新型高效燃气轮机

如今的燃气轮机必须既高效又极为灵活——西门子全新HL级燃气轮机能够满足这一要求。HL级燃气轮机适于供应基础发电量，同时用作可再生能源发电系统的备用系统，它可在联合循环发电装置中实现高达63%以上的发电效率。更重要的是，西门子计划在中期内将HL级燃气轮机的发电效率提高至65%。

西门子最大的燃气轮机在柏林的生产历史已有110多年。目前，西门子燃气轮机中的旗舰产品是SGT-8000H系列，全球范围内已有57套SGT-8000H燃气轮机投入商业运行。其发电效率高达61.5%，这是2016年在杜塞尔多夫Fortuna联合循环发电厂测得的数据。 然而，现在西门子最新发布的HL级燃气轮机进一步提高了发电效率，它可在联合循环发电装置中实现高达63%以上的发电效率。西门子发电与天然气集团全球销售总裁Karim Amin解释道，“新的燃气轮机进一步优化了H级的成熟设计。”

针对更高燃烧温度而设计

更高燃烧温度是提高发电效率的关键要素。全新HL级燃气轮机将燃烧温度提高了约100开尔文。为了实现这一点，西门子工程师优化了燃气轮机的不同部件，如涡轮叶片上的陶瓷涂层。西门子大型燃气轮机产品经理Guido Schuld解释道，“高温会在陶瓷涂层与叶片金属之间产生很高应力，这将导致涂层开裂。因此，我们使用激光器将表面陶瓷涂层切割成一个个方块。这可以减轻应力，因为这些方块可以像高速路路面混凝土板一样朝着对方扩展。这样，我们就可以使用更厚涂层和更高温度。”然而，涡轮叶片内部结构也有助于增强部件的耐高温性能。譬如，采用新型铸造工艺，开发人员进一步优化了叶片的风冷通道，从而改善散热效果。

优化压气机进一步提高发电效率

工程师还改进了燃气轮机进气口处的压气机。经改进后，它现在只有12个压缩级，比SGT-8000H系列少1级。这可节省发电装置内部空间和燃气轮机运输所需空间。为确保空气经充分压缩，我们调节了压气机叶片，以实现最大气动效率。Schuld表示，“可以将之与飞机翼尖做比较，为避免恼人的湍流，翼尖是弯曲的。此外，我们使用更先进的仿真技术，计算并优化了压气机的各个级在诸如气候和工况等不同条件下的相互作用。”

提高发电效率有许多好处。对于天然气价格较高的国家，其益处是，提高发电效率能为发电公司大大节省成本。譬如，许多亚洲国家就是这种情况，它们依赖于油轮运输的较为昂贵的液化天然气（LNG）。Amin说：“我们的研究表明，相比于SGT-8000H系列，新的HL级燃气轮机可将发电成本再降低5%。得益于此，在天然气价格较高的国家，每年每台燃气轮机可以节省1500万到2000万美元成本。另外，新型燃气轮机可以减少排放二氧化碳，因为实现相同发电量所需燃料更少。”

可再生能源发电的完美搭档

最先进的燃气轮机不仅必须极其高效——随着可再生能源发电在电力构成中的占比越来越大，它们还必须实现最高灵活性。阴天或无风的时候，燃气电站必须接替可再生能源发电系统，确保稳定供电。然而，要做到这一点，电站运营者必须能够迅速启动和关闭这些发电装置。在这方面，新的HL级燃气轮机也青出于蓝而胜于蓝。HL级燃气轮机启动时的性能爬升速率为每分钟85 MW，比SGT-8000H系列高30 MW。Amin表示，“这使得HL级燃气轮机成为可再生能源发电的完美搭档。”

配备SGT5-8000H燃气轮机，杜塞尔多夫Lausward电厂Fortuna联合循环发电厂仍然是全球最具可持续发展性的发电装置之一。

为了改良新的HL级燃气轮机，以满足世界各地的客户各不相同的要求，自2015年开始研发以来，来自许多不同西门子业务部门的代表参与了研发过程，包括战略专家和销售专家，以及工程师和制造专员及服务专员。

3D打印的燃气轮机部件

为了进一步缩短研发周期，西门子采用了新型制造技术。在柏林的工厂就可以看到一种这样的技术。在那里，隔着3D打印机的玻璃窗板，激光束扫过金属粉末。激光束所到之处，火花熠熠，一个部件就这样逐层制造出来。3D打印加快了原型部件的生产和测试，有助于尽早提供新技术。西门子的新型制造工艺专家Ingo Kelbassa指出，“增材制造特别适合燃烧器和燃气轮机的高温部件。3D打印开辟出全新的设计空间。譬如，它使我们得以优化涡轮叶片内部的风冷通道。”

新的西门子燃气轮机经专门设计，可轻松连接至西门子为电厂运营者提供的数字服务。它们亦可连接至MindSphere——西门子基于云的开放式物联网操作系统。MindSphere提供了许多强大的分析工具，以便客户直接洞悉机器的运行数据，帮助他们做出决策。

西门子已经在柏林工厂以及德国首都附近的清洁能源中心，对新的HL级燃气轮机进行了广泛深入的测试。西门子计划于2018年年中，在合作伙伴之一、北卡罗来纳州的Duke Energy公司的场地上建造第一台HL级燃气轮机发电装置。这个发电装置的燃气轮机将接入当地电网，并于2020年开始投入运行。新的HL级燃气轮机将为进一步的发展奠定技术基础。Amin说：“我们希望在中期内，HL级燃气轮机的发电效率可达到65%。”