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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(xiàn)這些目標，西門子風力發(fā)電集團于2011年10月任命Felix Ferlemann博士為首席執(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)在某些領域遙遙領先。Ferlemann說：“除堅持不懈地創(chuàng)新之外，降低成本最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(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驗和做法?！盕erlemann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)學習的一個典范。西門子是世界上唯一一家可生產長達75米的葉片的公司。歸功于已獲得專利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，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第一批55米葉片。西門子風力發(fā)電集團的首席戰(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?！?/P>

這只是第一步。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(jù)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?！?/P>

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(xiàn) 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。”

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(xiàn)模塊化生產和降低復雜度來降低成本。譬如，最新推出的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)頻率保持一致的永磁直驅同步發(fā)電機。這種無齒輪直驅解決方案所需組件數(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?！蔽鏖T子在歐洲出售的大多數(shù)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第一位。

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(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發(fā)動機，而將諸如駕駛室等模塊委托其他廠商生產一樣?！?/P>

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(shù)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極高塔架的螺栓連接式鋼殼結構件。不再使用三段高數(shù)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?！?/P>

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(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?！?/P>

Christian Buck

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近幾個世紀，人們越來越多地把定居點選在容易發(fā)生諸如暴風雨、洪水和地震等極端自然現(xiàn)象的地帶。不論是吞噬日本的海嘯，還是席卷紐約的颶風，只有借助智慧、強健的基礎設施，城市才能把自己武裝起來，抵御未來的災難。

蜉蝣不知春秋，而生活在南極的巨型六放海綿卻仿佛能長生不老，它的壽命長達萬年之久。研究人員認為，長壽緣于其耗氧量極低，因而新陳代謝非常緩慢。事實上，這種海綿的生長速度極慢。而且它生活在冰冷的環(huán)境中。它是在數(shù)個世紀的漫長歲月中，逐漸學會適應周圍環(huán)境的生物之一。

同這種體型龐大的海綿一樣，人類居住區(qū)也是生命力恒久的有機體。然而，一方面，人類居住區(qū)聚居的人口占世界人口的比重日益增大，但在適應環(huán)境方面，它們卻并不善于學習。據(jù)聯(lián)合國發(fā)布的數(shù)據(jù)，從2000年到2012年，因極端天氣而喪生的人數(shù)多達120萬。全球最大的再保險公司慕尼黑再保險公司的地質風險研究部主管Peter Hoppe教授指出，“英國著名經濟學家尼古拉斯?斯特恩勛爵曾說過，到本世紀末，（自然災害）造成的損失將占全球國內生產總值的20%?！彼a充道，北美地區(qū)尤其危險，“過去30年間，北美地區(qū)遭遇的自然災害數(shù)量增加了近5倍”。

不久前肆虐紐約的颶風便是其中之一。2012年年底，颶風“桑迪”過境，造成大面積斷電，著名的紐約天際線夜景頓失璀璨。整個大都會地區(qū)只有一小塊區(qū)域幸免于難——即布朗克斯區(qū)的Coop City。當“桑迪”襲擊紐約時，西門子承建的一座4萬千瓦聯(lián)合循環(huán)電廠仍在不斷向Coop City的6萬住戶供應電力和熱水。實現(xiàn)這一點的關鍵要素是一個微型電網(wǎng)——一種實質上獨立的電力網(wǎng)絡。

2013年，西門子與紐約市規(guī)劃部門和Arup顧問公司合作，幫助紐約制定了一份電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃。這個規(guī)劃指出，今后20年內，如果不采取任何保護措施，像“桑迪”這樣的自然災害造成的損失將飆升至30億美元。相比之下，如果對增強電網(wǎng)智能性和強健性的技術進行投資，那么，這樣的損失最多可減少20億美元。紐約已經采取了首批此類舉措。自2013年6月起，由西門子提供設備的一條高壓直流背靠背輸電線路已將紐約與新澤西電網(wǎng)連接起來。其目的是確保經由鋪設在哈德遜河下方的高壓直流電纜從新澤西輸出的6600千瓦補充電力能夠增強紐約的供電安全性。

同時，美國大陸以及夏威夷群島的電網(wǎng)運營商也在依靠西門子技術提高電網(wǎng)的可靠性。譬如，西門子的智能網(wǎng)絡管理系統(tǒng)有助于即時查明網(wǎng)內故障、隔離故障并安全地切換輸電線路，從而避免斷電。但停電只是最快引發(fā)一連串混亂的事件。試想，如果某一天，谷歌搜索引擎或網(wǎng)銀系統(tǒng)癱瘓，結果會怎么樣？這樣的事件會令城市居民無法忍受。正因如此，計算中心運營商紛紛依賴西門子系統(tǒng)來保障其電源可靠工作。不止如此，德克薩斯州的谷歌計算中心甚至采用了可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。西門子提供的數(shù)臺23千瓦級風電機組為其提供電力。

日本可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀。世界各地都面臨著類似的危險。慕尼黑再保險公司地質風險研究部編纂的長期統(tǒng)計資料中記錄，除美國之外，還有另一個區(qū)域特別容易受到傷害，那就是亞太地區(qū)。自1980年至今，全球發(fā)生的所有自然災害中，有40%左右在這一區(qū)域。特別是有一次災難，令全世界都為之哀痛：2011年3月，日本發(fā)生的強震和海嘯奪去了約1.6萬人的生命，這場巨大災難還導致福島第一核電站核泄漏事故，險些讓那里變成人間地獄。如今，日本只剩兩座核反應堆還在運行。過去，日本國內三分之一的電力來源于核電站。直到不久前，日本仍有54座核電站在運轉。

盡管首相安倍晉三極力主張重新啟動核電站，但日本已經打算大力發(fā)展可再生能源發(fā)電。日本風能協(xié)會透露，日本計劃到2020年將其風電裝機容量從當前的約260萬千瓦提高到1100萬千瓦。到2050年，日本風電裝機容量將增至5000萬千瓦左右。東京市政府環(huán)境局規(guī)劃部門副主任Shoji Kobayashi表示，“位于日本北部的北海道是建設風電場的理想地點之一?！蔽鏖T子風電亞太業(yè)務部首席執(zhí)行官Kay Weber補充道，“日本是亞太地區(qū)最具吸引力的風電市場之一?！睆?014年夏季開始，西門子提供的6臺容量為3000千瓦的直驅型風力發(fā)電機將在日本本州島西北海岸投入運行。

地底神龍。日本也深入地底開發(fā)能源。日本環(huán)境省稱，日本地熱發(fā)電量有可能達到3400萬千瓦；目前，日本地熱發(fā)電標稱裝機容量僅為50萬千瓦多點。然而有個問題。日本民間傳說，地底深處住著一條神龍。它一生氣，就會噴出熊熊烈火，搖天撼地。也就是說，在火山噴發(fā)活躍，地殼構造經常碰撞的地帶，往往地震活動頻繁。

這些充滿挑戰(zhàn)的地質條件要求使用經專門改造的蒸汽輪機。因此，舉例而言，西門子的一支團隊正在研制配備了自動關閉系統(tǒng)的優(yōu)化輪機。當發(fā)生地震時，這種輪機可以快速、安全地切換至空閑模式，以避免損害。

西門子研究人員也在研制一種經改良的實時評價流程，適用于輪機和機車生成的傳感器數(shù)據(jù)。由此得出的信息有助于判定機械負荷、預測故障以及在結構零件損壞之前查明問題等。

歐洲也在大力提高可再生能源發(fā)電的占比。譬如，意大利在其全國能源計劃中設立了到2020年將可再生能源發(fā)電占比從當前的5%提高至17%的目標。

然而，當諸如太陽能電站和風電場等不穩(wěn)定發(fā)電設施并網(wǎng)發(fā)電時，供電波動在所難免。正因如此，未來，類似西門子Siestorage的蓄電裝置將有助于保障平穩(wěn)供電。目前，意大利最大的供電公司Enel公司已在使用Siestorage系統(tǒng)。該系統(tǒng)的蓄電容量為500度，輸出功率最高為1000千瓦。西門子電力系統(tǒng)和蓄電裝置高級銷售經理Uwe Fuchs說：“我們的系統(tǒng)是歐洲首個大型鋰離子蓄電系統(tǒng)。其控制電子裝置可持續(xù)不斷地測定電網(wǎng)電壓和頻率。取決于需求水平，Siestorage既可以儲存來自電網(wǎng)的電力，也可以重新向電網(wǎng)輸送電力?！?/P>

投資打造整體解決方案。據(jù)國際能源署（IEA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，在可預見的未來，礦物燃料仍將在全球能源構成中占據(jù)重要位置。由于其在全球經濟中的重要性，2011年，礦物燃料獲得的補貼高達5230億美元，比2010年提高了30%。盡管如此，陸地石油儲量日趨枯竭，現(xiàn)在必須大費周章，花費不菲成本勘探和開發(fā)新的油藏，如海底油藏。為此，挪威的西門子專家正在研制能夠應對極端條件的新技術。其中一項技術是哪怕在海平面以下3000米的地方，也能保持正常工作的可靠電源。

國際能源署認為，石油需求量與日俱增，主要歸因于道路交通的發(fā)展。道路交通產生的二氧化碳占全球二氧化碳總排放量的22%，是繼發(fā)電之后的第二大排放源。有鑒于此，重要的是減輕交通擁堵，開發(fā)更高效的傳動系統(tǒng)和減少二氧化碳排放。在這方面，西門子推出的以環(huán)境為導向的交通管理系統(tǒng)將有所助益，德國許多城市開展的試點項目已經證實了這一點。

然而，經驗表明，只有當城市投資于整體解決方案時，這些目標才能得以實現(xiàn)。換句話說，這類技術必須結合公交系統(tǒng)、汽車共享服務和低排量汽車的開發(fā)等，多管齊下，才能起到最佳效果?？紤]到2050年，全球人口總數(shù)將達到95億左右，這種一體化解決方案似乎不可或缺。居住在城市中心的人口將遠不止65億，并且其中許多人就像今天的人們一樣，將住在沿海地區(qū)以及倍受極端天氣困擾的地帶。到那時，盡可能地提高基礎設施的可靠性和能效，將比現(xiàn)在更為重要。

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