風電變槳系統(tǒng)“國產(chǎn)化”的打開方式

本刊 | 張雪偉

變槳系統(tǒng)是風電機組核心的控制保護裝置。由于安裝于風電機組的旋轉(zhuǎn)輪轂內(nèi)，經(jīng)常面臨極端溫度、濕度和振動等環(huán)境，變槳系統(tǒng)容易產(chǎn)生故障，這也成為風電行業(yè)的一個痛點。

就整個風電機組來說，變槳系統(tǒng)只占其價值的5%以內(nèi)，但是變槳系統(tǒng)故障在風電機組故障數(shù)量中占21%，與變槳相關的停機時間在風電機組總停機時間中也占到近四分之一。變槳系統(tǒng)故障最嚴重的后果是風電機組倒塔，一旦倒塔，損失巨大。此外，變槳系統(tǒng)故障直接影響風電機組可靠性，繼而影響度電成本。鑒于此，變槳系統(tǒng)的性能和可靠性越來越受到重視。

作為在變槳系統(tǒng)領域深耕十年的變槳系統(tǒng)供應商，北京華電天仁電力控制有限公司（以下簡稱“華電天仁”）不僅在國內(nèi)變槳系統(tǒng)市場上長期位居前列，并且苦練內(nèi)功，走出了一條適合自身發(fā)展的道路。

華電天仁2008年進入風能行業(yè)，起步依托于國家能源集團內(nèi)部的機會，擁有天然優(yōu)勢。2011年之后，華電天仁在此市場基礎上逐步向集團外拓展，2013年開始向遠景能源和運達風電等整機商批量交付變槳系統(tǒng)。在此后的數(shù)年里，華電天仁一路向前，出貨量逐年增加， 2015年達到2800多套。近五年來，華電天仁在集團外部市場銷售量超過40%，在國內(nèi)市場占有率穩(wěn)定保持在20%左右。累計超過萬套的應用業(yè)績，常年服務于國內(nèi)十大風電整機商中的其中五家，是華電天仁潛心做好業(yè)務的基礎和動力。

正因為對于變槳系統(tǒng)的各類應用場景均有積累，在天然優(yōu)勢之外，華電天仁又建立了新的優(yōu)勢。“我們面對不同整機商的產(chǎn)品需求，需要考慮不同的應用場景，因此我們的變槳產(chǎn)品在適應性方面優(yōu)勢比較明顯。”華電天仁總經(jīng)理余康表示。

在走訪華電天仁位于河北省固安縣的生產(chǎn)基地過程中，余康向本刊記者一一介紹歷年來華電天仁生產(chǎn)的變槳系統(tǒng)樣機——大到柜體設計、模塊布局，小到部件、接線設計，無不在更新迭代。基于長達十年對研發(fā)、管理的持續(xù)投入和技術(shù)創(chuàng)新，華電天仁目前共獲得國家專利29項，成功研發(fā)出1.5MW至6MW、適用于不同環(huán)境的全系列變槳產(chǎn)品40余種。

該生產(chǎn)基地還建有國內(nèi)一流的風電變槳控制系統(tǒng)實驗室，主要進行變槳技術(shù)研發(fā)和解決方案的測試及仿真、系統(tǒng)故障模擬、部件選型和檢驗測試、系統(tǒng)培訓等。實驗室設備包括EMC測試平臺、高低溫及濕度試驗箱、風電變槳專用功率試驗平臺、振動測試平臺、超級電容檢測系統(tǒng)、變槳電機測試平臺、絕緣測試設備、功率分析儀等。

近年來風電行業(yè)“降本”呼聲日甚，當被問及華電天仁的應對之策，余康坦言壓力很大，而“國產(chǎn)化”不失為一個好方法。實際上，2016年之后變槳系統(tǒng)市場需求有所下滑，國產(chǎn)化已成為繼續(xù)支撐華電天仁在日趨激烈的市場上站住腳跟的重要因素。

在余康看來，華電天仁變槳系統(tǒng)近幾年降本力度最大的是在國產(chǎn)化方面。華電天仁在“國產(chǎn)化”道路上一步一個腳印，一個一個部件攻克，在保障質(zhì)量的前提下，如今已經(jīng)實現(xiàn)了變槳系統(tǒng)整體的國產(chǎn)化。2018年推出的一款新產(chǎn)品便是核心部件全部實現(xiàn)國產(chǎn)化的“永磁同步驅(qū)動系統(tǒng)+超級電容”技術(shù)路線的變槳系統(tǒng)。

做技術(shù)出身的余康在談到變槳系統(tǒng)時，總能侃侃而談。他介紹道，“風電機組里面的控制系統(tǒng)實現(xiàn)國產(chǎn)化最慢，如PLC、驅(qū)動、超級電容，以及電機，在以前都是進口的。但是近幾年來，華電天仁已經(jīng)將這些部件全部國產(chǎn)化了。最后一個關卡——驅(qū)動器，也在2017年實現(xiàn)了國產(chǎn)化，今年已經(jīng)小批量應用，明年將會批量應用。”

變槳產(chǎn)品的高可靠性、強適應性、易維護性等目標的實現(xiàn)，都基于過硬的產(chǎn)品質(zhì)量，這離不開全面的質(zhì)量管理。華電天仁也深知在變槳國產(chǎn)化進程中，質(zhì)量保證是決定成敗的關鍵因素。隨著行業(yè)的發(fā)展步調(diào)，華電天仁出貨量自2016年趨于平穩(wěn)，之后如何持續(xù)發(fā)展則要看企業(yè)自身有多少內(nèi)功了。

據(jù)固安華電天仁副總經(jīng)濟師兼運營管理部經(jīng)理陳坤介紹，華電天仁堅持走市場化道路的理念決定了其非常重視集團外部的市場。由此帶來的多樣化客戶需求使得華電天仁意識到，提高公司管理水平和整體效率迫在眉睫。

改變原有的集群式生產(chǎn)方式，進行生產(chǎn)流程的再造，實行全面流動管理，在保證質(zhì)量的前提下較大幅度提高勞動生產(chǎn)率，加快生產(chǎn)流轉(zhuǎn)等，這些目標在固安生產(chǎn)基地進行了五期精益生產(chǎn)之后均得到了實現(xiàn)。

陳坤介紹說，精益生產(chǎn)一期是從無到有的過程，效果顯著。產(chǎn)品交付時間縮短了86%、在制品現(xiàn)場庫存量下降了39%、生產(chǎn)面積下降了64%、產(chǎn)能則提升了114%。在精益生產(chǎn)二期，固安生產(chǎn)基地將精益生產(chǎn)理念與信息化管理相結(jié)合：之前平鋪式擺放的庫房改為立體貨架，并采用二維碼掃碼追溯，提高了庫房物料周轉(zhuǎn)效率。精益生產(chǎn)三期將重心放在了線纜車間的改善上，解決了之前線纜車間跟不上組裝進度的問題，在人員沒有增加的前提下能夠與組裝車間匹配。在基本梳理了產(chǎn)線之后，固安工廠精益生產(chǎn)四期開展了全流程質(zhì)量管控體系建設。為了更好地滿足市場復雜多變的小批量和定制化需求，固安生產(chǎn)基地在精益生產(chǎn)五期以“柔性化產(chǎn)線建設”為主題開展，卓有成效。

此外，固安生產(chǎn)基地還啟動了變槳產(chǎn)線“智能制造系統(tǒng)”，一期工程以生產(chǎn)中心裝配線數(shù)字化改造為核心，以信息化和自動化為導向，通過在裝配線導入MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行）系統(tǒng)與現(xiàn)有ERP（企業(yè)資源計劃）系統(tǒng)相結(jié)合共同構(gòu)成華電天仁信息化平臺。現(xiàn)已完成MES系統(tǒng)功能模塊、eSOP電子作業(yè)指導書、電子看板程序設計開發(fā)。

談到接下來的研發(fā)重點，余康表示，風電機組朝大型化趨勢發(fā)展，變槳系統(tǒng)也會隨之更新?lián)Q代。同時，存量市場上有大批需替換的變槳系統(tǒng)，華電天仁正在研制一套可以直接到輪轂里面去更換的變槳系統(tǒng)，這樣可以避免動用吊車帶來的大額成本花費。

由于變槳系統(tǒng)安裝在輪轂里，對變槳系統(tǒng)進行功能拓展也成為了華電天仁考慮的一個未來研發(fā)方向，比如將葉片在線監(jiān)測或其他一些風電機組相關的功能與變槳系統(tǒng)集成起來。