風電變槳系統“國產化”的打開方式

本刊 | 張雪偉

變槳系統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輪轂內，經常面臨極端溫度、濕度和振動等環境，變槳系統容易產生故障，這也成為風電行業的一個痛點。

就整個風電機組來說，變槳系統只占其價值的5%以內，但是變槳系統故障在風電機組故障數量中占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，變槳系統的性能和可靠性越來越受到重視。

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

華電天仁2008年進入風能行業，起步依托于國家能源集團內部的機會，擁有天然優勢。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。在此后的數年里，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%，在國內市場占有率穩定保持在20%左右。累計超過萬套的應用業績，常年服務于國內十大風電整機商中的其中五家，是華電天仁潛心做好業務的基礎和動力。

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

在走訪華電天仁位于河北省固安縣的生產基地過程中，余康向本刊記者一一介紹歷年來華電天仁生產的變槳系統樣機——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、管理的持續投入和技術創新，華電天仁目前共獲得國家專利29項，成功研發出1.5MW至6MW、適用于不同環境的全系列變槳產品40余種。

該生產基地還建有國內一流的風電變槳控制系統實驗室，主要進行變槳技術研發和解決方案的測試及仿真、系統故障模擬、部件選型和檢驗測試、系統培訓等。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、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“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“國產化”不失為一個好方法。實際上，2016年之后變槳系統市場需求有所下滑，國產化已成為繼續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，華電天仁變槳系統近幾年降本力度最大的是在國產化方面。華電天仁在“國產化”道路上一步一個腳印，一個一個部件攻克，在保障質量的前提下，如今已經實現了變槳系統整體的國產化。2018年推出的一款新產品便是核心部件全部實現國產化的“永磁同步驅動系統+超級電容”技術路線的變槳系統。

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

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

據固安華電天仁副總經濟師兼運營管理部經理陳坤介紹，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方式，進行生產流程的再造，實行全面流動管理，在保證質量的前提下較大幅度提高勞動生產率，加快生產流轉等，這些目標在固安生產基地進行了五期精益生產之后均得到了實現。

陳坤介紹說，精益生產一期是從無到有的過程，效果顯著。產品交付時間縮短了86%、在制品現場庫存量下降了39%、生產面積下降了64%、產能則提升了114%。在精益生產二期，固安生產基地將精益生產理念與信息化管理相結合：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效率。精益生產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。在基本梳理了產線之后，固安工廠精益生產四期開展了全流程質量管控體系建設。為了更好地滿足市場復雜多變的小批量和定制化需求，固安生產基地在精益生產五期以“柔性化產線建設”為主題開展，卓有成效。

此外，固安生產基地還啟動了變槳產線“智能制造系統”，一期工程以生產中心裝配線數字化改造為核心，以信息化和自動化為導向，通過在裝配線導入MES（生產制造執行）系統與現有ERP（企業資源計劃）系統相結合共同構成華電天仁信息化平臺。現已完成MES系統功能模塊、eSOP電子作業指導書、電子看板程序設計開發。

談到接下來的研發重點，余康表示，風電機組朝大型化趨勢發展，變槳系統也會隨之更新換代。同時，存量市場上有大批需替換的變槳系統，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，這樣可以避免動用吊車帶來的大額成本花費。

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