7月3日,在7月3日上海国际海上风电及风电产业链大会“海上风电关键技术”专场,自于荷兰Pentis Enjineesing中国区经总理martijn先生发表了关于海上风电叶片的演讲。北极星风力发电网整理现场内容如下:
【Martijn】:非常感谢,我今天的演讲主要是专门来关注风电的叶片研发,我希望能够跟大家介绍一下我们的研发以及降低成本相关的方法。首先来简单介绍一下我们公司,然后跟大家提一下海上风电叶片的挑战,同时看看中国海上风电的市场。我会专门讲一个非常有意思的话题,就是如何帮助我们降低叶片的成本而不影响最终的质量。
首先介绍一下Pontis,我们是2007年创立的,是由这两个人创立。这两个人之属于GE的,2013年3个人一起成立这个公司,现在我们团队有25个工程师,他们有很多很多GE工作背景,同时塌了的认证也是非常的资深。我们做的是什么呢?我们主要是做的设计和产品,同时80%是陆上和海上风电,包括运输、海事业务和建筑。我们是一个设计型公司,但是除了设计公司以外也是一个提供一站式的服务的公司,我们是为客户从概念说设计一直到认证,一直到最后的系列生产提供一站式的服务。
我们拥有海上叶片设计的经验,现在在4个海上风电做叶片的设计,两个是欧洲,两个中国,叶片的长度是68到85米左右。我们没有更多的客户经验跟大家分享,但是我们在全世界招纳人才,同时我们是广有人脉的。在航空这个领域我们也有很多叶片,但是我们可以跟大家保证,如果你们的叶片能够满足空客的要求的话,在风能机这一块是肯定能满足要求的。
我们也经常参与到项目的管理当中,一旦我们做项目的话,我们会和这些公司一起和合作商一起合作,确保达成时间的结点。同时我们现在是一个第三方的公司,我们也是和原材料的供应商有合作。总部是荷兰阿姆斯特丹,同时在美国2010年的时候设立了办事处,在北京08年成立办公室。可以看到这是我们所有业务的相关布局,大多数项目都是在总部,在美国也有一些项目,另外在中国也有超过10个项目在建:北部,内蒙古和乌鲁木齐。之后会向东海岸推荐,包括连云港、大连等等。我们知道趋势是怎么样的,希望把整个供应商做到海上风能机叶片的提供,很一些项目并没有通过审批,但是我相信很快可以开工建设。
简单的跟大家看一下我们的工作。我们主要做什么的?首先设计叶片。我们看到一个新的趋势,中国的公司或者说全世界的工作都是一样的,首先要说到整个设计,之后做一系列开发。我们提供的首先是设计,但是中国的合作商喜欢自己做设计,我们可以帮助他更好的做一些设计的优化,有些人要需要做认证,我们可以帮助他们准备做认证。我们做供应的开发,同时做供应的优化。第三个是做样机的设计,第一台样机是客户制作的,我们会选择他最终坐落的位置,我们把设计当中的一个结,最终转换成为生产过程当中的食物,最后能够去达到量产,慢慢的我们会解除或者结束这样的合作关系。一年的周期之后一般来说可以完成这个项目,也就是说一年的时间可以帮助他们从设计到生产所有的工作。
这是全世界的相关的经验,关于的叶片经验,装机总量1.5兆瓦,一直到10兆瓦都有不同的规格。大家可以看到是和这样玻璃,以及一些相应的环氧树脂作材料。我们也做很多PE材料,这是最近做的比较多的资料,这个材料比较不错。也可以帮助你们节省很多成本,当时质量是相当好的。我们现在在全世界都生产这样的叶片。这是一个87米以上叶片,这个直径100多米这个需要最大运输。这是一个有趣的图片给大家看看这些“巨人”是多大。所以说尺寸确实是有影响的,大小确实是有关系。
挑战,海上风电叶片的挑战刚才讲到了,刚才前面的嘉宾也讲到挑战。我想强调从我们的观点来的几个重大的挑战,首先是风机的负荷,叶片大概有40吨左右,通常来说是10到12吨,现在尺寸增加了4到5倍的重量。当然可以使用更多的材料,平均的载荷增加了。
第二个挑战是运输和安装,看到这张照片,这是一个海上的风电叶片。你可以看到转弯的有多么困难,在新船只上有的时候铁轨需要专门设计。你必须设计新的安装船。通常来说我们建议你的把海上风电叶片在岸上安装,安装好然后再运到海上。然后你在海上安装,你需要把整个叶片进行运输,这个和岸上的叶片安装是不一样的。
海上运用状况,我们一直处理应对台风、强风高风速的台风,我们必须在结构上做更大的改进,有更高的平均的风速会增加疲劳载荷,有的时候会有延误和冰,这个也是重大的挑战。这个在海上的业务里面实际上是一个新挑战。
设计和生产之间矛盾,作为一个制造公司,你想快速的降低成本,你想达到质量没有退后、没有反工、没有故障。设计方面要求一些其他的因素,主要是集中一些新载荷、小阻力和更光滑的表面,这两种要求并不一定能够匹配。有的时候设计师看看这个设计的过程,一些设计的很好的叶片在纸上面是效率是很高实际上是制造不出来的,有几个理由,待会我会介绍这几个理由。我们看到公司的早期介入,早期参与设计的话会解决很大的问题。
很重要的一点是这个设计团队要理解他们的设计对制造的影响,可制造性。整个流程、整个工艺,应该由设计去驱动。或者由一个工艺决定。整个叶片的质量通常由劳动力的素质决定,车间里的工程师,叶片的业务。我们使用造船的技术来实现航空的质量,所以说很多的工艺可以看到流程,目前的工艺并不是非常强有力,非常取决于工程素质。
我给大家举一些例子,面对海上风电叶片一些挑战,首先是黏合剂的应用和涂装,我们要使用黏合剂岸上是300到400公斤。而在海上风电叶片可能需要1吨,固化的时间是没变的,总使用量大增。这意味着他们已经生产很多的岸上的叶片,但是海上风电叶片需要黏合剂的量大概要3到4倍,所以说生产的过程很紧张。
看到一个海上的叶片他比屋顶更高,后援单向部必须有很高的位置,这种玻璃纤维的复层以前是1米的高度,现在是2.5到3米高度。这个对于岸上的叶片已经很难涂装了,在海上的叶片就很难。所以必须在设计的时候考虑所有的因素。这个是预制预成型,待会儿会讲到这个概念。
参数的要求,这是一个有趣的议题。对注塑我们有一些标准,DIN16901:1米的长度误差是1毫米,如果有个叶片是85米长,长度的误差要求是一样的。对于40米的叶片,这个标准率少于1毫米。对于大于80米的叶片这个参数也没变多少,仍然是1毫米,这个要求很难达到。必须和设计公司和认证机关一起来研究这个问题,我们可以做到这点。但是要满足这些目标实际是很难很昂贵的。
其他问题,这些问题是一个比较困难的,我们的挑战是材料的改变,4个海上的项目是使用碳纤维。这个并不一定是完全需要,但是73米的叶片仍然是使用玻纤,不一定使用碳纤。但是现在开发必须使用的是碳纤,这个不只意味着一个新材料,而且是一个新工艺。目前预制要求是完全一种新的制造角度和思路。另外质量控制现在变成一个大问题,因为使用新的材料和碳纤维不像玻璃纤维那么好使用。他是可以做,但是必须理解这种材料。对这个来说,我们建议我们的客户使用的使用无损探伤,无损探伤在整个市场上在欧洲也是一个新的概念。我们建议我们的客户学习这个无损探伤。这个是一个很昂贵的工具,但是可以保证叶片的质量是20年,在目前为止现在没有叶片的制造商可以保证这一点。如果你需要有担保,有保修的,你要进行保险。叶片制造商使用NDEG无损探伤是很好的保险公司可以参照的点。中国风力发动机制造商可能对叶片无损探伤感兴趣。
简短的概述,关于中国海上风电的市场。2015年原来的目标是5GW,现在实现了500兆瓦左右,10%左右。这是一个风险很高的市场,有不同理由为什么这个目标没有实现。但是到最后可能每个人会新开心我们没有实现这个目标,因为这个当中有很大风险。延误的原因是补贴没有到位,我会讲讲这个补贴上个月有一个好消息,政府发布了新的补贴电价,这个对我们海上市场是一个推动力的。其他的一些是关于风场选址和国家安全、渔业、运输等等问题正在解决中。相信很多项目很快会启动,技术问题我等会儿会讲一讲。
有一些新的补贴政策,国家能源局发布了八毛五的补贴电价,这是全球最低的补贴,但是仍然是好消息。一些省级政府宣布会给一些补贴,在国家政策以外,上海会也给0.2元/度,上海领航有一个100兆瓦的项目,是在政府发布了这些规则以后。还有其些省份也会提出一些类似,在0.85元的补贴电价上面,这是一个低位的补贴,但是省级政府会发布新的补贴政策。质量是非常重要的。如果政府要是开发商按照这些补贴来工作的话,他们必须得减少他们的成本。另外一张幻灯片怎么样降低成本,保证你的质量。
最后我想说的是,在欧洲、在美国,我们在过去15到20年犯了很多错误,我想跟大家分享一些我们从教训中学的一些东西。和一些跟西方公司的合作可以在中国做很多的事情,我想说的是,对未来规划有一些更开放讨论也许对中国公司有一些帮助。
降低成本而不影响你的质量,对这个问题来说,有一些想法可以降低你的成本,直接或者间接的可以通过缩短制造周期,可以更换材料,一些分结构材料可以更换,可以使用经济生产。从材料到工艺可以使用研究没使用的材料,可以减少维修的时间,或者是叶片里面的违规的一些现象,不合格的一些现象。更短的制造时间意味着单位里面的叶片产出,可以减少维修成本,因为维修要很高的成本。怎么样做到这一点?
我们有一些软件可以帮助我们模拟。在复合材料按里面的树脂的流动,使用一些特殊的材料。根据我们自己的经验,可以预测这个物料是怎么样流入你的材料里面,优化和降低生产中的故障和失误。我们在复合材料里面有25年经验,我们知道怎么样处理这些复杂的情况。我们进行一些自己实验室进行工艺测试,确保我们提供的建议是大规模按照正确的方向执行的。另外我们还有一些预制料,Pontis有一些专利。
关于预制,Pontis 公司使用了75米长的6千瓦的海上风电设计。我们使用一些融合的,注入的一些工艺,预制的工艺,可以降低制造的周期,可以至少50%。在这个昂贵的主模具上面,可以铺上一层一层的玻璃纤维,你可以使用重力让材料自己渗入进去。这个以后可以用在你的叶片上面,可以大大介绍里的生产周期削减50%以上。同时也能够提高整个产品的质量,这是非常重要的一点。
当然在这边也有一些其他降低成本的相关方法,比如说你可以使用一些填充物,包括你可以在这边是比较有风险的做法。你做75米叶片可以改变他的填充物,包括我们环氧材料改成聚酯。如果你用聚酯的话,这时候可以做到更好的抗疲劳度的情况。同时,我也可以很好的将你原始的成本降低35%左右。你也用更新的材料,比如说高强玻纤的,同时你也可以用一些模块化的轴箱的一些部件。
首先我想跟大家讨论一下模块化的设计,这些模块在中国有非常好的例子,同时在中国政府他也在刺激这些材料生产商能够有这样的生产工艺来要求自己。基本上中国的风速是比较低的,所以这样是的材料也非常好用。另外,你可以在这样一个叶片的尖上面可以加一些东西上去。我们在美国、欧洲都做过测试,可以降低整个重量,这个对运输来说非常好的。因为我们不仅仅是在尖端加说一些东西你运输的承重。可以很好的降低你的能耗。
比如说在中间切断这样一个叶片,这个整个有效性和延续性也是非常好的。另外可以把这样一个叶片一个二级变成三级叶片,同时在这边的挑战。当然就是需要去找到很多的解决方案。比如说你需要把不同的部件连接在一起。同时你也需要考虑一些叶片的内部的覆膜的工艺,要尝试不同的解决方案。
但我个人认为最重要的事情就是从设计的最开始你就需要考虑,然后才能非常显著的降低你的运输成本。如果说专门来为这样一个运输叶片去生产一个80米长的轮船,当然这个不太存在,但是如果你要这样做的话,成本就非常高了。材料一直以来是非常有意思相应的话题,我们可以用更新的材料。现在来说,这个碳纤他的成本比玻璃高太多。但是实现在航空业比如说308空客生产商也进入了碳纤维的研究领域。他们是用大量的碳纤维为新的飞机降低重量,所以在未来飞机的重量会降低很多。我们这说的是在整个风电,包括在汽车行业和航空行业都有非常多的碳纤维使用。
随着时间的推移,我们还需要考虑一点,就是你的整个叶片的成本可能会增加,因为你总的材料成本会增加,但是其实总成本是降低的。因为在这你的整个齿轮箱,包括你的轴承整个大小都会因为他的重量下降而下降。所以总的来说下降因此你需要做一个全盘性的考虑。在以后不要简简单单来考虑叶片本身成本是不是下降,而是要看所有的成本。
最后一张幻灯片,我们能够做什么呢?跟大家解释过了,我们能够生产很多的设备,现在做的工作是到生产工厂给他们相应的指导意见,比如说待两个星期告诉工厂要怎么怎么做。之后会缩短周转周期和检修的时间,然后我们会需要去看看他们材料的成本是多少。这几步都完成之后,我们会专门提升整个成本和提升相应整个项目的效率。在最后看到的是我们在欧洲做的精益生产的项目,可以通过精益生产降低总成本达到6%。
最后我也可以告诉大家,在某些地方不会降低质量反而会加强你的质量。当然我们知道这个市场是非常高风险的市场,我们都必须能够降低成本,但是一定要保证我们的质量。一般来说计划寿命是20年,如果是这20年就有任何问题的话,这肯定是我们最不想要的事情。
包括我们也是设计和生产一些其他的零部件,也是我们的一个工艺。包括他重量件,包括防腐蚀这一块,防腐蚀也是我们非常重要的话题。谢谢大家的时间,如果说大家有问题的话可以随时向我提问。
【提问】:谢谢,这边有一个问题,是考虑到物流,你刚才展示了一个图片,主要是运输叶片的问题,海上叶片的生产慢慢的移到了海上。现在我们无法确保陆上生产出来的组件能否成功的运到海上进行安装,所以你这边是否考虑到这一点?
【Martijn】:你看到德国关键的业务都是尽可能贴近海上风电风场来生产他们的叶片和组件,在中国也有很多其他相应的公司,都是把生产基地移到连云港是天津港。在天津可能不一定是同样的情况。但是至少我们上海和福建这边,很多都是将生产基地移向了沿海,包括乌鲁木齐,乌鲁木齐都是在贴近海港直接生产的。