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La fabricación aditiva está revolucionando el desarrollo y la producción de componentes, no solo en la industria de la automoción o en la aeroespacial, sino también en el sector energético. La impresión 3D produce casi cualquier estructura a partir de polímeros, metales o materiales cerámicos, y permite acelerar la creación de prototipos, mejorar el diseño y acortar la incorporación de nuevos componentes y dispositivos al mercado. Consciente de sus ventajas, Siemens, compañía global líder en tecnología, emplea ya la impresión 3D con el fin de optimizar sus turbinas de gas.

La multinacional ha desarrollado un proyecto piloto para la fabricación aditiva de piezas complejas que ha revolucionado el desarrollo, la fabricación y la reparación de turbinas de gas. Esta iniciativa se ha puesto en marcha en la planta que tiene Siemens en Finspång, Suecia, donde la compañía ha invertido recientemente 20 M€.

Quemador de gas impreso en 3D por Siemens para la turbina de gas SGT-700 que opera en la central eléctrica de ciclo combinado de Philippsthal
Quemador de gas impreso en 3D por Siemens para la turbina de gas SGT-700 que opera en la central eléctrica de ciclo combinado de Philippsthal

Como parte de este proyecto, se ha empleado una impresora 3D con cuatro láseres, desarrollada conjuntamente por Siemens y el fabricante EOS, para producir un quemador en una única pieza. Con la fabricación convencional se requerían 13 piezas individuales y 18 soldaduras. De esta manera, se ha reducido la tolerancia al error durante la producción y mejorado notablemente el diseño ya que, entre otros aspectos, la pieza pesa ahora un 25% menos.

Tras la producción en 3D del quemador, se instalaron 18 piezas en la turbina de ciclo combinado de Philippsthal, Alemania, en julio del pasado año. Este verano, después de más de un año de operación, se ha realizado la inspección principal con resultados positivos, ya que, tras más de 8.000 horas de operación, los quemadores no han sufrido prácticamente ningún desgaste. Este proyecto ha marcado un hito en el camino hacia la implementación de la impresión 3D en la industria energética. Hoy Siemens puede realizar este proceso en tan solo varias semanas, cuando de la manera convencional se alargaba casi un año.

 

La fabricación aditiva, sinónimo de rapidez y sostenibilidad

La fabricación aditiva permite la creación rápida de prototipos, reduce los tiempos de producción en un 75% en comparación con la metodología tradicional. Por este motivo, los modelos producidos con FA se emplean cada vez más para probar ciertas propiedades antes de que la pieza se produzca en serie. Otro de los beneficios de la impresión 3D para la industria energética es su sostenibilidad. Este tipo de fabricación consume hasta un 65% menos de recursos y, al utilizar únicamente el material requerido, se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero hasta un 30%. Además, permite, de forma generalizada, fabricar componentes con una vida útil más larga.

Siemens tiene la intención de ayudar a impulsar este rápido crecimiento mediante el desarrollo de productos de próxima generación, servicios de ingeniería y soluciones digitales. La compañía tiene planes para hacer que la producción de FA sea aún más flexible. En un futuro cercano, las impresoras 3D estarán ubicadas en cada uno de los centros de servicios de Siemens con el fin de imprimir recambios y piezas a nivel local acortando exponencialmente los tiempos, e incluso se podrá producir una pieza de repuesto antes de que se origine un deterioro.

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Empalme II es una central de ciclo combinado de energía térmica de 791 MW con dos turbinas de gas promovida por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) de México, una fantástica obra de ingeniería en el estado de Sonora en la que ha participado Genesal Energy, instalando instalado un grupo electrógeno de emergencia black start de 2.000 kVA preparado para restaurar el funcionamiento y arranque de la central tras un fallo de red y especialmente diseñado para esta obra.

Sonora, junto con los estados de Chihuahua y Baja California, es todo un referente en Latinoamérica en la puesta en marcha de proyectos que potencian el uso de energías renovables. En instalaciones como la de Empalme II -cuya inversión ronda los 400 M$- tener grupos electrógenos es primordial, entre otras razones, porque en las centrales de ciclo combinado existen cargas esenciales que deben ser alimentadas de forma permanente para el correcto funcionamiento de la instalación.

En la central de Empalme II una de las cargas más importantes que había que alimentar era el virador, la máquina que hace girar el rotor de la turbina de gas a muy bajas revoluciones para que se enfríe de forma homogénea y con ello evitar que se deforme. A nivel de automatización, el cliente quería que el sistema se gestionase, monitorizase y controlase íntegramente desde el panel de control general (SCADA).

Cómo funciona

En estos casos, el generador diésel de emergencia se conecta a un cuadro principal de acometida, que a su vez está conectado a tres barras diferentes, alimentando al cuadro de servicios esenciales generales y a los servicios esenciales de las dos turbinas de gas. Ante una situación de emergencia, el generador diésel alimentaría las cargas esenciales de la central y sería capaz de discriminar cada una de las tres barras, pudiendo alimentar cada una de ellas de forma conjunta o individual.

Para implantar este sistema, Genesal Energy propuso un PLC redundante basado en 2 CPU de manera que, ante el posible fallo de una de ellas, la otra tomaría el control del generador de forma automática, instantáneamente, sin que la central percibiese el cambio. También se instaló un relé de protección y un sincronizador para el funcionamiento en paralelo con la red. El equipo también dispone de una sala de control eléctrica con aire acondicionado, sistemas de detección y extinción de incendios con áreas diferenciadas de extinción por gas FM200.

Características técnicas

Potencia en servicio continuo: 1.818 kVA
Potencia en servicio de emergencia: 2.000 kVA
Tensión: 480/277 V
Frecuencia: 60 Hz
Velocidad: 1.800 RPM

Siemens ha recibido pedidos para suministrar un total de cuatro centrales eléctricas industriales llave en mano. Seis turbinas de gas SGT-A65 TR (Industrial Trent 60) conformarán el núcleo de las plantas de Luján y Matheu, localidades próximas a la capital Buenos Aires. Además, Siemens suministrará seis turbinas de gas industriales del tipo SGT-800 para las centrales eléctricas de Las Palmas y San Pedro, en las ciudades de San Pedro y Zárate. Los clientes de Siemens son las dos sociedades canadienses participadas Stoneway Capital y Araucaria Capital dirigidas por Roger Nores, que operarán las plantas como productores independientes de energía con el soporte de Siemens. El volumen del pedido es para Siemens de aproximadamente 570 M$. Siemens también se ha comprometido a un préstamo de 115 M$ para apoyar la construcción de las centrales eléctricas.

Estos pedidos suponen un gran éxito para nuestro negocio en Argentina“, comenta José Aparicio, vicepresidente de ventas para la región Latinoamérica en la División Power and Gas de Siemens. “Es la primera vez que vendemos una central eléctrica industrial llave en mano equipada con turbinas de gas aeroderivadas, así como un contrato de servicios a largo plazo. Las nuevas centrales eléctricas contribuirán a paliar la escasez energética en Argentina y aumentarán la seguridad del suministro“.

 

Además, Siemens ha firmado acuerdos de servicio de larga duración para las cuatro centrales eléctricas. Estos acuerdos incluyen la operación y el mantenimiento para cada una durante un periodo de diez años, facilitando el personal necesario para estas actividades. El acuerdo incluye también la supervisión remota, un servicio de asistencia disponible las 24 horas del día, repuestos y garantías de fiabilidad funcional. Estos servicios son parte central de la oferta de servicios digitales de Siemens, que combina análisis avanzados de datos con la dilatada experiencia de la empresa, lo que permite a los clientes aprovechar al máximo todo el potencial de su inversión en infraestructuras de energía mediante la mejora de la fiabilidad y la rentabilidad.

La planta de Luján estará equipada con dos turbinas de gas SGT-A65 TR y con generadores del tipo SGen5-100A y dispondrá de una potencia eléctrica de 127 MW. Las cuatro turbinas SGT-A65 TR consignadas a la central eléctrica de Matheu generarán una potencia total de 254 MW. Para la planta de 202 MW de Las Palmas, Siemens suministrará cuatro turbinas de gas SGT-800. Las otras dos turbinas de gas del tipo SGT-800 destinadas a la central eléctrica de San Pedro proporcionarán una potencia eléctrica de 104 MW.

La puesta en marcha de las cuatro centrales eléctricas industriales está prevista para finales de 2017. Todas las plantas podrán ampliarse posteriormente como centrales de ciclo combinado con turbinas de gas y de vapor. Las turbinas SGT-A65 TR se están fabricando en los centros de producción de Mount Vernon (EE.UU.) y Montreal (Canadá). Los generadores los proporcionará la fábrica de Siemens en Erfurt (Alemania) y las turbinas de gas SGT-800 se fabricarán en Finspang (Suecia).

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Siemens está preparando el camino para el siguiente nivel de eficiencia con el desarrollo de su clase de turbinas de gas HL. En junio de 2017, Siemens anunció que la compañía validará las tecnologías de su clase HL en sus instalaciones de Duke Energy del Condado de Lincoln, en Carolina del Norte. Siemens está desarrollando estos equipos en un paso de desarrollo evolutivo derivado de su probada tecnología SGT-8000H. Las avanzadas turbinas de gas Siemens de clase HL combinan una serie de nuevas pero ya probadas tecnologías y características de diseño mejoradas gracias a la experiencia adquirida, dando lugar a una tecnología de un mayor nivel de eficiencia y rendimiento. La clase HL está despejando el camino a niveles de eficiencia más allá del 63% con un objetivo a medio plazo de alcanzar el 65%

Además, Siemens está ganando velocidad para impulsar mejoras tecnológicas y competitividad transfiriendo tecnologías clave recientemente desarrolladas a toda su cartera de turbinas de gas. En un futuro próximo, todos los clientes se beneficiarán de una mayor eficiencia y de un aumento del rendimiento. Este enfoque forma parte de una serie de actividades para ayudar a los clientes de Siemens a competir en un mercado que cambia rápidamente, trabajando para reducir significativamente los tiempos de entrega y de construcción mediante la estandarización y la modularización.

 

La nueva clase HL de Siemens consta de tres máquinas: SGT5-9000HL, SGT6- 9000HL y SGT5-8000HL. En las operaciones de ciclo simple, la turbina de gas SGT 9000HL refrigerada con aire proporcionará una capacidad de 545 MW para el mercado de 50 Hz y 374 MW en la versión de 60 Hz. El modelo SGT5-8000HL proporcionará 453 MW en funcionamiento simplificado. Todos los motores alcanzan un nivel de más del 63% de eficiencia en el ciclo combinado.

Para lograr el máximo rendimiento, las turbinas operan a altas temperaturas de combustión. Para ello, los especialistas de Siemens han desarrollado tecnologías avanzadas de combustión, innovadores revestimientos multicapa, características de refrigeración interna altamente eficientes, así como la optimización del ciclo de agua y de vapor. Además, la optimización de los sellados minimiza el enfriamiento y las fugas de aire. Al mismo tiempo, la paleta evolutiva 3D permite una mayor eficiencia aerodinámica para el compresor.

Los elementos predefinidos y prefabricados, así como los proveedores y los productos preseleccionados permiten un tiempo de construcción significativamente reducido y un inicio rápido para los proyectos. Las turbinas están diseñadas para conectarse a la oferta digital de Siemens para operadores de plantas y empresas de servicios, incorporando conectividad a MindSphere, el sistema operativo basado en la nube de Siemens para Internet de las Cosas. MindSphere ofrece acceso a potentes análisis de Siemens y sus socios, utilizando percepciones intuitivas en el funcionamiento de la máquina y el soporte adecuado para ofrecer beneficios a los clientes.

Impulsado por la digitalización, la velocidad en el desarrollo de la tecnología está ganando rápidamente impulso en el campo de generación de energía“, dijo Willi Meixner, CEO de la División de Power&Gas de Siemens. “Nos ha llevado 10 años, desde 2000 hasta 2010, aumentar la eficiencia de nuestras centrales de ciclo combinado de un 58 a un 60%, otros seis años hasta alcanzar el 61,5% en 2016 y, ahora, estamos dando el siguiente paso para obtener más del 63%. Eso es increíble. Pero sabemos que la velocidad y la eficiencia por sí solas no son suficientes: la fiabilidad y la rentabilidad de nuestras soluciones así como la colaboración, el apoyo en la financiación y la asegurabilidad son también clave para nuestros clientes “, dijo Meixner.

Para minimizar el riesgo del cliente, Siemens sigue un exhaustivo proceso de validación y pruebas. Después de las pruebas de componentes prototipos en instalaciones propiedad de Siemens, la compañía está ahora realizando la validación en campo reales. “Con la nueva clase HL nuestros clientes estarán preparados para cualquier digitalización que traiga el futuro“, agregó Meixner.

En todo el mundo vemos que las energías renovables están creciendo rápidamente, pero las centrales eléctricas de gas seguirán desempeñando un papel vital en la combinación energética de las próximas décadas“, dijo Meixner. “Con la creciente participación de las energías renovables, la flexibilidad será una característica clave de las turbinas de gas. Nuestra clase HL ofrece un ciclo simple de 85 MW por minuto. Por lo tanto, las turbinas de gas altamente eficientes y flexibles como nuestra clase HL son el ajuste perfecto para los sistemas de energía con un aumento rápido del porcentaje de las renovables fluctuantes “, dijo Meixner.

En colaboración con el socio chino de EPC Liyu, MAN Diesel & Turbo ha ganado dos pedidos adicionales para la producción de energía mediante cogeneración en China. Las plantas compactas, basadas las turbinas de gas de la serie MGT, se entregarán a filiales de la empresa energética china ENN Group.

Una de las plantas de cogeneración, optimizadas para funcionar con gas natural, se utilizará en una zona industrial en la ciudad de Dongguan (Provincia de Guangdong) y además de unos 6 MW de electricidad también proporcionará 13 MW de calor. Con los mismos datos de rendimiento, la segunda planta suministrará a una fábrica de papel en Huaian (Provincia de Jiangsu). El exceso de calor de los paquetes de alternadores de la turbina de gas se utilizará con alta eficiencia y beneficiará los procesos de producción locales en forma de vapor de proceso.

 

MAN Diesel & Turbo tiene ahora una serie de proyectos en la República Popular en los que su tecnología de cogeneración ha sustituido a la antigua producción de energía basada en carbón. A través del cambio al combustible a gas natural y la utilización eficiente del calor excedente, estos proyectos están apoyando las metas establecidas por el gobierno chino para aumentar la eficiencia y reducir las emisiones. El éxito de las turbinas de gas MAN MGT se refleja en numerosos pedidos realizados por clientes finales tanto en China como en Alemania.

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Menores costes para los clientes, crecimiento económico regional, aumento de la eficiencia y la flexibilidad; son los beneficios potenciales de un acuerdo reciente entre Duke Energy y Siemens. Duke Energy ha remitido a la Comisión de Servicios de Carolina del Norte (NCUC) sus planes para la ampliación de su sitio de generación Lincoln County Combustion Turbine (LCCT), equipado con turbinas de gas. La propuesta incluye a Siemens como contratista de Ingeniería, Adquisiciones y Construcción (EPC) para el proyecto, incluyendo el suministro de la unidad avanzada de turbinas de gas.

Aproximadamente serán necesarios 400 MW de potencia pico para satisfacer las necesidades de los clientes de Duke Energy en Carolina para 2024. La aprobación del proyecto proporciona a Siemens la oportunidad de construir y probar su nueva tecnología de turbinas de gas a tiempo para satisfacer esta necesidad energética. Después de la construcción, las pruebas y la validación, la nueva unidad de turbinas de gas será entregada a Duke Energy para entrar en servicio. La unidad propuesta estará formada por las turbina de gas más eficientes de la flota de Duke Energy y alrededor del 25% más eficiente que las actuales turbinas de gas del condado de Lincoln.

 

Esta nueva tecnología proporcionará a Duke Energy una potencia pico flexible necesaria para complementar los recursos intermitentes de energía solar y reducir las emisiones de toda flota.

Pendiente de la aprobación reglamentaria, la construcción podría comenzar a mediados de 2018, con el comienzo de las pruebas de las turbinas de gas en 2020 en las instalaciones de 746 acres de Duke Energy cerca de Denver, Carolina del Norte. Esta instalación alberga actualmente 16 turbinas a gas en ciclo simple, capaces de generar 1.200 MW durante períodos cortos cuando las necesidades de los clientes son más altas.

El emplazamiento del condado de Lincoln, construido en 1995, incluye infraestructura existente tal como acceso al gas natural y conexiones de transmisión, haciéndolo conveniente para la ampliación.

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Siemens ha completado extensas operaciones de mantenimiento en las turbinas de gas de la central eléctrica Jebel Ali K en un tiempo récord de sólo 29 días laborables, un logro notable para un proyecto de esta escala. La central eléctrica se encuentra en Dubai, es propiedad de Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) y está en funcionamiento desde 2002.

En la parada se utilizó la aplicación del “rotor-swap”; un concepto pionero que ha sido desarrollado por DEWA para utilizar un rotor de repuesto y otras piezas críticas, almacenadas en el sitio de la planta, para maximizar la disponibilidad de cada unidad y reducir el tiempo de inactividad mientras se espera la finalización del trabajo de montaje del rotor.

 

Bajo los términos del acuerdo, Siemens prestó servicios de supervisión a tres de las turbinas de gas de Jebel Ali K-station para permitir un funcionamiento más eficiente y fiable durante aproximadamente 100.000 horas – equivalente a unos 15 años. Las mejoras también aumentaron la potencia en 62,6 MW y mejoraron la eficiencia de la central eléctrica en un 0,5%.

Después de un cierto número de horas de funcionamiento, todas las turbinas de gas necesitan ser desmanteladas para servicios de mantenimiento. Típicamente, una interrupción de este tipo llevaría hasta 45 días laborables para terminar, implicando a más de 100 trabajadores con diversas áreas de experiencia técnica. Mediante la implementación de un nuevo concepto de interrupción, Siemens fue capaz de realizar los servicios en tan sólo 29 días hábiles, estableciendo un nuevo punto de referencia mundial en mantenimiento para la industria energética.

Recientemente, Siemens y Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) han firmado un acuerdo para colaborar en un proyecto avanzado basado en datos. Siemens y DEWA están trabajando juntos para identificar maneras de mejorar la eficiencia térmica, proporcionar soluciones rentables para la optimización del rendimiento, gestionar los costes y reducir el consumo de combustible y las emisiones.

El municipio de Pesquería (Nuevo León) al norte de México, está experimentando un profundo cambio desde hace años. La llegada de diversas industrias, sobre todo siderúrgicas, lo ha convertido en una zona de rápido crecimiento industrial, impulsado principalmente por el Centro Industrial Ternium, que cada vez atrae a más profesionales y técnicos de diferentes indus¬trias. Y una de las cosas que hará a Pesquería aún más atractiva está a punto de arrancar: en las próximas semanas empezará a funcionar la Central Eléctrica Pesquería, una planta de ciclo combinado de 900 MW, que generará energía suficiente para abastecer a diferentes plantas industriales. La planta incorpora eficientes turbinas de gas GE, si bien una de sus principales peculiaridades radica en el sistema de tratamiento de agua.

Situada en las inmediaciones del Centro Industrial Ternium, la Central Eléctrica Pesquería es uno de los proyectos que impulsan el polo de desarrollo del municipio del que toma su nombre, que cuenta con infraestructura de carreteras y de servicios claves para la industria. Pesquería se encuentra entre las diez centrales eléctricas de mayor potencia de México. En cuanto a su configuración, Pesquería es una central de generación eléctrica en ciclo combinado con una configuración de tres turbinas de gas y una de vapor que abastecerá de energía a plantas industriales del Grupo Techint en México, así como a industrias cercanas, apoyando el crecimiento de la región.

Con presencia en México desde 1954, el Grupo Techint está integrado por TenarisTamsa, Ternium, Techint Ingeniería y Construcción, Tecpetrol, Tenova y Exiros, compañías líderes, globales y regionales, en los sectores de siderurgia, energía, construcción y tecnología. Varias de estas compañías han participado en el desarrollo del proyecto, entre ellas Tecpetrol, TenarisTamsa y Techint Ingeniería y Construcción, responsable de la construcción del mismo. Leer más…

Artículo publicado en: FuturENERGY Octubre 2016

Siemens se ha adjudicado un contrato de mantenimiento a largo plazo, con una duración de 25 años, para la central de ciclo combinado de Umm Al Houl en Qatar.

El cliente es Umm Al Houl Power Q.S.C., una empresa establecida a través de una asociación entre Qatar Electricity and Water Company (QWEC), Qatar Petroleum (QP), Qatar Foundation (QF) y K1 Energy (joint venture establecida por Mitsubishi Corporation y TEPCO Fuel & Power, Incorporated).

El contrato de Services incluye seis turbinas de gas SGT5-4000F de planta, cuatro turbinas de vapor SST5-4000, 10 generadores SGen5-1200A y los  sistemas de  instrumentación y control por un período de 25 años.

El acuerdo de mantenimiento a largo plazo está diseñado para mejorar la capacidad de operación, la flexibilidad y la rentabilidad de la planta de energía Umm Al Houl al aumentar la eficiencia, la fiabilidad y la disponibilidad a través de todo su ciclo de vida. El acuerdo permitirá la implementación de soluciones de servicios innovadores a través del mantenimiento preventivo, acortando los plazos de entrega de los repuestos y la asistencia técnica in situ.

La nueva central estará ubicada 15 km al sur de la capital Doha, adyacente a la zona económica de Qatar. La planta constará de dos bloques de potencia, cadasiemens2 uno en una configuración de 3+2. Cada bloque constará de tres turbinas de gas que se utilizan para generar el vapor que propulsa dos turbinas.

Con una potencia eléctrica total de 2,5 GW, y hasta 618 millones de litros de agua potable al día, la planta proporcionará casi un cuarto de la capacidad instalada de generación de energía del país. Con ello se garantizará el suministro eléctrico y de agua  adecuado en función de las fluctuaciones temporales y grandes acontecimientos. La puesta en marcha de la primera fase está prevista para el año 2017, y la de todo el complejo está prevista para mediados de 2018.

Siemens ha firmado acuerdos vinculantes con Ende Andina SAM de Bolivia para una sustancial expansión de la capacidad generadora de tres plantas termoeléctricas ya existentes. Estos contratos dan continuidad al Memorando de Entendimiento (MoU) firmado en noviembre de 2015 entre el Presidente de Bolivia, Evo Morales, y el Presidente y CEO de Siemens AG, Joe Kaeser. La capacidad total de generación eléctrica resultante de la extensión a ciclo combinado de las centrales Termoeléctrica del Sur, Termoeléctrica de Warnes y Termoeléctrica Entre Ríos (todas ellas propiedad del operador Ende Andina), aumente en más de 1 GW.

“Siemens está apoyando los continuos esfuerzos de Bolivia para mejorar el acceso a la energía eléctrica de su creciente población y su desarrollo económico,” dijo Willi Meixner, CEO de la división Power and Gas de Siemens. “Con estos tres contratos hemos dado otro paso importante en ese sentido, ayudando a Bolivia a proteger su soberanía energética,” añadió Meixner.

El alcance de suministro de Siemens consta de 14 turbinas de gas SGT-800, 11 turbinas de vapor con condensadores SST-400, 22 calderas de recuperación y el sistema de instrumentación y control SPPA-T3000. El grupo industrial español TSK será responsable de los trabajos de obra civil, montaje electromecánico y diferentes equipamientos auxiliares, así como del  suministro e instalación de las respectivas subestaciones eléctricas de los proyectos.

Termoeléctrica del Sur, ubicada en el sur de Bolivia, cerca de la frontera con Argentina, estará equipada con cuatro turbinas de gas SGT-800 adicionales, cuatro turbinas de vapor y ocho calderas de recuperación.

La segunda planta, Termoeléctrica de Warnes, se encuentra en la provincia Warnes, en la región de Santa Cruz, Bolivia. Ésta será ampliada con cuatro turbinas de gas SGT-800, cuatro turbinas de vapor SST- 400 y ocho calderas de recuperación.

Para Termoeléctrica Entre Ríos, ubicada en Cochabamba, a 220 kilómetros al sudeste de La Paz, Siemens suministrará seis turbinas de gas SGT-800, tres turbinas de vapor SST- 400 y seis calderas de recuperación.

COMEVAL