Để khẳng định phiên bản mới 7FA.05, thế hệ thứ 5 của tuabin khí 7FA sẽ sẵn sàng xuất xưởng vào năm 2012, báo cáo của hãng GE cho biết hiện giờ phần lớn công tác thử nghiệm ở cấp bộ phận hợp thành đã được thực hiện và việc hoàn tất dự kiến vào giữa năm 2010. Thiết kế kỹ thuật chi tiết của dàn thử đã hoàn thành và việc chế tạo dàn thử này đang tiến triển tốt.
Có nhiều khả năng là những chiếc đầu tiên trong số các tuabin mới này sẽ được lắp đặt tại nhà máy điện Oakley ở bang California, dự kiến sẽ được đưa vào vận hành năm 2014.
Ý tưởng cơ bản của tuabin khí 7FA “thế hệ thứ 5” được nâng cấp là đảm bảo công suất và hiệu suất cao hơn so với các máy trước đây, “trong khi đó vẫn duy trì được độ tin cậy, độ khả dụng và độ linh hoạt trong vận hành như yêu cầu của các nhà sản xuất điện để đạt được doanh thu cao hơn khi vận hành theo chu kỳ và phủ đỉnh”, theo như phát biểu của GE, kể cả độ khả dụng cao cần thiết để đạt được doanh thu nhiều nhất có thể từ việc chào các dịch vụ phụ trợ.
|
(Ảnh minh họa)
|
Công suất cao hơn và khởi động nhanh hơn
Ở các điều kiện ISO, công suất của tuabin khí chu trình đơn đã đạt tới khoảng 211 MW, tức là cao hơn khoảng 36 MW so với tuabin khí 7FA hiện nay, trong khi mặt bằng chiếm chỗ về cơ bản vẫn giữ nguyên như tuabin trước đây. Trong cấu hình tuabin khí chu trình hỗn hợp 207FA, công suất ra của tổ máy sẽ vào khoảng 627 MW, cũng ở điều kiện ISO, tức là tăng thêm 98 MW so với tuabin khí 7FA hiện nay trong cùng cấu hình tuabin khí chu trình hỗn hợp. Hiệu suất theo ISO đã tăng tới gần 38,5% cho chu trình đơn và khoảng 57,5% trong chu trình hỗn hợp 207FA, trong các điều kiện ISO và sử dụng tháp làm mát.
Các đặc điểm vận hành bao gồm: Khởi động nhanh (khoảng 75% công suất trong 10 phút); tăng nhanh công suất (+40 MW trong 1 phút); tăng khả năng vận hành ở công suất thấp (+21 MW); lắp đặt thêm các cánh hướng stato điều chỉnh được; và tăng thêm khả năng khởi động nhanh (+23 MW).
Tuabin khí mới này sẽ có điều kiện hưởng lợi từ hai đề xuất công nghệ hiện nay của hãng GE là “Khởi động tuabin khí trong 10 phút” và “Chu trình hỗn hợp đáp ứng nhanh”.
Khởi động tuabin khí trong 10 phút là sự kết hợp giữa tăng tốc và tăng phụ tải nhanh hơn với phương pháp xả sạch (purge) thực hiện nhiệm vụ xả sạch trong quá trình tắt máy và duy trì việc xả sạch cho đến lần khởi động tiếp theo. Việc kết hợp các đặc điểm này có thể cho phép giảm thời gian khởi động khoảng 1/3 so với thời gian khởi động truyền thống. Đáp ứng nhanh của chu trình hỗn hợp là một cơ chế để giảm thời gian khởi động ở phương thức chu trình hỗn hợp. Phương pháp cơ bản là tách rời về mặt nhiệt động học tuabin khí khỏi chu trình đáy, do đó cho phép tuabin khí khởi động, không cần đợi lò sinh hơi thu hồi nhiệt (heat recovery steam generator - HRSG) và tuabin hơi nóng lên. Theo hãng GE thì “cả hai yếu tố khởi động nhanh và đáp ứng nhanh đều làm giảm đáng kể thời gian khởi động, lượng phát thải trong quá trình khởi động và chi phí nhiên liệu cho khởi động”.
Đối với tuabin khí mới 71A.05 này, yêu cầu thuận tiện trong bảo trì đạt được nhờ khả năng thay thế cánh tuabin trong điều kiện hiện trường dã ngoại (xưởng tạm), công tác khám nghiệm thuận tiện hơn, và dò tìm những bất thường theo phương pháp chẩn đoán.
Về vấn đề phát thải khí độc hại vào khí quyển, tuabin khí mới này sẽ giữ phát thải NOX và CO ở mức một con số (xem bảng dữ liệu), giảm mật độ phát thải (kg/MBtu), và giảm đáng kể lượng NOx và CO cho mỗi lần khởi động (90% trong chu trình hỗn hợp và 47% trong chu trình đơn).
Tuabin khí mới này áp dụng một số công nghệ đã được chứng minh ở các tuabin khí khác của GE và phát huy đối với ứng dụng tuabin khí 7FA này.
Tiến bộ công nghệ chủ chốt cho phép nâng cao công suất là về máy nén khí, được lấy mẫu từ các máy nén khí của các tuabin khí chế độ làm việc nặng đã được thử thách của GE.
Hiệu suất được cải thiện là nhờ các cải tiến về tuyến khí nóng đã được chứng minh qua thực tế nâng cao công suất các tuabin khí 7FA đang vận hành. Tuabin khí 7FA.05 sẽ tiếp tục sử dụng buồng đốt kiểu DLN 2.6 đã được thử thách qua 15 triệu giờ vận hành và 405.000 lần khởi động của tập hợp các tuabin khí của GE sử dụng loại buồng đốt này.
Tuabin khí 7FA so sánh ra sao với loại tuabin khí FB mới đưa vào khai thác cách đây vài năm như một phiên bản tiên tiến của FA với nhiệt độ đốt cao hơn và một số công nghệ được lấy ra từ tuabin cấu trúc H? Theo GE thì “phiên bản hiện nay của tuabin khí 7FA (thế hệ thứ 4) đã sử dụng một số công nghệ tốt nhất của 7FB, và có thể so sánh được về mặt công suất ra và hiệu suất khi sử dụng nhiên liệu là khí tự nhiên. Tuabin khí mới 7FA (thế hệ thứ 5) sẽ nâng thêm công suất nhờ những cải tiến trong máy nén khí. Tuabin khí FB được GE thiết kế để sử dụng ưu tiên cho tuabin khí chu trình hỗn hợp với khí hóa than tích hợp (integrated gasification combined cycle - IGCC) và theo kế hoạch sẽ được bán ở dạng tuabin đốt khí tổng hợp (syngas) vận hành ở tần số 60 Hz.
Tuabin khí 7FA mới sẽ dùng các vật liệu tiên tiến đã được sử dụng trong tuabin khí FB nhưng vận hành ở các điều kiện ít khắc nghiệt hơn (nhiệt độ đốt thấp hơn) nên sẽ lâu bền hơn.
Tuabin khí 7FA mới nhằm vào thị trường các khu vực sử dụng tần số 60 Hz, cụ thể là châu Mỹ La Tinh, A rập Sauđi, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc và đương nhiên là Bắc Mỹ mà như đã nói ở trên là nơi các tổ máy tuabin khí 7FA đầu tiên có nhiều khả năng sẽ được triển khai.
Hãng GE lưu ý rằng “phát điện ở Bắc Mỹ chủ yếu là vận hành theo chu kỳ, và tình hình theo dự kiến sẽ tiếp tục như vậy”. GE khẳng định “tuabin khí 7FA đã tỏ ra hết sức có giá trị trong tổ hợp tuabin khí chu trình hỗn hợp và tuabin khí 7FA mới này được dự kiến sẽ tiếp tục xu thế đó. Hơn nữa, tính linh hoạt của tuabin 7FA mới sẽ mang lại giá trị đáng kể cho các khách hàng vận hành nhà máy điện với các phương thức vận hành đa dạng trong các khu vực tần số 60 Hz trên toàn thế giới.”
GE vẫn chưa thông báo kế hoạch cụ thể về phiên bản tuabin khí FA mới tương đương sử dụng ở tần số 50 Hz (kiểu 9FA) nhưng nói rằng “họ liên tục triển khai cải tiến các sản phẩm và dịch vụ của họ, đánh giá nhu cầu của khách hàng trong lĩnh vực họ phục vụ.”
Máy nén khí cải tiến
Như đã nêu ở trên, máy nén khí là bộ phận của tuabin khí thế hệ thứ 5 được áp dụng những tiến bộ kỹ thuật chủ yếu.
Theo hãng GE, máy nén khí của tuabin khí mới FA “phát huy các ứng dụng thực tiễn của động cơ máy bay và kinh nghiệm về các tuabin khí chế độ làm việc nặng của GE.”
Máy nén khí có 14 tầng và một hàng cánh hướng đầu vào và ba tầng cánh hướng phần tĩnh thay đổi được trên ba tầng đầu tiên. Các cánh hướng có dạng hình học thay đổi làm tăng tính linh hoạt trong vận hành.
Máy nén khí cũng kết hợp một số đặc tính nhằm nâng cao khả năng bảo trì, cụ thể như các cánh tĩnh và động có thể thay thế được ở điều kiện dã ngoại, ống soi có vùng quan sát rộng hơn và có hệ thống theo dõi tình trạng cánh tuabin khí.
Hãng GE khẳng định rằng “máy nén khí sẽ phải trải qua quá trình thử nghiệm nghiêm ngặt theo quy trình của GE về đưa sản phẩm mới vào áp dụng.”
Công tác thiết kế kỹ thuật sẽ được thực hiện chủ yếu tại Trung tâm thiết kế tuabin khí của GE tại Greenville (bang Nam Carolina). Việc thử nghiệm các bộ phận hợp thành và các hệ thống nhỏ sẽ được tiến hành song song với các nỗ lực trên. Máy nén khí hoàn chỉnh sẽ được xác nhận bước đầu qua một chuỗi các thử nghiệm tại dàn thử xác nhận máy nén khí, tiếp theo đó các thử nghiệm đầy tải ở tốc độ toàn phần đối với tuabin khí 7FA hoàn chỉnh. Các thử nghiệm tại dàn thử xác nhận máy nén khí và các thử nghiệm đầy tải ở tốc độ toàn phần sẽ được tiến hành tại công trình mới đang được xây dựng tại cơ sở của GE tại Greenville. Thử nghiệm xác nhận sẽ được tiến hành trước khi tổ máy đầu tiên được vận chuyển đi.
Như đã nêu trong tạp chí “Modern Power Systems” số tháng 3/2009, hiện tượng nứt cánh máy nén khí R0 là vấn đề đặc biệt đối với các tuabin khí FA hiện hành. Nhưng hãng GE vẫn đảm bảo rằng, theo dữ liệu về độ khả dụng của bên thứ ba là ORAP (operational reliability analysis program – chương trình phân tích độ tin cậy vận hành), “máy nén khí của tuabin khí 7FA đứng đầu bảng về độ tin cậy”.
Tuy nhiên, theo như GE tuyên bố, “dựa trên kinh nghiệm rộng lớn về tuabin khí 7FA, hãng GE đã thực hiện nhiều cải tiến nhằm nâng cao hơn nữa độ tin cậy của bộ phận này.”
Trong số những cải tiến về cánh máy nén khí có việc sử dụng vật liệu khác, mô hình hóa khí động hoàn thiện (rút ra từ kinh nghiệm của GE trong ngành hàng không), đánh bóng bề mặt thay vì tạo lớp phủ.
Thử nghiệm
Trước khi cung cấp tổ máy đầu tiên cho khách hàng, tuabin khí 7FA sẽ trải qua một chuỗi các thử nghiệm ở cấp bộ phận hợp thành, cấp hệ thống nhỏ và cấp hệ thống, mà cuối cùng là thử nghiệm đầy tải ở tốc độ toàn phần tại công trình thử nghiệm hết sức hiện đại tại Greenville. Việc thử nghiệm này cho phép GE xác định đầy đủ đặc tính của tuabin khí FA vượt quá cả các điều kiện vận hành thực tế. Theo dự kiến, chương trình thử nghiệm cụ thể tại hiện trường vẫn là thử nghiệm như bình thường vẫn tiến hành khi nghiệm thu nhà máy điện. Các tổ máy đầu sẽ có chương trình theo dõi và chẩn đoán từ xa và thanh tra qua ống soi được tiến hành trong các kỳ ngừng tổ máy theo kế hoạch, dựa trên phương thức vận hành của khách hàng.
Việc chế tạo đầu tiên và tổ hợp thiết bị lần cuối đều tiến hành ở Greenville.