Газотурбинная электростанция (ГТЭС) — Что такое Газотурбинная электростанция (ГТЭС)?
Газотурбинная электростанция — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию.
Газотурбинная электростанция — установка, генерирующая электричество и тепловую энергию.
В газотурбинной электростанции в качестве привода электрического генератора используется газовая турбина.
Основу ГТЭС составляют одна или несколько газотурбинных установок — силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс.
ГТЭС может иметь электрическую мощность от десятков кВт до сотен МВт.
Электрический КПД современных газотурбинных установок составляет 33-39%.
С учетом высокой температуры выхлопных газов в мощных газотурбинных установках имеется возможность комбинированного использования газовых и паровых турбин.
Такой инженерный подход позволяет существенно повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД установок до 57-59%.
ГТЭС способна отдавать потребителю значительное количество тепловой энергии — с коэффициентом ~ 1:2 по отношению к электрической мощности.
В зависимости от потребностей газотурбинные установки (ГТУ) дополнительно оснащаются паровыми или водогрейными котлами, что дает возможность иметь пар различного давления для производственных потребностей или горячую воду со стандартными температурами (ГВС).
При комбинированном использовании энергии 2-х видов коэффициент использования топлива газотурбинной тепловой электростанции увеличивается до 90%.
Технология процесса
В компрессор газотурбинного силового агрегата подается чистый воздух.
Под высоким давлением воздух из компрессора направляется в камеру сгорания.
Одновременно в камеру сгорания подается топливо — газ.
Смесь воспламеняется.
При сгорании газовоздушной смеси образуется энергия в виде потока раскаленных газов.
Этот поток с высокой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины и вращает его.
Вращающийся вал турбины приводит в действие компрессор и электрический генератор.
С клемм электрогенератора произведенное электричество, обычно через трансформатор, направляется в электросеть, к потребителям энергии.
Применение ГТЭС оправдано экономически, т. к. сегодня электростанции, работающие на газовом топливе, имеют наиболее привлекательную для потребителя удельную стоимость строительства и низкие затраты при последующей эксплуатации.
Преимущества газотурбинной электростанции
Основные преимущества газотурбинных электростанций:
-
ГТЭС весьма надежны. В среднем длительность работы основных узлов без капитального ремонта составляет от 100 до 130 тыс. часов;
-
КПД самой газотурбинной установки составляет порядка 51%, а при утилизации уходящих газов общий КПД достигает уже 93%;
-
газотурбинные электростанции, как уже было отмечено выше, имеют довольно небольшие размеры, что значительно уменьшает срок строительства, и, соответственно, позволяет им быстро окупаться;
-
газотурбинные электростанции достаточно экологичны;
-
ГТЭС могут работать полностью в автоматическом режиме, а возможность полной диагностики состояния оборудования или основных узлов станции, простота управления и соответственно минимальное количество обслуживающего персонала делают их наиболее оптимальным решением в самых различных ситуациях.
ИЦ «Газотурбинные технологии» — Технологическая инжиниринговая компания
Открытое акционерное общество «РОСНАНО» создано в марте 2011 года путем реорганизации государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий». ОАО «РОСНАНО» содействует реализации государственной политики по развитию наноиндустрии, выступая соинвестором в нанотехнологических проектах со значительным экономическим или социальным потенциалом. Основные направления: опто- и наноэлектроника, машиностроение и металлообработка, солнечная энергетика, медицина и биотехнологии, энергосберегающие решения и наноструктурированные материалы. 100% акций ОАО «РОСНАНО» находится в собственности государства. Председателем правления ОАО «РОСНАНО» назначен Анатолий Чубайс.
Задачи государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий» по созданию нанотехнологической инфраструктуры и реализации образовательных программ выполняются Фондом инфраструктурных и образовательных программ, также созданным в результате реорганизации госкорпорации.
Фонд инфраструктурных и образовательных программ создан в 2010 году в соответствии с Федеральным законом № 211-ФЗ «О реорганизации Российской корпорации нанотехнологий». Целью деятельности Фонда является развитие инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, включая реализацию уже начатых РОСНАНО образовательных и инфраструктурных программ.
Председателем высшего коллегиального органа управления Фонда — наблюдательного совета — является вице-президент Сколковского института науки и технологий (Сколтех) Алексей Пономарев. Согласно уставу Фонда, к компетенции совета, в частности, относятся вопросы определения приоритетных направлений деятельности Фонда, его стратегии и бюджета. Председателем Правления Фонда, являющегося коллегиальным органом управления, является председатель Правления ОАО «РОСНАНО» Анатолий Чубайс, генеральным директором Фонда — Андрей Свинаренко.
Газотурбинные тяжелые грузовики, скоростные автобусы и машины-рекордсмены
В отличие от одновальных агрегатов для легковушек на них монтировали мощные и экономичные двухвальные газотурбинные двигатели (ГТД). На их первичном валу были установлены компрессор и приводная турбина, на вторичном помещалась тяговая турбина с отбором мощности на шестеренчатый редуктор для привода колёс. Ее вращали отработанные газы из камеры сгорания, которые одновременно подогревали воздух в компрессоре.
Газотурбинные рекордсмены
Пионером скоростной газотурбинной автотехники стал московский инженер-испытатель Илья Тихомиров. В начале 1960-х он построил первый советский рекордный автомобиль «Пионер-2» с двумя компактными ГТД мощностью по 68 сил, на котором в 1963 году установил абсолютный рекорд скорости СССР — 311,419 км/ч. В последующие годы улучшенный вариант «Пионер-2М» на дистанции один километр с места показал 140 км/ч.
В середине 60-х в Харьковском автодорожном институте под руководством автогонщика Владимира Никитина была построена вторая рекордная машина ХАДИ-7 с алюминиевым кузовом и 400-сильным ГТД от вертолета Ми-2, рассчитанная на достижение скорости 400 км/ч. На деле ей удалось лишь побить несколько «мелких» рекордов, достигнув своего максимума на финишной прямой — 360 км/ч.
Скоростной газотурбинный автомобиль ХАДИ-7, пытавшийся обогнать рекордную машину «Пионер-2». 1966 годПервым французским рекордсменом с ГТД стал обтекаемый болид Renault l’Étoile Filante («Падающая звезда») с 270-сильным двигателем Turboméca. Он имел основание из хромомолибденового сплава, низкий стеклопластиковый кузов и независимые подвески колес. В сентябре 1956 года машина установила рекорд в своём классе — 308,9 км/ч, но дальнейшего развития этот проект не получил.
С появлением легкового автомобиля Т-4 с передним расположением ГТД английская компания Rover совместно с фирмой BRM разработала заднемоторный вариант Rover-BRM с прежним двигателем, перенесенным назад, удлиненной рамой и новым алюминиевым кузовом купе. В 1963–1965 годах он был единственной газотурбинной спортивно-гоночный машиной на крупных европейских автогонках.
Газотурбинные грузовые машины: единство техники и лихого дизайна
Основная доля построенных тяжелых автомобилей с ГТД пришлась на 1960-е годы — разгар «газотурбинной эйфории». Тогда были созданы единичные образцы магистральных седельных тягачей с колесной формулой 6×4 и высокими воздухозаборными и выхлопными трубами, привлекавшие зрителей не своими уникальными возможностями, а необычными внешними формами и изобретательными приманками в интерьере.
Первый в мире седельный тягач Kenworth с газовой турбиной
Вскоре после войны один из ведущих американских изготовителей тяжелых грузовиков Kenworth и авиастроительная компания Boeing создали совместное предприятие по разработке перспективных газотурбинных автомобилей для эксплуатации на скоростных хайвэях США.
О воплощении в жизнь этой поначалу секретной задачи стало известно летом 1950 года, когда на сравнительные испытания вышли два капотных автомобиля со спальными отсеками, буксировавшие двухосные полуприцепы-фургоны. Первым был серийный тягач Kenworth-524 с 180-сильным дизелем Cummins. Вторая машина отличалась установкой газовой турбины Boeing 502-8A мощностью 175 л.с. и двумя широкими трубами для подвода свежего воздуха и выброса отработанных газов.
«Нос к носу» — сопоставление размеров силовых агрегатов в моторных отсеках с газовой турбиной (справа) и обычным дизелемПервый в мире компактный ГТД для тяжелой автотехники в полной комплектации весил 104 килограмма (в девять раз меньше, чем обычный дизель) и умещался на дне моторного отсека со снятыми радиатором и капотом с обеими боковинами. Для понижения рабочего режима турбины служил планетарный редуктор, передававший крутящий момент на механическую коробку передач.
Фото 1. Сравнительные испытания тягачей Kenworth с двухосными полуприцепами и разными силовыми агрегатами
Фото 2. Седельный тягач Kenworth с газовой турбиной Boeing и полуприцепом-фургоном на испытаниях в горных условиях
Фото 3. Снятое оперение тягача с миниатюрной газовой турбиной создавало эффект полного отсутствия двигателя под капотом
Испытания, проводившиеся в течение двух лет, доказали неприспособленность таких автомобилей к практическому применению. Главные претензии сводились к сильному шуму горячих выхлопных газов и непомерно высокому расходу топлива — до 235 литров на 100 км.
Так первая и последняя 12-летняя попытка создания и применения тяжелых газотурбинных машин провалилась. На короткое время их заменили эффектные макетные образцы с ГТД, часто вообще неспособные передвигаться самостоятельно.
Chevrolet Bison: тысяча сил, чтобы выбиться в люди
Считается, что главной целью создания экзотического четырехосного 1000-сильного грузового концепта Chevrolet Bison являлось продвижение в США работ молодого немецкого дизайнера Луиджи Колани. Его творение состояло из двух поворотных тележек с четырьмя ведущими колесами, в задней части которых стояли два ГТД: основной в 300 сил и вспомогательный 700-сильный для разгона и форсирования подъемов. Между ними планировали подвешивать контейнеры или кузов-салон с креслами для отдыха. На деле эффектный «Бизон» оказался неподвижным макетом.
Ford Gas Turbine Truck: самый длинный, большой и красный
Самым крупным газотурбинным тягачом был бескапотный концепт-трак Ford Gas Turbine Truck красного цвета, более известный под прозвищем Big Red («Большой и красный»). В составе 30-метрового автопоезда полной массой 77 тонн он буксировал однотипные двухосный полуприцеп-фургон и четырехосный прицеп фирмы Fruehauf.
Эффектный газотурбинный тягач Ford Gas Turbine Truck по прозвищу Big Red с одним полуприцепом и одним прицепом. 1964 годВ стальном моторном отсеке под кабиной помещался 600-сильный ГТД Ford-705, работавший с автоматической трансмиссией Allison. На передних колёсах тягача впервые появились телескопические амортизаторы, вместимость топливного бака составляла 1000 литров.
Огромный трёхосный тягач Ford Gas Turbine Truck в сравнении с легендарным спорткаром Ford MustangОсобого «визга» удостоилась перенасыщенная оригинальными «игрушками» кабина с ровным полом, расположенная на двухметровой высоте. Для входа в неё служили лестница с электроприводом и пневматический механизм входной двери. Скромное рабочее место водителя напоминало пульт управления самолетом. В его распоряжении были кондиционер, холодильник, микроволновая печь, телевизор, умывальник и минитуалет.
На демонстрационных пробегах автопоезд развивал скорость 115 км/ч и показал средний расход топлива 100 литров на 100 км. До серийного выпуска он не дошел.
Chevrolet Turbo Titan III: «Титан», не лишенный элегантности
Через год своё место под «газотурбинным солнцем» заняла компания Chevrolet, представившая прозаичный и практичный тягач Turbo Titan III со всеми односкатными колёсами, рассчитанный на работу в составе автопоездов полной массой до 35 тонн.
На нём применялся серийный ГТД GT-309 мощностью 280 л.с. и автоматическая трансмиссия Allison. И здесь главной новинкой была оригинальная стеклопластиковая кабина с панорамным лобовым окном и характерными боковыми воздухозаборниками (жабрами) с выдвигавшимися фарами.
Тягач Turbo Titan III с низкопрофильной кабиной и боковыми «жабрами» с фарами и указателями поворотовВпервые в кабине появились стереофоническое радио и прообраз мобильного телефона, а обычное рулевое колесо заменила панель с двумя поворотными рукоятками (штурвалами).
В течение трех лет автопоезд участвовал в демонстрационных заездах, достигая скорости 113 км/ч. Сложный и дорогой автомобиль в производство тоже не поступил.
В 1967 году этот весьма привлекательный автопоезд с изотермическим полуприцепом был отправлен на сломСледующей новинкой из-за океана стал серийный бескапотный тягач Ford WT-1000D. В задней части его укороченной кабины помещался компактный ГТД Ford A-707 мощностью 375 сил, работавший с пятиступенчатой коробкой передач. Автопоезд служил для проведения рекламных кампаний по расширению работ по газотурбинной технике.
На улицах Лондона рекламный тягач Ford WT-1000D с ГТД, развивавший скорость 95 км/ч. 1966 годГазовая турбина Ford A-707 помещалась под откидной кабинойПоследней в этом ряду стала британская корпорация Leyland, собравшая партию многоцелевых шасси и тягачей Leyland Gas Turbine с собственным ГТД 2S/350, развивавшим мощность 350–400 л.с. и весившим 500 килограммов.
Советские секретные газотурбинные КрАЗы: несбывшиеся надежды
Об этих редких грузовиках мы уже рассказывали, а здесь остается только напомнить о них. В 1970-е годы на Кременчугском автозаводе построили два опытных варианта Э260Е и 2Э260Е с ГТД мощностью 350 и 360 сил соответственно. Огромный расход топлива и ненадежность основных узлов привели к закрытию этого проекта.
Опытный газотурбинный грузовик КрАЗ-Э260Е с удлиненным прямоугольным капотом. 1974 год (из архива С.Канунникова)Газотурбинные автобусы: пассажирам вход запрещен
Эту редчайшую категорию автомобилей с ГТД составили максимум шесть–семь опытных автобусов разных стран — от футуристического «Золотого дельфина» до подвижных лабораторий для изучения возможностей их применения. Причем ни один из них никогда не выполнял своей главной обязанности — просто возить пассажиров.
Viberti Golden Dolphin: апофеоз итальянского стиля
Если бы золотистый автобус Golden Dolphin фирмы Viberti не получил 400-сильного ГТД FIAT, он всё равно попал бы в ранг удивительных пассажирских машин, достигавших скорости 200 км/ч. На нём был установлен 18-местный несущий алюминиевый кузов с полностью застекленной крышей и задним «плавником», поворотными сиденьями, кондиционером, баром и туалетом. Впрочем, о реальном применении «Золотого дельфина» сведений нет.
Скоростной футуристический автобус Viberti Golden Dolphin с ГТД, расположенным между задних колес. 1955 годАмериканские автобусы GM Turboсruiser
С 1953 года разработка корпорацией General Motors (GM) автобусов с ГТД продвигалась крайне медленно и в конце 60-х заглохла. Прототипы Turbocruiser, собранные на шасси серийных машин и отличавшиеся огромными воздухозаборными и выхлопными трубами, оборудовали ГТД GT-300, испытательным оснащением и местами для персонала. Турбина весила на 750 кг меньше, чем обычный дизель, но расход топлива возрос в три–четыре раза, а сильный шум не позволял использовать их в городах.
Более экономичный автобус Turbocruiser II получил 280-сильный двигатель GT-309 и шестиступенчатую коробку передач, а вариант Turboсruiser III оборудовали оригинальной клиноременной трансмиссией. Последним автобусом GMС с тем же ГТД стал 12-метровый междугородный концепт-бас RTX с высокими боковыми окнами.
Советский многоместный уникум «ТурбоНАМИ-053»
В начале 1950-х в Научном автомоторном институте (НАМИ) при участии Московского автозавода начались работы по созданию собственных ГТД и мобильной основы для их испытаний. В результате в 1958 году на базе междугородного автобуса ЗИЛ-127 с 180-сильным дизелем ЯМЗ-206Д был собран «запредельный» газотурбинный вариант с двумя маркировками НАМИ-ЗИЛ и «ТурбоНАМИ-053».
В кузове автобуса, превращенного в дорожную лабораторию, находилось рабочее оснащение, контрольные приборы и 10 мест для испытателей. В заднем отсеке помещался 350-сильный ГТД НАМИ-053, работавший с двухступенчатой коробкой передач ЗИЛ. В качестве топлива он потреблял бензин, солярку, керосин и весил 572 килограмма — вдвое меньше, чем двигатель ЗИЛа-127. В задней части крыши раздельно крепили воздухозаборник и выхлопное сопло. На испытаниях 13-тонный автобус развивал скорость 160 км/ч.
Подвижная лаборатория НАМИ-ЗИЛ с раздельной установкой воздухозаборника и выхлопного сопла. Весна 1959 годЕдинственный советский газотурбинный автобус ТурбоНАМИ-053 на Ленинградском проспекте в МосквеНа модернизированной версии мощность ГТД сократили вдвое (до 180 сил), установили передний бампер без клыков и общий отсек для воздухозаборника и выпускного сопла.
Улучшенный вариант автобуса с новым бампером и единым блоком воздухозаборника с соплом. Август 1961 годаС весны 1959 года по ноябрь 1961-го автобус прошел испытания протяженностью 15 тысяч километров, но из-за непомерно высокого расхода горючего работы по нему были свёрнуты.
На заглавной фотографии — Дорожные испытания первого в мире магистрального газотурбинного седельного тягача Kenworth с двухосным полуприцепом
Газотурбинные танки в запас не уходят, они идут в Арктику — Российская газета
Сенсацией проходящего сейчас в рамках Международных военных игр танкового биатлона стало то, что его открыли газотурбинные Т-80УЕ-1. К тому же их экипажи были женскими.
К сожалению, организаторы соревнований танкисток фактически засекретили. Им запретили общаться с журналистами и даже с коллегами по биатлону — танкистами других команд. Если о необычных танковых экипажах подробно рассказать пока не получается, то о тех машинах, которыми управляли женщины, рассказать стоит. Тем более что танки с газотурбинными двигателями известны гораздо меньше, чем с дизельными.
Зачем вообще возникла необходимость ставить авиационный двигатель, приспособленный для чистого воздуха, на машину, которая работает в пыли и грязи? Тем более у нас были дизельные моторы для танков — одни из лучших в мире.
По одной из версий, в конце 1960-х руководством Минобороны СССР была поставлена задача создать танк прорыва. Одно из условий — многотопливность. Идеально для этого подходил газотурбинный двигатель. Он мог работать на всем, что горит. Танки, получившие название Т-80, были разработаны в КБ Кировского завода под руководством конструктора Николая Сергеевича Попова. Там же и выпускались. Позже к производству этих машин подключили завод «Трансмаш» в Омске.
На вооружение Советской армии Т-80, оснащенные газотурбинным двигателем ГТД-1000Т, поступили в 1976 году. Их максимально засекретили и сразу стали отправлять в танковые части советских войск, расквартированные в Восточной Европе. В случае начала большой войны армады этих машин должны были рвануть на запад по европейским автобанам. Танк легко развивал на шоссе скорость 80 км/час. А запасы топлива мог пополнять на любой АЗС, которых в Европе, как известно, много. Причем заливать в баки можно было все — и дизтопливо, и бензин, и керосин.
Эксперты НАТО не сомневались, что Т-80 дойдут до Ла-Манша за два-три дня, остановить их мог только ядерный удар.
После развала Варшавского Договора тысячи газотурбинных танков отправили на базы хранения куда-то за Урал. В Российской армии осталась одна дивизия — Кантемировская и несколько полков, имевших на своем вооружении Т-80. В эпоху безденежья 1990-х годов выпуск этих машин прекратили и всерьез задумались о снятии их с вооружения вообще, с последующей переплавкой. Действительно, Т-80 гораздо дороже в производстве и эксплуатации, чем дизельный Т-72. Ну и зачем нашей армии танки с принципиально разными двигателями? Проще и дешевле оставить один тип — дизельный.
По какому-то высшему провидению окончательное решение не приняли. И когда наша страна озаботилась защитой арктических территорий, выяснилось, что газотурбинный танк подходит для этих целей, как никакой другой. И хотя его боевые характеристики действительно схожи с дизельным аналогом, Т-80 — танк иного уровня, чем Т-72 или Т-90.
Например, «восьмидесятка» может идти по глубокому снежному насту, не проваливаясь. В отличие от дизелей газовая турбина позволяет трогаться с места очень плавно, без рывков и столь же плавно идти дальше. Наст уплотняется, но не рвется, и танк не зарывается в сугробы. Немаловажно и то, что газовая турбина, в отличие от дизеля, легко запускается при самом сильном морозе.
На прошлогоднем форуме «АРМИЯ-2018» было объявлено о начале масштабной и глубокой модернизации Т-80У. Стало ясно, что эти танки остаются в строю.
В открытой печати говорилось о том, какие качества приобретут обновленные машины.
Система управления огнем — и так одна из лучших в мире, станет еще более совершенной. Она будет включать лазерный дальномер, датчики ветра, скорости движения танка и цели, крена, температуры заряда и окружающей среды, танковый баллистический вычислитель. В совокупности с уникальной ходовой частью и высокой плавностью хода новая система управления позволит вести эффективный огонь на пересеченной местности при скорости до 35 км/час и любом положении башни. На такой скорости в движении прицельно стрелять не может ни один танк в мире.
На танке устанавливается оригинальная система кондиционирования и обогрева. Она обеспечивает индивидуальную подводку прохладного или теплого воздуха каждому члену экипажа.
Модернизированный Т-80 будет оснащен многотопливным газотурбинным двигателем мощностью 1250 л.с. Проработан двигатель мощностью 1400 л.с. Отечественный газотурбинный танковый двигатель — вообще наша национальная гордость. Аналогичный двигатель танка «Абрамс» даже близко с ним ставить нельзя. Наш прекрасно работает не только в условиях северов, но и в пустынях. Он оборудован оригинальнейшим устройством, которое через определенные промежутки времени встряхивает работающий мотор, и вся налипающая на лопатках турбин грязь, песок и пыль отрываются и улетают в выхлоп.
Для Т-80 давно создана гидрообъемная передача. И если ее удастся внедрить в процессе модернизации, то количество органов управления сведется к минимуму — штурвал, педаль газа и педаль тормоза.
Уникальная особенность Т-80 — способность прыгать с места на 7 метров. И были случаи, когда в ходе еще первой чеченской войны Т-80, управляемые хорошо подготовленными экипажами, в таком прыжке уходили от уже выпущенной из РПГ-7 ракеты.
На одной из первых выставок IDEX, проходящих в Абу-Даби, Т-80У прыгнул с трамплина на дальность 14 метров. Это стало так и не превзойденным мировым рекордом. Т-80У получил имя «летающего» и долгие годы был неофициальным символом выставок IDEX. Американский «Абрамс» попытался повторить прыжок, но плюхнулся сразу за трамплином, да так, что у него лопнули трубопроводы, на песок потекло масло — танк еле уполз с показательной арены.
По совокупности боевых и эксплуатационных характеристик обновленная «восьмидесятка» может стать лучшим танком в мире. И надежным стражем наших северных земель. От своих дизельных собратьев он будет отличаться так же, как реактивный самолет от поршневых.
Кстати, эту особенность танкисты, получившие первые Т-80, почему-то не учли.
Для газотурбинных машин экипажи изначально надо было готовить абсолютно по-новому, а их учили по методичкам для дизельных танков. Возникало много проблем, в том числе по непомерному расходу топлива. Танкисты привыкли — если дизель запустишь, больше его не выключай, а то в критический момент не заведешь. Газовая турбина запускается сразу и в любой мороз. Но их первоначально гоняли как и дизели, поэтому тонны керосина буквально вылетали в трубу. Осознание пришло позже.
Сейчас при хорошо подготовленном экипаже Т-80У потребляет топлива не намного больше, чем Т-72, а динамические качества танков — не сопоставимы.
В Омске на заводе Транспортного машиностроения, где когда-то производили Т-80У, а сейчас занимаются их модернизацией, еще в конце 1990-х в инициативном порядке сделали два опытных танка, назвав их «Барс» и «Черный орел». Танку, предназначенному для службы в северных снегах, очень бы подошло позабытое сейчас имя «Барс».
Ростех поставил газотурбинные установки для Ямбургского месторождения
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
Объединенная двигателестроительная корпорация Ростеха поставила ПАО «Газпром» пять газотурбинных установок ГТУ-16П. Оборудование будет работать в составе газоперекачивающих комплексов на Ямбургском нефтегазоконденсатном месторождении в Ямало-Ненецком автономном округе.
Газотурбинные установки мощностью 16 МВт предназначены для дожимной компрессорной станции (ДКС), стабилизирующей давление газа на промысле. Всего в «Газпром добыча Ямбург» эксплуатируются 50 ГТУ-16П, с 2000 года их наработка составила более 850 тысяч часов.
«Наши газоперекачивающие агрегаты обеспечивают работу крупнейших российских газовых месторождений и магистралей, которые эксплуатирует ПАО «Газпром». До конца года «ОДК-Пермские моторы» изготовят и поставят партнерам 44 комплекта газотурбинных установок и резервных двигателей на базе авиадвигателя ПС-90А. Половина объема приходится на машины мощностью 16 МВт – это востребованные установки, которые считаются одними из самых надежных. По техническим характеристикам они соответствуют лучшим мировым аналогам», – сказал первый заместитель генерального директора Госкорпорации Ростех Владимир Артяков.
Газотурбинные установки ОДК планируется использовать и в новых проектах «Газпрома». Так, на Харасавэйском месторождении на полуострове Ямал предусмотрено строительство дожимной компрессорной станции с применением ГТУ-25П. Кроме того, на Ковыктинском газоконденсатном месторождении планируется строительство дожимной компрессорной станции с применением ГТУ-16П. Это базовое месторождение для формирования Иркутского центра газодобычи, а также ресурсная база для газопровода «Сила Сибири».
События, связанные с этим
6 июля 2020Ростех поставил газотурбинные установки для Ямбургского месторождения
Подпишитесь на новости
ОДК представляет разработки на Международном военно-морском салоне 2021
На открывшемся 23 июня в Санкт-Петербурге X Международном военно-морском салоне МВМС-2021 Объединенная двигателестроительная корпорация Ростеха представляет достижения в области газотурбинного двигателестроения.
«В составе продуктовой линейки ОДК − газотурбинные двигатели морского исполнения мощностью от 4,4 до 20,2 МВт, корабельные газотурбинные и дизель-газотурбинные агрегаты, судовой газотурбоэлектрогенератор. Модельный ряд морских двигателей и агрегатов ОДК обеспечивает потребности флота на среднесрочную перспективу для всех эксплуатирующихся, строящихся и перспективных кораблей и судов», − отметил заместитель генерального директора АО «ОДК» Виктор Поляков.
ОДК демонстрирует посетителям МВМС-2021 четыре экспоната: макеты судового газотурбоэлектрогенератора мощностью 8 МВт СГТГ-8, газотурбинных двигателей морского исполнения мощностью 10 МВт М70ФРУ и мощностью 20 МВт М90ФР, а также макет универсального сборочно-испытательного комплекса морских газотурбинных двигателей и агрегатов имени Федора Ушакова.
Газотурбинный двигатель морского исполнения М90ФР применяется в составе дизель-газотурбинного агрегата (ДГТА) М55Р, разработанного для использования в качестве главной энергетической установки фрегатов проекта 22350. В 2020 году ОДК поставила в ПАО «СЗ «Северная верфь» два первых ДГТА М55Р для фрегата «Адмирал Головко». В настоящее время успешно завершены испытания третьего агрегата, проводятся испытания четвертого ДГТА для укомплектования главной энергетической установки фрегата «Адмирал флота Советского Союза Исаков». Кроме того, ОДК разработана модификация двигателя М90ФР − двигатель «М90ФР в капоте» для перспективного корвета. Также прорабатываются варианты создания двигателя мощностью 25 МВт на базе М90ФР.
По результатам разработки газотурбинного двигателя морского исполнения М70ФРУ комплектам конструкторской и технологической документации присвоена литера «О1», что означает готовность двигателя данного типа к серийному производству. М70ФРУ может применяться в качестве маршевых и форсажных двигателей в составе главных энергетических установок кораблей, в том числе десантных кораблей на воздушной подушке, на буровых платформах, в припортовой инфраструктуре. На базе данного двигателя созданы две модификации: М70ФРУ-2 и М70ФРУ-Р.
По государственным контрактам с Минпромторгом России ОДК создан двухтопливный (газ/дизельное топливо) газотурбинный двигатель Е70/8РД и на его основе − судовой газотурбоэлектрогенератор СГТГ-8. Двигатель и газотурбоэлектрогенератор имеют лучшую топливную эффективность в своем классе мощности. Оборудование соответствует требованиям Российского морского регистра судоходства, может применяться на гражданских судах и объектах морской техники.
Сборочно-испытательный комплекс имени Федора Ушакова является уникальным для России объектом и ключевым элементом разработки, производства, поставок и ремонта морских газотурбинных двигателей и агрегатов с их применением. В 2017 году прошли первые межведомственные испытания двигателя М70ФРУ-2, главного газотурбинного агрегата М35Р-1, квалификационные испытания двигателя М90ФР. В 2020 году успешно завершились квалификационные испытания дизель-газотурбинного агрегата М55Р. Комплекс позволяет проводить все виды испытаний морских ГТД и ГТА с имитацией реальных условий эксплуатации.
Паро- и газотурбинные установки и двигатели
О профессии
Программа «Паро- и газотурбинные установки и двигатели» готовит востребованных специалистов в динамично развивающейся энергетической отрасли, являющейся приоритетным направлением модернизации и технологического совершенствования российской экономики.
Студент магистратуры получает знания, умения и навыки в области эксплуатации энергетических машин, паровых и газовых турбин, их технической диагностики.
Основными задачами программы является формирование таких профессиональных умений, как:
— выявление проблемных вопросов;
— постановка актуальных задач и формулировка предстоящих научных исследований и технических разработок;
— подбор инновационных методик и способов решения поставленных задач.
Учебный процесс
Учебный процесс в магистратуре сфокусирован на изучении методов испытаний паро- и газотурбинных установок (ПГТ), математическом моделировании процессов, происходящих в ПГТ, проектировании, конструировании, исследовании, монтаже и эксплуатации энергетических машин, агрегатов, установок и систем их управления. Специалист обладает знаниями, навыками и умениями, направленными на создание конкурентоспособной техники, в основу рабочих процессов которых положены различные формы преобразования энергии. Объектами профессиональной деятельности выпускников программы магистратуры являются машины, установки и аппараты по производству, преобразованию и потреблению различных форм энергии, в том числе парогенераторы, камеры сгорания, паро- и газотурбинные установки и двигатели, паровые турбины, энергетические установки на основе нетрадиционных и возобновляемых видов энергии, вентиляторы, нагнетатели и компрессоры, исполнительные устройства, системы и устройства управления работой энергетических машин, установок, аппаратов и комплексов с различными формами преобразования энергии, вспомогательное оборудование, обеспечивающее функционирование энергетических объектов, технологии и оборудование для энергетического машиностроения. Изучаемые специальные дисциплины охватывают основные направления энергетического машиностроения применительно к ПГТ. Это такие дисциплины, как «Математическое моделирование тепловых двигателей», «Современные энергетические технологии», «Патентоведение», «Автоматическое регулирование тепловых двигателей», «Когенерационные установки на базе тепловых двигателей», «Современные компьютерные коммуникационные технологии», «Методы испытаний ПГТ», «Специальные главы теории ПГТ», «Автоматическое регулирование тепловых двигателей», «Переменные режимы установок с ПГТ», «Теплообменные аппараты», «Современные проблемы науки и производства в энергетическом машиностроении», «Специальные главы эксплуатации ПГТ».
Практика
В результате прохождения ознакомительных, учебных и производственных практик студенты знакомятся с современной техникой, организацией и управлением предприятиями, а также новейшими методами научных исследований. В рамках педагогической практики выпускники получают навыки преподавательской деятельности. Департамент сотрудничает с ведущими российскими вузами, среди которых МГТУ им. Баумана, МАДИ, МЭИ, КАИ, МАИ, МАМИ. Практики организуются на таких предприятиях, как «Мосэнерго», Объединенный институт высоких температур РАН, «Коломенский завод», ТЭЦ-25 и других флагманах теплоэнергетики.
Карьера
Выпускник магистратуры способен возглавить наукоемкое производство, готов к созданию научного и инженерного обеспечения и модернизации в условиях действующего производства, может проводить разработку новых конкурентоспособных энергетических агрегатов и оборудования, заниматься подготовкой инженерных кадров, построить успешную карьеру в инновационно-ориентированных высокотехнологичных авиастроительных, энергетических и машиностроительных компаниях, работать в структурах, занимающихся научной и конструкторской деятельностью, образовательных учреждениях высшего образования, научных и научно-производственных учреждениях, на предприятиях реального сектора экономики.
После окончания магистратуры есть возможность продолжения учебной и научной деятельности в аспирантуре.
— обзор
Описание
Электростанции, работающие на природном газе, вырабатывают электричество с помощью газовых турбин, которые выглядят и звучат очень похоже на большой реактивный авиационный двигатель, установленный на полу. Многие из этих турбин на самом деле производятся крупными марками авиационных двигателей, такими как Pratt and Whitney или General Electric. Подобно реактивному двигателю, газовые турбины имеют спереди компрессор, который нагнетает воздух в камеру сгорания. В эту камеру закачивают природный газ и сжигают.Горячий выхлоп затем поворачивает серию лопаток турбины, выходя из задней части двигателя. Турбина приводит в действие компрессор спереди, а также включает электрический генератор. В большинстве генераторов природного газа используется эффективная и экономичная система комбинированного цикла, которая улавливает горячие выхлопные газы из газовой турбины и использует их для кипячения воды, создавая сжатый пар для вращения второй турбины и другого генератора.
Электростанции, работающие на природном газе, могут быть построены и введены в эксплуатацию довольно быстро.Газовые турбины — это, по сути, готовые изделия, которые можно купить у крупных поставщиков. Площадь земельного участка, необходимая для завода по производству природного газа, значительно меньше, чем для угольной электростанции аналогичного размера. На газовых заводах не требуется склад для хранения топлива, предварительная очистка, измельчение и кондиционирование, конвейерные ленты для перемещения материалов или приспособления для обработки объемов золы и других продуктов сгорания. Обычно они состоят из относительно скромного промышленного здания, часто из стандартных сборных стальных конструкций, расположенного на нескольких акрах земли с линиями электропередач и подстанцией.Процесс производства электроэнергии осуществляется внутри здания, и единственными выбросами являются водяной пар и выхлопные газы CO 2 .
Большинству электростанций с комбинированным циклом, работающих на природном газе, в США менее 10 лет. Система CC с двумя генераторами по цене одного очень экономична. Возвращаясь к сравнению стоимости электроэнергии в Таблице 7.1, можно сказать, что природный газ CC имеет самую низкую стоимость электроэнергии на мегаватт-час среди всех источников в таблице, не субсидируемых налоговыми льготами.В сочетании с обилием сланцевого газа и, как следствие, низкими ценами на природный газ, производство электроэнергии с использованием природного газа CC является довольно экономичным и заменило уголь в качестве основного источника электроэнергии в Соединенных Штатах.
Это имело несколько неожиданных побочных эффектов, в том числе общее сокращение выбросов CO 2 в Соединенных Штатах по сравнению с десятилетием назад, а также остановку ряда угольных шахт с увольнениями многих горняков. Как упоминалось выше, на природный газ приходится треть выбросов CO 2 по сравнению с углем в пересчете на БТЕ.Преобладание природного газа CC вытесняет старые угольные электростанции, что привело к заметному сокращению выбросов CO 2 в США.
Угольная промышленность упорно отказывалась признавать рост добычи сланцевого газа в течение первого десятилетия 21 века, хотя большая часть этого происходила в бассейне Аппалачей, который они не могли не заметить. Многим безработным угольщикам сказали, что их увольнения были вызваны так называемой «войной с углем», мифом, распространенным угольными компаниями, которые обвиняют закрытие шахт в якобы чрезмерных экологических нормах, наложенных на шахты и угледобывающих предприятий. Агентство по охране окружающей среды США.По сути, именно дешевый газ, точнее, дешевая электроэнергия из дешевого газа закрыла шахты. На момент написания этой статьи экологические нормы были ослаблены Агентством по охране окружающей среды Трампа, но экономика угля не улучшилась. Лишь несколько угольных компаний, такие как Consol в Питтсбурге, создали подразделения по добыче сланцевого газа и пережили бум. Многие другие обанкротились.
Социальные и экологические аспекты
Электростанции, работающие на природном газе, редко замечаются общественностью. Если на месте бывшей угольной электростанции не будут установлены газовые турбины и она не останется внушительным сооружением на ландшафте, электростанции, работающие на природном газе, почти не заметны.Обычно они размещаются в невзрачном промышленном здании среднего размера с относительно небольшими вытяжными трубами, и, за исключением всех расположенных поблизости линий электропередач, они хорошо сочетаются с другими отраслями промышленности. Воздействие на окружающую среду невелико, за исключением выбросов CO 2 , которые можно решить с помощью CCS. Интересно отметить в Таблице 7.1, что даже при оснащении CCS стоимость электроэнергии от парогазовой газотурбинной электростанции все еще находится в средней части ценового диапазона.
Адаптируемая газовая турбина | Американский ученый
Турбины существуют уже давно — ранними примерами являются ветряные мельницы и водяные колеса. Название происходит от латинского турбо, означает вихрь, и, таким образом, определяющим свойством турбины является то, что жидкость или газ вращают лопасти ротора, который прикреплен к валу, который может выполнять полезную работу. Однако турбины, работающие на углеводородном топливе, являются одними из самых молодых устройств преобразования энергии: их первое использование для выработки электроэнергии или приведения в действие реактивных самолетов произошло в 1939 году.Благодаря усилиям многих тысяч инженеров за прошедшие 70 лет или около того, такие газовые турбины стали доминировать в двигательных установках самолетов и, с их непревзойденным термическим КПД и низкой стоимостью, стали суперзвездами электростанций. Поскольку энергия является центральной проблемой современного общества, технология газовых турбин продолжает оставаться инновационной.
Многие мои усилия как инженера-механика, как в промышленности, так и в академических кругах, основывались на первом законе термодинамики (сформулированном в принципе сохранения энергии): энергия не создается и не разрушается, но может быть изменена по форме.Часть закона, «измененная по форме», — это то, что делают многие инженеры-механики, исследуя и разрабатывая устройства преобразования энергии. Примером такого преобразования является преобразование тепла (например, от сгорания углеводородного топлива) в движущую силу (например, в самолет с реактивным двигателем) или электричество. Устройства, выполняющие это преобразование, называются первичные двигатели.
Основные современные первичные двигатели преобразуют тепло, выделяемое в результате ядерных или химических реакций, в полезные формы энергии.Газовая турбина, изобретенная совместно Гансом фон Охайном, Фрэнком Уиттлом и инженерами швейцарской фирмы Brown, Boveri & Cie, пришла на смену паровой машине, созданной в 1769 году Томасом Ньюкоменом и Джеймсом Ваттом; двигатель с искровым зажиганием Николауса Отто 1876 года; двигатель с воспламенением от сжатия Рудольфа Дизеля 1884 года и паровая турбина Чарльза Парсонса 1897 года.
Название газовая турбина Это несколько вводит в заблуждение, поскольку подразумевает простую турбину, в которой в качестве рабочего тела используется газ.Собственно, газовая турбина имеет компрессор втягивать и сжимать газ (обычно воздух), камера сгорания (или горелка) для добавления горючего топлива (обычно углеводородной жидкости или газа) для нагрева сжатого газа, и турбина (или детандер) для извлечения энергии из потока горячего газа с его вращением лопаток турбины.
Поскольку происхождение газовой турбины лежит как в области электроэнергетики, так и в авиации, газовая турбина получила множество других названий.Для наземных и морских применений газовая турбина прозвище является наиболее распространенным, но его также называют турбина внутреннего сгорания , а турбовальный двигатель а иногда газотурбинный двигатель . Для авиационных приложений его обычно называют реактивный двигатель и различные другие названия (в зависимости от конкретной авиационной конфигурации или области применения), такие как реактивный газотурбинный двигатель, турбореактивный двигатель, турбовентиляторный двигатель, вентиляторный двигатель и турбовинтовой или реактивный двигатель (если он используется для привода воздушного винта).Компрессор-камера сгорания-турбина часть газовой турбины обычно называется газогенератор.
В газовой турбине самолета вся мощность турбины используется для приведения в действие компрессора (который также может иметь связанный вентилятор или пропеллер). Затем газовый поток, покидающий турбину, ускоряется в атмосферу через выхлопное сопло, чтобы обеспечить толкать или тяговая мощность. Тяговая мощность газовой турбины или реактивного двигателя равна увеличению количества движения массового потока от входа к выходу двигателя, умноженному на скорость полета.Фактическая сила тяги, создаваемая в двигателе (и тянущая самолет вперед), представляет собой сумму всех осевых составляющих сил давления на внутренних поверхностях двигателя, подверженных воздействию потока газа в тракте.
Реактивный двигатель может быть достаточно маленьким, чтобы его можно было переносить в ручном режиме, и производить тягу в несколько фунтов (1 фунт тяги эквивалентен 4,45 ньютону силы) для использования на моделях самолетов или военных дронах. (Швейцарский пилот в отставке Ив Росси по прозвищу «Реактивный человек» прикрепил четыре таких небольших реактивных двигателя, каждый из которых имел тягу 50 фунтов или около 223 ньютонов, к заднему крылу и пролетел через Ла-Манш в 2008 году и над Гранд-Каньоном. в 2011.На современных коммерческих реактивных самолетах газовые турбины обычно имеют тягу в диапазоне 30 000 фунтов (или 136 000 ньютонов), при этом самая большая в настоящее время составляет около 100 000 фунтов (445 000 ньютонов) на дальнемагистральных самолетах Boeing 777.
Реактивный двигатель, показанный на рисунке выше, представляет собой турбовентиляторный двигатель с установленным на компрессоре вентилятором большего диаметра. Тяга создается воздухом, проходящим только через вентилятор (так называемый байпасный воздух) и через сам газогенератор. Комбинация механизмов значительно увеличивает топливную экономичность двигателя.Имея большую площадь лобовой части, позволяющую втягивать большую массу воздуха (с учетом того, что конфигурация создает более высокие силы аэродинамического сопротивления при крейсерских скоростях полета), турбовентиляторный двигатель создает максимальную тягу на взлетной скорости. Поэтому он больше всего подходит для коммерческих самолетов, которым требуется большая часть подъемной силы для отрыва от земли, а не для маневрирования в воздухе. Напротив, турбореактивный не имеет вентилятора и генерирует всю свою тягу из воздуха, проходящего через газогенератор.Турбореактивные двигатели имеют меньшую лобовую поверхность (и, следовательно, меньшее сопротивление при высоких скоростях полета) и создают пиковые тяги на высоких скоростях, что делает их наиболее подходящими для истребителей, которые движутся с гораздо более высокими скоростями, чем коммерческие самолеты.
В неавиационных газовых турбинах только часть мощности турбины используется для привода компрессора. Остаток используется как выход мощность на валу для включения устройства преобразования энергии, такого как электрический генератор, или для сжатия природного газа в трубопроводе, чтобы его можно было транспортировать.Наземные газовые турбины с валом могут стать очень большими (с выходной мощностью до 375 мегаватт, чего достаточно для питания около 300 000 домов). Блок, показанный на рисунке справа, называется промышленный или Рамка машина. Он сконструирован для обеспечения прочности и длительного срока службы, поэтому вес не является важным фактором, как в случае с реактивным двигателем. Обычно рамные машины проектируются консервативно, но в них используются технические достижения в разработке реактивных двигателей, когда это имело смысл.
Более легкие газовые турбины, созданные на основе реактивных двигателей и используемые для неавиационных применений, называются авиационные газовые турбины. Авиационные двигатели используются для привода компрессоров трубопроводов природного газа, кораблей и производства электроэнергии. Они используются, в частности, для обеспечения пиковой и промежуточной мощности для электроэнергетических предприятий, поскольку они могут быстро запускаться. Пиковая мощность дополняет нормальную мощность коммунального предприятия в периоды высокого спроса, например, при кондиционировании летом в крупных городах.
Газовая турбина имеет некоторые конструктивные преимущества перед другими энергосистемами. Он способен производить большое количество полезной энергии при относительно небольшом размере и весе. Поскольку движение всех его основных компонентов связано с чистым вращением (например, отсутствует возвратно-поступательное движение, как в поршневом двигателе), его механический срок службы велик, а соответствующие затраты на техническое обслуживание относительно невысоки. Однако на ранних этапах разработки обманчивая простота газовой турбины вызвала проблемы, пока не стали лучше поняты аспекты ее механики жидкости, теплопередачи и горения.По словам Эдварда Тейлора, первого директора газотурбинной лаборатории Массачусетского технологического института, первые конструкции газотурбинных компрессоров упали на скалу, и скала остановилась. Ларек — это внезапная блокировка и даже обратное движение потока в двигателе, вызванное тем, что жидкость отделяется от поверхностей аэродинамического профиля компрессора вместо того, чтобы равномерно течь по ним. Тейлор перефразировал слова П.Т. Барнума, чтобы описать два вида срывов: вы можете управлять компрессором так, чтобы он некоторое время останавливал все лопасти (так называемый помпаж), или все время (называемый вращающимся срывом).Чтобы избежать таких срывов, потребовалось провести много предварительных исследований и разработок.
Хотя газовая турбина должна запускаться с помощью каких-либо внешних средств (небольшой внешний двигатель или другой источник, например, другая газовая турбина), ее можно довести до состояния полной нагрузки (пиковой мощности) за считанные минуты, в отличие от паротурбинной установки. время запуска которого измеряется часами.
Газовые турбины также могут использовать различные виды топлива. Природный газ обычно используется в наземных газовых турбинах, тогда как легкие дистиллятные (или керосиноподобные) масла используются в авиационных реактивных двигателях и морских газовых турбинах.Также можно использовать дизельное топливо или специально обработанные остаточные масла (например, биодизель), а также горючие газы (например, метан), полученные из доменных печей, нефтеперерабатывающих заводов, свалок, сточных вод и газификации твердого топлива, такого как уголь, древесная щепа и жмых. (измельченные стебли сахарного тростника или сорго). Некоторые недавние работы в Южной Африке по типу атомной электростанции, называемой реактор с галечным слоем (в котором используются графитовые сферы размером с теннисный мяч, залитые делящимся материалом), обеспечивающий газообразный гелий для питания турбины такого типа, которая имеет замкнутый цикл, Это означает, что в нем используется газ, предварительно нагретый внешним источником, который рециркулирует через систему.)
Дополнительным преимуществом газовых турбин является то, что обычным рабочим телом является атмосферный воздух, и машина не требует жидкостного охлаждения — важное соображение во многих частях мира, где не хватает охлаждающей воды.
На начальных этапах разработки одним из основных недостатков газовой турбины был ее более низкий КПД (следовательно, более высокий расход топлива) по сравнению с другими двигателями и паротурбинными электростанциями. Однако за последние 70 лет непрерывное инженерное развитие привело к тому, что тепловой КПД (18 процентов для газовой турбины Brown Boveri 1939 года выпуска) достиг нынешнего уровня около 45 процентов для работы в простом цикле.Эффективность может достигать более 60 процентов для комбинированный цикл операции, на которых выхлопные газы используются дополнительно.
Сейчас трудно вспомнить, когда авиационная газовая турбина — реактивный двигатель — не использовалась в полете самолета. До появления реактивных двигателей производитель авиационных поршневых двигателей мог рассчитывать на продажу запасных частей в 20–30 раз больше первоначальной стоимости двигателей. С появлением реактивного двигателя эта цифра послепродажного обслуживания упала в три-пять раз по сравнению с первоначальной стоимостью (важное сокращение, сделавшее авиаперелеты доступными и надежными, а авиакомпании — прибыльными, хотя производителям двигателей пришлось изменить свои бизнес-модели).В последние годы технологии и требования рынка привели к тому, что компоненты двигателя стали более долговечными, в результате чего количество запасных частей на рынке послепродажного обслуживания снизилось до все более низкого уровня.
Хорошо управляемая авиакомпания будет стараться поддерживать в воздухе реактивный самолет 18 часов в сутки 365 дней в году. Авиакомпания ожидает, что при хорошем техническом обслуживании двигатели останутся в эксплуатации и на крыле в течение от 15 000 до 30 000 часов работы, в зависимости от количества взлетов и посадок, совершенных самолетом.По истечении этого периода реактивный двигатель будет снят и отремонтирован, обычно с заменой деталей, которые нагреваются, таких как камера сгорания и турбина. (В настоящее время частота отключения реактивного двигателя в полете составляет менее 1 на 100 000 летных часов. Другими словами, в среднем двигатель выходит из строя в полете раз в 30 лет.)
Авиационные реактивные двигатели составляют около 25% стоимости самолета. В 2011 году мировой рынок авиационных газовых турбин составил 32 миллиарда долларов, из которых 27 миллиардов долларов пришлось на коммерческие самолеты, а оставшаяся часть — на военные нужды.В настоящее время в мировом авиапарке насчитывается около 19 400 самолетов. Оба основных производителя самолетов, Boeing в США и Airbus в Европе, прогнозируют, что к 2030 году в мировом парке будет 34000 самолетов.
Этот многообещающий рынок стимулирует разработку реактивных двигателей для коммерческих авиакомпаний с упором на экономию топлива. В настоящее время от 40 до 60 процентов операционных расходов авиакомпаний приходится на авиакеросин. Турбореактивный двигатель Pratt & Whitney, показанный на втором рисунке, в настоящее время разрабатывается для новых узкофюзеляжных самолетов вместимостью от 90 до 200 пассажиров.Этот двигатель имеет систему зубчатой передачи, установленную на ступице, которая приводит в движение передний вентилятор на более низких оборотах, что позволяет снизить расход топлива на 16% и значительно снизить уровень шума двигателя. Позже технология редукторного вентилятора может быть применена к двигателям большей тяги для более крупных самолетов.
Хотя военные реактивные двигатели представляют меньший сегмент рынка газовых турбин, разработанные там технологии исторически приносили выгоду коммерческой авиации. Яркий тому пример — новый американский двигатель F135 Joint Strike Fighter с тягой 40000 фунтов.На нем установлены три варианта самолетов: истребитель ВВС, который взлетает обычным способом, авиалайнер ВМС палубного базирования и самолет с коротким взлетом / вертикальной посадкой для морской пехоты.
Температура в двигателе Joint Strike Fighter составляет 3600 градусов по Фаренгейту (1982 градусов по Цельсию). Каким образом профили турбины из кобальт-никелевого сплава выдерживают такие рабочие условия? Лопатки и лопасти охлаждаются примерно до восьми десятых до девяти десятых температуры плавления их сплава (от 2200 до 2600 градусов по Фаренгейту).Каждый аэродинамический профиль высокотемпературной турбины сформирован из сложной отливки для размещения сложных внутренних каналов и рисунков отверстий на поверхности, необходимых для направления и направления охлаждающего воздуха (отбираемого из компрессора) внутри и над ее внешними поверхностями. Ошибка в расположении отверстия или соотношении давлений охлаждающего воздуха может привести к вдыханию газового тракта аэродинамического профиля, а не к охлаждающему выдоху, что при таких высоких температурах будет иметь катастрофические последствия. Конструкция охлаждения основана на 30-летних исследованиях и однозначно продвигает вперед самые современные характеристики и долговечность турбин.
За последние 30 лет достижения в области неавиационных технологий почти удвоили тепловой КПД новых газотурбинных электростанций. В 2011 году мировой рынок неавиационных газовых турбин составил 16 миллиардов долларов, большая часть из которых пришлась на новые электрические установки. Современные газотурбинные электростанции с комбинированным циклом вырабатывают электроэнергию на уровне до половины гигаватта с тепловым КПД, который сейчас превышает 60-процентную отметку — почти вдвое больше, чем я узнал, когда был студентом-механиком.
Газотурбинная электростанция с комбинированным циклом использует газовую турбину (обычно работающую на природном газе) для привода электрического генератора. Горячий выхлоп затем используется для производства пара в теплообменнике (называемом парогенератор с рекуперацией тепла) для питания паровой турбины, полезная работа которой обеспечивает средства для выработки большего количества электроэнергии. (Если вместо этого для обогрева зданий используется пар, агрегат будет называться когенерационная установка. ) Хорошее значение КПД для современных газовых турбин составляет 40 процентов, в то время как паровая турбина в типичных условиях комбинированного цикла составляет около 30 процентов.Согласно первому закону термодинамики и определению термического КПД, общий КПД этих двух устройств составляет около 58 процентов, что выше, чем у любого из отдельных устройств по отдельности.
Сердцем электростанции с комбинированным циклом (или, точнее, комбинированной электростанции, поскольку термодинамические циклы не объединены) является газовая турбина с температурой выхлопных газов, обычно около 1000 градусов по Фаренгейту (или 538 градусов по Цельсию), достаточно для производства пара для питания паровой турбины.Газовая турбина Siemens мощностью 375 мегаватт, показанная на третьем рисунке, является центром новой 578 мегаваттной газотурбинной установки с комбинированным циклом в Иршинге, Германия. 19 мая 2011 года компания Siemens объявила о достижении теплового КПД 60,75%, что, вероятно, делает его самым эффективным тепловым двигателем из когда-либо эксплуатируемых.
«Я продаю здесь, сэр, то, что желает весь мир — СИЛУ». Это были слова раннего британского промышленника Мэтью Бултона Джеймсу Босвеллу, процитированные в книге Босвелла 1791 года. Жизнь Сэмюэля Джонсона .Бултон и его партнер, шотландский инженер Джеймс Ватт, создали первые паровые машины. Их фирма давно прекратила существование, но потребность мира во власти многократно возросла с тех пор, как Боултон встретил Босуэлла.
Такая растущая потребность в энергии удовлетворяется за счет газовых турбин как в летных двигателях, так и в производстве электроэнергии. Можно с уверенностью прогнозировать, что роль газовой турбины в качестве основного двигателя возрастет, поскольку инженеры продолжают улучшать ее характеристики и находить новые применения.
- Бати, В. В. 1996. Основы газовых турбин , 2-е издание. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
- Коннер, М. 2001. Ханс фон Охайн: Элегантность в рейсе . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики.
- Голли Дж. 1987. Уиттл: правдивая история . Вашингтон, округ Колумбия: Пресса Смитсоновского института.
-
- Хорлок, Дж. Х. 1992. Комбинированные электрические станции .Оксфорд, Англия: Pergamon Press.
- Лэнгстон, Л. С. 2013. Не такие простые машины. Журнал «Машиностроение» Январь: 46–51.
- Лэнгстон, Л. С. 2012. Преодолевая барьер. Журнал «Машиностроение» Май: 33–37.
- Лэнгстон, Л. С. 2008. Галька, создающая волны. Журнал «Машиностроение» Февраль: 34–38.
- Лэнгстон, Л. С. 2007. По Фаренгейту 3600. Журнал «Машиностроение» Апрель: 34–37.
- Лэнгстон, Л. С. 2004. Турбины, газ. Энциклопедия энергетики, том 6 . Сан-Диего: Elsevier, стр. 221–230.
- Тейлор, Э. С. 1970. Эволюция реактивного двигателя. Астронавтика и воздухоплавание 8: 64–72.
- Ван дер Линден, Септимус. Первая в мире промышленная газовая турбина в Невшателе (1939 г.): международная историческая достопримечательность в области машиностроения, 2 сентября 1988 г. Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков.http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdf
Газовая турбина
| Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ. Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница. |
Тяга — это сила, которая перемещает любой самолет по воздуху. Тяга создается силовая установка самолета. Различные двигательные установки развивают тягу в разными способами, но вся тяга создается за счет некоторых применение третьего закона Ньютона движение. На каждое действие есть равная и противоположная реакция. В любой двигательной установке рабочая жидкость ускоряется системой и реакция на это ускорение создает силу в системе.А общий вывод уравнения тяги показывает, что величина создаваемой тяги зависит от массовый поток через двигатель и скорость на выходе газа.
Во время Второй мировой войны был разработан двигатель нового типа. самостоятельно в Германии и в Англии. Этот двигатель назывался . газотурбинный двигатель . Мы иногда называем этот двигатель реактивным двигателем . двигатель . Ранние газотурбинные двигатели работали во многом как ракетный двигатель создавая горячий выхлопной газ, который проходил через сопло производить тягу.Но в отличие от ракетного двигателя, который должен нести кислород для сгорания, газотурбинный двигатель получает кислород из окружающего воздуха. Не работает газотурбинный двигатель в космосе, потому что нет окружающего воздуха. Для газа газотурбинный двигатель, ускоренный газ, или рабочее тело , это струйный выхлоп. Большинство Масса выхлопных газов струи исходит из окружающей атмосферы. Самый современный, высокоскоростной пассажир и военный самолет работают на газе газотурбинные двигатели.Потому что газотурбинные двигатели так важны для современных жизни, мы предоставим много информации о газотурбинных двигателях и их работа.
Турбинные двигателибывают самых разных формы и размеры из-за множества различных миссий самолетов. Все газотурбинные двигатели имеют некоторые части в однако обычное дело. На слайде мы видим изображения четырех разных самолет, оснащенный газотурбинными двигателями. Каждый самолет имеет уникальная миссия и, следовательно, уникальные требования к двигательной установке.На вверху слева — авиалайнер DC-8. Его задача — перевозить большие грузы. пассажиров или грузов на дальние расстояния на большой скорости. Тратит большую часть своей жизни на высокой скорости круиз. Внизу слева — F-14. истребитель. Его задача — сбивать другие самолеты в бой воздух-воздух. Большую часть своей жизни он проводит в круизах, но нуждается в высокое ускорение в бою. Справа внизу — грузовой С-130. самолет. Как и DC-8, он перевозит грузы на большие расстояния, но не имеет требований к высокой скорости DC-8.На верхнем справа — учебно-тренировочный Т-38. Используется для обучения пилотов летать на реактивном самолете. самолет и не имеет требований к ускорению F-14. DC-8 приводится в действие четырьмя двухконтурными ТРДД. двигателей Ф-14 на двух форсажных ТРДД с малым байпасом, С-130 с четырьмя турбовинтовыми двигателями двигателей, а Т-38 — двумя ТРД. двигатели.
EngineSim это интерактивный Java-апплет, позволяющий изучать различные типы реактивных двигателей.Вы можете изучить основы газотурбинного двигателя. двигательная установка с симулятором EngineSim. RangeGames это интерактивный Java-апплет, который позволяет вам изучить, как разные типы самолетов используют различные типы двигателей для выполнения своей миссии.
Действия:
Экскурсии
Навигация ..
- Руководство для начинающих Домашняя страница
| netl.doe.gov
Справочник по газовой турбине | netl.doe.gov Перейти к основному содержанию
Справочник по газовой турбине
СОДЕРЖАНИЕ
- Благодарности
- Обновленная контактная информация автора
- Введение — Рич Деннис, менеджер по технологиям турбин
- 1.1 Простой и комбинированный циклы — Клэр Соарс
- 1.1-1 Введение
- 1.1-2 Приложения
- 1.1-3 Универсальность приложений
- 1.1-4 История газовой турбины
- 1.1-5 Газовая турбина, основные компоненты, модули и системы
- 1.1-6 Разработка проекта газовых турбин
- 1.1-7 Характеристики газовой турбины
- 1.1-8 Комбинированные циклы
- 1.1-9 Примечания
- 1.2 Интегрированный комбинированный цикл газификации угля (IGCC) — Массод Рамезан и Гэри Стигель
- 1.2-1 Введение
- 1.2-2 Процесс газификации
- 1.2-3 Системы IGCC
- 1.2-4 Улучшения газификатора
- 1.2-5 Улучшения газоразделения
- 1.2-6 Выводы
- 1.2-7 Примечания
- 1.2.1 Газификаторы различных типов и их интеграция с газовыми турбинами — Джеффри Филлипс
- 1.2.1-1 Введение
- 1.2.1-2 Типовые типы газификаторов
- 1.2.1-3 Другие варианты конструкции
- 1.2.1-4 Интеграция с комбинированным циклом
- 1.2.1-5 Коммерчески доступные крупномасштабные газификаторы
- 1.2.1-6 Некоммерческие газификаторы, представляющие интерес
- 1.2.1-7 Выводы
- 1.2.1-8 Примечания
- 1.2.2 Последствия секвестрации CO 2 для газовых турбин — Ашок Рао
- 1.2.2-1 Введение
- 1.2.2-2 Значение для газовых турбин
- 1.2.2-3 Выводы
- 1.2.2-4 Примечания
- 1.3.1.1 Graz Cycle — электростанция с нулевым уровнем выбросов и высочайшей эффективностью — Franz Heitmeir, Herbert Jericha, Wolfgang Sanz
- 1.3.1.1-1 Введение
- 1.3.1.1-2 Конфигурация цикла и термодинамическая схема
- 1.3.1.1-3 Конструкция турбомашин
- 1.3.1.1-4 Экономическая оценка
- 1.3.1.1-5 Выводы
- 1.3.1.1-6 Сокращения и приложение
- 1.3.1.1-7 Примечания
- 1.3.1.2 Системы чистой энергии — Фермин Вик Витери
- 1.3.1.2-1 Введение
- 1.3.1.2-2 Электростанция с нулевым выбросом CES
- 1.3.1.2-3 Согласование ВРУ и турбокомпрессора
- 1.3.1.2-4 Влияние приводных газов на рабочие параметры газовой турбины
- 1.3.1.2-5 Влияние охлаждающей жидкости на температуру лопаток газовой турбины
- 1.3.1.2-6 Работа газовой турбины с газами CES по сравнению с газами для дыхания воздухом
- 1.3.1.2-7 Проблемы материалов турбины
- 1.3.1.2-8 Концепции комплексных заводов
- 1.3.1.2-9 Производительность
- 1.3.1.2-10 Выводы
- 1.3.1.2-11 Примечания
- 1.3.1.3 Водородные энергетические системы — Вэнь-Чин Ян
- 1.3.1.3-1 Введение
- 1.3.1.3-2 Энергетическая система с высокотемпературным паровым циклом (HTSC)
- 1.3.1.3-3 Новый цикл Ренкина
- 1.3.1.3-4 Цикл Ренкина с повторным нагревом и рекуперацией
- 1.3.1.3-5 Требования к развитию
- 1.3.1.3-6 Выводы
- 1.3.1.3-7 Примечания
- 1.3.2 Расширенные циклы Брайтона — Ашок Рао
- 1.3.2-1 Введение
- 1.3.2-2 Технология газовых турбин
- 1.3.2-3 Выводы
- 1.3.2-4 Примечания
- 1.3.3 Циклы газовой турбины частичного окисления (POGT) — Джозеф К. Рабовицер, доктор философии, Сергей Нестер, доктор философии.
- 1.3.3-1 Введение
- 1.3.3-2 Фон
- 1.3.3-3 Обзор
- 1.3.3-4 Приложения POGT
- 1.3.3-5 Выводы
- 1.3.3-6 Акронимы и сокращения
- 1.3.3-7 Примечания
- 1.4 Системы топливных элементов для гибридных газовых турбин — Джек Брауэр
- 1.4-1 Введение
- 1.4-2 Предпосылки
- 1.4-3 Технология топливных элементов
- Концепция топливных элементов гибридной газовой турбины 1.4-4
- 1.4-5 Ранние разработки гибридных газотурбинных топливных элементов
- 1.4-6 Динамическое моделирование гибридных систем
- 1.4-7 Управление гибридной системой
- 1.4-8 Потребности в исследованиях и разработках систем топливных элементов для гибридных газовых турбин
- 1.4-9 Благодарности
- 1.4-10 Примечания
- 2.0 Осевые компрессоры — Мехерван П.Бойс
- 2.0-1 Введение
- 2.0-2 Номенклатура лопаток и каскадов
- 2.0-3 Элементарная теория аэродинамического профиля
- 2.0-4 Ламинарные крыловые профили
- 2.0-5 Увеличение энергии
- 2.0-6 Треугольники скорости
- 2,0-7 Степень реакции
- 2.0-8 Правило отклонения
- 2.0-9 Рабочие характеристики компрессора
- 2.0-10 Параметры производительности компрессора
- 2.0-11 Потери производительности в компрессоре с осевым потоком
- 2.0-12 Новые разработки в компрессорах с осевым потоком
- 2.0-13 Последние достижения и потребности в исследованиях
- 2.0-14 Материал лопаток компрессора
- 2.0-15 Благодарности
- 2.0-16 Библиография
- 3.1 Ключевые проблемы сгорания, связанные с синтез-газом и топливом с высоким содержанием водорода — Винсент МакДонелл
- 3.1-1 Ключевые проблемы сгорания, связанные с синтез-газом и топливом с высоким содержанием водорода
- 3.1-2 Примечания
- 3.1.1 Статическая и динамическая стабильность горения — Тимоти К. Льювен
- 3.1.2-1 Введение
- 3.1.2-2 Статическая устойчивость
- 3.1.2-3 Динамическая устойчивость
- 3.1.2-4 Примечания
- 3.2 Стратегии сжигания синтез-газа и топлива с высоким содержанием водорода — Пит Стрейки, Нейт Вейланд, Гео Ричардс
- 3.2-1 Введение
- 3.2-2 Образование NOx
- 3.2-3 Камера сгорания с диффузионным пламенем
- 3.2-4 обедненный прямой впрыск
- 3.2-5 Высоконапряженные камеры сгорания с диффузионным пламенем
- 3,2-6 Готовая смесь для сжигания
- 3.2-7 Настройка и управление камерой сгорания
- 3.2-8 Кислородно-топливное сжигание
- 3.2-9 Примечания
- 3.2.1.1 Сжигание обычного типа — Скотт Самуэльсен
- 3.2.1.1-1 Введение
- 3.2.1.1-2 Характеристики камеры сгорания
- 3.2.1.1-3 Первичная зона
- 3.2.1.1-4 Вторичная зона
- 3.2.1.1-5 Зона разбавления
- 3.2.1.1-6 Теплопередача
- 3.2.1.1-7 Конфигурации камеры сгорания
- 3.2.1.1-8 Примечания
- 3.2.1.2 Сжигание обедненной смеси с предварительной смесью — Билогиб
- 3.2.1.2-1 Введение
- 3.2.1.2-2 Обзор выбросов
- 3.2.1.2-3 Обзор нормативной базы
- 3.2.1.2-4 Принципы горения
- 3.2.1.2-5 Конструкция камеры сгорания
- 3.2.1.2-6 Технологические вызовы LPM
- 3.2.1.2-7 Будущие разработки LPM
- 3.2.1.2-8 Работа на двух видах топлива
- 3.2.1.2-9 Проблемы, связанные с изменчивостью топлива
- 3.2.1.2-10 Справочная информация
- 3.2.1.2-11 Образование оксида азота
- 3.2.1.2-12 Выводы
- 3.2.1.2-13 Примечания
- 3.2.1.3 Камера сгорания для обогащенного, быстрого смешивания и обедненной смеси (RQL) — Скотт Самуэльсен
- 3.2.1.3-1 Введение
- 3.2.1.3-2 Зона быстрого смешивания
- 3.2.1.3-3 Образование оксида азота
- 3.2.1.3-4 Выводы
- 3.2.1.3-5 Примечания
- 3.2.1.4.1 Захваченное вихревое горение — Роберт Стил
- 3.2.1.4.1-1 Захваченное вихревое горение
- 3.2.1.4.1-2 Проблемы сжигания газовых турбин IGCC
- 3.2.1.4.1-3 Сжигание синтез-газа
- 3.2.1.4.1-4 Программа турбин DOE NETL IGCC
- 3.2.1.4.1-5 Захваченное вихревое горение — прорыв в технологии
- 3.2.1.4.1-6 Разработка ТВЦ
- 3.2.1.4.1-7 Примечания
- 3.2.1.4.2 Низкое вихревое горение — Роберт К. Ченг
- 3.2.1.4.3-1 Введение
- 3.2.1.4.3-2 Принцип низковихревого сжигания и история передачи технологий
- 3.2.1.4.3-3 Правила масштабирования и технические рекомендации
- 3.2.1.4.3-4 Характеристики поля потока и их значение для стабильности пламени
- 3.2.1.4.3-5 Разработка маловихревых форсунок для газовых турбин
- 3.2.1.4.3-6 Разработка LSI для IGCC
- 3.2.1.4.3-7 Выводы
- 3.2.1.4.3-8 Примечания
- 3.2.2 Каталитическое горение — д-р Лэнс Смит, д-р Хасан Карим, д-р Шахрох Этемад, д-р Уильям К. Пфефферле
- 3.2.2-1 Введение
- 3.2.2-2 Роль катализа в горении
- 3.2.2-3 Каталитические материалы для приложений сгорания
- 3.2.2-4 Системы каталитического сжигания
- 3.2.2-5 Проблемы каталитического горения
- 3.2.2-6 Выводы
- 3.2.2-7 Примечания
- 3.2.2.1 Каталитическое сжигание с высоким содержанием топлива — д-р Ланс Смит, д-р Хасан Карим, д-р Шахрох Этемад, д-р Уильям К. Пфефферле
- 3.2.2.1-1 Введение
- 3.2.2.1-2 Системы с обогащенным топливом катализаторы
- 3.2.2.1-3 Сжигание на обедненной каталитической обедненной смеси (RCL®)
- 3.2.2.1-4 Рабочие и рабочие характеристики RCL® Combustion
- 3.2.2.1-5 Полномасштабные испытания при полном давлении на солнечных турбинах
- 3.2.2.1-6 Данные субмасштабных испытаний углеводородного топлива
- 3.2.2.1-7 Результаты испытаний двигателя
- 3.2.2.1-8 Сжигание синтез-газа на основе угля и топлива с высоким содержанием водорода со сверхнизкими выбросами NOx
- 3.2.2.1-9 Данные субшкалы испытаний для синтетического газа
- 3.2.2.1-10 Данные субмасштабных испытаний топлива с высоким содержанием водорода и низким содержанием БТЕ
- 3.2.2.1-11 Состояние технологий и перспективы
- 3.2.2.1-12 Выводы
- 3.2.2.1-13 Примечания
- 3.2.2.2 Каталитическое горение в промышленных газовых турбинах с большой рамой — Ray Laster
- 3.2.2.2-1 Введение
- 3.2.2.2-2 Конструкция каталитического сгорания
- 3.2.2.2-3 Обогащенное каталитическое сжигание для больших газотурбинных двигателей
- 3.2.2.2-4 Выводы
- 3.2.2.2-5 Примечания
- 3.2.2.3 Горение со стабилизированной поверхностью — Нил МакДугалд
- 3.2.3-1 Введение
- 3.2.3-2 Технология
- 3.2.3-3 Результаты экспериментов
- 3.2.3-4 Выводы
- 3.2.3-5 Примечания
- 4.1 Анализ конструкции охлаждения турбины — Карен Толе
- 4.2.1 Анализ проекта охлаждения — Рон С. Бункер
- 4.2.1-1 Введение
- 4.2.1-2 Уровень 0 — Предварительный расчет проекта охлаждения
- 4.2.1-3 Уровень 1 — Концептуальный анализ проекта охлаждения
- 4.2.1-4 Трехмерный анализ
- 4.2.1-5 Уровень 2 — Подробный анализ конструкции охлаждения компонентов и системы
- 4.2.1-6 Анализ вторичного контура охлаждения турбины
- 4.2.1-7 Уровень 3 — Анализ проекта переходного режима охлаждения
- 4.2.1-8 Примечания
- 4.2.2.1 Охлаждение аэродинамической пленки — Дэвид Богард
- 4.2.2.1-1 Введение
- 4.2.2.1-2 Основы эффективности пленочного охлаждения
- 4.2.2.1-3 Корреляция характеристик пленочного охлаждения
- 4.2.2.1-4 Влияние геометрии и конфигурации отверстия на характеристики охлаждения пленки
- 4.2.2.1-5 Влияние поверхности аэродинамического профиля на характеристики пленочного охлаждения
- 4.2.2.1-6 Обычное влияние на эффективность охлаждения пленки
- 4.2.2.1-7 Пленочное охлаждение передней кромки аэродинамического профиля
- 4.2.2.1-8 Примечания
- 4.2.2.2 Улучшенное внутреннее охлаждение лопаток и лопаток турбины — Дже-Чин Хан и Лесли М.Райт
- 4.2.2.2-1 Введение
- 4.2.2.2-2 Улучшенное внутреннее охлаждение лопаток турбины
- 4.2.2.2-3 Улучшенное внутреннее охлаждение лопаток турбины
- 4.2.2.2-4 Заключительные замечания
- 4.2.2.2-5 Примечания
- 4.2.3 Теплопередача торцевой стенки аэродинамического профиля — Карен Тол
- 4.2.3-1 Введение
- 4.2.3-2 Теоретическая разработка потоков в торцевых стенках
- 4.2.3-3 Теплопередача через торцевую стенку
- 4.2.3-4 Пленочное охлаждение торцевых стенок
- 4.2.3-5 Передовые модификации
- 4.2.3-6 Другие соответствующие исследования торцевых стенок лопастей
- 4.2.3-7 Теплопередача кончика лезвия
- 4.2.3-8 Примечания
- 4.3 Аэродинамика лопастей турбины — Суманта Ачарья
- 4.3-1 Введение
- 4.3-2 Поле потока в средней части пролета
- 4.3-3 Поле потока в области торцевой стенки
- 4.3-4 Развитие и структура вторичных потоков в канале
- 4.3-5 Потеря давления
- 4.3-6 Аэродинамика 2-х лопастного каскада
- 4.3-7 Аэродинамика 3-х мерного каскада
- 4.3-8 Аэродинамика с модификациями прохода
- 4.3-9 Примечания
- 4.4 Анализ теплопередачи — Фрэнк Дж. Кунья
- 4.4-1 Введение
- 4.4-2 Требования к теплопередаче
- 4.4-3 Газовая теплопередача
- 4.4-4 Качество газа в поперечном направлении
- 4.4-5 Термическая нагрузка на аэродинамический профиль
- 4.4-6 Тепловая нагрузка переднего края
- 4.4-7 Теплопередача охлаждающей жидкости
- 4.4-8 Пленочное охлаждение
- 4.4-9 Полосы отключения или усилители турбулентности для охлаждающих каналов
- 4.4-10 Ударное охлаждение для переходных отверстий и пластин
- 4.4-11 Плавник или подставки для охлаждения задней кромки
- 4.4-12 Температура в объеме для охлаждающих каналов
- 4.4-13 Термомеханические аспекты долговечности
- 4.4-14 Выводы
- 4.4-15 Примечания
- 4.4.1 Ковши и насадки — Стивен Дж. Балсоне
- 4.4.1-1 Введение
- 4.4.1-2 Справочная информация
- 4.4.1-3 Разработка процесса — литье по выплавляемым моделям сплавов DS и SX
- 4.4.1-4 Разработка процесса — литье с высоким градиентом
- 4.4.1-5 Разработка сплава — ковши
- 4.4.1-6 Разработка сплава — сопла
- 4.4.1-7 Характеристики материалов
- 4.4.1-8 Выводы
- 4.4.1-9 Примечания
- 4.4.2 Защитные покрытия для газовых турбин — Канг Н. Ли
- 4.4.2-1 Введение
- 4.4.2-2a Покрытия для компонентов из суперсплавов
- 4.4.2-2b Связующее покрытие
- 4.4.2-2c Верхнее покрытие
- 4.4.2-2d Механизмы отказа TBC
- 4.4.2-3a Покрытия для керамических компонентов
- 4.4.2-3b Обработка
- 4.4.2-3c Тестирование
- 4.4.2-3d Связующее покрытие
- 4.4.2-3e Верхнее покрытие
- 4.4.2-4 Выводы
- 4.4.2-5 Примечания
- 5.0 Экономика и надежность системы турбины, доступность и ремонтопригодность (RAM) — Бонни Марини
- 5.0-1 Введение
- 5.0-2 Драйверы рынка электроэнергии
- 5.0-3 Экономика производства электроэнергии
- 5.0-4 Операционные стратегии и варианты
- 5.0-5 Выводы
- 5.0-6 Примечания
- 6.0.1 Программа турбин Министерства энергетики США: общее описание программы — Ричард Деннис
- 6.0.2 NETL исследования внутреннего сгорания и турбины — Джордж Ричардс
- 6.0.3 Университетская программа исследования турбинных систем (UTSR) — Уильям Х. Дэй, Ричард А. Венгларц и Лоуренс П. Голан
- 6.0.3-1 Введение
- 6.0.3-2 Вызов синтоплива
- 6.0.3-3 Промышленное товарищество по газовой турбине
- 6.0.3-4 Примечания
Газовая турбина — Энергетическое образование
Рисунок 1.Газовая турбина реактивного двигателя. Схема идет слева направо, детали обозначены на рис. 2. [1]Газовая турбина — это тип турбины, в которой используется сжатый газ для вращения с целью выработки электроэнергии или обеспечения кинетической энергии самолету или реактивному двигателю. Этот процесс называется циклом Брайтона. Во всех современных газовых турбинах сжатый газ создается путем сжигания такого топлива, как природный газ, керосин, пропан или реактивное топливо. Тепло, выделяемое этим топливом, расширяет воздух, который проходит через турбину, чтобы обеспечить полезную энергию. [2]
Операция
Газовые турбинытеоретически просты и состоят из трех основных частей, как показано на рисунке 2: [2]
- Компрессор — Забирает воздух снаружи турбины и увеличивает его давление.
- Камера сгорания — сжигает топливо и производит газ под высоким давлением и высокой скоростью.
- Турбина — извлекает энергию из газа, поступающего из камеры сгорания.
Компрессор
На Рисунке 2 воздух всасывается слева и поступает в компрессор, который состоит из многих рядов лопастей вентилятора. В некоторых турбинах давление воздуха может увеличиваться в 30 раз. [2]
Камера сгорания
Воздух под высоким давлением проходит в эту зону, куда подается топливо. Топливо постоянно впрыскивается в эту часть, чтобы энергия, проходящая через турбину, была постоянной.
Турбина
Турбина соединена валом с лопатками компрессора, и они вращаются отдельно. Компрессор соединяется с турбиной, которая соединена с выходным валом, и поскольку турбина вращается отдельно, она может развивать огромные скорости из-за протекающего через нее горячего газа. Этот последний вал генерирует огромных лошадиных сил, при этом большие турбины самолета вырабатывают почти 110000 л.с. — в два раза больше мощности, генерируемой Титаником. [4]
Список литературы
2 агрессивные цели развития газовых турбин | Передовые технологии для газовых турбин
Нормированная стоимость электроэнергии определена как
.— установленные капитальные затраты и текущие эксплуатационные расходы электростанции, преобразованные в постоянный поток платежей в течение предполагаемого финансового срока службы электростанции.Установленные капитальные затраты включают затраты на строительство, затраты на финансирование, налоговые льготы и другие субсидии или налоги, связанные с установкой. Текущие затраты включают стоимость топлива (для электростанций, потребляющих топливо), ожидаемые затраты на техническое обслуживание и другие соответствующие налоги или субсидии, зависящие от эксплуатации станции. 7
Нормированная стоимость становится одним из ключевых критериев, определяющих, решит ли коммунальное предприятие приобрести и эксплуатировать газовую турбину. Вероятно, что продажи газовых турбин будут иметь негативное влияние, если стоимость возобновляемых источников энергии будет постоянно снижать стоимость газовых турбин.Две недавние оценки предсказывают, что это может произойти в период с 2020 по 2024 год. 8,9
Будет непросто как достичь растущих целей производительности, так и оставаться конкурентоспособным по стоимости с возобновляемыми источниками энергии. Постоянно меняющийся ландшафт производства электроэнергии делает все более сложным прогнозирование исследований газовых турбин с наибольшей потенциальной окупаемостью. Например, значительное и непредвиденное снижение стоимости возобновляемой энергии может потенциально смягчить или обратить вспять долгосрочный прогнозируемый рост спроса на газовые турбины для производства электроэнергии.
Учитывая рекордно низкие цены на возобновляемые источники энергии, Bloomberg New Energy Finance заявила, что «некоторые существующие угольные и газовые электростанции с невозвратными капитальными затратами будут продолжать играть свою роль в течение многих лет, сочетая оптовую генерацию и балансировку, по мере увеличения проникновения ветра и солнца. Но экономические аргументы в пользу строительства новых мощностей по углю и газу рушатся, поскольку батареи начинают посягать на гибкость и пиковые доходы, которыми пользуются электростанции, работающие на ископаемом топливе ». 10 Даже в этом случае темпы, с которыми могут происходить изменения в источниках энергии, будут зависеть от многих факторов, таких как темпы увеличения и развертывания более дешевых возобновляемых источников энергии и скорость, с которой спрос на электроэнергию растет.
Эта область исследований напрямую снизит затраты на жизненный цикл. 11 Технический риск достижения этой цели высок, поскольку для достижения целей по повышению эффективности потребуются более дорогие решения, такие как материалы с более высокими эксплуатационными характеристиками и более сложная геометрия компонентов, что приведет к более высоким производственным затратам.
Авиационные двигатели преобразуют химическую энергию, запасенную в реактивном топливе, в полезную тяговую мощность. Движущая сила определяется как произведение силы тяги и скорости полета.Газовые турбины используются для приведения в движение самолета в одной из трех конфигураций или архитектур: турбореактивный, двухконтурный или турбовинтовой. В каждом из этих случаев газовая турбина служит ядром авиационного двигателя. Турбореактивные двигатели используют выхлоп из активной зоны в качестве прямого источника тяги, при этом практически вся механическая энергия, производимая модулем турбины, используется для приведения в действие модуля компрессора (и электрических генераторов для электрической системы самолета). В турбовентиляторных двигателях часть механической энергии, производимой турбинным модулем, используется для приведения в действие вентилятора, обеспечивающего тягу (в дополнение к выхлопу турбины).Вентилятор расположен внутри гондолы двигателя непосредственно перед активной зоной. Диаметр лопастей вентилятора больше диаметра сердечника. Воздух, проходящий через вентилятор, обтекает сердечник и сливается с выхлопом турбины перед выходом из двигателя. Турбовинтовой двигатель похож на турбовентилятор, за исключением того, что для создания тяги используется пропеллер, расположенный вне гондолы двигателя, вместо установленного внутри вентилятора.
___________________
7 Управление энергетической информации, 2018, EIA использует два упрощенных показателя, чтобы показать относительную экономику электростанций будущего, Today in Energy , 29 марта, https: // eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=35552.
8 McKinsey and Company, 2019, Global Energy Perspective 2019: Reference Case (Summary) , https://mck.co/2Nh4yGg, январь.
9 Д. Дадли, 2018 г., Возобновляемые источники энергии будут неизменно дешевле ископаемых видов топлива к 2020 г., утверждается в отчете, Forbes , 13 января, http://bit.ly/2PWOFCi.
10 Bloomberg New Energy Finance, 2018, «Падение затрат на ветроэнергетику, солнечную энергию и батареи вытесняет ископаемое топливо», 28 марта, http: // bit.ly / 34CtcTE.
11 Справочная информация о затратах жизненного цикла представлена в главе 1 в разделе «Общая информация для критериев повышения производительности».
Газовые турбиныстали лучшим выбором для дополнительной выработки электроэнергии
Сегодня, по-прежнему в Google, мы сохраняем надежду. И мы счастливы сказать, что мы сделали несколько ошибок. В частности, системы возобновляемых источников энергии дешевели быстрее, чем мы ожидали, и их внедрение превысило прогнозы, которые мы приводили в 2014 году.
Инженеры могут дополнительно масштабировать зрелые технологии, такие как энергия ветра [1] и солнечная энергия [2]. Другие зарождающиеся технологии требуют значительных инноваций, например, водородные самолеты [3] и электродуговые печи для производства стали [4]. Чтобы противодействовать наихудшим непосредственным последствиям изменения климата, мы Крис Филпот
В нашей предыдущей статье речь шла о «прорывных» целевых ценах ( разработан в сотрудничестве с консалтинговой фирмой McKinsey & Co.), что может привести к сокращению выбросов в США на 55% к 2050 году. С тех пор цены на ветровую и солнечную энергию достигли целевых показателей, установленных на 2020 год, в то время как цены на аккумуляторы стали еще лучше, упав до диапазона, прогнозируемого на 2050 год. — ожидаемые ценовые тенденции в сочетании с дешевым природным газом привели к сокращению потребления угля в США вдвое. Результат: к 2019 году выбросы в США упали до уровня, прогнозируемого сценарием McKinsey на 2030 год — на десять лет раньше, чем предсказывала наша модель.
И благодаря этому прогрессу в декарбонизации производства электроэнергии инженеры ищут и находят многочисленные возможности для переключения существующих систем, основанных на сжигании ископаемого топлива, на электроэнергию с низким содержанием углерода.Например, электрические тепловые насосы становятся рентабельной заменой топлива для обогрева, а электромобили дешевеют и растут в цене.
Однако даже при всем этом прогрессе мы все еще находимся на пути к серьезному изменению климата: К 2100 году повысится на 3 ° C. Многие страны не соблюдают сокращения выбросов, которые они обещали в Парижском соглашении 2015 года. Даже если бы каждая страна выполнила свое обещание, этого было бы недостаточно, чтобы ограничить глобальное потепление до 1,5 ° C, что большинство экспертов считает необходимым, чтобы избежать экологической катастрофы.Выполнение сегодняшних обещаний потребует резкого сокращения выбросов. Если этого массового сокращения выбросов не произойдет, что, как мы думаем, вероятно, потребуются другие стратегии, чтобы удерживать температуру в определенных пределах.
Нормированная стоимость энергии описывает затраты на строительство и эксплуатацию электростанций в течение срока их службы, измеряемые в долларах США за мегаватт-час. С 2009 года стоимость солнечной фотоэлектрической (PV) и ветровой энергии быстро снизилась. Цены на емкость аккумуляторов упали еще быстрее. Источник: BloombergNEF
Вот некоторые ключевые цифры: чтобы обратить вспять изменение климата, хотя бы частично, нам нужно снизить уровень углекислого газа в атмосфере до более безопасного порогового значения. 350 частей на миллион; в День Земли 2021 эта цифра составила 417 промилле. По нашим оценкам, достижение этой цели потребует удаления из атмосферы порядка 2 000 гигатонн CO 2 из атмосферы в течение следующего столетия. Это полное удаление необходимо как для поглощения существующего атмосферного CO 2 , так и для CO 2 , который будет выбрасываться, когда мы переходим к углеродно-отрицательному обществу (которое удаляет из атмосферы больше углерода, чем выделяет).
Наши начальные битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над многими существующими технологиями, которые можно масштабно масштабировать. Как уже было показано на примере ветряных, солнечных батарей и батарей, такое расширение масштабов часто приводит к резкому снижению затрат. В других отраслях промышленности для сокращения выбросов требуются технологические революции. Если вы поэкспериментируете со своим собственным набором методов смягчения последствий изменения климата, используя Интерактивный климатический инструмент En-ROADS, вы увидите, сколько вариантов вам нужно максимально использовать, чтобы изменить нашу текущую траекторию и достичь уровня 350 ppm CO 2 и глобального повышения температуры не более чем на 1.5 ° С.
Так что же делать инженеру, который хочет спасти планету? Даже когда мы работаем над переходом к обществу, основанному на безуглеродной энергии, мы должны серьезно относиться к секвестрации углерода, то есть к хранению CO. 2 в лесах, почве, геологических формациях и других местах, где он будет оставаться на месте. И в качестве временной меры в этот трудный переходный период нам также необходимо будет рассмотреть методы управления солнечным излучением — отклонение некоторого количества падающего солнечного света для уменьшения нагрева атмосферы.Эти стратегические направления потребуют реальных инноваций в ближайшие годы. Чтобы выиграть войну с изменением климата, нам также нужны новые технологии.
Мы надеемся, что необходимые технологии появятся в течение нескольких десятилетий. В конце концов, инженерам прошлого потребовались всего несколько десятилетий, чтобы спроектировать боевые машины, построить корабли, которые могли бы облететь земной шар, наладить повсеместную связь в реальном времени, ускорить вычисления более чем в триллион раз и запустить людей в космос и на Луну. 1990-е, 2000-е и 2010-е были десятилетиями, когда ветроэнергетика, солнечная энергия и сетевые батареи, соответственно, стали широко распространяться.Что касается технологий, которые определят грядущие десятилетия и позволят людям жить устойчиво и благополучно на планете со стабильным климатом, то отчасти это зависит от вас. У инженеров есть над чем усердно работать. Вы готовы?
Прежде чем мы перейдем к техническим задачам , которые требуют вашего внимания, позвольте нам немного поговорить о политике. Климатическая политика имеет важное значение для инженерных работ по декарбонизации, поскольку она может привести к резкому падению затрат на новые энергетические технологии и переключению рынков на низкоуглеродные альтернативы.Например, к 2005 году Германия предлагала чрезвычайно щедрые долгосрочные контракты производителям солнечной энергии (примерно в пять раз дороже средней цены на электроэнергию в Соединенных Штатах). Этот гарантированный спрос дал толчок мировому рынку солнечных фотоэлектрических (PV) панелей, который с тех пор растет в геометрической прогрессии. Короче говоря, временные субсидии Германии помогли создать устойчивый глобальный рынок солнечных батарей. Люди часто недооценивают, насколько человеческая изобретательность может быть раскрыта, когда она продвигается рыночными силами.
Для достижения цели ограничения нагрева до 1,5 ° C, чистый CO 2 должны немедленно резко сократиться по сравнению с нашими текущими выбросами, как показано в строке A. Если выбросы уменьшатся еще через десять лет, как показано в строке B, тогда гораздо большее количество CO 2 нужно будет удалить. Источник: Отчет МГЭИК, «Глобальное потепление на 1,5 ° C»
Этот всплеск солнечной фотоэлектрической энергии мог произойти десятилетием раньше. К 1995 году все основные процессы были готовы: инженеры освоили технические этапы изготовления кремниевых пластин, диффузионных диодных переходов, нанесения металлических решеток на поверхности солнечных элементов, пассивирования поверхности полупроводника для добавления антиотражающего покрытия и ламинирования модулей.Единственным недостающим элементом была политика поддержки. Мы не можем позволить себе больше этих «потерянных десятилетий». Мы хотим, чтобы инженеры посмотрели на энергетические системы и спросили себя: какие технологии имеют все необходимое для увеличения масштабов и снижения затрат, кроме политики и рынка?
Нобелевский лауреат по экономике Уильям Нордхаус в своей книге утверждает, что ценообразование на углерод играет важную роль в борьбе с изменением климата. Климат-казино (Издательство Йельского университета, 2015). Сегодня цены на углерод применяются к примерно 22 процентам глобальных выбросов углерода.Крупный углеродный рынок Европейского Союза, который в настоящее время оценивает углерод выше 50 евро за тонну (61 доллар США), является основной причиной, по которой его авиакомпании, производители стали и другие отрасли в настоящее время разрабатывают долгосрочные планы декарбонизации. Но экономист Марк Жаккар отметил, что, хотя налоги на выбросы углерода наиболее эффективны с экономической точки зрения, они часто сталкиваются с огромным политическим противодействием. Поэтому пионеры климатической политики в Канаде, Калифорнии и других странах прибегли к гибким (хотя и более сложным) нормативным актам, которые предоставляют отраслям разнообразные возможности для достижения целей декарбонизации.
Инженеры могут оценить простоту и элегантность ценообразования на углерод, но самый простой подход не всегда обеспечивает прогресс. Хотя мы, инженеры, не занимаемся разработкой политики, нам следует оставаться в курсе и поддерживать политики, которые помогут процветать нашей отрасли.
Сложные задачи обезуглероживания в большом количестве для амбициозных инженеров. Их слишком много, чтобы перечислить в этой статье, поэтому мы выберем несколько избранных и отсылаем читателя к Project Drawdown, организации, которая оценивает влияние усилий по борьбе с изменением климата, для получения более полного списка.
Рассмотрим авиаперелеты. Это составляет 2,5 процента мировых выбросов углерода, и декарбонизация — достойная цель. Но вы не можете просто уловить выхлопные газы самолетов и закачать их под землю, да и инженеры вряд ли в ближайшее время разработают батарею с плотностью энергии реактивного топлива. Итак, есть два варианта: либо вытащить CO 2 непосредственно из воздуха в количествах, которые компенсируют выбросы самолетов, а затем спрятать его где-нибудь, либо переключиться на самолеты, которые работают на безуглеродном топливе, таком как биотопливо.
Инженеры упорно трудились, чтобы освоить шаги, необходимые для создания солнечных фотоэлектрических систем, но затем они потеряли десятилетие, ожидая поддержки политики, которая снизила цены, чтобы создать рынок. Мы не можем позволить себе больше потерянных десятилетий.
Одна интересная возможность — использовать водород в качестве авиационного топлива. Airbus в настоящее время работает над проектами самолета с водородным двигателем, который, по ее словам, будет коммерчески использоваться в 2035 году. Большая часть сегодняшнего водорода явно вредна для климата, поскольку он производится из ископаемого метана в процессе, который выделяет CO 2 .Но производство чистого водорода — горячая тема для исследований, и 200-летний метод электролиза воды, в котором H 2 O расщепляется на кислород и водород, приобретает новый вид. Если низкоуглеродное электричество используется для электролиза, полученный чистый водород можно использовать для производства химикатов, материалов и синтетического топлива.
Политика, особенно в Европе, Япония и Австралия продвигают вперед исследования водорода. Например, Евросоюз опубликовал амбициозную стратегию в отношении 80 гигаватт мощностей в Европе и соседних странах к 2030 году.Инженеры могут помочь снизить цены; первая цель — достичь 2 долларов за килограмм (по сравнению с примерно 3 долларами до 6,50 долларов за килограмм сейчас), после чего чистый водород будет дешевле, чем сочетание природного газа с улавливанием и секвестрацией углерода.
Безопасный для климата водород может также привести к еще одному великому достижению: обезуглероживанию производства металлов. Каменный век уступил место железному веку только тогда, когда люди выяснили, как использовать энергию для удаления кислорода из металлических руд, обнаруженных в природе.В Европе вырубили леса отчасти для того, чтобы предоставить древесный уголь для сжигания в тиглях, где мастера по металлу нагревали железную руду, поэтому это считалось экологической победой, когда они перешли с древесного угля на уголь в 18 веке. Сегодня, благодаря углеродному рынку Европейского Союза, инженеры пилотирование новых захватывающих методов удаления кислорода из металлической руды с использованием водородных и электродуговых печей.
Предстоит еще проделать большую работу по обезуглероживанию производства электроэнергии и производству чистого топлива.Во всем мире люди используют примерно один зеттаджоуль в год — это 10 21 джоуль в год. Удовлетворение этого спроса без дальнейшего содействия изменению климата означает, что нам придется резко ускорить внедрение источников энергии с нулевым выбросом углерода. Для обеспечения 1 ZJ в год только солнечными батареями, например, потребуется покрыть панелями примерно 1,6% площади суши в мире. Выполнение этого с помощью одной только ядерной энергии потребовало бы строительства трех 1-гигаваттных станций каждый день в период с настоящего момента до 2050 года.Ясно, что нам нужен ряд экономичных и экологически безопасных вариантов, особенно в свете значительных региональных различий в ресурсах.
Пока мы рассматриваем эти варианты, нам также необходимо убедиться, что эти источники энергии стабильны и надежны. Критически важные инфраструктуры, такие как больницы, центры обработки данных, аэропорты, поезда и очистные сооружения, нуждаются в круглосуточном электроснабжении. (Google, например, настойчиво стремится к безуглеродной энергии в режиме 24/7 для своих дата-центры к 2030 году.) Большинство крупных промышленных процессов, таких как производство стекла, удобрений, водорода, синтезированного топлива и цемента, в настоящее время рентабельны только тогда, когда заводы работают почти непрерывно и часто требуют высокотемпературного технологического тепла.
Чтобы обеспечить стабильную безуглеродную электроэнергию и технологическое тепло, мы должны рассмотреть новые формы ядерной энергетики. в Новая политика Соединенных Штатов и Канады поддерживает передовые разработки и лицензирование ядерной энергетики. Десятки передовых компаний, занимающихся делением ядерных материалов, предлагают инженерам множество интересных задач, таких как создание отказоустойчивого топлива, которое становится менее реактивным при нагревании.Другие возможности можно найти в разработке реакторов, которые рециркулируют отработавшее топливо для уменьшения количества отходов и потребностей в горнодобывающей промышленности или разрушают долгоживущие компоненты отходов с помощью новых технологий трансмутации.
Инженерам, которых тянет к действительно сложным заданиям, стоит подумать о ядерный синтез, где проблемы включают контроль плазмы, в которой происходит термоядерный синтез, и достижение чистой выходной электрической мощности. Соревнование в этом десятилетии в области передовых технологий ядерной энергетики может дать победителей, которые воодушевят инвесторов, а новый раунд политики может подтолкнуть эти технологии вниз по кривой затрат, избегая потерянного десятилетия для передовой ядерной энергетики.
Водород может сыграть решающую роль в безуглеродной энергетической системе, поскольку возобновляемые источники энергии и атомная энергия обеспечивают большую долю электроэнергии. Водород можно использовать в качестве сырья для производства синтетического топлива, которое может заменить ископаемое топливо. Водород также можно использовать непосредственно в качестве топлива или сырья для декарбонизации промышленных процессов, что требует некоторой новой распределительной и промышленной инфраструктуры. Источник: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии США
Глобальный климат сохранение — идея, которую инженеры должны любить, потому что она открывает новые области и возможности карьерного роста.Климат Земли работает без обратной связи более 4 миллиардов лет; нам повезло, что резко колеблющийся климат нашей планеты был необычайно стабильным на протяжении 10 000 лет, когда возникла и процветала современная цивилизация. Мы считаем, что человечество скоро начнет обматывать контур управления климатом Земли, проектируя и внедряя контролируемые изменения, которые сохранят климат.
Основная причина сохранения климата — избежать необратимых изменений климата. Таяние ледникового покрова Гренландии могло поднимет уровень моря на 6 метров, иначе безудержное таяние вечной мерзлоты может привести к выбросу парниковых газов, которые увеличат глобальное потепление.Ученые согласны с тем, что продолжение неконтролируемых выбросов вызовет такие переломные моменты, хотя есть неуверенность в том, когда это произойдет. Экономист Нордхаус, применяя консервативный принцип предосторожности к изменению климата, утверждает, что эта неопределенность оправдывает более ранние и более масштабные климатические меры, чем если бы пороговые значения переломных моментов были точно известны.
Мы верим в активное удаление углекислого газа, потому что альтернатива слишком мрачна и слишком дорога.Некоторые подходы к удалению и связыванию углекислого газа технически осуществимы и в настоящее время судят. Другие, такие как удобрение океана водорослями и планктоном, вызвали разногласия, когда их пытались предпринять в ранних экспериментах, но нам также нужно узнать больше об этом.
В Рекомендация Межправительственной группы экспертов по изменению климата для ограничения потепления на уровне 1,5 ° C требует сокращения чистых глобальных выбросов почти вдвое к 2030 году и до нуля к 2050 году, но страны не делают необходимых сокращений выбросов.(Под чистыми выбросами мы понимаем фактические выбросы CO 2 за вычетом CO 2 , которые мы извлекаем из воздуха и улавливаем.) МГЭИК оценивает, что достижение целевой пиковой температуры 1,5 ° C и, со временем, выделение CO 2 до 350 частей на миллион фактически требует отрицательных выбросов более чем 10 Гт CO 2 в год в течение нескольких десятилетий — и это может потребоваться до тех пор, пока в атмосфере остаются клопы, которые продолжают выделять CO 2 .
С помощью инструмента моделирования климата En-ROADS любой может разработать сценарии решения проблемы изменения климата. В частично показанный здесь сценарий достигает целей ограничения выбросов и потепления. Это достигается за счет максимальных возможных изменений в энергоснабжении, достижений в области энергоэффективности и электрификации, а также повсеместного удаления и связывания углерода. Источник: En-ROADS
Инструмент En-ROADS, который можно использовать для моделирования воздействия стратегий смягчения последствий изменения климата, показывает, что ограничение потепления до 1.5 ° C требует максимального использования всех вариантов связывания углерода, включая биологические средства, такие как лесовозобновление, и новые технологические методы, которые еще не являются рентабельными.
Нам нужно изолировать CO 2 , частично, чтобы компенсировать деятельность, которая не может быть обезуглерожена. Цемент, например, имеет самый большой углеродный след из всех искусственных материалов, создавая около 8 процентов глобальных выбросов. Цемент производится путем нагревания известняка (в основном кальцита, или CaCO 3 ) для получения извести (CaO).При производстве 1 тонны цементной извести выделяется около 1 тонны CO 2 . Если бы все выбросы CO 2 от производства цемента улавливались и закачивались под землей по цене 80 долларов за тонну, по нашим оценкам, 50-фунтовый мешок (около 23 кг) бетонной смеси, одним из компонентов которой является цемент, будет стоить примерно на 42 цента больше. Такое изменение цен не остановит людей от использования бетона и не приведет к значительному увеличению затрат на строительство. Более того, газ, выходящий из дымовых труб на цементных заводах, богат CO 2 по сравнению с разбавленным количеством в атмосфере, что означает, что его легче улавливать и хранить.
Учет выбросов цемента будет хорошей практикой, поскольку мы готовимся к большему увеличению удаления 2000 Гт CO. 2 прямо из атмосферы в течение следующих 100 лет. В этом заключается одна из самых больших проблем века для ученых и инженеров. В недавней статье Physics Today стоимость прямого улавливания атмосферного CO 2 оценивалась в диапазоне от 100 до 600 долларов за тонну. Этот процесс является дорогостоящим, поскольку требует большого количества энергии: прямой захват воздуха включает нагнетание огромных объемов воздуха над сорбентами, которые затем нагреваются для выделения концентрированного CO 2 для хранения или использования.
Нам нужен ценовой прорыв в области улавливания и связывания углерода, который будет соперничать с тем, что мы видели в ветроэнергетике, солнечной энергии и батареях. Мы оцениваем это в 100 долларов за тонну, удалив эти 2000 Гт CO. 2 На будет приходиться примерно 2,8 процента мирового ВВП за 80 лет. Сравните эту стоимость с потерями, связанными с переломным моментом в изменении климата, который невозможно отменить никакими расходами.
В принципе, подземных скальных образований достаточно, чтобы хранить не только гигатонны, но и тератонны CO 2 .Но масштаб необходимого секвестрации и безотлагательная необходимость в нем требуют нестандартного мышления. Например, массовое и дешевое удаление углерода может быть возможным при помощи природы. Во время каменноугольного периода нашей планеты, 350 миллионов лет назад, природа улавливала столько углерода, что она уменьшила содержание CO 2 в атмосфере с более чем 1000 ppm до нашего доиндустриального уровня в 260 ppm (и при этом создала уголь). Механизм: растения развили волокнистый углеродсодержащий материал лигнин для своих стеблей и коры за миллионы лет до того, как другие существа разработали способы его переваривания.
Теперь представьте, что океан поглощает и почти полностью перерабатывает около 200 Гт CO. 2 в год. Если бы мы могли предотвратить 10 процентов этого повторного выброса в течение 100 лет, мы бы достигли цели по секвестированию 2 000 Гт CO 2 . Возможно, какое-то существо в пищевой цепи океана могло бы быть изменено, чтобы выделять органический биополимер, такой как лигнин, который трудно метаболизировать, который оседает на морском дне и улавливает углерод. Фитопланктон быстро размножается, предлагая быстрый путь к огромным масштабам.Если наше наследие решения проблемы изменения климата — это несколько миллиметров неудобоваримых, богатых углеродом фекалий на дне океана, нас это устроит.
Наши первые битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над существующими технологиями, которые можно масштабно масштабировать. Но чтобы выиграть войну, нам потребуются и новые технологии.
Изменение радиационного воздействия — то есть отражение большего количества солнечного света в космос — можно использовать как временную и временную меру для ограничения потепления, пока мы не добьемся снижения уровня CO в атмосфере 2 .Такие усилия позволят избежать наихудших физических и экономических последствий повышения температуры и будут выведены из эксплуатации после того, как кризис пройдет. Например, мы могли бы уменьшить образование инверсионных следов от самолетов, которые задерживают тепло, и сделать крыши и другие поверхности белыми, чтобы отражать больше солнечного света. Эти две меры, которые могут снизить ожидаемое нами планетарное потепление примерно на 3 процента, помогут общественности лучше понять, что наши коллективные действия влияют на климат.
Есть более амбициозные предложения, которые отражали бы больше солнечного света, но есть много споров о положительных и отрицательных последствиях таких действий.Мы считаем, что наиболее ответственный путь вперед для инженеров, химиков, биологов и экологов — это проверить все варианты, особенно те, которые могут иметь значение в планетарном масштабе.
Мы не утверждаем, что знаем, какие технологии предотвратят мир-антиутопию, который теплее на 2 ° C. Но мы искренне верим, что мировые инженеры могут найти способы доставить десятки тераватт безуглеродной энергии, радикально обезуглерожить промышленные процессы, изолировать огромное количество CO.