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生產(chǎn)新模式
風(fēng)力發(fā)電的成本依然普遍高于燃煤發(fā)電。西門子風(fēng)力發(fā)電集團計劃全盤引入工業(yè)制造流程，以提高風(fēng)電的競爭力，加快風(fēng)電的發(fā)展。
西門子風(fēng)力發(fā)電集團已經(jīng)提出了一個明確目標(biāo)：在2020年之前，將岸上風(fēng)力發(fā)電成本降至每度5歐分以下。這樣，風(fēng)力發(fā)電就能與傳統(tǒng)能源平起平坐。相比之下，目前取決于風(fēng)電場所處位置，風(fēng)力發(fā)電每生產(chǎn)一度電的成本為7歐分左右。西門子還認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)大幅降低海上風(fēng)力發(fā)電的成本，因為目前海上風(fēng)力發(fā)電成本高達岸上風(fēng)力發(fā)電成本的兩倍左右。因此，西門子的目標(biāo)是將海上風(fēng)力發(fā)電成本降至每度電10歐分以下，以提高海上風(fēng)力發(fā)電的競爭力。
為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，西門子風(fēng)力發(fā)電集團于2011年10月任命Felix Ferlemann博士為*執(zhí)行官。作為一名機械工程師，F(xiàn)erlemann在加盟西門子之前曾在汽車行業(yè)工作十余年。因此，相比于發(fā)動機或轉(zhuǎn)子葉片，他更為熟悉的是真空泵、底盤和變速系統(tǒng)。但西門子風(fēng)力發(fā)電集團看中的恰恰是他的這些經(jīng)驗——因為汽車行業(yè)在某些領(lǐng)域。Ferlemann說：“除堅持不懈地創(chuàng)新之外，降低成本較有效的途徑是引入工業(yè)化生產(chǎn)流程。過去幾十年來，汽車行業(yè)已經(jīng)大大優(yōu)化了車輛組件，以至于現(xiàn)在他們可以最大限度降低制造成本。風(fēng)力發(fā)電行業(yè)能夠從中汲取許多有益的經(jīng)驗和做法。”Ferlemann的理念是仿效汽車平臺戰(zhàn)略、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和精益制造等流程。
風(fēng)力發(fā)電機的巨型轉(zhuǎn)子葉片的生產(chǎn)，便是風(fēng)力發(fā)電行業(yè)如何向汽車行業(yè)學(xué)習(xí)的一個*。西門子是世界上一家可生產(chǎn)長達75米的葉片的公司。歸功于已獲得的整體成型葉片技術(shù)，西門子生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子葉片沒有任何接縫，這意味著葉片上沒有任何薄弱點。因此，它們能夠至少在長達20年的時間里經(jīng)受狂風(fēng)和惡劣天氣的考驗。然而，轉(zhuǎn)子葉片生產(chǎn)是一個勞動密集程度很高、進度緩慢的過程。在位于丹麥奧爾堡的一座長達250米的生產(chǎn)車間里，西門子員工目前正在人工鋪放轉(zhuǎn)子葉片模子以及玻璃纖維墊和輕木木材，為將上下兩半結(jié)合起來、抽空然后注入液體環(huán)氧樹脂做好準(zhǔn)備。Ferlemann表示，“機器人能像人一樣鋪放模子，并且速度要快得多。它們可以自動鋪放模子，每秒鋪放三米。這樣一來，生產(chǎn)時間將從300個小時減半為150個小時，每年削減生產(chǎn)成本3,000萬歐元。”
針對長40米的轉(zhuǎn)子葉片模子進行的初步試驗取得了喜人的結(jié)果。西門子計劃，在2014年之前，在奧爾堡工廠借助機器人生產(chǎn)出*批55米葉片。西門子風(fēng)力發(fā)電集團的*戰(zhàn)略師Jan Rabe指出，“我們將使用經(jīng)我們的轉(zhuǎn)子葉片生產(chǎn)專家專門編程的常規(guī)工業(yè)機器人。此舉將令我們在競爭中一馬當(dāng)先。”
這只是*步。西門子還可以直接用玻璃纖維自行生產(chǎn)出用于葉片生產(chǎn)的定制墊子，以滿足與風(fēng)力發(fā)電機相關(guān)的特殊要求。Rabe說：“可以根據(jù)墊子在轉(zhuǎn)子葉片中的位置，將之織成不同的厚度。如果在制造過程中將這一點納入考慮，我們甚至可以進一步降低葉片生產(chǎn)成本。”
要讓風(fēng)力發(fā)電行業(yè)像過去幾年那樣保持高速增長，必須采用這樣的方法。自2004年收購Bonus公司以來，西門子風(fēng)力發(fā)電集團的銷售額年均每年增長40% 左右。Bonus公司是丹麥的一家風(fēng)力發(fā)電機制造商，2004年時的年產(chǎn)量約為200臺，年均銷售額為3億歐元。如今，西門子的風(fēng)力發(fā)電機年產(chǎn)量高達 2,000臺左右，銷售額約為50億歐元，待完成訂單額更是高達110億歐元。Ferlemann表示，“當(dāng)然，剛開始我們必須全力以赴追求增長，但現(xiàn) 在，我們已經(jīng)進入鞏固成果階段，需要提高生產(chǎn)率和降低成本。”
西門子正在開發(fā)旨在加快風(fēng)力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)的新技術(shù)。譬如，現(xiàn)在已可使用鋼殼構(gòu)件在現(xiàn)場搭建塔架，未來將使用機器人來制造轉(zhuǎn)子葉片，并且許多部件，如機艙將實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)和交付。如此一來，風(fēng)力發(fā)電的競爭力將大大增強。
適用于機艙的無齒輪傳動系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機機艙的生產(chǎn)也是這種情況。機艙的制造成本大致占風(fēng)力發(fā)電機總成本的60%，在剩下的成本中，塔架和轉(zhuǎn)子葉片大致各占一半。
總而言之，西門子風(fēng)力發(fā)電集團正通過實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)和降低復(fù)雜度來降低成本。譬如，推出的3,000千瓦和6,000千瓦風(fēng)力發(fā)電機就擯棄了常見的變速箱與異步發(fā)電機組合，而是使用了與電網(wǎng)頻率保持*的永磁直驅(qū)同步發(fā)電機。這種無齒輪直驅(qū)解決方案所需組件數(shù)量比該系統(tǒng)通常使用的組件數(shù)量減少一半，從而將風(fēng)力發(fā)電機的重量減輕了30%。
風(fēng)力發(fā)電機還包含液壓和電力電子系統(tǒng)等模塊，它們也可用于其他產(chǎn)品。因此，許多模塊化組件，譬如與發(fā)電機配套的電機，亦可安裝到不同類型的風(fēng)力發(fā)電機中。這能降低采購和倉儲成本。
這不僅為客戶降低了單位裝機容量的投資成本，更為其節(jié)省了維護成本。Rabe說：“無齒輪設(shè)計提高了風(fēng)力發(fā)電機的可靠性，從而降低其運行期間的維護成本。這一點十分重要，因為對海上風(fēng)電場的損壞變速箱進行維修的費用，幾乎與當(dāng)初安裝風(fēng)力發(fā)電機的成本一樣高。”西門子在歐洲出售的大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機都已采用了直驅(qū)技術(shù)，Rabe預(yù)計這種解決方案在西門子風(fēng)力發(fā)電集團業(yè)務(wù)組合中的份額，將在短短幾年內(nèi)躍升至*位。
到那個時候，機艙的基本設(shè)計很有可能也有所改變。如今，這些組件仍然在三座工廠進行裝配：丹麥Brande的工廠、堪薩斯州Hutchinson的工廠和中國上海的工廠。裝配完畢后，這些組件將被運送至風(fēng)電場建設(shè)工地。但在未來，工程師計劃將這些復(fù)雜系統(tǒng)拆分為兩個模塊——前端的發(fā)電機和尾艙。尾艙里邊裝配電力電子系統(tǒng)和機艙執(zhí)行器。其思路是，在將之安裝到塔架頂部之前，應(yīng)當(dāng)始終讓這兩個模塊彼此分開。這種方法大大提高了生產(chǎn)靈活性。Rabe表示，“這種模塊化方式，允許我們在位于不同地點的其他生產(chǎn)基地制造尾艙。不過，復(fù)雜的發(fā)電機模塊依然只能在為數(shù)不多的幾座西門子工廠制造，這就像是汽車制造商自行生產(chǎn)發(fā)動機，而將諸如駕駛室等模塊委托其他廠商生產(chǎn)一樣。”
將這些所謂的分解機艙運到風(fēng)電場建設(shè)工地的成本也將大幅降低。要知道，取決于風(fēng)電場所在國家，考慮到要通過較窄的路段和載重能力較小的橋梁，將大約80噸重的貨物一車運輸，還是將其一分為二，用兩車運送，其費用可能天壤之別。
西門子的創(chuàng)新方法也將很快簡化塔架的運輸。大多數(shù)塔架仍然由直徑長達6米的龐大、沉重的鋼制組件構(gòu)成，必須在工地將這些組件堆疊、連接起來。
然而，自2012年起，西門子就一直在提供適用于*塔架的螺栓連接式鋼殼結(jié)構(gòu)件。不再使用三段高數(shù)米的結(jié)構(gòu)件，而是由14到18個用螺栓連接起來的鋼殼結(jié)構(gòu)件組成塔架。Ferlemann指出，“新型螺栓連接式鋼殼塔架的各個部件可以采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的集裝箱來運輸。這些組件的制造成本也更低，因為我們可以用鋼板在全自動化生產(chǎn)線上大批量生產(chǎn)這些組件。得益于這項技術(shù)，這些組件也很容易上漆。”
Ferlemann認(rèn)為，建造一座高115米以上的鋼殼塔架的成本，可以降至比由單獨制造的鋼圈組成的常規(guī)管狀塔架的成本低得多的水平。
效仿汽車行業(yè)。西門子風(fēng)力發(fā)電集團希望以這種方式簡化并標(biāo)準(zhǔn)化其整個產(chǎn)品組合。具體而言，它想將過去的13個產(chǎn)品系列精簡為4個平臺，由此提供四款風(fēng)機——容量分別為2,300千瓦、3,000千瓦、4,000千瓦、6,000千瓦——供客戶選擇。這4個平臺均由6個模塊構(gòu)成：轉(zhuǎn)子葉片、將之連接至發(fā)電機的組件、發(fā)電機自身、尾艙、塔架和用于生成電網(wǎng)頻率的電子系統(tǒng)。這些模塊也是由相應(yīng)的子模塊組成。如果能做到這一點，那么，西門子將成功地將汽車行業(yè)的平臺戰(zhàn)略移植到風(fēng)電行業(yè)。
Ferlemann說：“其目的是助力打造一個能夠發(fā)揮舉足輕重作用的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)——盡管政府補貼日益減少。在這個過程中，我們也能從汽車行業(yè)汲取經(jīng)驗教訓(xùn)。一些汽車制造商將其開發(fā)的技術(shù)專長轉(zhuǎn)讓給供應(yīng)商，結(jié)果喪失了專有技術(shù)。我們肯定不會這樣做。西門子不僅自行開發(fā)機艙、轉(zhuǎn)子葉片及其他組件，而且還能評估所采購組件的質(zhì)量。”