在柏林西部一個(gè)巨大的西門(mén)子工廠里，數(shù)百名員工正在研究世界上功率最強(qiáng)大的重型燃?xì)廨啓C(jī)，在這臺(tái)新型的工業(yè)巨獸中，西門(mén)子正以最高精度的裝配方式將葉片插入透平模塊中。

重型燃?xì)廨啓C(jī)按照透平進(jìn)口溫度，目前可以分為E級(jí)，F(xiàn)級(jí)和H級(jí)，其技術(shù)難度和先進(jìn)程度也逐級(jí)提升，目前H級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)是最先進(jìn)的重型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，HL級(jí)則是西門(mén)子在研的下一代重型燃機(jī)。

截至2018年年底，西門(mén)子的SGT-8000H級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品已經(jīng)在全球銷(xiāo)售超過(guò)85臺(tái)，總運(yùn)行時(shí)間也超過(guò)650,000小時(shí)，已被證明是同類(lèi)產(chǎn)品中最可靠的燃?xì)廨啓C(jī)。而現(xiàn)在，西門(mén)子正打算再進(jìn)一步：基于目前成熟的H級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，再研發(fā)下一代HL級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)，將發(fā)電效率的閾從61%提升到63%以上。

西門(mén)子的新型HL級(jí)重型燃機(jī)由三個(gè)主要型號(hào)組成：SGT5-9000HL、SGT6-9000HL和SGT5-8000HL。在簡(jiǎn)單循環(huán)運(yùn)行中，風(fēng)冷式的SGT-9000HL級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)分別可以為50赫茲發(fā)電市場(chǎng)提供545兆瓦和為60赫茲發(fā)電市場(chǎng)提供374兆瓦的發(fā)電容量。SGT5-8000HL則可以在簡(jiǎn)單循環(huán)中提供453兆瓦的發(fā)電容量。同時(shí)，所以的HL級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率都超過(guò)了63%。

在這個(gè)組織良好，嗡嗡作響的“燃?xì)廨啓C(jī)裝配蜂巢”中，西門(mén)子發(fā)電與天然氣集團(tuán)首席技術(shù)官趙作智熱情地向來(lái)訪記者解釋了他和他的團(tuán)隊(duì)如何使這項(xiàng)技術(shù)成為可能。

趙作智博士談?wù)撐鏖T(mén)子的創(chuàng)新精神。

基于3D打印的快速原型制造

這位出生于中國(guó)的工程師在40多歲時(shí)擔(dān)任西門(mén)子發(fā)電與天然氣集團(tuán)的首席技術(shù)官（CTO）。他的辦公室距離歷史悠久的生產(chǎn)廠房?jī)H一箭之遙，該生產(chǎn)廠房也是工業(yè)建筑的杰作，100多年來(lái)一直用于同樣的目的：組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

然而，在當(dāng)代工業(yè)大發(fā)展的歷史背景下，時(shí)代變遷顯而易見(jiàn)：趙博士談?wù)摰膭?chuàng)新很快涉及到了一項(xiàng)目前工業(yè)界的新型技術(shù)——3D打印，又稱(chēng)增材制造。這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)與來(lái)自世界各地的工程師以更高的創(chuàng)新速度密切合作，這是一項(xiàng)基于3D打印支持的快速原型設(shè)計(jì)流程，它可以加速了部件的制造和測(cè)試，將設(shè)計(jì)師們的想法迅速變成可用零部件，然后在柏林和路德維希斯費(fèi)爾德（Ludwigsfelde）的西門(mén)子清潔能源中心進(jìn)行完整的測(cè)試階段。

趙博士笑著說(shuō)：“這就是在一個(gè)全球化公司里工作的意義所在?！?/p>

趙作智博士出生在一個(gè)沒(méi)有電的中國(guó)村莊，憑著對(duì)能源的熱情，他一直從事著燃?xì)廨啓C(jī)創(chuàng)新的前沿工作。

趙作智博士于2009年3月加入西門(mén)子，在2017年1月被任命為西門(mén)子電力和燃?xì)饧瘓F(tuán)首席技術(shù)官之前，曾在中國(guó)電力和燃?xì)獠块T(mén)擔(dān)任過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)和運(yùn)營(yíng)的各種管理職位。他在美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)獲得機(jī)械和航空航天工程博士學(xué)位，并在清華大學(xué)獲得機(jī)械工程學(xué)士和碩士學(xué)位。

可承受更高溫度的高尖技術(shù)

HL級(jí)重型燃機(jī)超過(guò)63%的聯(lián)合循環(huán)效率令人印象深刻。趙博士解釋說(shuō)：“為了提高效率和改善性能，重型燃機(jī)必須在更高的燃燒溫度下運(yùn)行，這是獲得高性能的關(guān)鍵。對(duì)此，我們確定了5個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，來(lái)提高燃燒溫度?！?/strong>

首先他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的燃燒系統(tǒng)，可以提高燃燒溫度，同時(shí)提高操作靈活性；其次使用了創(chuàng)新的多層耐熱涂層來(lái)保護(hù)葉片材料免受增加的熱量的侵蝕；對(duì)于透平葉片，趙博士還表示，其內(nèi)部通道設(shè)計(jì)和葉片的外形氣動(dòng)設(shè)計(jì)同樣重要，對(duì)此，西門(mén)子團(tuán)隊(duì)采用了一種超高效的內(nèi)部冷卻功能用于改善透平葉片的冷卻過(guò)程；同時(shí)，密封通過(guò)優(yōu)化最大限度地減少冷卻空氣的泄漏；最后，改進(jìn)的三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)壓氣機(jī)葉片也進(jìn)一步提高了壓氣機(jī)的壓縮效率。

那么這些關(guān)鍵的HL級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)在成功應(yīng)用之后，是否應(yīng)該休息了呢？趙博士卻表示：“恰恰相反！”他解釋說(shuō)，與此同時(shí)，西門(mén)子已經(jīng)著眼于65%聯(lián)合效率的新門(mén)檻。他說(shuō)：“從目前來(lái)看，技術(shù)發(fā)展最快的目前是由數(shù)字化和3D打印，這些技術(shù)正在迅速的推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展：我們花了10年時(shí)間才突破了60%的聯(lián)合循環(huán)效率障礙，然后又花了6年時(shí)間才將這一指標(biāo)提高到61.5%。而現(xiàn)在，我們只需要不到2年的時(shí)間就可以將下一代重型燃機(jī)的聯(lián)合循環(huán)效率提升到63%以上?！?/p>

但趙博士強(qiáng)調(diào)，對(duì)于西門(mén)子的燃?xì)廨啓C(jī)客戶(hù)來(lái)說(shuō)，不僅僅是發(fā)電效率和功率大小，新的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組首先必須是可靠且經(jīng)濟(jì)高效的。

HL級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的未來(lái)

到被問(wèn)到，隨著世界越來(lái)越多地將可再生能源作為能源來(lái)源時(shí)，那么進(jìn)一步改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)是否有意義呢？趙博士給出了自己的答案：“太陽(yáng)并不總是閃耀，風(fēng)也不總是在吹，這就是這個(gè)世界總有電力短缺的時(shí)候需要你補(bǔ)償，因此燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展和可再生能源的繁榮并沒(méi)有任何矛盾。而HL級(jí)重型燃機(jī)的升溫速率可達(dá)每分鐘85MW，對(duì)于急需能源，這一點(diǎn)至關(guān)重要。而且如果你看一下你可以產(chǎn)生的功率和需要的空間，即功率密度比時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何發(fā)電設(shè)備可以與燃?xì)廨啓C(jī)競(jìng)爭(zhēng)?！?/p>

他進(jìn)一步解釋說(shuō)：“未來(lái)，高效燃?xì)廨啓C(jī)也可以使用可再生能源氣體進(jìn)行燃燒。如今，很多風(fēng)能或太陽(yáng)能基本上都被浪費(fèi)了，因?yàn)樗鼰o(wú)法儲(chǔ)存。而從目前來(lái)看，至少在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有經(jīng)濟(jì)合理的電力儲(chǔ)能技術(shù)。那么另一種選擇就是將這些多余的能源轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)化為甲烷或氫氣，并在需要時(shí)使用這種儲(chǔ)存的氣體為燃?xì)獍l(fā)電廠提供燃料。不過(guò)，無(wú)論解決方案是什么，西門(mén)子已經(jīng)為未來(lái)做好了準(zhǔn)備，我們的燃?xì)廨啓C(jī)具有高度的燃料靈活性，可以使用天然氣以及其他合成燃料?！?/p>

良好的內(nèi)外部創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境

對(duì)于HL級(jí)重型燃機(jī)的研發(fā)來(lái)說(shuō)，技術(shù)還并不是唯一的創(chuàng)新內(nèi)容。為了保證項(xiàng)目的成功，西門(mén)子還引入了新的管理方法，如Scrum流程：包括每月的沖刺計(jì)劃和每日的工期保證。此外，一個(gè)跨職能，共同組建的團(tuán)隊(duì)形成了一個(gè)非常扁平化的管理層次結(jié)構(gòu)，這創(chuàng)造了一個(gè)鼓舞人心的工作氛圍以及靈活和敏捷的研發(fā)進(jìn)程。

這種靈活性甚至穿過(guò)了西門(mén)子的工廠大門(mén)。對(duì)于其創(chuàng)新流程，該公司現(xiàn)在經(jīng)常與風(fēng)險(xiǎn)資本家和初創(chuàng)公司合作，得到了不少新的商業(yè)理念和新的創(chuàng)新思維。趙博士指出：“競(jìng)爭(zhēng)真的越來(lái)越激烈，每個(gè)人都在投入更多資源來(lái)加速這場(chǎng)比賽。所以，如果你堅(jiān)持不了而關(guān)門(mén)，那即使你擁有全世界最聰明的工程師，這根本得不到任何好處?！?nbsp;

他說(shuō)，真正的好處來(lái)自“走出去”和外部創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的參與。例如，這個(gè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中的MikroSystems公司，雖然它只是一家美國(guó)小公司，但它發(fā)明了一種創(chuàng)新方法，可以制造用于生產(chǎn)透平空心葉片中復(fù)雜內(nèi)部冷卻幾何形狀的陶瓷形芯。

西門(mén)子透平葉片中采用創(chuàng)新的內(nèi)部冷卻幾何結(jié)構(gòu)

基于設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的專(zhuān)有分析技術(shù)提升了機(jī)組性能

這些燃?xì)廨啓C(jī)還設(shè)計(jì)集成西門(mén)子最新研制的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)MindSphere，它可以提供高性能的分析工具。趙博士表示：“這個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的三大支柱是專(zhuān)業(yè)燃機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)，專(zhuān)有數(shù)據(jù)技術(shù)和專(zhuān)有運(yùn)營(yíng)技術(shù)。通過(guò)與MindSphere結(jié)合起來(lái)，我們的客戶(hù)將獲得巨大的利益。它可以告訴客戶(hù)他的操作方式、他應(yīng)該更換某些部件以獲得最高的可靠性、以及如何降低油耗?！?/p>

更進(jìn)一步的好消息是，新型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的創(chuàng)新不僅給HL級(jí)重型燃機(jī)帶來(lái)益處，也將為西門(mén)子的老舊在役機(jī)組帶來(lái)好處。趙博士強(qiáng)調(diào)：“在不久的將來(lái)，西門(mén)子所有客戶(hù)都將獲得效率提升，性能改善和靈活性提高的解決方案，通過(guò)在老舊機(jī)組中引入新設(shè)計(jì)組件和技術(shù)升級(jí)將讓老的燃機(jī)運(yùn)營(yíng)同樣享受新技術(shù)帶來(lái)的好處。你不能改變的是燃機(jī)罩殼，但是其它一切，如燃機(jī)葉片，都可以升級(jí)改變。這種模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法也是我們幫助用戶(hù)在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)中提升競(jìng)爭(zhēng)力的諸多方法之一。除了更換燃機(jī)硬件外，現(xiàn)有的燃機(jī)機(jī)組也可以接入西門(mén)子的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)MindSphere，來(lái)提升電廠效率。”