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南通西門子代理商
產品時間：2023-12-24
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生產新模式
風力發(fā)電的成本依然普遍高于燃煤發(fā)電。西門子風力發(fā)電集團計劃全盤引入工業(yè)制造流程，以提高風電的競爭力，加快風電的發(fā)展。
西門子風力發(fā)電集團已經提出了一個明確目標：在2020年之前，將岸上風力發(fā)電成本降至每度5歐分以下。這樣，風力發(fā)電就能與傳統(tǒng)能源平起平坐。相比之下，目前取決于風電場所處位置，風力發(fā)電每生產一度電的成本為7歐分左右。西門子還認為，應當大幅降低海上風力發(fā)電的成本，因為目前海上風力發(fā)電成本高達岸上風力發(fā)電成本的兩倍左右。因此，西門子的目標是將海上風力發(fā)電成本降至每度電10歐分以下，以提高海上風力發(fā)電的競爭力。
為了實現這些目標，西門子風力發(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，Ferlemann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)。但西門子風力發(fā)電集團看中的恰恰是他的這些經驗——因為汽車行業(yè)在某些領域。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)化生產流程。過去幾十年來，汽車行業(yè)已經大大優(yōu)化了車輛組件，以至于現在他們可以最大限度降低制造成本。風力發(fā)電行業(yè)能夠從中汲取許多有益的經驗和做法。”Ferlemann的理念是仿效汽車平臺戰(zhàn)略、模塊化、標準化和精益制造等流程。
風力發(fā)電機的巨型轉子葉片的生產，便是風力發(fā)電行業(yè)如何向汽車行業(yè)學習的一個*。西門子是世界上一家可生產長達75米的葉片的公司。歸功于已獲得的整體成型葉片技術，西門子生產的轉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年的時間里經受狂風和惡劣天氣的考驗。然而，轉子葉片生產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米的生產車間里，西門子員工目前正在人工鋪放轉子葉片模子以及玻璃纖維墊和輕木木材，為將上下兩半結合起來、抽空然后注入液體環(huán)氧樹脂做好準備。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，生產時間將從300個小時減半為150個小時，每年削減生產成本3,000萬歐元。”
針對長40米的轉子葉片模子進行的初步試驗取得了喜人的結果。西門子計劃，在2014年之前，在奧爾堡工廠借助機器人生產出*批55米葉片。西門子風力發(fā)電集團的*戰(zhàn)略師Jan Rabe指出，“我們將使用經我們的轉子葉片生產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先。”
這只是*步。西門子還可以直接用玻璃纖維自行生產出用于葉片生產的定制墊子，以滿足與風力發(fā)電機相關的特殊要求。Rabe說：“可以根據墊子在轉子葉片中的位置，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成本。”
要讓風力發(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力發(fā)電機制造商，2004年時的年產量約為200臺，年均銷售額為3億歐元。如今，西門子的風力發(fā)電機年產量高達 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，“當然，剛開始我們必須全力以赴追求增長，但現 在，我們已經進入鞏固成果階段，需要提高生產率和降低成本。”
西門子正在開發(fā)旨在加快風力發(fā)電設備生產的新技術。譬如，現在已可使用鋼殼構件在現場搭建塔架，未來將使用機器人來制造轉子葉片，并且許多部件，如機艙將實現模塊化生產和交付。如此一來，風力發(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)。風力發(fā)電機機艙的生產也是這種情況。機艙的制造成本大致占風力發(fā)電機總成本的60%，在剩下的成本中，塔架和轉子葉片大致各占一半。
總而言之，西門子風力發(fā)電集團正通過實現模塊化生產和降低復雜度來降低成本。譬如，推出的3,000千瓦和6,000千瓦風力發(fā)電機就擯棄了常見的變速箱與異步發(fā)電機組合，而是使用了與電網頻率保持*的永磁直驅同步發(fā)電機。這種無齒輪直驅解決方案所需組件數量比該系統(tǒng)通常使用的組件數量減少一半，從而將風力發(fā)電機的重量減輕了30%。
風力發(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：“無齒輪設計提高了風力發(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，因為對海上風電場的損壞變速箱進行維修的費用，幾乎與當初安裝風力發(fā)電機的成本一樣高。”西門子在歐洲出售的大多數風力發(fā)電機都已采用了直驅技術，Rabe預計這種解決方案在西門子風力發(fā)電集團業(yè)務組合中的份額，將在短短幾年內躍升至*位。
到那個時候，機艙的基本設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電場建設工地。但在未來，工程師計劃將這些復雜系統(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，應當始終讓這兩個模塊彼此分開。這種方法大大提高了生產靈活性。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基地制造尾艙。不過，復雜的發(fā)電機模塊依然只能在為數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發(fā)動機，而將諸如駕駛室等模塊委托其他廠商生產一樣。”
將這些所謂的分解機艙運到風電場建設工地的成本也將大幅降低。要知道，取決于風電場所在國家，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。大多數塔架仍然由直徑長達6米的龐大、沉重的鋼制組件構成，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構件。不再使用三段高數米的結構件，而是由14到18個用螺栓連接起來的鋼殼結構件組成塔架。Ferlemann指出，“新型螺栓連接式鋼殼塔架的各個部件可以采用標準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線上大批量生產這些組件。得益于這項技術，這些組件也很容易上漆。”
Ferlemann認為，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)。西門子風力發(fā)電集團希望以這種方式簡化并標準化其整個產品組合。具體而言，它想將過去的13個產品系列精簡為4個平臺，由此提供四款風機——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個模塊構成：轉子葉片、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頻率的電子系統(tǒng)。這些模塊也是由相應的子模塊組成。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)汲取經驗教訓。一些汽車制造商將其開發(fā)的技術專長轉讓給供應商，結果喪失了專有技術。我們肯定不會這樣做。西門子不僅自行開發(fā)機艙、轉子葉片及其他組件，而且還能評估所采購組件的質量。”