基本概念
「ガス タービン語彙」(GB/T 15135-2018) によると、ガス タービンとは、熱エネルギーを機械的仕事に変換する連続流回転機械 (単一の機械) を指します。これには、コンプレッサー、炉を加熱するための装置が含まれます。作動流体（燃焼室など）、タービン、制御システム、補助機器など。
産業用ガス タービン エンジン (一般にガス タービンまたはタービン、産業用ガス エンジンと呼ばれます) は、航空タービン ガス エンジン (航空エンジンと呼ばれます) と本質的に同じものですが、アプリケーション シナリオが若干異なります。高圧ガスを燃焼室に圧縮し、化学エネルギーの反応により、タービン (タービンの音訳) を介して化学エネルギーを機械的仕事に変換します。
エネルギー変換装置としてのガスタービンは、空を飛ぶときに航空灯油をプロペラの機械エネルギーに変換する航空機エンジンです。地上で使用されるガスタービンは、天然ガスと石油を発電機の機械エネルギーに変換します。
蒸気タービン、内燃機関、ガス タービンは、最初は軍艦で使用するために開発されました。第一次世界大戦前には蒸気タービンが使用され、第一次世界大戦と第二次世界大戦中には内燃機関が使用され、第二次世界大戦後は軍艦用のガスタービンが開発されました。これらは航空機エンジンを改造したもので、主に大型水上艦で使用されました。
ガスタービンにはいくつかの特徴があります。
まず、理論上のエネルギー変換効率は 88% に達する可能性があり、これはこれまで世界で最も高いエネルギー変換効率を備えたデバイスです。燃料電池は90%の変換効率を達成できると言われていますが、まだ完全には実用化されていません。内燃機関の理論上のエネルギー変換効率は 88% であり、これは数十年にわたってテストされてきました。
第二に、ガスタービンの燃焼温度は比較的高く、有害なガスの排出量は比較的少ないです。
第三に、電力密度が比較的大きい。コンテナほどの大きさの機械 1 台で駆逐艦にエネルギーを供給できます。基本的に、郡の民間電力には 2 つのコンテナで十分です。蒸気タービンは、10メガワットを超えるディーゼルエンジンや内燃機関など非常に大型で、基本的には重さ数千トン、高さ数十メートルにもなる大型の装置です。
第 4 に、ガス タービンはストローク型の内燃機関とは異なり、4 ストロークごとに仕事が行われます。ガスタービンは連続的に作動し、タービンは渦線になります。化学エネルギーを熱エネルギーと機械エネルギーに変換する、最もエネルギー変換効率の高い熱機関装置です。
1970 年代にガス タービンが米国の石油産業に参入し、産業用ガス タービンが誕生しました。航空機エンジンは比較的高い性能を必要とし、比較的洗練されており、寿命が比較的短いです。産業用エンジンは軽量化する必要がなく、非常に頑丈に作られており、比較的長い寿命を必要とします。 1980年代ごろ、天然ガスの開発に伴い電力事業にも参入。
第二次世界大戦後、アメリカの技術レベルはそれほど高くありませんでした。最も早い買収は、ヨーロッパの回転機器の中心地であるイタリア企業の買収でした。代表的なイギリス企業は航空機エンジンを製造するロールスロイスです。一般に、航空機エンジンを製造する会社はガスタービンを製造します。ドイツのシーメンスはヨーロッパ全土で買収され、ロールスロイスの航空機改造も買収された。ロシアのガスタービンは主にウクライナと協力している。デザインはすべてロシアで行われ、製造拠点の一部はウクライナのマリウポリにあります。
ここ数十年で、本格的な大型ガスタービンを開発したのは日本の三菱だけであり、川崎重工は小型のものを製造しているため、依然として一定の敷居が存在する。中小型ガスタービンは主にGE製であり、特に軍事用が多い。主流の駆逐艦は主に GE、LM-2500 型です。シーメンスは、容量15MW未満の小型ガスタービンの一部を英国のリンカーンで取得し、一部はスウェーデンのフィンスポングで取得した。小型ガスタービンの最高の企業は米国のソーラー社です。同社は顧客との距離が非常に近く、容量 15 MW 未満の小型ガスタービンでは世界で最高の市場シェアを持っています。
分類
ガスタービンは、構造形状と出力により、超小型、軽量、重量の 3 つのカテゴリに分類できます。その中で、マイクロおよび軽量ガスタービンは、航空機エンジン（「エアロ・トゥ・ガス」とも呼ばれる）を改造することができ、通常は出力が50MW以内であり、産業用発電、船舶動力、パイプライン昇圧、タンクなどに使用できます。機関車、分散型発電、熱電併給など。大型ガスタービンの出力は 50MW 以上で、主に都市の送電網などの陸上の固定発電機として使用されます。
大型ガスエンジンは通常、温度に従って分類されます。クラス E、F、G、および H は、異なる燃焼温度に対応します。工学的な観点からは、合金の耐温度性に基づいて分類することがより好ましい。
中国では基本的に小型ガスタービンです。小型ガスタービンは一般に、単軸、二軸、三軸、空力改良型、工業用などの構造によって分類されますが、小型ガスタービンの温度は大型ガスタービンに比べてそれほど高くないため、温度によって分類されることはほとんどありません。タービン。出力レベルが 30 メガワット未満のものは、実際には等軸結晶、つまり E グレードです。これは絶対的なものではなく、より高度なものでは F グレードに達するものもあります。 E グレードは 1995 年に中国で試作されました。おそらく 50 メガワット程度が配向結晶である F グレードに相当します。中国は 2005 年にこのグレードを試作し、現在、これらの材料はすべて揃っています。最先端のガスタービンは H グレードに達し、現在では第 2 世代の単結晶が完成しています。
一般に1MW以下のものをマイクロガスタービンと呼びます。実際、海外のマイクロガスタービンは温度が低いため、このような優れた合金を使用していません。一部の特殊鋼を使用しており、等軸結晶はほとんど使用されません。 15MW程度のものは小型ガスタービンと呼ばれるもので、主に等軸結晶を使用しています。海外にも特殊鋼を使っている特殊な会社がありますが、特に塗装が良いのでより良くできています。中小規模の 30 ～ 50 MW では、通常、より配向性の高い結晶、つまり F グレードが使用されます。大きいものは国内ブランドの第一世代、第二世代の単結晶を使用しております。
中小型およびマイクロガスタービンは主に分散型電源および熱電併給に使用されます。 30 MW と 15 MW 未満のものは主に四川省で使用され、7 MW 未満のものは主に重慶で使用されています。これは工業団地の規模に関係しています。 30 MW 程度のものは主に江蘇省で使用され、50 MW から 100 MW のものは主に広東省の工業団地で、一般に分散型電力または熱電併給に使用されます。 100 MW を超えるものは、基本的に、大規模な送電網のピーク調整またはベースロード発電所として使用されます。石油・ガス産業では基本的に小型のものを使用します。上流の鉱業では 7 MW と 15 MW が主に使用され、中流のパイプライン輸送は主に 15 MW と 30 MW が使用されます。
30 MW 未満のガス タービンの設計システムは比較的成熟しており、プロセス材料システムも比較的成熟しています。 OBTの歩留まりは85%に達します。産業用ガスタービンは依然として経済性、技術的・経済的評価、あるいはコストパフォーマンスを重視する必要があり、主な評価指標は歩留まりです。
中大型ガスタービンについては、当社（国内）の設計システムにおける設計ソフトウェア、設計仕様書、一部の材料やプロセスのデータベースの蓄積が少なく、設計システムが未成熟で歩留まりが高くありません。 。 F レベルまたは配向結晶は分水界です。結晶配向以下では、私たちはまだ国際競争に参加するのに十分な自信を持っています。配向結晶を超えると、工業レベルではまだ一定のギャップがあります。この部分は代表チームに引き継がれる。いくつかの中央企業が基礎的な研究開発を行っており、基礎的な材料や基礎的なプロセスへの投資は巨額です。
産業チェーン
我が国のガスタービン産業チェーンの上流では、高融点合金、チタン合金、複合材料、アルミニウム合金、一般鋼のメーカーとして、ガンヤン・ガオナ、撫順特殊鋼、Baotiグループなどが挙げられます。中流の部品・コンポーネントリンクでは、材料は鋳造、鍛造などのプロセスでタービンブレード、シャフト、その他の部品を製造します。ブレードなどの部品は鋳造法で成形されます。国内の主要な鋳造鍛造メーカーには、Yingliu Co., Ltd.、Wanze Co., Ltd.、Tunan Co., Ltd.などが含まれます。その後、下流の機械全体メーカーがさまざまな部品を機械全体に組み立てます。主要メーカーとしては、AECC、Shanghai Electric、Helan Turbine、Harbin Electricなどが挙げられます。
上流産業、特に高温合金、高温チタン合金、遮熱コーティング、先端セラミック複合材料などの製品は、国防産業やハイエンド機器の製造を促進する上で重要な役割を果たしています。国産ガスタービンは主に発電用に使用されており、少数は注水、吸気、油田・ガス田の加圧、船舶やタンクの動力に使用されています。分散型発電、熱電併給、天然ガスパイプライン輸送、船舶推進、機械駆動に重点が置かれています。側面。我が国のガスタービンには、分散型エネルギー供給、加圧ステーション、産業用発電などの分野で巨大な潜在市場があり、政策も産業の急速な発展を支援しています。我が国が現在進めている「西から東へのガス送電」、「西から東への送電」、「南から北への分水」などの大規模プロジェクトと、我が国の造船業の急速な発展これにより、我が国のガスタービン需要が急速に増加しました。
産業政策
第14次5カ年計画の現代エネルギーシステムでも、ガスタービンを核となる主要技術として挙げており、基本的には原子力、新電力システム、エネルギー貯蔵、水素エネルギーと同列に位置づけられている。
State Power Investment Corporation は 2 つの特別プロジェクトを実施しました。1 つは水素混合ガス タービンを含む大型ガス タービンの大規模プロジェクトです。純粋な水素は内モンゴルで建設されたが、まだ稼働していない。荊門発電所では15％ブレンドしている。ハルビン電力と広東エネルギーグループである広東電力グループは大亜湾で水素混合プロジェクトを実施し、杭州蒸気タービンとシーメンスは舟山で水素混合プロジェクトを実施した。
ガスタービンは、東西ガスパイプラインや海上石油プラットフォームで広く使用されています。 CNOOCは軍事関連企業として米国からも制裁を受けており、供給削減のリスクに直面している。ロシア・ウクライナ戦争中、ロシアが購入したシーメンスのガスタービンが修理のためカナダに送られた際に拘束され、エネルギー安全保障に影響を与えた。ローカリゼーションはできるだけ早く実行する必要があります。
マーケットスペース
2022年の我が国のガスタービン生産量は405万6,300キロワット、需要は約679万8,600キロワットとなる。
統計によると、2022年の我が国のガスタービン市場規模は616億6,900万元に達し、そのうちマイクロガスタービンの市場規模は8億9,300万元、軽量ガスタービンの市場規模は565億6,900万元、大型ガスタービンは42億700万元。
私の国は現在、軽量ガスタービン（出力50MW未満）を自主生産する能力があり、ローエンドのものは輸出することもできますが、重量ガスタービン（出力50MW以上）は依然として基本的に輸入に依存しており、コア技術は基本的に米国のGE、日本の三菱、ドイツのシーメンスなどの国際メーカーが独占しています。国内市場では「窒息」するリスクがある。税関総署のデータによると、2022年のガスタービンの輸入額は41億6,100万米ドル、輸出額は7億3,500万米ドルとなる。
