ووكالة الموارد الطبيعية والطاقة اليابانية.
توربين لـ 10 ميجاوات CCGT في NRU MPEI
قامت شركة Kawasaki Heavy Industries Ltd. بتصنيع وتوريد وحدة توربينات غازية كاملة GPB80D بقدرة اسمية تبلغ 7.8 ميجاوات لجامعة الأبحاث الوطنية "MPEI"، الواقعة في موسكو. إن MPEI CHPP تعليمي وعملي، ويقوم بتوليد الكهرباء والحرارة على نطاق صناعي، ويوفرها لمعهد موسكو للطاقة نفسه ويزودها بشبكات المرافق في موسكو.
توسيع جغرافية المشاريع
واقترحت شركة كاواساكي، التي لفتت الانتباه إلى مزايا تطوير الطاقة المحلية في اتجاه التوليد الموزع، البدء في تنفيذ المشاريع باستخدام وحدات توربينات الغاز ذات الحد الأدنى من الطاقة.
ميتسوبيشي هيتاشي لأنظمة الطاقة
يتم تقديم مجموعة طرازات توربينات N-25 في نطاق طاقة يتراوح بين 28-41 ميجاوات. يتم تنفيذ المجموعة الكاملة من إنتاج التوربينات، بما في ذلك البحث والتطوير ومركز المراقبة عن بعد، في المصنع الواقع في هيتاشي باليابان بواسطة شركة MHPS (شركة ميتسوبيشي هيتاشي لأنظمة الطاقة المحدودة). تم تشكيلها في فبراير 2014 بفضل اندماج قطاعات التوليد من الشركات الرائدة المعترف بها في الهندسة الميكانيكية شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة المحدودة. وشركة هيتاشي المحدودة.
تُستخدم موديلات H-25 على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم لتشغيل الدورة البسيطة نظرًا لكفاءتها العالية (34-37%) وتشغيل الدورة المركبة في تكوينات 1x1 و2x1 بكفاءة تتراوح بين 51-53%. بفضل وجود مؤشرات لدرجة حرارة عالية لغازات العادم، أثبتت وحدة توربينات الغاز أيضًا بنجاح قدرتها على العمل في وضع التوليد المشترك للطاقة بكفاءة إجمالية للمحطة تزيد عن 80٪.
إن الكفاءات طويلة المدى في إنتاج توربينات الغاز ذات مجموعة واسعة من السعات والتصميم المدروس للتوربينات الصناعية ذات العمود الواحد تميز N-25 بموثوقية عالية مع معدل توفر للمعدات يزيد عن 99٪. وتجاوز إجمالي زمن التشغيل للنموذج 6.3 مليون ساعة في النصف الثاني من عام 2016. وتم تصنيع الوحدة التوربينية الغازية الحديثة بموصل محوري أفقي مما يضمن سهولة الصيانة، فضلا عن إمكانية استبدال أجزاء من المسار الساخن عند موقع العملية.
تضمن غرفة الاحتراق ذات الحلقة الأنبوبية ذات التدفق المعاكس احتراقًا مستقرًا لأنواع مختلفة من الوقود، مثل الغاز الطبيعي ووقود الديزل وغاز البترول المسال وغازات المداخن وغاز فرن فحم الكوك، وما إلى ذلك. يمكن تصنيع الغرفة في إصدار مع وضع الاحتراق الانتشاري بالإضافة إلى غرفة احتراق جافة منخفضة الانبعاثات للخلط المسبق لخليط الغاز والهواء (DLN). المحرك التوربيني الغازي H-25 عبارة عن ضاغط ذو تدفق محوري مكون من 17 مرحلة مقترنًا بتوربين نشط ثلاثي المراحل.
مثال على التشغيل الموثوق لوحدة توربينات الغاز N-25 في منشآت التوليد صغيرة النطاق في روسيا هو التشغيل كجزء من وحدة التوليد المشترك للاحتياجات الخاصة لمصنع Ammony JSC في مندليفسك، جمهورية تتارستان. تزود وحدة التوليد المشترك موقع الإنتاج بقدرة 24 ميجاوات من الكهرباء و50 طنًا في الساعة من البخار (390 درجة مئوية / 43 كجم/سم3). في نوفمبر 2017، تم إجراء الفحص الأول لنظام الاحتراق التوربيني بنجاح في الموقع، مما يؤكد التشغيل الموثوق لمكونات وتجميعات الماكينة في درجات حرارة عالية.
وفي قطاع النفط والغاز، تم استخدام وحدات توربينات الغاز N-25 لتشغيل موقع مجمع المعالجة البرية في سخالين 2 (OPF) التابع لشركة سخالين لاستثمار الطاقة المحدودة. يقع OPF على بعد 600 كم شمال يوجنو ساخالينسك في منطقة الهبوط لخط أنابيب الغاز البحري، وهو أحد أهم مرافق الشركة، وهو المسؤول عن إعداد الغاز والمكثفات لنقلها لاحقًا عبر خط الأنابيب إلى محطة تصدير النفط وإنتاج الغاز الطبيعي المسال. نبات. يشتمل المجمع التكنولوجي على أربعة توربينات غازية من طراز N-25 تقع في العملية الصناعيةمنذ عام 2008. تم دمج وحدة التوليد المشترك للطاقة القائمة على وحدة توربينات الغاز N-25 إلى أقصى حد في نظام الطاقة المعقد OPF، على وجه الخصوص، يتم استخدام الحرارة الناتجة عن غازات عادم التوربينات لتسخين النفط الخام لتلبية احتياجات تكرير النفط.
ستساعد مجموعات مولدات توربينات الغاز الصناعية من شركة Siemens (المشار إليها فيما يلي باسم GTUs) في التغلب على الصعوبات التي يواجهها سوق التوليد الموزع الذي يتطور ديناميكيًا. تلبي توربينات الغاز ذات القدرة المقدرة للوحدة من 4 إلى 66 ميجاوات المتطلبات العالية في مجال توليد الطاقة الصناعية المدمجة، من حيث كفاءة المحطة (حتى 90٪)، والموثوقية التشغيلية، ومرونة الصيانة والسلامة البيئية، مما يضمن انخفاض التكاليف. على مدى العمر التشغيلي بأكمله وعائدات عالية من الاستثمارات. تعود خبرة شركة Siemens في بناء وحدات توربينات الغاز الصناعية وبناء محطات الطاقة الحرارية بناءً عليها إلى أكثر من 100 عام.
تُستخدم وحدات توربينات الغاز من شركة Siemens بسعة تتراوح من 4 إلى 66 ميجاوات من قبل شركات الطاقة الصغيرة ومنتجي الطاقة المستقلين (على سبيل المثال، المؤسسات الصناعية)، وكذلك في صناعة النفط والغاز. إن استخدام تقنيات توليد الكهرباء الموزعة مع إنتاج الطاقة الحرارية مجتمعة يجعل من الممكن تجنب الاستثمار في خطوط كهرباء متعددة الكيلومترات، وتقليل المسافة بين مصدر الطاقة والجسم الذي يستهلكها، وتحقيق وفورات كبيرة في التكاليف من خلال تغطية التدفئة المؤسسات الصناعيةومرافق البنية التحتية من خلال استعادة الحرارة. يمكن بناء محطة طاقة حرارية صغيرة قياسية تعتمد على وحدة توربينات الغاز من شركة سيمنز في أي مكان حيث يمكن الوصول إلى مصدر الوقود أو إمداداته السريعة.
SGT-300 عبارة عن وحدة توربينية غازية صناعية بطاقة كهربائية تبلغ 7.9 ميجاوات (انظر الجدول 1)، وتجمع بين التصميم البسيط والموثوق وأحدث التقنيات.
الجدول 1. خصائص SGT-300 للمحرك الميكانيكي وتوليد الطاقة
|
إنتاج الطاقة |
محرك ميكانيكي |
||
|---|---|---|---|
|
7.9 ميجاوات |
8 ميغاواط |
9 ميغاواط |
|
|
الطاقة في ISO |
|||
|
الغاز الطبيعي/الوقود السائل/الوقود المزدوج وأنواع الوقود الأخرى عند الطلب؛ تغيير تلقائي للوقود من الوقود الرئيسي إلى الاحتياطي، عند أي حمولة |
|||
|
أود. استهلاك الحرارة |
11.773 كيلوجول/كيلوواط ساعة |
10.265 كيلوجول/كيلوواط ساعة |
10.104 كيلوجول/كيلووات ساعة |
|
سرعة توربينات الطاقة |
5,750 - 12,075 دورة في الدقيقة |
5,750 - 12,075 دورة في الدقيقة |
|
|
نسبة الضغط |
|||
|
تدفق غاز العادم |
|||
|
درجة حرارة غاز العادم |
542 درجة مئوية (1.008 درجة فهرنهايت) |
491 درجة مئوية (916 درجة فهرنهايت) |
512 درجة مئوية (954 درجة فهرنهايت) |
|
انبعاثات أكاسيد النيتروجين وقود الغاز مع نظام DLE |
|||
1) كهربائي 2) مثبت على العمود
أرز. 1. تصميم مولد الغاز SGT-300
لتوليد الطاقة الصناعية، يتم استخدام نسخة أحادية العمود من وحدة توربينات الغاز SGT-300 (انظر الشكل 1). إنه مثالي لإنتاج الحرارة والطاقة (CHP). وحدة توربينات الغاز SGT-300 هي وحدة توربينات غازية صناعية، تم تصميمها في الأصل للتوليد وتتمتع بالمزايا التشغيلية التالية للمؤسسات العاملة:
الكفاءة الكهربائية - 31%، وهي أعلى بنسبة 2-3% في المتوسط من كفاءة وحدات توربينات الغاز ذات الطاقة المنخفضة، وبفضل قيمة الكفاءة الأعلى، يتم تحقيق تأثير اقتصادي في توفير غاز الوقود؛
وقد تم تجهيز مولد الغاز بغرفة احتراق جاف منخفضة الانبعاثات باستخدام تقنية DLE، مما يسمح بتحقيق مستويات انبعاثات أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون أقل بأكثر من 2.5 مرة من تلك التي حددتها الوثائق التنظيمية؛
تتميز وحدة التوربينات الغازية بخصائص ديناميكية جيدة بسبب تصميمها أحادي العمود وتضمن التشغيل المستقر للمولد عندما يتقلب حمل الشبكة الخارجية المتصلة؛
يضمن التصميم الصناعي لتوربينات الغاز عمر خدمة طويل بين عمليات الإصلاح وهو الأمثل من الناحية التنظيمية خدمة العملوالتي يتم تنفيذها في موقع العملية؛
انخفاض كبير في مساحة المبنى، فضلاً عن تكاليف الاستثمار، بما في ذلك شراء المعدات الميكانيكية والكهربائية للمحطة العامة وتركيبها وتشغيلها، عند استخدام حل يعتمد على SGT-300 (الشكل 2).
أرز. 2. خصائص الوزن والحجم للكتلة SGT-300
يبلغ إجمالي وقت التشغيل لأسطول SGT-300 أكثر من 6 ملايين ساعة، ويبلغ وقت تشغيل توربينات الغاز الرائدة 151 ألف ساعة، ويبلغ عامل التوفر/التوفر 97.3%، وعامل الموثوقية 98.2%.
أوبرا (هولندا) - المورد الرئيسي أنظمة الطاقةعلى أساس توربينات الغاز. تقوم OPRA بتطوير وإنتاج وتسويق محركات توربينات الغاز الحديثة بقدرة إنتاجية تبلغ حوالي 2 ميجاوات. النشاط الرئيسي للشركة هو إنتاج الكهرباء لصناعة النفط والغاز.
يوفر محرك OPRA OP16 الموثوق المزيد أداء عاليبتكلفة أقل وعمر خدمة أطول من أي توربين آخر في فئته. يعمل المحرك على عدة أنواع من الوقود السائل والغازي. هناك تعديل لغرفة الاحتراق مع انخفاض محتوى الملوثات في العادم. ستكون محطة توليد الطاقة OPRA OP16 بقدرة 1.5-2.0 ميجاوات بمثابة مساعد موثوق به في ظروف التشغيل القاسية.
تعد توربينات الغاز OPRA من المعدات المثالية لتوليد الكهرباء في أنظمة التوليد المشترك للطاقة الكهربائية المستقلة وصغيرة الحجم. استغرق تطوير تصميم التوربينات أكثر من عشر سنوات. وكانت النتيجة محرك توربيني غازي بسيط وموثوق وفعال، بما في ذلك نموذج منخفض الانبعاثات.
من السمات المميزة لتقنية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية في OP16 نظام التحكم الحاصل على براءة اختراع لإعداد وتزويد خليط وقود COFAR، والذي يوفر أوضاع احتراق مع الحد الأدنى من تكوين أكاسيد النيتروجين والكربون، بالإضافة إلى الحد الأدنى من بقايا الوقود غير المحروقة. ومن العناصر الأصلية أيضًا الهندسة الحاصلة على براءة اختراع للتوربين الشعاعي والتصميم الكابولي الشامل للخرطوشة القابلة للاستبدال، والتي تتضمن عمودًا ومحامل وضاغط طرد مركزي وتوربينًا.
قام المتخصصون من شركتي "OPRA" و"MES Engineering" بتطوير مفهوم لإنشاء وحدة فريدة وموحدة المجمع الفنيإعادة تدوير النفايات. من بين 55-60 مليون طن من جميع النفايات الصلبة المتولدة في روسيا سنويًا، يقع الخمس - 11.7 مليون طن - على منطقة العاصمة (3.8 مليون طن - منطقة موسكو، 7.9 مليون طن - موسكو). وفي الوقت نفسه، يتم تصدير 6.6 مليون طن من النفايات المنزلية من موسكو إلى ما وراء طريق موسكو الدائري. وهكذا يستقر أكثر من 10 ملايين طن من القمامة في منطقة موسكو. منذ عام 2013، تم إغلاق 22 من أصل 39 مكب نفايات في منطقة موسكو، ومن المقرر استبدالها بـ 13 مجمعًا لفرز النفايات، والتي سيتم تشغيلها في 2018-2019، بالإضافة إلى أربع محطات لحرق النفايات. ويحدث نفس الوضع في معظم المناطق الأخرى. ومع ذلك، فإن بناء محطات معالجة النفايات الكبيرة ليس مربحًا دائمًا، وبالتالي فإن مشكلة إعادة تدوير النفايات مهمة جدًا.
يجمع المفهوم المطور لمجمع تقني واحد بين تركيبات OPRA الشعاعية بالكامل، والتي تتمتع بموثوقية وكفاءة عالية، مع نظام التغويز/التحلل الحراري لشركة MES، والذي يسمح بالتحويل الفعال أنواع مختلفةتحويل النفايات (بما في ذلك النفايات الصلبة، وحمأة النفط، والتربة الملوثة، والنفايات البيولوجية والطبية، ونفايات الخشب، والعوارض، وما إلى ذلك) إلى وقود ممتاز لتوليد الحرارة والكهرباء. ونتيجة للتعاون طويل الأمد، تم تصميم مجمع موحد لمعالجة النفايات بقدرة 48 طن/يوم وهو الآن في مرحلة التنفيذ. (تين. 3).
أرز. 3. المخطط العام لمجمع معالجة النفايات القياسي بطاقة 48 طن/يوم.
يشتمل المجمع على منشأة تغويز MES مع منطقة تخزين النفايات، وتوربينتين غازيتين OPRA بقدرة كهربائية إجمالية تبلغ 3.7 ميجاوات وطاقة حرارية تبلغ 9 ميجاوات، بالإضافة إلى أنظمة مساعدة ووقائية مختلفة.
إن تنفيذ مثل هذا المجمع يجعل من الممكن، على مساحة 2 هكتار، الحصول على فرصة الطاقة المستقلة وإمدادات الحرارة لمختلف المرافق الصناعية والبلدية، مع حل مشكلة إعادة تدوير أنواع مختلفة من النفايات المنزلية.
تنشأ الاختلافات بين التقنيات المعقدة المتقدمة والتكنولوجيات الحالية من مزيج فريد من التقنيات المقترحة. إن الكميات الصغيرة (2 طن / ساعة) من النفايات المستهلكة، إلى جانب المساحة الصغيرة المطلوبة للموقع، تجعل من الممكن وضعها هذا المجمعبالقرب مباشرة من المستوطنات الصغيرة والمؤسسات الصناعية وما إلى ذلك، مما يوفر المال بشكل كبير على النقل المستمر للنفايات إلى مواقع التخلص منها. تسمح الاستقلالية الكاملة للمجمع بنشره في أي مكان تقريبًا. إن استخدام التصميم القياسي المتطور والهياكل المعيارية والحد الأقصى لدرجة استعداد المصنع للمعدات يجعل من الممكن تقليل وقت البناء إلى 1-1.5 سنة. يضمن استخدام التقنيات الجديدة أعلى درجات الصداقة البيئية للمجمع. تنتج وحدة التغويز MES أجزاء من الوقود الغازي والسائل في وقت واحد، ونظرًا لطبيعة الوقود المزدوج لتوربينات الغاز OPRA، يتم استخدامها في وقت واحد، مما يزيد من مرونة الوقود وموثوقية إمدادات الطاقة. إن المتطلبات المنخفضة لوحدة توربينات الغاز OPRA على جودة الوقود تزيد من موثوقية النظام بأكمله. يسمح تركيب MES باستخدام النفايات التي تحتوي على نسبة رطوبة تصل إلى 85%، وبالتالي لا يلزم تجفيف النفايات، مما يزيد من كفاءة المجمع بأكمله. تسمح درجة الحرارة المرتفعة لغازات العادم في وحدة توربينات الغاز OPRA بإمداد حرارة موثوق به الماء الساخنأو البخار (ما يصل إلى 11 طنًا من البخار في الساعة عند 12 بار). المشروع قياسي وقابل للتطوير، مما يسمح بالتخلص من أي كمية من النفايات.
وتظهر الحسابات أن تكلفة توليد الكهرباء ستكون من 0.01 إلى 0.03 يورو لكل 1 كيلوواط ساعة، مما يدل على ارتفاع الكفاءة الاقتصاديةمشروع. وبذلك، أكدت شركة OPRA مرة أخرى تركيزها على توسيع نطاق أنواع الوقود المستخدمة وزيادة مرونة الوقود، فضلاً عن تركيزها على الاستخدام الأقصى للتقنيات "الخضراء" في تطويرها.
