Conhecimento básico de turbinas a gás
As turbinas a gás são compostas principalmente por três componentes principais: o compressor, a câmara de combustão e a turbina. O ciclo da turbina a gás é geralmente chamado de ciclo simples. A maioria das turbinas a gás usa um esquema de ciclo simples, e apenas turbinas-a gás para serviços pesados usam um esquema de ciclo combinado. Devido a diferentes antecedentes históricos, as turbinas a gás desenvolveram-se ao longo de diferentes caminhos técnicos. Turbinas a gás leve derivadas aero-industriais e marítimas (comumente conhecidas como "máquinas-derivadas aeronáuticas") são formadas pela modificação de motores de aeronaves; turbinas industriais-a gás para serviços pesados (amplamente conhecidas como "máquinas industriais") são desenvolvidas seguindo o conceito tradicional de turbina a vapor, que é usado principalmente para acionamentos mecânicos e grandes usinas de energia.
Uma turbina a gás pode ser dividida em três partes, da esquerda para a direita: compressor (azul), câmara de combustão (vermelho) e turbina (amarelo).
Classificação de turbinas a gás
Dezenas de empresas estão envolvidas na pesquisa, projeto e fabricação de turbinas a gás em todo o mundo. As quatro empresas que dominam totalmente a tecnologia-de turbinas a gás para serviços pesados são a General Electric dos Estados Unidos, a Siemens da Alemanha, a Mitsubishi Heavy Industries do Japão (que introduziu a tecnologia Westinghouse dos Estados Unidos nos primeiros dias) e a Ansaldo da Itália. De acordo com Chen Xuewen, vice-presidente da Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., nunca houve um padrão internacional para o nível de modelo de turbinas a gás, e ele está se tornando cada vez mais vago hoje. O autor só pode coletar opiniões de várias partes e resumi-las da seguinte forma:
1. De acordo com a temperatura de combustão da turbina a gás é dividida (cada 100 graus é um nível):
Estados Unidos GE (introdução elétrica Harbin): 1100 graus para classe E, 1200 graus para classe F, 1400 graus para classe H.
Japão Mitsubishi (apresentado pela Dongfang Electric): 1400 graus é classe F, 1500 graus é classe G, classe H é produto de teste intermediário, 1600/1700 graus é classe J.
Alemanha Siemens (introdução Shanghai Electric): os antigos números V64.3A, V84.3A, V94.3A são da classe 6F. Em 1997, a Westinghouse vendeu sua divisão de geradores não{6}nucleares para a Siemens. O novo número foi alterado para SGT6-5000F e SGT-8000H semelhantes. A classe F é 1200 graus C e a classe H é 1500 graus C.
2. Classificação da saída de referência para turbinas-a gás para serviços pesados:
Turbinas-a gás pesadas para geração de energia geralmente são classificadas de acordo com a produção quando a temperatura de combustão da câmara de combustão está entre 1.100 graus Celsius e 1.500 graus Celsius. Por exemplo, a produção de turbinas a gás Classe B é menor ou igual a 100 MW, a produção de turbinas a gás Classe E está entre 100 MW e 200 MW, a produção de turbinas a gás Classe F está entre 200 MW e 300 MW, e classes mais altas, como Classe G e Classe H estão na faixa de 300 MW a 400 MW. De acordo com Chen Xuewen, como a produção de turbinas a gás de vários fabricantes se desenvolveu rapidamente, esse método de classificação está um pouco atrás do produto real.
Desenvolvimento de turbinas a gás internacionais
Siemens: A superturbina a gás SGT5-8000H representativa pesa 390 toneladas (equivalente a um Airbus A380 totalmente abastecido), tem 13,1 metros de comprimento, 4,9 metros de largura, 4,9 metros de altura e uma potência de ciclo combinado de 595 MW. A geração de energia de um SGT5-8000H é suficiente para abastecer uma grande cidade industrial. Suas pás de turbina devem suportar altas temperaturas de mais de 1.500 graus, que excedem a temperatura de entrada da turbina do motor turbofan GE90 e do motor a jato F404. Como a velocidade da ponta da pá da turbina excede 1.700 quilômetros por hora, a enorme força centrífuga faz com que uma extremidade de cada pá entre em contato com 10.000 vezes a gravidade da Terra. A lâmina não pode ter falhas e o erro é de apenas dezenas de mícrons, caso contrário será descartada. Portanto, diz-se que uma lâmina equivale a um BMW.
Corporação Mitsubishi: O modelo mais recente é a superturbina a gás M701J com potência de ciclo combinado de 650 MW. É equipado com um compressor axial de 15-estágios com relação de pressão de 23:1. O queimador e a turbina axial de quatro-estágios são todos resfriados-a ar, e os primeiros três estágios usam os mais recentes-revestimentos protetores de alta temperatura, revestimentos cerâmicos de barreira térmica e resfriamento de filme de ar de alto-desempenho, além de outras tecnologias de-alta tecnologia. Com a temperatura de entrada de turbina a gás mais alta do mundo, de 1.600 graus, ela ainda pode garantir a longa-vida útil dos componentes-de alta temperatura. As últimas inovações da série J foram concebidas para reduzir ainda mais as emissões de carbono. Em março de 2020, a MHPS recebeu um pedido de dois motores M501JAC da Intermountain Power Authority em Utah, EUA. As duas turbinas a gás são baseadas em um sistema de combustão seca com baixo teor de NOx, resfriado a ar, e são capazes de usar até 30% de combustível de hidrogênio renovável. Em comparação com centrais eléctricas a carvão da mesma dimensão, um sistema com 30% de hidrogénio reduzirá as emissões de carbono em mais de 75%, enquanto um sistema com 100% de hidrogénio eliminará as emissões de carbono. Entre 2025 e 2045, a central atingirá gradualmente uma produção de eletricidade a hidrogénio 100% renovável.
Elétrica Geral: As turbinas a gás-de serviço pesado da série 9HA são as turbinas a gás de ciclo combinado mais eficientes do mundo; sua mais recente turbina a gás-para serviço pesado 9HA.02 não só tem uma eficiência de ciclo combinado de mais de 64%, mas também tem uma potência de até 826 MW. Esses dois indicadores-chave excedem em muito seus dois principais concorrentes, e a mais-tecnologia de impressão 3D de ponta é usada para fabricar componentes-chave.
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