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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(tuán)計(jì)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(tuán)已經(jīng)提出了一個(gè)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?yàn)槟壳昂I巷L(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(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),西門子風(fēng)力發(fā)電集團(tuán)于2011年10月任命Felix Ferlemann博士為*執(zhí)行官。作為一名機(jī)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(dòng)機(jī)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(tuán)看中的恰恰是他的這些經(jīng)驗(yàn)——因?yàn)槠囆袠I(yè)在某些領(lǐng)域。Ferlemann說:“除堅(jiān)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(yàn)和做法。”Ferlemann的理念是仿效汽車平臺(tái)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(jī)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(gè)*。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(diǎn)。因此,它們能夠至少在長達(dá)20年的時(shí)間里經(jīng)受狂風(fēng)和惡劣天氣的考驗(yàn)。然而,轉(zhuǎn)子葉片生產(chǎn)是一個(gè)勞動(dòng)密集程度很高、進(jìn)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(jī)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(dòng)鋪放模子,每秒鋪放三米。這樣一來,生產(chǎn)時(shí)間將從300個(gè)小時(shí)減半為150個(gè)小時(shí),每年削減生產(chǎn)成本3,000萬歐元。”
針對(duì)長40米的轉(zhuǎn)子葉片模子進(jìn)行的初步試驗(yàn)取得了喜人的結(jié)果。西門子計(jì)劃,在2014年之前,在奧爾堡工廠借助機(jī)器人生產(chǎn)出*批55米葉片。西門子風(fēng)力發(fā)電集團(tuán)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(jī)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(jī)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(diǎn)納入考慮,我們甚至可以進(jìn)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(tuán)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(jī)制造商,2004年時(shí)的年產(chǎn)量約為200臺(tái),年均銷售額為3億歐元。如今,西門子的風(fēng)力發(fā)電機(jī)年產(chǎn)量高達(dá) 2,000臺(tái)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(jìn)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(jī)器人來制造轉(zhuǎn)子葉片,并且許多部件,如機(jī)艙將實(shí)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(qiáng)。
適用于機(jī)艙的無齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙的生產(chǎn)也是這種情況。機(jī)艙的制造成本大致占風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(tuán)正通過實(shí)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(jī)就擯棄了常見的變速箱與異步發(fā)電機(jī)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(jī)。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(jī)的重量減輕了30%。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)配套的電機(jī),亦可安裝到不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中。這能降低采購和倉儲(chǔ)成本。
這不僅為客戶降低了單位裝機(jī)容量的投資成本,更為其節(jié)省了維護(hù)成本。Rabe說:“無齒輪設(shè)計(jì)提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性,從而降低其運(yùn)行期間的維護(hù)成本。這一點(diǎn)十分重要,因?yàn)閷?duì)海上風(fēng)電場的損壞變速箱進(jìn)行維修的費(fèi)用,幾乎與當(dāng)初安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)都已采用了直驅(qū)技術(shù),Rabe預(yù)計(jì)這種解決方案在西門子風(fēng)力發(fā)電集團(tuán)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(gè)時(shí)候,機(jī)艙的基本設(shè)計(jì)很有可能也有所改變。如今,這些組件仍然在三座工廠進(jìn)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(yùn)送至風(fēng)電場建設(shè)工地。但在未來,工程師計(jì)劃將這些復(fù)雜系統(tǒng)拆分為兩個(gè)模塊——前端的發(fā)電機(jī)和尾艙。尾艙里邊裝配電力電子系統(tǒng)和機(jī)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(gè)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(diǎn)的其他生產(chǎn)基地制造尾艙。不過,復(fù)雜的發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī),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(jī)艙運(yùn)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(yùn)輸,還是將其一分為二,用兩車運(yùn)送,其費(fèi)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(yùn)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(gè)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(gè)部件可以采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的集裝箱來運(yùn)輸。這些組件的制造成本也更低,因?yàn)槲覀兛梢杂娩摪逶谌詣?dòng)化生產(chǎn)線上大批量生產(chǎn)這些組件。得益于這項(xiàng)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(dú)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(tuán)希望以這種方式簡化并標(biāo)準(zhǔn)化其整個(gè)產(chǎn)品組合。具體而言,它想將過去的13個(gè)產(chǎn)品系列精簡為4個(gè)平臺(tái),由此提供四款風(fēng)機(jī)——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(gè)平臺(tái)均由6個(gè)模塊構(gòu)成:轉(zhuǎn)子葉片、將之連接至發(fā)電機(jī)的組件、發(fā)電機(jī)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(diǎn),那么,西門子將成功地將汽車行業(yè)的平臺(tái)戰(zhàn)略移植到風(fēng)電行業(yè)。
Ferlemann說:“其目的是助力打造一個(gè)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(bǔ)貼日益減少。在這個(gè)過程中,我們也能從汽車行業(yè)汲取經(jīng)驗(yàn)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(huì)這樣做。西門子不僅自行開發(fā)機(jī)艙、轉(zhuǎn)子葉片及其他組件,而且還能評(píng)估所采購組件的質(zhì)量。”