在高功率区域和大型商业应用中,燃气轮机很可能被用作混合动力装置中的燃料燃烧组件。重要的设计考虑因素包括系统集成,以及应用哪些设计参数和非设计参数。当前的燃气轮机需要在整个飞行范围内提供推力,处理不同的输入空气速度和一系列非设计条件。相反,混合动力电动发动机的非设计情况要少得多,并且能够在整个飞行范围内以“设计”转速运行,电池可帮助管理起飞、着陆/推力反转和飞行事故期间的功率输出峰值和低谷。因此,混合动力电动燃气轮机可能遭受的损坏更少,需要的维护也更少,从而为运营商创造一个潜在的成本降低领域。
燃气轮机(或喷气发动机)是一种将能量丰富的液体燃料转化为强大推力(称为推力)的机器。五台小型燃气轮机发动机提供的推力足以让 Gravity Jet Suit 飞行员在空中飞行和操纵。喷气发动机使用与汽车发动机相同的科学原理:它通过称为燃烧的化学反应将燃料与空气燃烧。这会释放能量。燃气轮机旨在吸入大量空气并将其与大量燃料一起燃烧(大约 50 份空气与 1 份燃料),因此它比汽车发动机产生更多动力的主要原因是它可以燃烧更多燃料。由于进气、压缩、燃烧和排气同时发生,喷气发动机可以一直产生最大功率。然而,这对发动机的机械可靠性不利。
Corinth 能源中心是一个联合循环热电联产厂,采用带有蒸发冷却的 GE Frame 7 燃气轮机、带有管道燃烧器的热回收蒸汽发生器 (HRSG)、用于 NOx 控制的选择性催化还原 (SCR) 和 GE 蒸汽轮机。这是一个热电联产厂,为相邻的水生产厂提供蒸汽,为联合爱迪生提供电力。该工厂通过 Foxboro 分布式控制系统 (DCS) 从中央控制室运行。循环水通过 4 单元湿式冷却塔冷却。天然气是主要燃料。375,000 加仑的 #2 燃油箱提供备用燃料。该设施的运行负荷在 80% 到 100% 之间。燃气轮机上的燃油燃烧限制为每 365 天滚动平均值 1730 万加仑。管道燃烧器仅燃烧天然气。燃气轮机和管道燃烧器的运行时间不受限制。燃气轮机采用干式低氮氧化物设备运行,管道燃烧器采用低氮氧化物燃烧器。SCR 分别将燃气/燃油燃烧设施的氮氧化物控制在 9/18 ppm。
Wing Ng 是 APPL 的联合主任。他是弗吉尼亚理工大学机械工程系的杰出校友教授和 Chris C. Kraft 教授。他的主要研究兴趣是无人机和无人驾驶飞行器的气动声学、喷气噪声的气动声学、涡轮发动机流量测量和飞行测试的先进诊断技术的开发、跨音速涡轮叶片空气动力学和传热研究、燃气轮机扩散器/收集器性能评估以及燃气轮机部件的气动热粒子研究。
面对气候大挑战,人类和技术与环境互动的格局正在经历重大转变。有人曾经质疑我的研究选择,因为他们认为燃气轮机是一个正在消亡的研究领域,但当我展望我们面临的能源转型任务时,我最清楚地看到他们是多么错误。无论是航空、电力还是相关领域,我们工程师都非常幸运能够成为燃气轮机技术这一关键时期的积极参与者。我们正处于一个真正激动人心的时代。作为燃气轮机技术研究的首要场所,可持续、可靠和负担得起的解决方案的途径已嵌入本周将在 2023 年涡轮博览会上展示的 1000 多篇技术论文、50 个教程和 30 场小组讨论中。周一的主题演讲将邀请来自不同专业背景的行业领袖,他们将概述气候大挑战并从多个角度强调未来的解决方案。在周二的全体会议“燃气轮机为可持续未来”中,几家燃气轮机制造商的高管将讨论他们公司为实现可持续发展目标所做的努力和设想的技术。然后,周三的全体会议“劳动力发展和多样性:未来的工程师”将讨论该行业如何在动态劳动力市场中引导劳动力发展,同时解决劳动力的多样性、公平性和包容性问题。在周三下午的平行小组讨论中,来自美国和欧洲政府机构的代表将发表他们的观点,并讨论他们的融资机会和跨领域努力的目标。涡轮博览会颁奖典礼将与 ASME 和 ASME IGTI 获奖者一起举行
3 有关此类模型的早期阐述,请参阅 Drèze (1964),有关最近出色的教科书处理,请参阅 Biggar 和 Hesamzadeh (2014,尤其是第 9 章)。按照这一传统,我们忽略了实际电力系统的空间分散,并假设一切都发生在一个点上。 4 尽管现有的核电站能够在一定范围内灵活运行,但它们的灵活性比天然气发电和储能等竞争电网资源更受限制 (美国能源部,2015 年)。 5 例如,请参阅 Jenkins 和 Sepulvada (2017) 以及 Johnston 等人 (2019)。 6 现代联合循环燃气轮机 (CCGT) 和开式循环燃气轮机 (OCGT) 发电厂可以在一小时内将其额定容量提高或降低 100%。例如,请参阅 GE 7HA 燃气轮机的规格(https://www.ge.com/content/dam/gepower- pgdp/global/en_US/documents/product/gas%20turbines/Fact%20Sheet/2017-prod-specs/7ha-power-plants.pdf)
Wing Ng 是 APPL 的联合主任。他是弗吉尼亚理工大学机械工程系的杰出校友教授和 Chris C. Kraft 教授。他的主要研究兴趣是无人机和无人驾驶飞行器的气动声学、喷气噪声的气动声学、涡轮发动机流量测量和飞行测试的先进诊断技术的开发、跨音速涡轮叶片空气动力学和传热研究、燃气轮机扩散器/收集器性能评估以及燃气轮机部件的气动热粒子研究。
AC 交流电 AEO 年度能源展望 ATB 年度技术基线 BECCS 含碳捕获与储存的生物能源 CAGR 复合年增长率 CapEx 资本支出 CARB 加州空气资源委员会 CC 联合循环 CCS 碳捕获与储存 CO 2 二氧化碳 CSP 聚光太阳能 CT 燃气轮机 DC 直流电 dGen 分布式发电市场需求模型 DOE 美国能源部 EIA 美国能源信息署 EPA 美国环境保护署 H2-CT 氢燃料燃气轮机 HVDC 高压直流电 IRA 2022 年通胀削减法案 ITC 投资税收抵免 LCC 线路换向转换器 MMBtu 百万英热单位 MMT 百万公吨 MW 兆瓦 MWh 兆瓦时 NETL 国家能源技术实验室 NG-CC 天然气联合循环 NG-CT 天然气燃气轮机 NOx 氮氧化物 NREL 国家可再生能源实验室 OGS 油气蒸汽 O&M 运营与维护 PTC 生产税收抵免 PV 光伏 RE 可再生能源 RE-CT 可再生能源燃气轮机 ReEDS 区域能源部署系统 TW 太瓦 TWh 太瓦时 TW-mi 太瓦英里 USLCI 美国生命周期清单数据库 VSC 电压源转换器
旨在将温室气体排放到零净的旨在将温室气体排放减少到零的能源过渡运动一直在日本和海外加速(1)。为了实现这一目标,必须传播可再生能源的使用。但是,可再生能源有一个不利的,因为它容易受到各种不同因素,包括天气,这会导致负载变化。为了补偿这种弱点,对燃气轮机组合循环(GTCC)发电的期望有上升,该发电量能够快速启动和高热效率。为了提高GTCC发电的热效率,MHI集团已成为“ 1,700°C级超高温度的燃气轮机组件技术开发”国家项目的一部分。自2011年以来,该项目中开发的高级TBC已用于1600°C级的J系列燃气轮机,该公司已经运行了超过100万小时,并成功证明了高度的可靠性。此外,在2020年1月,三菱的力量开始调试下一代高效燃气轮机“ JAC(J-Series air冷却)”(2),该燃烧器通过使用强制性压缩率提高的强制性空气冷却系统来实现世界上最高的1650°C的涡轮机入口温度,并提高了高压速率的厚度(并提高)。这款涡轮机是基于J系列的,该系列具有可靠的技术和长期的现场操作。本报告将描述对JAC完成至关重要的先进TBC技术。