Connaissance de base des turbines à gaz
Les turbines à gaz sont principalement composées de trois éléments principaux : le compresseur, la chambre de combustion et la turbine. Le cycle des turbines à gaz est généralement appelé cycle simple. La plupart des turbines à gaz utilisent un schéma de cycle simple, et seules les turbines à gaz-à usage intensif utilisent un schéma de cycle combiné. En raison de contextes historiques différents, les turbines à gaz se sont développées selon des voies techniques différentes. Les turbines à gaz légères dérivées de l'aéronautique industrielles et marines (communément appelées « machines dérivées de l'aviation ») sont formées en modifiant des moteurs d'avion ; Les turbines à gaz industrielles -à usage intensif (largement connues sous le nom de « machines industrielles ») sont développées selon le concept traditionnel de turbine à vapeur, qui est principalement utilisé pour les entraînements mécaniques et les grandes centrales électriques.
Une turbine à gaz peut être divisée en trois parties de gauche à droite : compresseur (bleu), chambre de combustion (rouge) et turbine (jaune).
Classification des turbines à gaz
Des dizaines d’entreprises sont engagées dans la recherche, la conception et la fabrication de turbines à gaz dans le monde. Les quatre entreprises qui maîtrisent parfaitement la technologie des turbines à gaz à usage intensif sont General Electric des États-Unis, Siemens d'Allemagne, Mitsubishi Heavy Industries du Japon (qui a introduit la technologie Westinghouse des États-Unis au début) et Ansaldo d'Italie. Selon M. Chen Xuewen, vice-président de Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., il n'y a jamais eu de norme internationale pour le niveau de modèle des turbines à gaz, et elle devient de plus en plus vague aujourd'hui. L'auteur ne peut recueillir que les opinions de diverses parties et les résumer comme suit :
1. Selon la température de combustion de la turbine à gaz est divisée (tous les 100 degrés est un niveau) :
États-Unis GE (Harbin electric introduction) : 1 100 degrés pour la classe E, 1 200 degrés pour la classe F, 1 400 degrés pour la classe H.
Japon Mitsubishi (introduit par Dongfang Electric) : 1400 degrés est la classe F, 1500 degrés est la classe G, la classe H est un produit de test intermédiaire, 1600/1700 degrés est la classe J.
Allemagne Siemens (introduction de Shanghai Electric) : les anciens numéros V64.3A, V84.3A, V94.3A sont de classe 6F. En 1997, Westinghouse a vendu sa division de production de générateurs non nucléaires à Siemens. Le nouveau numéro a été remplacé par des SGT6-5000F et SGT-8000H similaires. La classe F correspond à 1 200 degrés C et la classe H à 1 500 degrés C.
2. Classification de la production de référence pour les turbines à gaz-à usage intensif :
Les turbines à gaz-à usage intensif destinées à la production d'électricité sont généralement classées en fonction de leur puissance lorsque la température de combustion dans la chambre de combustion est comprise entre 1 100 degrés Celsius et 1 500 degrés Celsius. Par exemple, la puissance des turbines à gaz de classe B est inférieure ou égale à 100 MW, la puissance des turbines à gaz de classe E est comprise entre 100 MW et 200 MW, la puissance des turbines à gaz de classe F est comprise entre 200 MW et 300 MW, et les qualités supérieures telles que la classe G et la classe H sont comprises entre 300 MW et 400 MW. Selon M. Chen Xuewen, étant donné que la production des turbines à gaz des différents fabricants s'est développée rapidement, cette méthode de classification est légèrement en retard par rapport au produit réel.
Développement de turbines à gaz internationales
Siemens: La super turbine à gaz SGT5-8000H, produit représentatif, pèse 390 tonnes (équivalent à un Airbus A380 entièrement alimenté), mesure 13,1 mètres de long, 4,9 mètres de large, 4,9 mètres de haut et a une puissance de cycle combiné de 595 MW. La production d’électricité d’un SGT5-8000H est suffisante pour alimenter une grande ville industrielle. Ses aubes de turbine doivent résister à une température élevée de plus de 1 500 degrés, ce qui dépasse la température d'entrée de la turbine du turboréacteur GE90 et du moteur à réaction F404. Étant donné que la vitesse de pointe de l’aube de la turbine dépasse 1 700 kilomètres par heure, l’énorme force centrifuge fait qu’une extrémité de chaque aube entre en contact avec 10 000 fois la gravité de la Terre. La lame ne peut présenter aucun défaut et l’erreur n’est que de quelques dizaines de microns, sinon elle sera mise au rebut. On dit donc qu’une lame équivaut à une BMW.
Société Mitsubishi: Le dernier modèle est la super turbine à gaz M701J d'une puissance en cycle combiné de 650 MW. Il est équipé d'un compresseur axial à 15-étages avec un rapport de pression de 23:1. Le brûleur et la turbine axiale à 4 -étages sont tous refroidis par air-, et les 3 premiers étages utilisent les derniers-revêtements de protection haute température, des revêtements de barrière thermique en céramique et un refroidissement par film d'air haute-performance, ainsi que d'autres technologies de haute-technologies. Avec la température d'entrée de turbine à gaz la plus élevée au monde, soit 1 600 degrés, elle peut toujours garantir la durée de vie à long-des composants à haute-température. Les dernières innovations de la série J sont conçues pour réduire davantage les émissions de carbone. En mars 2020, MHPS a reçu une commande de deux groupes motopropulseurs M501JAC de la part de l'Intermountain Power Authority de l'Utah, aux États-Unis. Les deux turbines à gaz sont basées sur un système de combustion sèche à faible teneur en NOx, refroidi par air et sont capables d'utiliser jusqu'à 30 % d'hydrogène renouvelable. Par rapport aux centrales électriques au charbon de même taille, un système à 30 % d’hydrogène réduira les émissions de carbone de plus de 75 %, tandis qu’un système à 100 % d’hydrogène éliminera les émissions de carbone. Entre 2025 et 2045, la centrale atteindra progressivement une production d’électricité 100 % renouvelable à base d’hydrogène.
Électricité générale : Les turbines à gaz à usage intensif de la série 9HA-sont les turbines à gaz à cycle combiné les plus efficaces au monde ; sa dernière turbine à gaz à usage intensif 9HA.02-a non seulement un rendement en cycle combiné de plus de 64 %, mais a également une puissance de sortie allant jusqu'à 826 MW. Ces deux indicateurs clés dépassent de loin ses deux principaux concurrents, et la technologie d'impression 3D la plus avancée est utilisée pour fabriquer les composants clés.
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