Энергетические газовые турбины придумали практически одновременно с паровыми в начале ХХ в. Теорию газовых турбин (паровых, кстати, тоже) разработал словацкий ученый профессор Швейцарского политехнического института Аурель Болеслав Стодола. С 1904 года предпринимались попытки создать газовые турбины с различной степенью успеха (первопроходец - Франц Штольце, Берлин - неудачно) , некоторые экземпляры нашли практическое применение в качестве вспомогательных механизмов до тех пор, пока в 1939 году в городе Невшатель, Швейцария не была создана первая в мире энергетическая газовая турбина мощностью 4000 кВт, которая проработала до 2002 года, а затем стала музейным экспонатом.
Затем до 50-х годов ХХ в. газовые турбины, в основном, нашли применение в качестве авиационного двигателя. Несмотря на заключение Национальной Академии наук (США) в 1940 году: "В своем нынешнем состоянии ... газотурбинный двигатель вряд ли можно считать возможным для применения на самолетах в основном из-за трудностей с соблюдением строгих требований к весу, предъявляемых аэронавтикой.", впервые поднялся в воздух в фашисткой Германии 27 августа 1939 года Хенкель Не 170, первые серийные реактивные самолеты (немецкий бомбардировщик Me.262) начали эксплуатироваться в июле 1944 году.
В 50-х и 60-х годах ХХ в. в США и Великобритании начали вводиться в эксплуатацию небольшие по мощности (до 20 МВт) газотурбинные энергетические установки для компенсации пиковых нагрузок благодаря возможности быстрого запуска. К 1970 году суммарная мощность таких установок составила 2000 МВт. О массовом применении речь не шла - КПД составлял около 20 %, а сами установки получались дорогими.
Но со временем КПД и мощность газовых турбин увеличивалась и к 80-м годам ХХ в. они начали серьезно конкурировать с энергетическими установками, использующими пар. Также придумали использовать высокую температуру выхлопных газов газовых турбин, для чего устанавливался специальный котел-утилизатор, производящий пар, который направляется на паровую турбину. Таким образом появились комбинированные парогазовые установки. КПД таких установок существенно превышал КПД существовавших в то время тепловых и атомных станций.
В 1981 году компания Siemens выпустила самую массовую турбину, которая сейчас имеет маркировку SGT5-2000E (V94.2) для сети 50 Гц, SGT6-2000E для сети 60 Гц, в России ГТЭ-160. Всего в мире сейчас работает около 400 таких турбин. Изначально мощность турбины составляла 110 МВт, а КПД был чуть больше 30 %. За 36 лет модернизаций немцы увеличили мощность до 187 МВт, а КПД до 36,5 % (в комбинированном цикле - 53,3 %).
За следующие 20 лет появились турбины различной мощности - от 2 до 300 МВт. Основной упор был сделан на поиск новых материалов, способных работать при температуре газов до 1500 °С, а также оптимизации процессов, происходящих в существующих моделях турбин. Лидерами в производстве газовых турбин стали Великобритания (Rolls Royce), Германия (Siemens), Италия (Ansaldo), США (General Electric), Франция (Alstom) и Япония (Mitsubishi).
В 2011 году японская компания Mitsubishi выпустила турбину M501JAC, которая является рекордсменом по КПД в комбинированном цикле -
64,2 %.
В 2018 году компания Siemens выпустила самую мощную газовую турбину в мире SGT5-9000HL - 567 МВт. Первые электростанции с такой турбиной должны появиться в 2020 году.
Таким образом, современные газовые турбины принципиально не сильно отличаются от первой турбины, стоящей в швейцарском музее. В основном благодаря новым материалам, точности сборки, доработке лопаток, тщательному анализа опыта эксплуатации и автоматизации КПД был увеличен в 3 раза и появилась возможность увеличить мощность более, чем 100 раз.
В СССР/России
Первая такая газотурбинная электростанция в СССР — по одной версии Шатская буроугольная подземногазовая электростанция в Тульской областибыла сооружена в районе залегания высокозольного и влажного бурого угля после войны. По другой версии такую станцию построили рядом с Горловкой до войны. Но опыт оказался не очень удачным и угольные газотурбинные установки широкого применения не получили, главным образом, из-за быстрого износа лопаток газовых турбин под воздействием содержащихся в газах частиц угля.
Первая в СССР газотурбинная установка была произведена Ленинградским металлическим заводом (ЛМЗ) в 1955 году. До конца 70-х годов в СССР были разработаны и серийно производились газовые турбины мощностью от 4 до 100 МВт. Производились газовые турбины на предприятиях Ленинграда, Николаева, Свердловска и Харькова. Некоторые из этих турбин до сих пор в строю, например, на Молдавской ГРЭС.
Первая парогазовая станция в СССР была пущена в 1964 на Ленинградской ГЭС-1 и состояла из газовой турбины мощностью 16 МВт, котла со сжиганием топлива и паровой турбины мощностью 30 МВт.
Самым эффективным способом использования советских газовых турбин стали не электростанции, а станции перекачки природного газа. Они использовались для транспортировки газа в качестве привода, оказалось очень удобно и эффективно для транспортировки газа сжигать газ.
В 80-е годы ХХ в. упор на разработку газовых турбин не делался, никаких существенных прорывов не произошло. Развитие энергетики СССР, в целом, также замедлилось.
В 1990 году на Электрогорской ГРЭС-3 заработала газотурбинная энергетическая установка парогазового цикла мощностью 150 МВт. К сожалению, в СССР упор при разработке турбин делался не на поиск новых материалов, а на усложнение конструкции, в результате чего отечественные газовые турбины были недостаточно эффективны и очень металлоемки.
В 1991 году развалился СССР и в Санкт-Петербурге образовано совместное предприятие ЛМЗ и Siemens по производству газовых турбин. Данное предприятие производит турбины Siemens по лицензии. С этого момента ЛМЗ перестал производить собственные газовые турбины.
В настоящее время серийно производятся газовые турбины мощностью до 30 МВт и пользуются спросом благодаря невысокой цене покупки, монтажа и обслуживания оборудования.
В 00-е годы XXI в. предпринималась в Рыбинске предпринималась попытка переделать мощный авиационный двигатель в отечественную турбину ГТД-110. Но в декабре 2017 года на испытаниях опытный образец разрушился.
С 2017 года в России усиленно ведутся разработки мощной отечественной газовой турбины силами госкорпорации "Ростех". Результатов нет... Пока...
