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生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(xiàn)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，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、標準化和精益制造等流程。
風力發(fā)電機的巨型轉(zhuǎn)子葉片的生產(chǎn)，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(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(chǎn)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(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(chǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)模塊化生產(chǎn)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(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(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(shù)風力發(fā)電機都已采用了直驅(qū)技術(shù)，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(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電場建設(shè)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(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電場建設(shè)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(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(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(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(jīng)驗教訓。一些汽車制造商將其開發(fā)的技術(shù)專長轉(zhuǎn)讓給供應商，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。”