توربین گاز

مروری بر توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتورهای هوایی

توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتورهای هوایی، گزینه‌هایی محبوب برای استفاده در تولید انرژی به شمار می‌روند. قابلیت اطمینان، بهره‌وری و انعطاف‌پذیری سه ویژگی بارز این ماشین‌ها است. در مقایسه با توربین‌های گازی صنعتی هم‌رده، این ماشین‌ها مبتنی بر مواد و فناوری‌های پیشرفته موتورهای هوایی به میزان قابل ملاحظه‌‌ای سبک‌تر بوده و در بهره‎‌وری عملیاتی چابک‌تر عمل می‌کنند. در مقایسه با توربین‌های گازی سنگین‌تر با بهره‌وری میانگین ۳۵ درصد، این ماشین‌ها با بهره‌وری متوسط ۴۵ درصد گزینه‌ای مناسب برای مصارف تولید انرژی تا سقف ۱۰۰ مگاوات قلمداد می‌شوند. امکان استفاده از سوخت‌های مختلف شامل ترکیبی از گاز طبیعی و سوخت مایع مزیت دیگر این توربین‌ها است. طی پنج سال گذشته، بازار توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتور هوایی به طور متوسط سالانه با پنج درصد رشد توأم بوده‌است. مشخصا در آسیا تعداد زیادی از این ماشین‌ها در تاسیسات تولید ال‌ان‌جی به کار گرفته شده‌است. در آمریکای شمالی به طور سنتی از این ماشین‌ها در شرایط پیک یا برای جبران اختلال در شبکه توزیع برق استفاده می‌شود. در این نوشتار، برخی از موفق‌ترین نمونه‌ها در این رده معرفی شده‌است.

محصولات جنرال الکتریک

شرکت جی‌ئی بزرگ‌ترین سهم از بازار توربین‌های گازی مشتق از موتورهای هوایی را در اختیار دارد. ماشین ‌ال‌ام‌اس۱۰۰ با استفاده از خنک‌کننده میانی، جریان هوا بین طبقات کم‌فشار و پرفشار کمپرسور را خنک می‌کند. بر این اساس، توربین ال‌ام‌اس۱۰۰ می‌تواند با بهره‌وری ۴۴ درصد، توان خروجی معادل ۱۱۵ مگاوات را تامین کند. این توربین صنعتی بر پایه هسته اصلی موتور توربوفن سی‌اف۶ تامین‌کننده نیروی پیشران خانواده بوئینگ ۷۴۷ طراحی شده‌است. توربین آزاد این ماشین بدون نیاز به گیربکس می‌تواند با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز کار کند. این ماشین می‌تواند در کمتر از ده دقیقه به حالت توان بیشینه برسد. شرکت جی‌ئی تا سال ۲۰۱۸، بیش از ۶۲ واحد از این ماشین به مشتریانی در ده کشور مختلف فروخته‌است. تا آغاز سال ۲۰۱۸، این ماشین‌ها در مجموع ۶۵۰ هزار ساعت عملیاتی را به ثبت رسانده‌اند. عمدتا از این توربین برای پایدارسازی شبکه و یا پشتیبانی در حالت پیک مصرف استفاده می‌شود. شرکت پامپا انرجیا در آرژانتین، بزرگ‌ترین مشتری توربین ال‌ام‌اس۱۰۰ به‌شمار می‌رود و در تابستان ۲۰۱۷ این ماشین را به‌عنوان جایگزینی برای توربین‌های فریم ۹ئی در پیکربندی سیکل ترکیبی خریداری کرد.

توربین گاز

توربین ال‌ام۹۰۰۰ با توان خروجی ۶۶ تا ۷۵ مگاوات می‌تواند در پیکربندی سیکل ساده با بهره‌وری ۴۳ درصد کار کند. این ماشین از موتور توربوفن جی‌ئی۹۰ نصب‌شده بر روی جت مسافربری بوئینگ۷۷۷ مشتق شده‌است. زمان لازم برای رسیدن به توان بیشینه کمتر از ۱۰ دقیقه است و بازه زمانی بازرسی قطعات بخش داغ، ۳۶ هزار ساعت و برای بازسازی کلی ۷۲ هزار ساعت است. از این ماشین می‌توان برای پشتیبانی شبکه، تامین برق واحدهای صنعتی، پشتیبانی از شبکه توزیع در شرایط پیک مصرف و همچنین تامین برق محلی در مناطق دورافتاده استفاده کرد. به کارگیری این توربین در فشرده‌سازی ال‌ان‌جی و کاربری‌های بارج با استقبال روبرو شده‌است. پیکربندی ال‌ا‌م۹۰۰۰ با تکیه بر هسته اصلی مشتق‌شده از موتور هوایی به‌گونه‌ای است که در فضای کم بر روی شناورها می‌توان برای تامین توان از آن استفاده کرد. شرکت جی‌ئی اولین توربین ال‌ام۹۰۰۰ را در سال ۲۰۱۹ به مشتریان تحویل داد.

توربین گاز

توربین گازی ال‌ام۶۰۰۰ با ناوگان عملیاتی بیش از ۱۲۷۰ واحد و ثبت ۳۷ میلیون ساعت عملیاتی، یکی از موفق‌ترین محصولات جی‌ئی در این کلاس است. این توربین گازی بر اساس هسته اصلی موتور توربوفن سی‌اف۶ تامین‌کننده نیروی پیشران هواپیماهای بوئینگ ۷۴۷ و ۷۶۷ و ایرباس اِی۳۳۰ توسعه یافته‌است. توان خروجی نمونه‌های مختلف این ماشین از ۴۴ تا ۵۷ مگاوات در حالت سیکل ساده و از ۱۱۷ تا ۱۴۹ مگاوات در حالت استفاده دوتایی به صورت سیکل ترکیبی گزارش شده‌است. نمونه‌های کم‌توان این ماشین از محفظه احتراق اس‌ای‌سی مبتنی بر استفاده از آب، برای کنترل آلودگی بهره می‌گیرند و بیش از ۲۶ میلیون ساعت عملیاتی را ثبت کرده‌اند. نمونه‌های پر‌قدرت‌تر ماشین ال‌ام۶۰۰۰ به محفظه احتراق دی‌ال‌ئی مجهز هستند و بیش از ۱۱ میلیون ساعت عملیاتی را پشت سر گذاشتند. علاوه بر پشتیبانی شبکه در حالت پیک، از این توربین گاز برای تولید همزمان برق و حرارت در مجتمع‌های صنعتی و کاربری درایومکانیکی نیز استفاده می‌شود. این ماشین بر اساس طراحی بهینه دو محوری با هدف کاهش هزینه‌های نگهداری توسعه یافته و برای رسیدن به حالت توان بیشینه تنها به پنج دقیقه زمان نیاز دارد. نمونه ال‌ام۶۰۰۰ و دی‌ال‌ئی۵۷ جدیدترین عضو این خانواده هستند که تحویل آن به مشتریان از بهار ۲۰۱۷ آغاز شده‌است. در مقایسه با نمونه قبلی، دمای خروجی نمونه دی‌اِل‌ئی۵۷ به میزان ۳۹ درجه سانتیگراد افزایش یافته‌است. همچنین توان خروجی آن در حالت سیکل ساده، هفت مگاوات بیشتر شده‌است. در مارس ۲۰۱۸، دو واحد از این ماشین در تایلند نصب شد. ماشین ال‌ام۶۰۰۰ نخستین توربین جی‌ئی به شمار می‌رود که از سامانه انرژی مبتنی بر باتری استفاده می‌کند.

توربین گاز

ماشین ال‌ام۲۵۰۰ نمونه مشتق‌شده دیگر جی‌ئی از موتور توربوفن سی‌‍‌اف۶ به شمار می‌رود. این ماشین که در سال ۱۹۷۱ معرفی شد، سه مدل مختلف دارد که به ترتیب از ۲۲ تا ۳۷ مگاوات توان خروجی را تامین می‌کند. محفظه احتراق این ماشین‌ها در دو مدل اس‌ای‌سی و دی‌ال‌ئی در دسترس هستند. خانواده توربین‌های ال‌ام۲۵۰۰ با بیش از ۲۳۰۰ واحد نصب‌شده و بالغ بر ۹۰ میلیون ساعت عملیاتی، محبوب‌ترین توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتور هوایی جهان به شمار می‌رود. کاربرد اصلی این توربین، درایومکانیکی و تامین توان فراساحلی و همچنین تولید همزمان برق و حرارت است. جنرال الکتریک همچنین نمونه متحرکی موسوم به تی‌ام۲۵۰۰ را بر اساس این توربین عرضه کرده‌است. مجموع کامل تجهیزات این توربین توسط سه تریلر حمل می‌شود و در مدت کمتر از ۱۱ روز در محل استقرار تریلرها آماده بهره‌برداری خواهد بود. در مدت ده سال پس از عرضه اولیه، بیش از ۲۰۰ واحد از این ماشین‌ها به مشتریانی از ۲۵ کشور مختلف فروخته شده‌است.

توربین گاز

محصولات زیمنس

زیمنس مالکیت چندین توربین گازی مشتق‌شده از موتورهای هوایی را از رولزرویس خریداری کرده‌است. این ماشین‌ها شامل اس‌جی‌تی-ای۰۵ با توان ۴ تا ۷ مگاوات مشتق‌شده از موتورتی۵۶ (۵۰۱-کی)، ماشین اس‌جی‌تی-ای۲۰ با توان ۱۰ تا ۱۵ مگاوات مشتق‌شده از موتور آوون ۲۰۰، ماشین‌های اس‌جی‌تی-‌ای۳۰ و اس‌جی‌تی-‌ای۳۵ با توان ۲۷ تا ۳۸ مگاوات مشتق‌شده از موتور توربوفن آربی۲۱۱، ماشین اس‌جی‌تی-‌ای۴۵ با توان ۴۱ تا ۴۴ مگاوات و ماشین اس‌جی‌تی-‌ای۶۵ با توان ۵۳ تا ۶۶ مگاوات مشتق‌شده از موتور توربوفن ترنت ۸۰۰ می‌باشند. مجموع ناوگان نصب‌شده این توربین‌های گازی به ۲۵۰۰ واحد در سراسر جهان می‌رسد.

زیمنس در سال ۲۰۱۴، بخش توربین‌های گازی مشتق از موتور هوایی رولزرویس را خریداری کرد و نام‌گذاری آنها را بر اساس سیستم خود تغییر داد. بر این اساس، نمونه صنعتی تی۵۶ (۵۰۱-کی)، از این پس با نام زیمنس اس‌جی‌تی-‌ای۰۵ شناخته می‌شود. بیش از ۱۶۰۰ واحد از این ماشین برای مصارف صنعتی در ۴۰ کشور مختلف دنیا مورد استفاده قرار گرفته‌است. این ماشین‌ها در مجموع ۱۱۰ میلیون ساعت کاری را از زمان عرضه در سال ۱۹۶۳ به ثبت رسانده‌اند. ماشین اس‌جی‌تی-ای۰۵ بر اساس هسته اصلی موتور هوایی توربوپراپ تی-۵۶ طراحی شده‌است. این موتور هوایی نیروی پیشران هواپیمای ترابری تاکتیکی سی-۱۳۰ هرکولس، هواپیمای تجسس و شناسایی ئی۲سی ‌هاوک‌آی و هواپیمای گشت‌زنی دریایی پی-۳ اوریون را تامین می‌کند. از ویژگی‌های این توربین گازی مشتق‌شده از موتور هوایی می‌توان به ساختار کاملا ماژولار، سهولت تعمیر میدانی و استفاده از سوخت‌های مختلف اشاره کرد. ماشین‌های ای۰۵ با توان خروجی بین ۳.۹ تا ۶.۴ مگاوات در مصارف مختلف شامل تولید همزمان برق و حرارت و تاسیسات فراساحلی و تامین توان در شرایط اضطراری به کار گرفته می‌شوند.

توربین گاز

نمونه صنعتی آوون۲۰۰ هم اکنون با نام اس‌جی‌تی-ای۲۰ شناخته می‌شود. نمونه اولیه این ماشین در سال ۱۹۶۴ معرفی شد و به طور ویژه در آمریکای شمالی در صنعت نفت و گاز مورد استقبال قرار گرفت. از سایر کاربردهای آن می‌توان به خطوط انتقال و پمپاژ و همچنین استفاده به‌عنوان واحد ذخیره در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی اشاره کرد. بیش از ۱۲۰۰ واحد از این ماشین تاکنون فروخته شده‌است.

توربین گاز

وزن کم و توان خروجی نسبتا بالای توربین‌های گازی اس‌جی‌تی-‌ای۳۵ مشتق‌شده از موتور هوایی آربی۲۱۱، آن را به گزینه مطلوب برای کاربران در حوزه نفت و گاز فراساحلی تبدیل کرده‌است. این ماشین، در دو نمونه مختلف با توان خروجی ۳۴ و ۳۸ مگاوات عرضه می‌شود. زیمنس بر اساس هسته اصلی موتور آربی۲۱۱، نمونه جدیدی از توربین اس‌جی‌تی-‌ای۳۵ را با تجهیزات درِسر-‌رَند ترکیب کرده و مجموعه‌ای بهینه‌شده برای استفاده در شناورها را معرفی کرده‌است. این نمونه ۳۰ درصد سبک‌تر از ماشین‌های صنعتی مشتقی از آربی۲۱۱ می‌باشند. نمونه‌های صنعتی مشتق‌شده از آربی۲۱۱ تاکنون بیش از ۳۷ میلیون ساعت عملیاتی را به ثبت رسانده‌اند. نمونه ۳۸ مگاواتی این ماشین، بر اساس بهسازی ژنراتور گاز با اضافه کردن یک طبقه به ابتدای کمپرسور معرفی شده و بدون هیچ تغییری در بخش توربین ۱۰ درصد بر توان خروجی آن بدون تغییر در دمای احتراق افزوده شده‌است. این افزایش توان با افزایش جریان عبوری از هسته موتور و بالا بردن بهره‌وری کمپرسور تامین شده‎‌است.

توربین گاز

ماشین اس‌جی‌تی-‌ای۶۵ روزآمدترین توربین گازی سه محوری مشتق‌شده از موتور هوایی زیمنس به شمار می‌رود. این ماشین، بر اساس موتور هوایی ترنت ۸۰۰ طراحی شده و می‌تواند بین ۳۰۰۰ تا ۳۶۰۰ اسب بخار توان را بدون نیاز به گیربکس تامین کند. برای افزایش توان تنها کافی است تعداد پره‌ها را در بخش کم‌فشار کمپرسور تغییر داد. این ماشین، دارای دو طبقه کمپرسور کم‌فشار، هفت طبقه کمپرسور با فشار متوسط و چهار طبقه کمپرسور پرفشار است.

زیمنس همچنین یک نمونه متحرک از این ماشین موسوم به اس‌جی‌تی-‌ای۴۵ را توسعه داده که قادر است توانی معادل ۴۴ مگاوات را تامین کند و برای نصب و راه‌اندازی آن دو هفته زمان نیاز است. کلیه تجهیزات مرتبط با این ماشین توسط سه دستگاه تریلر حمل و جابجا می‌شود. این ماشین برای رسیدن به توان بیشینه تنها به هشت دقیقه زمان نیاز دارد.

توربین گاز

محصولات مبتنی بر موتورهای پرت‌اندویتنی

شرکت سامانه‌های نیروگاهی پی‌دبلیو (پی‌دبلیو‌پی‌اس) مجموعه‌ای از شرکت‌های وابسته به گروه صنعتی میتسوبیشی هیتاچی است. این شرکت توربین‌های گازی خود را به صورت مشتق‌شده از موتورهای هوایی محصول پرت‌اندویتنی توسعه داده‌است. بیش از دو هزار واحد از محصولات این شرکت در ۵۰ کشور مختلف دنیا نصب و راه‌اندازی شده‌است. این محصولات قادر به تامین توان از ۳۰ تا ۱۴۰ مگاوات می‌باشند.

ماشین اِف‌تی۴۰۰۰ سوئیفت‌پَک جدیدترین توربین گازی عرضه‌شده توسط شرکت پی‌دبلیوپی‌اس به شمار می‌رود. این ماشین دارای دو محور و ژنراتور گاز جریان محوری بوده و بر اساس موتور هوایی پی‌دبلیو۴۰۰۰ طراحی شده‌است. خانواده موتورهای هوایی پی‌دبلیو۴۰۰۰ قادر به تامین نیروی پیشران بین ۵۲ هزار تا ۹۰ هزار پاوند می‌باشند. نمونه صنعتی شده این موتور هوایی متصل‌شده به یک توربین آزاد، ماشین اِف‌تی۴۰۰۰ را تشکیل می‌دهد که به صورت تک موتوره می‌تواند ۶۰ تا ۷۰ مگاوات توان را تولید کند و در پیکربندی دو موتوره بین ۱۲۰ تا ۱۴۰ مگاوات توان توسط آن تامین می‌شود. بهره‌وری این توربین گازی در پیکربندی سیکل ساده ۴۱ درصد است و بر اساس طراحی کاملا ماژولار به راحتی قابل نصب و راه‌اندازی است و کمتر از ۱۰ دقیقه برای رسیدن به توان حداکثر نیاز دارد. در سال ۲۰۱۵ پس از پایان مراحل آزمایش و ارزیابی، نخستین نمونه‌های توربین گازی اِف‌تی۴۰۰۰ مورد بهره‌برداری عملیاتی قرار گرفت. مشتریانی از آمریکا و آرژانتین نخستین نمونه‌های آن را تحویل گرفتند و تا آغاز سال ۲۰۱۸، این ماشین‌ها بیش از ۱۹ هزار ساعت عملیاتی را پشت‌سر گذاشته‌اند.

توربین گازی اف‌تی-۸ موبایل‌پَک با توان ۳۰ مگاوات با قابلیت جابجایی محصول دیگر پی‌دبلیو‌پی‌اس در این حوزه به شمار می‌رود. تجهیزات کامل این مجموعه توسط دو تریلر حمل می‌شود که یکی شامل توربین گاز، ژنراتور الکتریکی، کالکتور خروجی، دیفیوزر و سامانه روغن موتور است. خودرو دوم، سوئیچ ۱۵ کیلووات، سامانه کنترل، پانل عملیات، رله‌های حفاظتی، باتری‌ها و شارژرها، مرکز کنترل موتور و تجهیزات راه‌اندازی هیدرولیک را حمل می‌کند. مجموعه کامل توربین اف‌تی-۸ موبایل‌پَک در کمتر از ۹ روز قابل راه‌‌اندازی است. تا سال ۲۰۱۸، بیش از ۱۳۰ واحد از توربین اف‌تی-۸ به مشتریانی در گوشه و کنار جهان فروخته شده‌است که از این میان بیش از ۴۰ واحد از محل استقرار اولیه به محل دیگری منتقل و مستقر شدند. فضای مورد نیاز برای نصب این توربین تنها ۲۲ در ۱۶ متر است و نیازی به پی‌ریزی یا آماده‌سازی زمین محل نصب نیست.

توربین گاز

توربین گازی اف‌تی-۸ را می‌توان در کمتر از ۳۰ روز راه‌اندازی کرد. این ماشین، توان خروجی بین ۳۰ تا ۶۰ مگاوات را تامین می‌کند. مجموعه کامل آن شامل ژنراتور گاز، توربین قدرت، ورودی آب‌بندی شده، سامانه روغن‌کاری و بخش خروجی است. این ماشین را می‌توان در پیکربندی سیکل ترکیبی به کار گرفت. نصب این توربین بسیار ساده است و از آن برای تامین توان در مناطق دورافتاده و کمک به شبکه در زمان پیک مصرف و یا پایدارسازی شبکه توزیع استفاده کرد. توربین گازی اف‌تی-۸ نمونه مشتق‌شده از موتور توربوفن جِی‌تی۸دی محصول پرت‌اندویتنی است. تولید این ماشین از سال ۱۹۹۱ آغاز شده و تا سال ۲۰۱۸، بیش از ۵۰۰ واحد از آن مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است. ناوگان عملیاتی این ماشین بیش از ۶.۵ میلیون ساعت عملیاتی را به ثبت رسانده‌اند. شرکت پی‌دبلیوپی‌اس علاوه بر تولید و عرضه توربین‌های گازی مشتق‌شده از موتورهای هوایی، در زمینه تامین خدمات بلندمدت نگهداری و پشتیبانی، تامین قطعات یدکی، انجام بازرسی‌های سالانه و پشتیبانی میدانی نیز فعالیت می‌کند.

علاوه بر تولیدکنندگان اصلی که در این نوشتار محصولات آنها در حوزه توربین‌های مشتق‌شده از موتور هوایی مورد اشاره قرار گرفت، برخی شرکت‌های فعال در حوزه انرژی مانند سولزر، ام‌تی‌یو، آردبلیوجی و اتوس انرژی به طور فعال در زمینه تعمیر، نگهداری و پشتیبانی از این توربین‌ها در سطح جهان فعالیت می‌کند.

منابع:

Turbina Technical Team

Turbomachinerymag

Turbinetechnics

Powermag

دیدگاه بگذارید

avatar
  مشترک شدن  
اطلاع رسانی