Problemlösung in 3D

Technik

Engineering - Neue 3D-Technologien halfen Siemens bei der Entwicklung der Industriegasturbine SGT-750. Lösungen für Servicefragen stehen so von Anfang an im Fokus. Planmäßige Wartungsarbeiten sollen sich auf 17 Tage in 17 Jahren reduzieren.

16. März 2011

Als die Siemens-Ingenieure die neue Industriegasturbine SGT-750 mit einer elektrischen Leistung von 37MW im Full-Scale-3D-Modell betrachteten, stießen sie auf diverse Schwierigkeiten im Handling. Insbesondere der Wechsel einzelner Komponenten gestaltete sich als kompliziert und zeitaufwendig. Doch die Problemlösung war schnell gefunden. Das innovative 3D-Softwaretool lässt sich nicht nur zur Fehlererkennung, sondern auch zur Behebung derselben nutzen.

Die rechenintensive Visualisierung erlaubt es ähnlich wie in einem modernen Computerspiel durch die gesamte Maschinen zu ›fliegen‹ und die Komponenten von allen Seiten zu betrachten. So lassen sich bereits im Modell eine Vielzahl von Serviceeinsätzen und solche für die Montage und Demontage durchspielen.

Darauf basierende konstruktive Designänderungen werden wiederum auf ihre Handlingkompatibilität getestet und verifiziert. Einerseits verlängerte diese Herangehensweise die Entwicklungszeit der Industrieturbine, andererseits korrigierten die Siemens-Experten Fehler bereits in einem frühen Stadium und ersparen sich diese später während der Bau- oder Servicephase. Der Aufwand ist groß: Rund 100 Mitarbeiter – vorwiegend am schwedischen Firmenstandort Fingspong – sind seit über drei Jahren mit F&E der neuen Turbine beschäftigt.

Darüber hinaus nutzt Siemens auch die 3D-Design-Programme für das mechanische und elektrische Engineering sowie für die Leittechnik, um diese in einem Programm zusammenzuführen.

Was dabei herausgekommen ist, dürfte für die Kunden interessant sein. Denn die Ausfallzeiten für planmäßige Wartungsarbeiten sollen sich »mit nur 17 Tagen über einen Zeitraum von 17 Jahren auf ein Minimum reduzieren«, berichtet Siemens.

Zudem lässt sich der Gasgenerator innerhalb von 24 Stunden austauschen. Umfassende Wartungsarbeiten an der Maschine sind alle acht Jahre vorgesehen, die der Heißteile alle vier Jahre. »Damit zeichnet sich die Gasturbine durch eine hohe Verfügbarkeit aus«, betont Dr. Markus Tacke, der bei Siemens für den Geschäftsbereich Industrielle Gas- und Dampfturbinen verantwortlich ist.

Die Industriegasturbine ist vielfältig einsetzbar: als mechanischer Antrieb, in einem Gas- bzw. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk sowie in KWK-Anlagen. Tacke ist mit dem Ergebnis der Entwicklungsarbeiten zufrieden: »Die Turbine ist kleiner als vergleichbare Gasturbinen, hat ein geringeres Gewicht und zeichnet sich durch Robustheit, Flexibilität und eine lange Lebenszeit als aus.«

Mit der SGT-750 schließt das Unternehmen eine Lücke in seinem Portfolio. Die kleinere SGT-700 verfügt über eine elektrische Leistung von 31MW, die größere SGT-800 leistet 47MW. Die Marktaussichten sind vielversprechend: »Im Leitungsbereich zwischen 35 bis 40 MW haben wir eine Nachfrage im Markt gesehen und daher diese Turbinen entwickelt«, berichtet der CEO. Insbesondere in der Öl & Gasindustrie benötige man Maschinen mit einer höheren Leistung. Unter anderem für den Einsatz in bereits bestehenden Feldern, um dort den Druck in den Bohrlöchern zu erhöhen, um die verbleibenden Reserven fördern zu können.

besondere Eignung für KWK

Ziel ist es jedoch, einen Stromerzeuger als ersten Kunden für die SGT-750 zu gewinnen, idealerweise in einem KWK-Projekt. Aufgrund der hohen Abgastemperaturen eigne sich die Turbine besonders gut für diese Anwendungsform.

»Zur Stromerzeugung wünschen sich unsere Kunden eine Grundlastmaschine«, berichtet Tacke. Als mechanischer Antrieb soll die Neuentwicklung dann etwas später verkauft werden. Die Auslieferung der ersten Gasturbine ist für das Jahr 2012 vorgesehen. Ein interessanter neuer Einsatzbereich sind solarthermische Kraftwerke mit einer Gasturbine, sogenannte Hybridanlagen. In Nordafrika kommt hier eine Gasturbine vom Typ SGT-800 bereits zum Einsatz.

Insgesamt hat sich die weltweite Nachfrage nach Industriegasturbinen »sehr gut entwickelt«, berichtet Tacke. »Wir wollen in den kommenden Jahren weltweit einen wesentlichen Anteil an diesem interessanten Markt bedienen.« Siemens liefert rund zwei Drittel seiner kleinen und mittleren Gasturbinen in die Öl- und Gasindustrie, ein Drittel geht an andere Industrien und Stromerzeuger.

Dabei ist man weltweit aktiv. Obwohl Länder wie Brasilien, Indien, Russland oder China viele gute Chancen bieten würden, sei nach wie vor ein »beachtliches Potenzial in den traditionellen Heimatmärkten« vorhanden. In den letzten Jahren war man unter anderem in Russland mit der SGT-800 und der SGT-100 sehr erfolgreich. Große Aufträge konnte man sich aber auch in Venezuela und Indien und in Australien sichern.

Insbesondere in Südostasien sieht Tacke künftig gute Perspektiven. Aber auch in Deutschland ist man erfolgreich: So habe man von verschiedenen kommunalen Energieversorgern in der Vergangenheit Aufträge erhalten, vor allem für die größeren Modelle SGT-700 und SGT-800.

Attraktive Leistungsklasse

Mit dem neuen Lückenfüller SGT-750 will man auch in Hinblick auf die Umweltfreundlichkeit punkten. Die Gasturbine hat einen Wirkungsgrad von 40% und senkt somit den Brennstoffverbrauch und die CO2-Emissionen. Das Dry-Low-Emissions(DLE)-Verbrennungssystem reduziert die NOx-Emissionen »auf ein Minimum«.

Tacke will die Neuentwicklung nicht als Reaktion auf ein neues Produkt in dieser Leistungsklasse des Wettbewerbers Rolls Royce verstanden wissen. Man habe nicht auf den Launch der überarbeiteten RB211 reagiert, betont er. Es dauere viele Jahre, um eine Turbinen zu entwickeln. »Die SGT-750 war bereits in einem finalen Design-Stadium, als Rolls Royce mit ihrer Turbine an die Öffentlichkeit ging.«

Der Siemens-Manager interpretiert diese Zeitüberschneidung positiv: »Der Launch einer Turbine mit einer vergleichbaren Leistung zeigt uns, dass wir uns für die richtige Turbine in einer attraktiven Leistungsklasse entschieden haben.«

Zudem bevorzugten es die Kunden, vor allem aus der Öl- und Gasindustrie, zwei oder mehr Lieferanten zu haben, um nicht zu sehr von einem Zulieferer abhängig zu sein. Und bei der Qualität sieht Tacke sein Produkt bestimmt nicht im Nachteil. Rolls Royce habe schließlich eine Turbine entwickelt, die von einem Flugzeugantrieb abgeleitet ist, ein sogenanntes AeroDerivat. Die SGT-750 dagegen sei eine »robuste Industrieturbine«. (mn)

Daten zur SGT-750

Stromerzeugung

Leistung: 35,93MWe

Wirkungsgrad: 38,7%

Turbinengeschwindigkeit: 6.100U/min

Abgastemperatur: 462C

Mechanischer Antrieb

Leistung: 37,11MW

Wirkungsgrad: 40%

Turbinengeschwindigkeit: 3.050-6.405 U/min

Abgastemperatur: 462C

Erschienen in Ausgabe: 02/2011