Деталь для газовой турбины напечатали на 3D-принтере

6 Сентября 2018

Деталь для газовой турбины напечатали на 3D-принтере

Специалисты «Сименс» на 3D-принтере создали смеситель топлива и воздуха для газотурбинного генератора SGT-A05 (DLE), выполненного на основе авиационного двигателя. Как сообщили в пресс-службе компании, полученные результаты демонстрируют большой потенциал данной установки в подавлении монооксида углерода (угарного газа, СО).

«Это еще один отличный пример того, как аддитивные технологии кардинально меняют отрасль, привнося ощутимые преимущества и выгоду, особенно когда это касается снижения вредных выбросов», – отметил технический директор департамента «Сервис в области производства энергии» компании «Сименс» Владимир Навроцкий. Он добавил, что достижения «Сименс» в области аддитивного производства «открывают новые возможности в сфере конструирования, производства и обслуживания генерирующих установок».

Аддитивные технологии производства (в СМИ более распространено использование термина 3D-печать – прим. ред.) позволяют изготавливать любое изделие послойно на основе компьютерной 3D-модели. Как рассказали в «Сименс», использование аддитивного производства при создании данного компонента газовой турбины показало свою эффективность. Весь процесс разработки, от создания концепции до испытаний в составе двигателя, занял всего семь месяцев. 

3D-печать детали с использованием прочных никелевых сплавов, сертифицированных «Сименс», подразумевает изготовление всего двух компонентов. Благодаря этому срок выпуска продукции сократился примерно на 70%. Решение «Сименс» для газовой турбины SGT-A05 позволяет уменьшить выбросы загрязняющих веществ и снижает эксплуатационные затраты на очистку воды. 

В 2017 году компания завершила первые испытания двигателя при полной нагрузке, лопатки газовой турбины которого были спроектированы и изготовлены при помощи технологий AM. Несколько месяцев назад концерн впервые заменил деталь в промышленной паровой турбине заказчика запасной частью, смоделированной посредством 3D-печати. В начале 2017 года «Сименс» впервые осуществил коммерчески успешную установку и бесперебойную, безопасную эксплуатацию компонента для АЭС, произведенного на 3D-принтере, – насосное колесо для пожарного насоса, находящегося в коммерческой эксплуатации. 

В активе «Сименс» более 30 000 часов успешной коммерческой эксплуатации устройств, ремонтируемых и изготавливаемых с применением технологий AM. Это горелки SGT-800 (их ремонт) и устройства для закрутки воздуха в горелках SGT-750 (их производство). Все эти элементы камер сгорания работают в условиях очень высоких нагрузок и температур.

Компания «Сименс» является партнером по деловой программе Международного форума «Российская энергетическая неделя», который пройдет 3–6 октября в московском Манеже. Теме экологической безопасности и уменьшения количества выбросов вредных веществ будет посвящен ряд мероприятий в рамках деловой программы. В частности, в ходе дискуссии «Как развивать сотрудничество Россия – ЕС в сфере энергоэффективности и развития энергетики?» эксперты отрасли обсудят условия для снижения энергоемкости ВВП стран к 2030 году, роль бизнеса в сотрудничестве между Россией и Евросоюзом, а также инновации европейских производителей, которые могут быть особенно востребованы в России, и потенциал научно-технического сотрудничества в сферах энергетики и энергоэффективности.

Что касается новых технологий в производстве оборудования для энергетической отрасли, эти аспекты обсуждались в рамках РЭН-2017. Генеральный директор ООО «Сименс технологии газовых турбин» (СТГТ) Нико Петцольд заметил, что интеграция современного оборудования в существующую инфраструктуру – очень сложная с точки зрения инжиниринга задача. Одним из решений является цифровизация отрасли.

«В этом году в Санкт-Петербурге был достигнут уровень производства газовых турбин, сопоставимый с уровнем производства в Берлине. Благодаря развитию технологий мы можем отслеживать работу каждой нашей газовой турбины», – сказал Нико Петцольд в ходе круглого стола «Лучшие модели и практика управления капитальным строительством в ТЭК» на РЭН-2017.

Читайте также

08 Февраля 2018 «Плоская» энергетика: как технологии меняют бизнес нефтегазовых компаний

Под давлением новых технологий добычи сырья, управления и обработки информации зашаталась вся традиционная энергетика, построенная на принципах жесткой иерархии и централизации.

Пока в России ведутся бурные дискуссии о цене на нефть и бюджете, роли ОПЕК+ и газовых мегапроектах, в мировой энергетике тихо назревает революция. Причем провоцирует ее даже не развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и электромобили (хотя они, конечно, играют свою роль). За последнее десятилетие в энергетике произошел огромный рывок, который нам еще предстоит осмыслить. Совершенствование технологий, а особенно появление интернета вещей практически во всех сегментах производства и потребления энергоресурсов, привело к классическому переходу количества в качество.

Упорные инвестиции в энергоэффективность начали наконец приносить видимые результаты: энергоемкость мировой экономики снизилась c 1990 года на 40%, в большинстве развитых стран энергопотребление стабилизировалось (при сохранении экономического роста), а в развивающихся темпы его роста с начала XXI века снизились в два раза. И в этой ситуации тормозящегося спроса положительный эффект масштаба производства, который всегда был основным драйвером создания больших систем энергетики (от нефтедобычи до электроснабжения), стал неожиданно превращаться в отрицательный.

Масштаб теряет значение

Положительный эффект масштаба — это классика любой промышленной системы. Крупное массовое производство позволяет использовать большую специализацию и разделение труда, что повышает производительность всех применяемых ресурсов. Именно благодаря этому эффекту очень выгодным оказался переход от ручного труда к мануфактуре, а затем к конвейеру. Традиционно считается, что крупные предприятия могут применять более передовые технологии, а также осуществлять специализацию управления. Эффект масштаба зачастую объясняется и чисто технологической спецификой отдельных видов производства: один трубопровод большого диаметра явно дешевле, чем два в половину его мощности. Да и регуляторам управлять системой, состоящей из счетного количества крупных участников, намного проще.

Однако благодаря техническому прогрессу появляется возможность обеспечивать все больший объем производства за счет тех же или даже меньших ресурсов. И хотя размер по-прежнему имеет значение, его роль становится второстепенной, а на первый план выходят другие соображения: экология, гибкость, снижение рисков и проч. Тем более что разница между «большими парнями» и «мелочевкой» с точки зрения издержек уже снижается. Так, по данным Lazard, в 2017 году в США приведенная стоимость электроэнергии от маленьких крышных солнечных установок ($85—154/МВт·ч), микротурбин ($59—89/МВт·ч) или геотермальных станций ($77—117/МВт·ч) почти сравнялась со стоимостью электроэнергии от традиционных ТЭС на угле ($60—143/МВт·ч) и газе ($42—78/МВт·ч), в сотни тысяч раз более мощных, притом что на строительство последних уходит по многу лет и рассчитаны они на работу в течение 30—50 лет. А цены безубыточности небольших компаний, добывающих сланцевую нефть ($34 за баррель у Pioneer и Continental), по данным официальной американской отчетности, в 2014—2016 годах практически не отличались от цен безубыточности американских нефтяных мейджоров ($39 за баррель у Exxon, Shell и Conoco, $36 за баррель у Chevron).

Конечно, небольшие энергоустановки (отдельные скважины, мини-заводы и т. д.) будут во всей обозримой перспективе иметь более высокие удельные затраты. Но в условиях медленно растущего (а то и падающего) и при этом очень непредсказуемого спроса точная подстройка под запросы рынка оказывается важнее — по крайней мере не происходит омертвление инвестиций, которое можно наблюдать на многих мегапроектах. Если бы эти проекты работали на полную мощность, издержки по ним были бы совсем невысоки, но выйти на полную мощность не получается из-за ограниченности спроса.

К тому же у «больших» своя головная боль: им приходится кормить весь бюрократический аппарат с неизбежным нарастанием внутренних противоречий, потерей управляемости и снижением гибкости реакции на изменения во внешней среде. А национальным нефтяным компаниям — еще и делать отчисления на армию, электрификацию, газификацию и миллион других социальных нужд.

Рост конкуренции

А тут еще и второй фактор на стороне спроса подключается — рост конкуренции (причем не только между производителями одного энергоресурса, но и между различными источниками энергии во всех секторах использования). С начала XXI века число стран — крупных производителей нефти (более 4 млн барр. в сутки) удвоилось, а число крупных производителей газа (более 100 млрд куб. м) утроилось. Про отдельные компании и говорить не приходится — рынок становится все более тесным и конкурентным. При этом растущая диверсификация топливной корзины создает все больше связей между отдельными рынками и, соответственно, все больше непредсказуемости: Китай закрывает нерентабельные угольные шахты, а у европейцев в результате растет загрузка газовых станций.

Такая глобализация рисков предъявляет куда более суровые требования к управлению компаниями и принятию инвестиционных решений. И госплановскими методами прогнозирования тут уже точно не обойтись — на глобальном рынке слишком много разных участников с противоречащими друг другу интересами. А вот малые установки дают гораздо большие гибкость и скорость в принятии инвестиционных решений. Запуск новых сланцевых скважин достиг невероятной скорости: уже полутора-двух месяцев хватает, чтобы их пробурить. Это огромное преимущество по сравнению с крупными проектами: пока пять — семь лет месторождение обустраиваешь, конъюнктура рынка может полностью поменяться.

И еще один аспект. Потребители получают все большие возможности выбора: хочешь — к централизованной сети подключайся, хочешь — газовую микроТЭЦ в подвале ставь, а хочешь — солнечные панели с накопителями на крышу. И региональная, и глобальная конкуренция постоянно нарастает, в результате за счет новых технологий потребители выскальзывают из-под контроля крупных компаний и регуляторов.

В такой конкурентной среде небольшие компании оказываются более гибкими и адаптивными (в том числе по причине отсутствия «подкожного жира», что заставляет их аккуратнее оценивать риски). Еще десять лет назад та же Aramco или любой мейджор в страшном сне не могли представить, что цена на нефть будет зависеть от динамики добычи сланцевой нефти независимыми американскими производителями. И «Газпрому» с Qatargas невозможно было поверить, что мелкие американские компании начнут всерьез влиять на прибыльность их операций, а малая СПГ-индустрия превратится в столь бурно растущий бизнес в Китае.

Деконцентрация энергетики

Если к развитию децентрализованной энергетики и всех «малых форм» добавить новые технологии управления на основе цифровой информации от немыслимого количества подключенных устройств, углубленной аналитики (включая машинное обучение) и прочих технологий интернета вещей, то под вопрос встает сама целесообразность высококонцентрированной и централизованной организации энергетики.

Новые технологии шаг за шагом подрывают традиционные принципы функционирования энергосистем: «электричество нельзя хранить», «нагрузка непредсказуема», «генерацию можно контролировать, но потоками энергии управлять нельзя». Появление технологий «интернета энергии» (совокупности электрических и цифровых каналов коммуникации и протоколов, позволяющих организовать автоматическое взаимодействие между всеми субъектами электроэнергетического рынка) создает альтернативу традиционной архитектуре энергосистем. Фактически весь комплекс новых технологий и систем управления делает возможной принципиально иную, «плоскую» архитектуру всего энергетического комплекса, в которой роль потребителя и его выбор оказывается намного важнее. Это, по сути, децентрализованная многоагентная система. Главное достоинство таких систем — гибкость. Они обладают способностью к самовосстановлению и устойчивостью к сбоям благодаря запасу компонентов и самоорганизации. Такие системы представляются куда лучше соответствующими самой логике постиндустриальной экономики.

Борьба между новыми технологиями и старыми бизнес-моделями обещает быть жесткой и продолжительной — ведь крупным компаниям есть что терять. Однако с процессом демократизации организационной структуры энергетики можно бороться, запрещать и «не пущать», а можно найти в нем новые возможности и возглавить. Второй вариант изначально противен менталитету любой крупной централизованной структуры, но он-то и несет в себе наибольший потенциал. Многие крупные компании уже осознают это и начинают развивать соответствующие проекты: от строительства ветропарков «Росатомом» и заводов мини-СПГ «Газпромом» и «НОВАТЭКом» до активного участия крупных генерирующих компаний в развитии распределенной энергетики.

.