以齒輪箱為核心業務的威能極,趕上中國風電市場近十多年的“快速列車”,憑借技術和成本優勢,始終穩居一流,并將與中國企業共迎平價時代。
在中國風電行業三十年跨越式發展的時代浪潮中,整機廠商幾度沉浮,外資企業僅剩寥寥幾家,但在產業鏈上,一些外資零部件廠商憑借技術和成本優勢,始終穩居一流。以齒輪箱為核心業務的威能極(Winergy)就是其中的典型代表。日前,《風能》雜志記者探訪了威能極中國公司,采訪了威能極中國總經理Joerg Sieber(中國同事為他起了一個很貼切的中文名字“思博”,內文采用其中文名)。
|技術和成本優勢助力贏得中國市場
2006年,借著中國對風電設備國產化的要求和可再生能源法實施的東風,弗蘭德旗下專注于風電領域的威能極,很快抓住這一時機,正式進入中國。而早在 1996年,弗蘭德就在天津設廠。伴隨著中國風電的快速崛起,由威能極供給齒輪箱的中國整機廠商曾一度達到11家,而風電設備的國產化率也從30%一路上升 至90%。其間,有的企業退出風電舞臺,而有的企業則成長為行業翹楚。在市場的起起伏伏中,威能極始終是風電齒輪箱行業中的領導品牌。在對中國市場的深耕中,這家德國企業低調內斂,卻內功深厚。自1981年開始交付第一臺風電專用齒輪箱以來,威能極已向世界各地提供了10萬多臺齒輪箱,總裝機容量達1.6 億千瓦,居全球第一;為中國市場交付了近2萬臺齒輪箱,總裝機容量達4000 萬千瓦,在中國市場占有率排名第二。
威能極總部坐落于德國的Voerde,在德國、美國、印度和中國擁有4個生產基地,在全球設有12個服務中心,覆蓋了全球主要的風電市場。
“天津是威能極在全球最重要的生產基地,產能不但供給中國市場,還有近一半供應全球市場,這主要得益于中國市場完備的制造業基礎、完善的供應鏈以及低于世界其他地方的成本等優勢。因此,威能極具有德國的技術、中國的價格。” 談及威能極中國的成功,思博向記者表示。
|成功的背后是專注
除成本之外,一流技術成就的一流質量,則是這家企業能夠獨占鰲頭更重要的因素。
通常,葉輪的轉速很低,遠遠達不到普通發電機所要求的轉速,需要通過齒輪箱增速來實現,因此,齒輪箱也被稱為增速箱。作為傳動鏈上的重要部件,齒輪箱要承受動、靜載荷,無規律的變相、變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊,在特殊場景下,還要經受嚴寒酷暑等極端天氣的考驗。因此,風電行業對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械產品更加嚴苛的要求。
在齒輪箱的設計優化、精湛工藝、精準測試的追求上,威能極則充分顯示了“德國制造”嚴謹細致、追求完美的特質。
步入威能極巨大的車間,記者仿佛來到一個鋼鐵的世界,鐵鏈、吊鉤、滑輪......四條緊湊的生產線上,擺放著一人多高冷酷的“大塊頭” 齒輪箱。它們寶藍色的外衣散發著釉質的光澤,像一個個待嫁的女兒。
“這里常年保持恒溫恒濕的狀態,因為溫濕度的變化也會影響到測試數據的準確性。”思博介紹說,“威能極天津工廠是按照德國工廠 1:1 比例標準設計的,采用精益生產模式,執行全球統一的標準化作業。這里配備了全世界最先進的風電齒輪箱測試系統,包括最先進的噪聲及振動檢測系統、溫度和壓力采集系統、扭矩和轉速采集系統,以及潤滑油清潔度檢測系統。測試平臺實現全自動化,統一在集控室通過集中控制系統進行遠程控制,可以根據客戶的特殊需求定制測試程序并自動運行,系統自動記錄測試數據,使測試流程標準化,從而保證可靠的測試質量。目前生產的主要是市場上占主流的2MW、3MW、4MW齒輪箱,不過,依托中國工廠的生產和測試能力,這里已經可以獨立生產和測試更大兆瓦的齒輪箱。”
威能極是CWD、FVA等協會的成員,在產品設計、工藝和程序等許多方面的研究成果都已經成為行業標準,引領全球風電齒輪箱技術發展。
1990年,威能極研制了全球第一款帶行星級的風電齒輪箱,從此大兆瓦齒輪箱對風能產業來說不再是一個神話。目前威能極正在研發新一代的風電用行星齒輪箱。
威能極也是第一家將斜齒輪設計應用于風電行星齒輪箱的公司,借助于這項技術,齒輪箱的噪聲大為降低,負載能力進一步提高。目前這些技術已經成為行業標配。
威能極在風電齒輪箱軸承應用方面的研究也長期處于行業的領先地位,是無外圈軸承技術應用的先驅。此外,威能極還一直致力于滑動軸承的應用研究。滑動軸承是在液體潤滑條件下,滑動表面被潤滑油分開而不發生直接接觸,可以大大減小摩擦損失和表面磨損,擁有更好的減振性能。高可靠性和更加緊湊的設計有望為風電齒輪箱行業帶來新的技術突破。
“這些標準經過國際相關標準委員會確認后,向全球分享研發成果,也讓我們的經驗得到推廣,同時,也讓其他國家的科研人員少走彎路,促進整體風電產業的成熟。”思博向記者解釋說。
威能極受益于這些標準,也為此投入了極大的成本。“從技術上看,威能極具有近40年風電齒輪箱的專業經驗,尤其是在新技術的研發和應用方面,威能極舍得持續地投入資金和人力,有時甚至不計成本。包括威能極中國的研發在內,威 能極全球15%的員工專門從事新產品和技術的研發。在技術研發和新材料開發上,團隊可能需要進行上百次反復枯燥的測試,最終只為得到一個取值合理的數據。例如,對滑動軸承的研究就已經超過10年。”
在談到威能極有哪些值得中國企業學習的經驗時,思博向記者表示,“學習機械的人都知道,齒輪箱其實是個很簡單的東西,德國制造更多地體現在細節上,也就是俗話說的‘專業的人干專業的事’,而且非常專注。在德國,許多老工程師一輩子只做一項研究。他們會固執地堅持某個尺寸參數,而這些處處看似并不緊要的東西,往往決定了整體工藝的精準性。假如處處走捷徑,最后只能得到一個比較含混的結果。”
|機組驅動的未來趨勢
隨著風電行業的進一步發展,大型化的特征越來越明顯。威能極齒輪箱在海上風電領域首屈一指。從1991年參與世界上第一個海上風電場 Vindeby,到目前全球單臺齒輪箱應用最多的4MW機組,再到近期10MW海上風電機組齒輪箱的開發,威能極在大型化的道路上從未停下前進的腳步,可以說是一路奔跑。
有這樣的經驗和實力,威能極對于齒輪箱的技術發展路線一定了然于胸。思博向記者做了如下的解釋和判斷。
海上風電對可靠性要求高,從技術路線上看,未來,直驅永磁和帶齒輪箱的風電機組都會相應增加,兩種技術各有千秋。但相比而言,半直驅技術集合了直驅永磁和齒輪箱的優點,摒棄了高速齒輪箱的缺點,在提升功率密度的同時,風電機組的度電成本下降趨勢也更加明顯,在縮小體積和降低整機重量方面有極大空間。這也為大型化機組的生產、運輸和運維帶來明顯的優勢,相信在風電機組大型化趨勢中,半直驅技術的優勢將進一步凸顯。
|共同迎接平價時代
隨著產業的成熟,平價已經提上日程,陸上風電將于2021年全面實現平價,海上風電的窗口期雖然要晚一些,但從產業的成熟度來說,平價化進程或許會快于行業預期。這種壓力已經從開發商迅速蔓延至整機商和供應鏈各個環節。
思博認為,“大兆瓦機組帶來度電成本的降低正是迎接平價上網的最好利器,而機組大型化也在考驗著整機商的整體技術實力和合作智慧,我們相信只有在機組大型化上搶占行業制高點的企業,才有望在即將到來的平價上網時代占得先機。”
作為國際化的公司,威能極早已摒棄了單兵作戰的方式。在中國市場,威能極與整機商、供應商一起協同作戰,研究最佳的傳動鏈,確保齒輪箱、發電機和變頻器之間的最佳配套。思博對記者說 : “盡管某些時候會增加齒輪箱的成本,但如果能夠達到整體成本最優化,威能極也會主動采取相應的措施。實際上,我們應對的是傳統能源帶來的挑戰。作為中國市場的一員,未來我們將與中國企業一 道,共同迎接平價時代的到來。”
自2008年起,威能極全程見證了4.XMW海上風電機組系列在中國海上風電的成功,參與了“三北”地區3.X MW陸上風電機組平臺機組的開發,并在中國首個平價大基地烏蘭察布項目上給予整機企業有力的支持。
在業主和供應商的共同努力下,目前齒輪箱的故障率已呈明顯下降趨勢。威能極齒輪箱通過專業的產品管理和開發,充分的產品測試和驗證,呈現出更加顯著的降低故障成本的效果。威能極正致力于進一步拓展其產品線,除了機械傳動設 備,還將為風力發電行業提供頂尖的數字化技術。這些集成的創新系統將進一步增強風電機組整機商在迅速發展與變化的風電市場的競爭力。