(R)evolución en tecnologías de turbinas

Con sus nuevas turbinas de gas de clase HL, Siemens está ampliando aún más los límites de eficiencia, rendimiento y flexibilidad. Pero los propietarios de las flotas existentes de turbinas de Siemens también se beneficiarán de este salto en la innovación.

 

por Moritz Gathmann

En una enorme sala de producción, en la parte occidental de Berlín, no lejos de la cuna de Siemens, cientos de empleados están trabajando en algunas de las turbinas de gas más potentes que el mundo haya conocido. Las aspas se insertan en los módulos de la turbina, y las turbinas de gas se ensamblan con la máxima precisión.


Con más de 80 unidades vendidas en todo el mundo y más de 450,000 horas de operación, la serie SGT-8000H de Siemens ha demostrado ser la turbina de gas más confiable de su clase. Hoy, Siemens está dando el siguiente paso: basándose en la tecnología de clase H ya probada, desarrolló una turbina de gas que eleva el umbral de eficiencia del 61 a más del 63 por ciento. En medio de esta colmena organizada y zumbeante, Zuozhi Zhao explica apasionadamente cómo él y su equipo hicieron posible el salto hacia esta tecnología.

Fabricación aditiva y fabricación rápida de prototipos 

Este ingeniero, en sus 40 años y nacido en China, es el Chief Technology Officer (CTO) de la División Power and Gas de Siemens.  Su oficina está ubicada a poca distancia de la histórica sala de producción; una obra maestra de la arquitectura industrial, que se ha utilizado de forma continua para el mismo propósito durante más de 100 años: el montaje de turbinas.  Contrario a este contexto histórico, es obvio cómo han cambiado los tiempos: Las innovaciones de las que habla se han concebido en estrecha colaboración con ingenieros de todo el mundo, a una mayor velocidad de innovación. La creación rápida de prototipos, el proceso de diseño, ayudado por la impresión 3D que acelera las pruebas de componentes, tuvo lugar en Berlín y en el Centro de Energía Limpia de la empresa en Ludwigsfelde, al igual que la fase de prueba.  Ahora, la turbina se probará en condiciones reales a miles de millas de Berlín en una colaboración tecnológica con Duke Energy, en su sede del Condado de Lincoln en Carolina del Norte, EE. UU. "Esto es trabajar en una compañía global", dice Zhao con una sonrisa.

Tecnología que resiste el calor

La eficiencia del ciclo combinado de la clase HL, de más del 63 por ciento, es impresionante. "Para aumentar la eficiencia y mejorar el rendimiento, las turbinas de gas deben funcionar a temperaturas de combustión mucho más altas, esa es la clave", explica Zhao. "Identificamos cinco aceleradores para alcanzar temperaturas de combustión más altas". Por lo tanto, su equipo desarrolló un sistema de combustión avanzado que permite temperaturas más altas y, al mismo tiempo, una mayor flexibilidad operativa.  Se han utilizado innovadores recubrimientos multicapa resistentes al calor para proteger el material del aspa contra el aumento del calor. Pero para las aspas, señala Zhao, los valores internos resultan igual de importantes: se han diseñado suficientes funciones de refrigeración interna para mejorar el proceso de enfriamiento y, por lo tanto, la eficiencia.  Además, un sellado optimizado minimiza la fuga de aire de refrigeración. Por último, el evolucionado diseño 3D mejoró la eficiencia aerodinámica del compresor.

 

Después de este salto tecnológico, ¿es hora de descansar? “¡Al contrario!”. Siempre tan inquieto como innovador, el CTO explica que Siemens ya se ha fijado el nuevo umbral del 65 por ciento de eficiencia. "La velocidad en el desarrollo de la tecnología es impulsada por la digitalización, por la fabricación aditiva, por una mejor colaboración", dice. "Y ha estado ganando impulso rápidamente: Nos tomó diez años romper la barrera del 60 por ciento de eficiencia, y luego otros seis años llegar al 61.5 por ciento. Ahora estamos dando el siguiente paso al 63 por ciento y más, en menos de dos años”. Pero como bien sabe Zhao, para los clientes de Siemens no solo se trata de velocidad y eficiencia, las soluciones deben ser sobre todo confiables y rentables.

Un futuro limpio para las turbinas de gas 

Hablando de clientes: ¿Tiene sentido continuar mejorando las turbinas de gas si el mundo se está moviendo cada vez más hacia fuentes renovables de energía? Zhao no ve en esto ninguna contradicción. “El sol no siempre está brillando, y el viento no siempre sopla. Es por eso que se necesita compensar la escasez ", dice Zhao. La velocidad de aceleración de las turbinas de la clase HL puede llegar hasta 85 megavatios por minuto. Eso es crucial si se necesita energía con urgencia. "Si usted se fija en la energía que puede generar y el espacio que necesitará para hacerlo- la densidad de energía-no hay nada que pueda competir con una turbina de gas", dice Zhao.

Si usted se fija en la densidad de energía, no hay nada que pueda competir con una turbina de gas".
Zuozhi Zhao, CTO de la División Power and Gas, de Siemens

"En el futuro, las turbinas eficientes también podrían encenderse con gas que provenga de energías renovables", explica. Hoy en día, una gran cantidad de energía eólica o solar se desperdicia fundamentalmente porque no se puede almacenar, al menos no durante mucho tiempo. Una opción podría ser convertirla en metano o hidrógeno, y utilizar esta energía almacenada para alimentar una central eléctrica de gas cuando sea necesario. Sea cual sea la solución, Siemens ya está preparada para el futuro, señala Zhao: "Nuestras turbinas de gas tienen una gran flexibilidad de combustible y pueden funcionar con gas natural, así como con otros combustibles sintéticos".

Creando un ecosistema de innovación - interno y externo

El rendimiento de la flota se ve impulsado por el análisis de datos basado en el conocimiento de diseño y operaciones

Las turbinas también están diseñadas para conectarse a la oferta digital de Siemens para operadores de planta y de servicios públicos, incorporando conectividad a MindSphere, el sistema operativo de Siemens basado en la nube para el Internet de las cosas. Ofrece instrumentos analíticos de alto rendimiento. "Los tres poderosos pilares de este sistema operativo son el conocimiento del diseño, el conocimiento de datos y el conocimiento de las operaciones", dice Zhao. “Y al combinarlos, a través de MindSphere, nuestros clientes tendrán un tremendo beneficio. "Puede decirle al cliente cómo operar, cuándo debe reemplazar ciertas partes para tener la mayor confiabilidad y cómo puede reducir el consumo de combustible".

Al combinar el know-how en el diseño, en los datos y las operaciones a través de MindSphere, nuestros clientes tendrán un beneficio tremendo".
Zuozhi Zhao, CTO Power and Gas, Siemens

Otra buena noticia son las innovaciones de la nueva turbina de gas, que no solo brindarán beneficios a los propietarios de la clase HL. “En un futuro cercano, se ofrecerán a todos los clientes soluciones para aumentar su eficiencia, rendimiento y flexibilidad, mediante la actualización de esta tecnología y nuevos componentes a toda la flota existente", subraya Zhao. “Lo que no puedes cambiar son todas las partes de la carcasa. Pero todo lo demás, empezando por las aspas, puede ser reemplazado. Este enfoque de modularización y estandarización es solo una de una serie de palancas que estamos utilizando para ayudar a nuestros clientes a competir en un mercado que cambia rápidamente ". Y, además de reemplazar el hardware, las turbinas existentes también pueden conectarse a MindSphere para mejorar la eficiencia de la central eléctrica.

2017-09-19

Moritz Gathmann.

Créditos de imagenes: Tobi Bohn

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