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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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá) 2,000臺左右,，銷售額約為50億歐元,，待完成訂單額更是高達(dá)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(dá)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,。”