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谈到风力发电机“模块化”，可能不会像到2050年风能成为全球主流能源的前景那样令人兴奋。但如果没有它，这个目标将不可能实现。根据国际能源署（International Energy Agency）的统计，风力发电机的装机容量必须在接下来的十年里翻四倍，才有可能实现2050年全球零碳排放目标。
这一点在风机传动系统的发展中表现得最为明显，风机传动系统是构成现今全球约750GW容量的核心，而且该数字有望在本世纪中叶扩大到2100GW。
采埃孚风电首席执行官 Felix Henseler
“模块化、集成化和标准化对于我们的行业至关重要，一方面，我们需要缩短产品投放市场的时间，另一方面，还需要降低LCOE（平准度电成本），这是这个行业的集体目标。”德国齿轮箱制造商采埃孚风电（ZF Wind Power）首席执行官Felix Henseler说。
“要知道，从行业历史、（工业生产的）容量和数量来看，我们是非常年轻的行业。在这个阶段，我们仍然在为我们的客户做很多“定制化”的设计。但我们相信，随着行业逐渐成熟我们必须走另一条路。”
“模块化和标准化将是关键的推动因素 — 不仅适用于风机机组系列，同样适用于零部件的规模效应，在工厂生产阶段我们要如何提高效能，对于供应链我们要怎样优化，比如轴承、钢件、铸件等，进而提高我们为客户创造价值的能力。”
向模块化传动系统设计的战略转变衍生出了SHIFT X概念，这是一个模块化齿轮箱设计平台，适用于从3MW陆上风机到目前最大的海上风机之一，由维斯塔斯设计的15MW机型。采埃孚与维斯塔斯合作，为其EnVentus这一集成了包括主轴、主轴承室和永磁发电机的传动系统开发了两级行星结构的齿轮箱。
“传动链之间的接口是我们认为有巨大改进空间的地方，” Henseler 说，“因为如果能采取模块化设计，并且将主轴、主轴承、齿轮箱和发电机集成在一起，制造成本及运输成本将得到显著优化。”
同时，更重要的是，模块化能够使采埃孚以“几乎颠覆性的方式”来思考齿轮箱技术，不管是海上风电还是陆上风电，技术能力都是公司获取订单的“重要支柱”。
维斯塔斯和采埃孚共同开发的EnVentus传动系统
“毫无疑问，海上风电非常令人兴奋，但陆上风电是我们更大的市场 — 我们的战略很明确。尽管如此，我们也并没有放缓在海上风电的技术投入— 对于15MW的风机，其200吨的传动系统，在生产和运输过程中我们都面临并且克服了很大的挑战。”
“陆上和海上风电对我们同等重要，我们同时在为客户开发陆上和海上两种机型，” Henseler说。他指出，陆上风机的设计在持续增大，“而在中国，预计1-2年内将达到7-8MW”，在他看来，这几乎与配备了采埃孚齿轮箱的维斯塔斯比利时Norwester 2 海上项目中的9.5MW机组一样大。
最终，除了适应不同的操作环境外，对于齿轮箱来说，关键在于如何将扭矩转化为动力。对于未来更大的风机机型，兆瓦级的提升不能以齿轮箱的物理体积成比例增大为代价，因为这将对风机运输带来巨大挑战，过于巨大的风机将很难通过桥梁和狭小的拐角运输到陆上风场，或者到达港口以运往海上风场。
“正因为如此，不断地提升扭矩密度是我们的战略核心。” Henseler说，采埃孚风电的新产品突破了200Nm/kg的扭矩密度，“这是一个很好的里程碑，但绝不是终点，在这一领域我们会持续引领创新。”
“扭矩密度的提高与风机尺寸的增大有相似之处（在过去的十年中风机尺寸呈指数级增长），七年前我们的扭矩密度是 100Nm/kg，当时认为 200Nm/kg是一个非常艰巨的目标，但现在我们已经实现了，也许七年后我们将达到 400Nm/kg ， 这并不是没有可能。”
Henseler 将扭矩密度的显著提升归功于材料和制造工艺的改进，这意味着可以设计更大功率的风机而无需等比例地放大零部件的尺寸，从而降低了平准度电成本。值得注意的是，数字孪生技术的进步使得风机的设计精度进一步提高以更好地应对各种复杂工况。
“我们可以更好地了解在风机运行过程中载荷的分布以及设计公差遇到的挑战，从而更好地改进设计，”他说。
“目前，我们的目标不是将齿轮箱的重量减半，我们的目标是在保持同样的尺寸设计的前提下，将输出功率翻倍，从而实现让齿轮箱重量更轻，功率更强。”
除了动力传动技术的发展，Henseler对全球快速发展的风电市场也发表了他的观点，他认为新冠疫情给全球风电市场带来了前所未有的压力，市场的增长“可能略低于最初的预期，但总体上是非常积极的”。
“在2022年，美国的风电市场可能会出现下滑，中国的风电市场增长仍然会处于世界领先地位，而且只会变得更强，而我们原本预计欧洲的风电市场将达到15GW，但随着欧盟提高了可再生能源项目建设的目标我们认为这个数字可能会翻倍。”
“采埃孚风电期待到2050年，风力发电能够从目前占全球能源的5%左右增长到25%，”Henseler说，这是国际能源署2020年的 。“在不到30年的时间里增长5倍，这将是不可思议的。”
“增长的迹象无处不在，”他表示，“无论是从零部件的制造量，还是风机的尺寸 。仅仅在维斯塔斯公布其15MW机型后的一个月，明阳就发布了16MW机型，而风机大型化的发展势头还将进一步持续。”
采埃孚风电SHIFT模块化齿轮箱平台
“我们的行业需要在设计、验证、制造、组装、运输的各个环节加速，并变得更加智能化以满足市场需求，同时需要继续降低制造成本以及优化LCOE，”Henseler 说，“而实现这些目标，很大程度将仰仗设计和制造中的模块化、集成化和标准化。”
