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谁来制造所有的风力发电机？ |
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5/20/2009 3:16:00 PM
DesignNews
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作者：Joseph Ogando
使用替代能源最具讽刺的地方是，许多拥护者将争议集中在风能对自然界的影响上。尽管风力发电机时不时和鸟儿发生一些小摩擦，对自然景观造成破坏，还有它们制造的噪音等，但最大的问题还是它们可能阻挡水平面风的流动，这一点还未算在其中。看起来风能已经开始成为它自身成功的受害者。
“世界范围内对风能设备的需求已经超过了供给，”美国风能协会(AWEA)高级技术服务工程师John Dunlop 先生指出。制造基地生产的巨型结构性零部件、叶片、发电机以及变速箱组装成如今高科技的风车，但它们已不能保证原有的计划生产量以及持续的安装。Dunlop 指出，如果现在订购风力发电机，那么直到2011 或2012 年才能到货。“这已经是最快的时间了。”他说道。
最快到货时间还受到关键零部件制造商的影响。“一般到货都要等到2012 年了。”Winergy Drive Systems 公司总裁Parthiv Amin 说道。该公司是西门子能源与自动化的子公司，生产用于风力发电机的变速箱、能源传输器等零部件。
美国AMEA 协会对该产品有大量的需求，该数字是根据截至到2007 年底5 年内美国的风能使用率年增长29% 来计算的。
协会的展示投影显示美国风力发电机安装容量将会从2007 年的17,000MW 增加到今年底的25,000MW.作为世界电安装容量的领头者，德国在2007 年底发电容量达到22,000MW。“最快到下一年，我们将继1997 年以来，再次成为领头人。”Dunlop 说道。
现在所发生的变化与未来十年的变化相比真是小巫见大巫了。美国能源部今年发布了关于未来更多依赖风能作为主要能源的技术报告。报告名为：“2030 年20% 的能源来自风能：增加风能在美国电能供给的比例”。报告里面预测了要达到20% 这个数字，则需要300GW 的风力发电量。Dunlop 表示，根据2007 年和2008年的增长率来看，风力发电工业的发展现在已能够满足安装容量的增长需要。
风机的推广还存在一些与风机零部件供应链无关的困难。例如，一般超过100m 距离的运输和以及60 到100m 直径风机叶片的安装就是其中之一。还有在我们现有电网基础设施上传送风能也是一大困难。“居民聚集区一般不会选择在大风区域。”Dunlop 说道。
能源传输
但是这些困扰工程师们的问题可以被设计部门或者工厂发现。尤其是，Dunlop 提到的风力变速箱、发电机以及轴承作为电流瓶颈问题会在短期对风能使用增长造成影响。
这并不让人觉得吃惊。与工业零部件相比，风力发电机零部件同宇航设备的零部件更为相似。例如变速箱。Amin 说1.5MW安装容量的风机变速箱重约16 吨，带行星及螺旋状结构。在风力发电机上，这些变速箱是在加速而不是减速。Amin 解释道转子转速一般为70 或80rpm 到1，400rpm 以带动发电机的运转。简单来说，这些变速箱体积要大而且结构坚固。
然而，这些变速箱需要在压力之下尽可能地轻，同时要比许多普通工业变速箱都精确。“在工业领域，你希望变速箱尽可能的坚固。安全系数可能会达到1.5 到2.5。”Amin 说道。尽管如此，在风力发电机上，如此大的安全系数意味着设备重量会变得难以让人满意，这些都会通过风机在塔楼、基础平台和轴承上设计将问题放大出来。“由于重量问题，必须按照安全特薄机翼要素来设计。”他说道。
安全要素的减小显然增加了变速箱的设计和分析的负担，分析这些变速箱在距地面100M 的机舱内可能会受到的影响，制约了对机器的维护以及在不同负荷条件下进行的操作。“大自然不可能每天都有同样体积量的风吹过，同时塔楼的位置高度可能受到各种动态模式的影响。”Amin 说道。“我们将会采用许多专业设计技术，这些技术在地面设备上不会引起太多的注意，而高空中却可以。”
这些变速箱对比许多小型工业模型来说，更加难以加工。Winergy 公司对一些结合面、孔洞位置以及齿轮表面进行万分之一英寸的误差测量，并使用AGMA14 级或15 级齿轮。“我们制造的产品是非常精确的零部件，与航天飞机零部件精确度一样，只是体积更大。”Amin 说道。
许多类似的应用于轴承或者发电机上的设计和制造任务，也必须在高空环境下发挥作用。
因此，这些供应链上的问题对工程师和制造商来说意味着什么? Dunlop 相信如今出现的非常相似的瓶颈问题将会最终得以解决。他用NAICS 代码评论道，“美国大约有16,000 个制造公司可以生产一个或者超过8,000 个被用于风机上的附加零件。”
并非所有这些公司会在风力发电行业进行生产制造。“制造风力发电机零部件不是每个人能做到的。” Amin 说道。事实上，这只适合那些具备最大制造系统能力的公司来生产。随着大批资金涌入风力发电工业，这一切将会发生变化。Amin 说，他甚至开始看到“巨大的投资”被注入到能缓解风力发电供应链瓶颈问题中来，以解决各种制造问题——他认为也许最早到2011年能够实现。
正当制造问题自身得以缓解的时候，风力发电将会为设计工程师赢得更多的工作机会。 Dunlop 估计20% 的电能容量比例将会赢得500,000 个直接或者间接的工作。即“绝大多数技术工作”给那些具备合适技能的工程师，这些技能包括精确分析电能传输和驱动系统的能力。风力发电看到的不仅仅是热空气，而是更多。
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